بروتوبلازم

التركيب الكيميائي للبروتوبلازم

علاوةً على ذلك، تتميز المحاليل الغروية بقدرتها على التحول من حالة السيولة إلى الصلابة والعكس، كما أنها تترسب مع الزمن بفعل عوامل أخرى، وتعد هذه من خصائص البروتوبلازم.

يحتوي البروتوبلازم على نوعين من المركبات، هما:

علاوةً على ذلك، يدخل في تركيب المادة الحية قرابة 35 عنصرًا من بين العناصر التي تم اكتشافها أو تصنيعها والبالغ عددها في الوقت الحالي 118 عنصرًا، والجدول الآتي يبين بعض هذه العناصر حسب النسبة المئوية لكتلتها في الخلية الحية:

في هذا الإطار، يعد البروتوبلازم محلولا غرويا، يتكون من دقائق يتراوح قطرها بين (0.001 إلى 0.1) ميكرومتر، يمكن رؤيتها من خلال المجهر، ولا يمكن فصلها بالترشيح، ولا تترسب بفعل الجاذبية الأرضية بسبب الحركة البراونية لدقائقها، وهي حركة دقائق السائل بشكل مستمر وعشوائي في جميع الإتجاهات.

من جانب آخر، وتتواجد عناصر أخرى بنسب قليلة جدًا، منها الحديد، واليود، والنحاس، والمنجنيز، والخارصين.

'الليبيدات المفسفرة

ومن جهة أخرى، تشبه الدهون في تركيبها، إلا أن أحد الحموض الدهنية الثلاثة أستبدل بمجموعة فوسفات مرتبطة مع مجموعة وظيفية، والحمض الدهني الوسطي استبدل بحمض دهني غير مشبع. تدخل الليبيدات المفسفرة في تركيب الغشاء الخلوي للخلية، حيث يتكون هذا الغشاء من طبقتين من الليبيدات المفسفرة.

الكتب

ومن ناحية أخرى، Bruce, Alberts etal (2002). Molecular Biology of the cell. 4th Ed. Garland Science. New York. USA.

ومن ناحية أخرى، Beaker, Kleinsmith, Harden (2003). The world of the cell, 5th Ed. Benjamin Cummings.

الكربوهيدرات

وفي هذا السياق، الغلايكوين: ويسمى «النشا الحيواني» يخزن في الكبد والعضلات عند الحيوان، وهو مبلمر من جزيئات الغلوكوز التي تشكل سلاسل متفرعة، لكنها أكثر طولا وتفرعا من سلاسل النشا المتفرعة، فمثلاً يتكون جزيء الغلايكوجين المخزن في الكبد من قرابة 30 ألف جزيء غلوكوز، وعند الحاجة، تتكسر الروابط بين جزيئات الغلايكوجين، وتتحرر جزيئات الغلوكوز الذي تستعمله الخلايا لإنتاج الطاقة.

ثنائية التسكير:

• المالتوز: (سكر الشعير) يتكون من اتحاد جزيئين من الغلوكوز.
• السكروز: (سكر القصب، أو الشمندر) يتكون من اتحاد جزيء غلوكوز وجزيء فركتوز.
• اللاكتوز: (سكر الحليب) يتكون من اتحاد جزيء غلوكوز وجزيء غلاكتوز.
• عديدة التسكر:

علاوةً على ذلك، تتكون من ثلاث أنواع من العناصر، هي: الكربون، والهيدروجين، والأكسجين بنسبة 1:2:1 على التوالي، ونسبة الهيدروجين إلى الأكسجين تكون كنسبتها في الماء، أي بنسة 2 هيدروجين، 1 أكسجين وبناء على ذلك فإن الصيغة العامة للكربوهيدرات هي: CH2O)n)، حيث أن n عدد صحيح.

و تصنف الكربوهيدرات إلى ثلاث أنواع، هي:

في هذا الإطار، مصدر مهم من مصادر الطاقة في الخلية، وتعد المصدر المباشر للطاقة.

في هذا الإطار، تشكل لبنات أساسية في بناء غيرها من المواد الطبيعية في الخلية، فمثلاً يدخل الرايبوز في تكوين RNA.

وفي هذا السياق، تستعمل في إنتاج غيرها من المواد العضوية في الخلية، فمثلا يشكل الغليسر ألدهايد الأساس لجميع المركبات العضوية، مثل: الحموض الأمينية، والحموض الدهنية.

وفي هذا السياق، يتكون هيكلها من (3 - 6) ذرات كربون، ومن الأمثلة عليها سكر غليسرألدهايد، وسكر ايرثروز، وسكر رايبوز، أما السكاكر سداسية الكربون فهي عدة أنواع، من أهمها: سكر الغلوكوز، وسكر الفركتوز، والسكاكر الأحادية قد تكون على شكل سلاسل أو حلقات كما في السكاكر الخماسية والسداسية.

من جهة ثانية، مبلمرات تتكون من عدد من جزيئات السكر الأحادية، ومن أهمها: النشا، والسليولوز، والغلايكوجين، وصيغتها الجزيئية C6H10O5)n)، حيث يمثل الرمز (n) عدداً صحيحاً.

في هذا الإطار، السليولوز: مبلمر من جزيئات الجلوكوز، ويتكون الجزيء الواحد من (8 - 10) آلاف جزيء غلوكوز، فترتبط مع بعضها البعض مشكلة سلاسل غير متفرعة، لا تذوب في الماء، ويختلف عن النشاء والغلايكوجين في نوع الروابط بين جزيئات الغلوكوز، وعدد الجزيئات. تستعمل النباتات السليولوز كدعامة وجدر لخلاياها. وهناك عديدات تسكر أخرى، مثل: هيميسليولوز، وبكتين يدخلان في تركيب الجدر الخلوية النباتية. والكايتن الذي يدخل في تركيب الجدر الخلوية للفطريات، والهياكل الخارجة للحشرات وبعض الديدان، وتشبه السليولوز في التركيب، إلا أن السلاسل هنا تتكون من جزيئات (غلوكوزامين) الذي يدخل في تركيبه النيتروجين.

أهمية الكربوهيدرات الحيوية:

وفي هذا السياق، تتكون من اتحاد جزيئين من سكاكر أحادية، والصيغة الجزئيئة العامة للسكاكر هي: C12H22O11، ومن الأمثلة على السكاكر الثنائية:

وفي هذا السياق، النشا: يتكون من (250 - 1000) جزيء غلوكوز، ويكون سلاسل مستقيمة تسمى أميلوز تذوب في الماء، وسلاسل متفرغة تسمى أميلوبكتين لا تذوب في الماء، تقوم النباتات بخزن النشا في بذوره وثماره وجذوره كغذاء احتياطي.

أحادية التسكر:

إضافةً إلى ذلك، تدخل في تركيب بعض أجزاء الخلية كما في البروتينات السكرية، والليبيدات السكرية، التي تدخل في تركيب الغشاء البلازمي.

المركبات غير العضوية

ومن ناحية أخرى، هي عبارة عن مواد بسيطة غير معقدة التركيب من اًصل معدني، يحصل عليها الكائن الحي عن طريق التغذية، من أهمها الماء والأملاح المعدنية.

البروتينات

إضافةً إلى ذلك، الحموض الأمينية الأساسية، وعددها ثمانية، ولا تستطيع خلايا الدسم بنائها، أو إنتاجها بكمية كافية، لذا لا بد الحصول عليها من الطعام. والحموض الأمينية الأساسية متوافرة في البروتين الحيواني أكثر من البروتين النباتي، لذا كان البرواتين الحيواني ذا قيمة غذائية أكبر من البروتين النباتي.

و الحموض الأمينية نوعان من حيث المصدر:

وفي هذا السياق، الحموض الأمينية غير الأساسية، وعددها اثنا عشر، وتستطيع خلايا الجسم بناءها.

علاوةً على ذلك، وجود مواد ترتبط بالإنزيمات، ويؤثر على عملها، إما سلباً (منشطا)، أو إيجاباً (محفزات).

العوامل المؤثرة في نشاط الإنزيم:

من جانب آخر، تعد الإنزيمات نظرا لطبيعة تراكيبها الكيمائي - حساسة جداً للعديد من التغيرات والتي يمكن أن تؤثر على إنتاجها أو شكلها أو التركيب الكيميائي لموقعها النشط. ومن هذه العوامل:

• درجة الحرارة.
• الرقم الهيدروجيني (pH).
• تركيز الإنزيم.
• تركيز المواد المتافعلة.

الإنزيمات:

علاوةً على ذلك، تحدث داخل جسم الكائن الحي آلاف التفاعلات الكيميائة بكفاءة عالية جدا، وبشكل متخصص بهدف إنتاج الطاقة، وبناء المواد العضوية اللازمة للكائن الحي وتمكينه من التعامل مع المتغيرات الداخلية والخارجية للحفاظ على توزانه. والتفاعلات الكيميائة داخل جسم الكائن الحي لا تتم بشكل تلقائي، وما كانت لتحدث أو ستحدث بمعدل بطيء لولا وجود عوامل مساعدة عضوية لتنشيط هذه التفاعلات وإتمامها بسرعة وكفاءة، وستمى العوامل المسادة هذه «الإنزيمات».

علاوةً على ذلك، تُعتبر أكثر تعقيدا من الكربوهيدرات والدهون، وتلعب أدواراً مهمة من حيث البناء والتنظيم في خلايا الكائن الحي، ويعطي الغرام الواحد من البروتين 4 كيلوكالروي من الطاقة، والبروتينات مبلمرات تتكون من وحدات أساسية تسمى الحموض الأمينية، وهناك عشرون حمضا أمينيا مختلفاً، ويتركب الحمض الأميني من عناصر الكربون، والهيدروجين، والأكسجين، فضلًا عن عنصر النيتروجين.

الماء

من جانب آخر، يحتفظ بحرارة نوعية عالية مما يكسبه القدرة على امتصاص الحرارة الناتجة عن التفاعلات الحيوية في الخلية، وهذا يساعد في تنظيم درجة الحرارة.

ويتميز الماء بالخصائص التالية:

وفي السياق ذاته، يعدّ مذيبا جيدا للأملاح، فيساعد على تأينها، مما يوفر وسطا ملائما للتفاعلات الكيميائية داخل الخلية.

يشكل عاملا رئيسيا في ليونة ومرونة الجسم.

في هذا الإطار، يساعد في نقل المواد داخل الخلية وخارجها، وبذلك تتمكن الخلايا من التخلص من فضلاتها، والحصول على حاجتها من المواد المختلفة من محيطها الخارجي.

وفي هذا السياق، من أهم المركبات غير العضوية التي تدخل في تركيب الخلية، وتترواح نسبته بين (5 إلى 95)% من كتلة الخلية، وذلك اعتمادًا على نوعها،

الحموض النووية

من جانب آخر، تتكون الحموض النووية من نوعين، هما: الحمض النووي الرايبوزي منقوص الأكسجين (حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين) والحمض النووي الرايبوزي (حمض نووي ريبوزي).

وفي هذا السياق، و عند انحلال الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثانية والأولى ينتج عنه مركب يسمى أدينوس أحادي الفوسفات (AMP) وكمية مساوية من الطاقة ومجموعة فوسفات.

كذلك، عمليات النقل: تستعمل الطاقة في ضخ المواد عبر الشغاء الخلوي (النقل النشط)، مثل: مضخة (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم) في الخلايات العصبية.

ومن ناحية أخرى، التفاعلات الكيميائية: تستعمل في عمليات بناء المركبات المختلفة، مثل: بناء غلايكوجين من الغلوكوز.

وفي هذا السياق، العمليات الميكانيكية (الآلية): حيث تستعمل الطاقة انقباض العضلات، وحركة الأهداب والأسواط في خلايا الكائنات وحيدة الخلية، وحركة الكروموسومات أثناء انقسام الخلية.

المراجع

إضافةً إلى ذلك، تستعمل الطاقة المخزنة في روابط حاملات الطاقة، مثل ATP في كثير من العلميات الحيوية في الخلية، ويمكن تصنيفها إلى ثلاث أنواع:

ATP → ADP + Pi + 7300 سعر / مول

وفي السياق ذاته، تتكون الحموض النووية من جيئات تسمى «نيوكليوتيدات»، حيث يتركب النيوكليوتيد من مجموعة من الفوسفات، وسكر خماسي (رايبوز أو رايبوز منقصوص الأكسجين)، وقاعدة نيتروجينية، وتختلف النيوكليوتيدات عن بعضها البعض باختلاف القاعدة النيتروجينية.

• ADP → AMP + Pi + 7300 سعر / مول
• و يمكن جمع المعادلتين يالشكل التالي:
• ATP → AMP + 2Pi + 14600 سعر / مول
• استخدامات الطاقة في الخلية:

وعلى صعيد آخر، إضافة لما سبق حول دور النيوكليوتيدات كوحدات بنائية في الحموض النووية فإن لها وظائف أخرى في الخلية، مثل التفاعلات الكيميائية التي تحتاج إلى طاقة، حيث أنها تحتوي روابط كيميائية تخزن كميات كبيرة من الطاقة مثل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (Adenosine tri Phosphate) ويرمز له بـ (ATP)، فعند انحلال الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثالثة والثانية تتحرر طاقة تقدر بـ 7300 سعر / مول من ATP وينتج عركب يسمى أدينوس ثنائي الفوسفات (ADP)، ومجموعة فوسفات.

المركبات العضوية

إضافةً إلى ذلك، هي عبارة عن مواد كيميائية معقدة تتكون بشكل رئيس من عنصري الكربون والهيدروجين، وقد يضاف إليها عناصر أخرى، مثل: الأكسجين، والنيتروجين، وسميت عضوية نسبة إلى تواجدها في الكائنات الحية، أو لإنها تكونت في كائنات حية. تحتوي الخلايات الحية على مئات المركبات العضوية التي يمكن تصنيفها إلى أربع أنواع رئيسة، هي:

• الكربوهيدرات.
• الليبيدات.
• البروتينات.
• الحموض النووية.

'الدهون والزيوت

وعلى صعيد آخر، تكون الدهون صلبة؛ لإن بعض الحموض الدهنية المكونة لها تكون مشبعة، وأما الزيوت فتكون سائلة؛ لاحتوائها على حموض دهنية غير مشبعة.

وفي هذا السياق، تعد الشحوم الحيوانية والزبدة أمثلة على الدهون، أما الزيوت فمصدرها نباتي، مثل: زيت الزيتون، وزيت الذرة، وزيت فول الصويا. تتكون الدهون والزيوت من حموض دهنية ومركب كحولي يسمى (غليسرول)، ومن الأمثلة على الحموض الدهنية، حمض البالماتيك (النخيل).

الأملاح المعدنية

كذلك، تساهم في بناء المركبات الكيميائية، فمثلا يدخل النيتروجين في تركيب بروتينات الخلية، ويدخل الحديد في تركيب هيموغلوبين الدم، ويدخل المغنيسيوم في تركيب الكلوروفيل.

وتلعب الأملاح أدوارًا مهمة في الخلايا الحية، منها:

تنظيم الضغط الأسموزي في الجسم.

ومن جهة أخرى، تساهم في عمل بعض الأجهزة، فمثلا الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم تدخل في عمل الجهازين العصبي والعضلي.

ومن جهة أخرى، تدخل في تركيب بعض أجزاء الخلية، فمثلا يدخل الفوسفات في تركيب الغشاء البلازمي، ويدخل أيون النترات في تركيب أحماضها النووية.

في هذا الإطار، تدخل في تركيب بعض الأنسجة، فمثلا يدخل الكالسيوم والفسفور في تركيب العظام.

وعلى صعيد آخر، تحتوي الخلايا الحية على أملاح معدينة تترواح نسبتها (1 إلى 5)% من كتلة الخلية، وقد تكون على شكل أيونات ذائبة في الماء داخل الخلية، مثل: أيونات الصوديوم، والبوتاسيوم، والكلور، والنترات، أو على شكل بلورات ملحية داخل الخلية النباتية، أو ترسبات خارج الخلية، مثل: مركبات الكالسيوم، والسيليكا في خلايا الكائنات وحيدة الخلية، كالدياتومات.

الليبيدات

وفي هذا الصدد، تضم الليبيديات مركبات عديدة تختلف قي تركيبها، وهي: الدهون، والزيوت، واللبيدات المفسفرة، والستيرويدات.

ومن جهة أخرى، هي عبارة عن مركبات عضوية قوامها صلب (شحمي) أو سائل (زيتي)، تتكون من العناصر ذاتها التي تكون الكربوهيدرات (كربون، وهيدروجين، وأكسجين). إلا أن نسبة الهدروجين فيها أعلى، وبالتالي فإنها تحتوي كمية كبيرة من الطاقة.

مصطلحات

• أورشليم (أوكين، 1802، 1809)
• البروتوبلازما (بوركينجي، 1840، فون موهل، 1846)
• باريومواسلاك (القريبة البدائية، فون موهل، 1846)
• ساركود (دوجاردان، 1835، 1841)
• السيتوبلازم (كوليكر، 1863)

من جهة ثانية، إلى جانب "البروتوبلازم" تم استخدام الكثير من المصطلحات والتمييزات الأخرى ذات الصلة لمحتويات الخلية مع مرور الوقت. وكانت هذه على النحو التالي:

'الستيرويدات

في هذا الإطار، تختلف في تركيبها عن الدهون والزيوت والليبيدات المفسفرة، فهي تتكون من 4 حلقات مدمجة في ذرات الكربون: 3 منها سداسية، والرابعة خماسية، وتتشابه بعض أنواع الدهون المذكورة في كونها لا تذوب في الماء، وإنما تذوب في الدهون. وللستيرويدات أهمية حيوية، فمثلاً الهرمونات الجنسية كهرمون البروجستيون وهرمون الذكورة تستيرون يُعتبر من السيترويدات.

من جانب آخر، و من السيترويدات المهمة الكوليسترول، الذي يدخل في تركيب الغشاء الخلوي، وفي إنتاج جميع ستيرويدات الجسم. ويشتق من الكوليسترول جموض خاصة (bileacids) تفرز مع العصارة الصفراء، وتساعد في هضم الدهون، ويتم الحصول على الكوليسترول من بعض أنواع الأغذية، كما أن جميع خلايا الجسم قادرة على إنتاجه فمثلا ينتج الكبد (50 - 60%) من حاجة الجسم من الكوليسترول.