مقدمة في الكيمياء الحيوية

مقدمة عن الكيمياء الحيوية

• الكيمياء الحيوية هي فرع من العلوم الحيوية يهتم بدراسة التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية.
• تركز على دراسة المركبات العضوية، والعمليات الحيوية في الخلايا، من خلال فهمها من منظور كيميائي شامل.
• تشمل التفاعلات الكيميائية الحيوية المختلفة مثل التمثيل الغذائي (الأيض) والتخليق الحيوي، وعمليات نقل الطاقة، والتحكم الدقيق في التفاعلات الكيميائية.

مبادئ أساسية في الكيمياء الحيوية

• الماء: مهم جداً في الكائنات الحية بوصفه مذيبًا عامًا، ويشكل جزءًا كبيرًا من تركيب الخلايا.
• المركبات العضوية: تشتمل على الكربوهيدرات، والدهون، والبروتينات، والأحماض النووية.
• البروتينات: تلعب أدوارًا حيوية كإنزيمات، وهرمونات، ومركبات هيكلية، في عمليات الخلية.
• الكربوهيدرات: توفر مصدرًا رئيسيًا للطاقة، وتُعد مركبات هيكلية أساسية.
• الدهون: تُستخدم كمخزن للطاقة، وتشكل جزءًا من أغشية الخلايا.
• الأحماض النووية: تحمل المعلومات الوراثية، وتُمثل DNA و RNA.

التفاعلات الكيميائية الحيوية

• التفاعلات الكيميائية: تُعد عمليات متسلسلة، تحتاج غالبًا إلى محفزات حيوية (إنزيمات) لزيادة سرعاتها.
• الإنزيمات: محفزات بيولوجية تسرع التفاعلات الكيميائية الحيوية دون أن تستهلك، تحدد خصائصها نوع التفاعل الذي يمكنها تسريعه.
• التحكم في التفاعلات الكيميائية: يُحكم بواسطة آليات تنظيمية دقيقة، مثل التوازن الهرموني، تضع قيودًا على هذه التفاعلات.
• التوازن الكيميائي: يصف حالة التفاعل الكيميائي عندما تكون معدلات التفاعل الأمامي والخلفي متساوية.
• التوازن الكيميائي والتغير في الطاقة الحرة: يؤثر التغير في الطاقة الحرة Gibbs على اتجاه التفاعل، فالتغير السلبي في الطاقة الحرة يدعم التفاعل.

التمثيل الغذائي (الأيض)

• التفاعلات الأيضية: تفاعلات تحويلية للطاقة وتصنيع الجزيئات.
• التمثيل الغذائي الهضمي: يشمل هضم الطعام وتحويله إلى جزيئات بسيطة، لاستخدامها في عمليات الجسم.
• التمثيل الغذائي للطاقة: يشمل تحويل الطاقة الغذائية إلى شكل قابل للاستخدام (مثل ATP)، مصدر أساسي للطاقة في الخلايا.
• التجريا المتبادل للطاقة: تحويل الطاقة من مصدر إلى آخر، لتحقيق التوازن.
• التخليق: بناء الجزيئات المعقدة من الجزيئات البسيطة لنمو الخلايا.

الأحماض الأمينية والبروتينات

• البنية الأساسية للأحماض الأمينية: تتكون من مجموعة أمينية، مجموعة كربوكسيلية، ذرة هيدروجين وسلسلة جانبية فريدة تُحدد خصائص الحمض الأميني.
• بنية البروتينات: تتراوح من البنى الأولية (السلسلة الخطية للأحماض الأمينية) وحتى البنى الرباعية (الانشاءات المعقدة)، كل منها له دور في وظيفة البروتين.
• وظائف البروتينات: التخليق، نقل الجزيئات، الاستجابة للمحفزات البيئية، التنظيم، وظائف هيكلية.
• تحلل البروتينات: انهيار البروتينات إلى أحماض أمينية.

الكربوهيدرات

• الكربوهيدرات البسيطة: السكريات الأحادية والثنائية.
• الكربوهيدرات المعقدة: النشا، السليلوز.
• وظائف الكربوهيدرات: مصدر للطاقة، مركبات هيكلية، تخزين الطاقة.
• أشكال الكربوهيدرات وتفاعلاتها: تشمل أشكال متعددة مثل ألفا وبيتا، تختلف وظيفة الكربوهيدرات باختلاف هيكله.

الدهون (الليبيدات)

• أنواع الدهون: الدهون الثلاثية، الفوسفوليبيدات، الستيرولات.
• وظائف الدهون: تخزين الطاقة، مكونات أغشية الخلايا، هرمونات.
• بنية الأحماض الدهنية: سلاسل طويلة من الكربون والهيدروجين.
• التفاعلات الحيوية المرتبطة بالدهون: الهضم، الامتصاص، التخزين.

الأحماض النووية (DNA و RNA)

• بنية DNA: مزدوج الحلزون، يحفظ المعلومات الوراثية.
• بنية RNA: مفرد الحلزون، ينقل المعلومات الوراثية.
• وظيفة DNA: تحمل المعلومات الوراثية.
• وظيفة RNA: تنقل المعلومات الوراثية، وتشارك في تخليق البروتين.
• التضاعف والنسخ: عمليات أساسية لتكرار DNA ونقل المعلومات.

الفيتامينات والمعادن

• الفيتامينات: جزيئات عضوية ضرورية لبعض العمليات الحيوية، تُساعد على التفاعلات الحيوية.
• المعادن: عناصر غير عضوية ضرورية لبعض الوظائف الحيوية، تتفاعل في العمليات الأساسية لتشغيل الجسم.
• دور الفيتامينات والمعادن: تشمل دورها في التمثيل الغذائي، وبناء الخلايا، ووظائف الجسم الأخرى.

الكيمياء الحيوية هي علم يدرس التفاعلات الكيميائية في الكائنات الحية. يركز على فهم المركبات العضوية والعمليات الحيوية. يتناول الاختلافات في البروتينات، الكربوهيدرات، الدهون، والأحماض النووية.