مقدمة في الكيمياء الحيوية

Biochemistry: مقدمة

• الكيمياء الحيوية علم يدرس المركبات والعمليات الكيميائية في الكائنات الحية، بما في ذلك الإنسان والحيوان والنبات والكائنات الدقيقة.
• تتعامل الكيمياء الحيوية مع هياكل ووظائف وتفاعلات الجزيئات البيولوجية الكبيرة، مثل البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون
• توفر البنية الخلوية وتؤدي العديد من الوظائف المرتبطة بالحياة.
• تتعامل الكيمياء الحيوية أيضًا مع تفاعلات الجزيئات الدقيقة والأيونات، والتي قد تكون غير عضوية (أيونات الماء والمعادن) أو عضوية (الأحماض الأمينية والسكر البسيط والأحماض الدهنية).
• تصف العلاقة بين الجسم والأمراض أو التشخيص المبكر للأمراض، وهو ما يُعرف بالكيمياء السريرية.
• تُعرف الكيمياء السريرية بأنها الاختبارات البيوكيميائية لسوائل الجسم المختلفة لتشخيص الأمراض وتحديد العلاج الطبي المناسب.

Biochemistry Branches: فروع الكيمياء الحيوية

• تدرس الكيمياء الحيوية الكائنات الحية، بما في ذلك اختبارات الدم ووظائف الجسم والنظام الغذائي ونمو النباتات والوراثة والحمض النووي ووظائف الخلايا، وتقسيمها لفروع مختلفة.

• هناك علم الإنزيمات الذي يدرس الطبيعة الكيميائية والنشاط البيولوجي للإنزيمات ووظائفها.

• تلعب هذه الجزيئات دورًا في التحكم بمعدل التفاعل، حيث تعمل الإنزيمات البروتينية على تحويل الركائز إلى منتجات.

• بيولوجيا الخلية تدرس التركيب والوظيفة والسلوك للخلايا، الوحدة الأساسية للحياة والمسؤولة عن وظائف الكائنات الحية.

• التمثيل الغذائي هو التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الخلايا لتوفير الطاقة لعمليات الحياة وتركيب مواد عضوية جديدة، مع تحويل الغذاء إلى طاقة.

  • Catabolism هو تفكيك الجزيئات الكبيرة إلى صغيرة لإطلاق Catabolismالطاقة.
  • Anabolism هو بناء جزيئات صغيرة وبسيطة إلى جزيئات أكبر وأكثر تعقيدًا. Anabolism.

• البيولوجيا الجزيئية تهدف إلى فهم الأساس الجزيئي للنشاط البيولوجي للخلايا من خلال دراسة تركيبها الجزيئي وتقاطع الكيمياء الحيوية مع علم الوراثة.

• الكيمياء الحيوية الحيوانية تدرس التركيبات والتفاعلات الكيميائية في جسم الحيوان، وتغطي دراسة التمثيل الغذائي والأمراض ووظائف الخلايا.

• الكيمياء الحيوية النباتية تدرس التراكيب والوظائف والتفاعلات الكيميائية في النباتات ونظام الطاقة ونظام الدفاع ودورات التفاعلات الضوئية والمظلمة.

• علم المناعة يدرس آليات دفاع الجسم ضد الأمراض المعدية التي تسببها الكائنات الدقيقة والطفيليات.

• الكيمياء الحيوية الطبية تشمل التفاعلات الأيضية البشرية وأمراضها، وتطبق الكيمياء الحيوية السريرية في مجالات الطب المختلفة.

• عمل الدواء يؤثر على العمليات البيوكيميائية في الجسم، ويتطلب معلومات جيدة حول الجوانب البيوكيميائية لجسم الإنسان.

• لتشخيص النقرس، يمكن قياس مستويات حمض اليوريك لتأكيد ما إذا كان النقرس هو المشكلة.

• الأمراض لها أساس جزيئي، وتمكن الكيمياء الحيوية من فهم العمليات الكيميائية التي تحدث في الجسم عند الإصابة بأمراض، مثل داء السكري، وفرط نشاط الغدة الدرقية، واليرقان، وخلل الكلى، وفرط كوليسترول الدم، وفقر الدم المنجلي.

Water: الماء

• جميع الخلايا الحية تحتوي على الكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية والبروتينات والأحماض النووية والنوكليوتيدات والمركبات ذات الصلة بكميات متفاوتة، وهي تتكون من الكربون (C) والهيدروجين (H) والأكسجين (O) والنيتروجين (N) والفوسفور (P) والكبريت (S).
• الماء مادة كيميائية صيغتها H2O مع جزيء بذرتي هيدروجين مرتبطتين تساهميا بذرة أكسجين، ويشكل أكثر من 90٪ من بلازما الدم، ويحتوي على 80٪ من العضلات، وهو المكون الخلوي الأكثر وفرة ومركب ضروري للحياة.
• الماء عديم الطعم والرائحة واللون تقريبا، وهو المكون الرئيسي لمجاري الأرض والبحيرات والمحيطات وسوائل الكائنات الحية، وضروري لجميع أشكال الحياة.

Biochemical Functions: الدور الوظيفي

• سوف تتأكسد العناصر الغذائية التي تستهلكها الخلية بواسطة الأكسجين، ويتم نقل جميع المنتجات بواسطة h2o.
• العنصر الكيميائي الأساسي للكائنات الحية، له خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة، بما في ذلك القدرة على إذابة مجموعة واسعة من الجزيئات العضوية وغير العضوية بفضل بنيته القطبية والقدرة على تكوين روابط هيدروجينية.
• تتضمن الخصائص الفريدة للماء ارتفاع نقاط الغليان والانصهار وارتفاع حرارة التبخر الناتج عن تفاعل الجزيئات المتجاورة المعروفة باسم الترابط الهيدروجيني، الذي يشير إلى تفاعل ذرات الهيدروجين المرتبطة تساهميًا بذرة سالبة كهربيًا مع ذرة سالبة أخرى.

Water's Biophysiological Functions: وظائف الماء الفسيولوجية

• يحمل العناصر الغذائية والهرمونات والإنزيمات والأجسام المضادة والمنتجات الأيضية داخل الجسم.
• وسط مناسب للتفاعلات الكيميائية مثل تفاعلات الأكسدة والاختزال.
• يعتبر المكون الرئيسي للدم واللمف والبول وسوائل الجسم الأخرى.
• يساعد على تنظيم درجة حرارة الجسم.
• يعطي الماء شكل وحجم الخلايا، وذلك لاحتوائه على مركبات مختلفة كالبروتينات والأملاح

Water Distribution: توزيع الماء

• توزيع الماء في الجسم.

  • تتواجد السوائل خارج الخلية (ECF) خارج الخلايا وتشكل حوالي 20٪ من وزن الجسم.

    • يشكل بلازما الدم حوالي 5٪ من وزن الجسم.
    • يوجد السائل الخلالي المحيط بالخلايا وبينها.

  • تتواجد السوائل داخل الخلايا (ICF) داخل الخلايا وتشكل 45٪ من وزن الجسم، ومهمة للوظائف الحيوية.

pH: الرقم الهدروجيني

• pH هو مقيس سالب لوغاريتمي لتركيز أيون الهيدروجين، ويقيس حموضة أو قلوية المحلول.
  • يتراوح مقياسه عادة من 0 إلى 14، حيث يكون المحلول حمضي إذا كان أقل من 7، وقاعدي إذا كان أكبر من 7 عند 25 درجة مئوية.
  • يعتبر الرقم 7 متعادلاً لأن تركيز أيونات الهيدروجين ⁺H فيه يساوي تركيز أيونات الهيدروكسيد ⁻OH في الماء النقي.
  • الأحماض القوية جدًا قد تكون لها درجة حموضة سالبة ، بينما القواعد القوية جدًا قد يكون لها درجة حموضة أعلى من 14.
• أمثلة على قيم pH: حمض الهيدروكلوريك(HCl) له قيمة PH تساوي 0, عصير الليمون له قيمة PH تساوي 2,الخل له قيمة PH تساوي 2.2, والماء المتعادل النقي له قيمة PH تساوي 7 ودم الإنسان له قيمة PH تساوي 7.4
• يستخدم pH في مجالات متنوعة، مثل مواد التنظيف وحفظ الأغذية ومعالجة المياه والزراعة والطب.
• لحساب pH، يتم حساب تركيز أيون الهيدروجين، ثم حساب اللوغاريتم ذو الأساس 10، والقيمة السالبة هي pH.

  • في الماء النقي، يكون تركيز أيون الهيدروجين 1 × 10^-7.

  • إذا كان ⁺[H] للمحلول أكبر من 7-^10 × 1، فإن الرقم أصغر من 7.

  • إذا كان ⁺[H] المحلول أصغر من 7-^10 x 1، فإن الرقم أكبر من 7.

  • الأحماض هي الجزيئات المانحة للبروتونات, بينما القواعد هي مستقبلات البروتونات.

  • الأحماض القوية تتفكك بالكامل في الماء وتفقد بروتون+H بسهولة.

    أمثلة على الأحماض القوية: HCl (حمض الهيدروكلوريك) وH2SO4 (حمض الكبريتيك) وHNO3 (حمض النيتريك) وHBr (حمض الهيدروبروميك) وHClO4 (حمض البيركلوريك). الأحماض الضعيفة: لا تتفكك الأحماض الضعيفة تماما إلى أيوناتها في الماء، ومعظم الأحماض العضوية أحماض ضعيفة.

    القواعد القوية: هي التي تتفكك تمامًا في الماء وتطلق أيونات الهيدروكسيد.

    القواعد الضعيفة - القواعد الضعيفة تتفكك جزئياً في الماء.

    بفر: المحلول المنظم يحافظ على pH ثابت، ويقاوم التغيرات عند إضافة أحماض أو قواعد.

    يمكن للحلول المخزنة أن تحافظ على قيمة pH مستقرة نظرًا لوجود توازن بين الحمض وقاعدته المقترنة.

    عند إضافة أيونات الهيدروجين إلى محلول منظم، ستقوم القاعدة الموجودة في المحلول بمعادلتها، أو عند إضافة أيونات الهيدروكسيد، سيقوم الحمض بمعادلتها؛ هذه التفاعلات لن تؤثر على الاس الهيدورجيني.

    لفهم كيفية عمل المحلول المنظم، ضع في اعتبارك خلات الصوديوم المنحلة في حمض الاسيتيك. الحمض يحلل في المحلول لإنتاج القاعدة في الاقتران. يستخدم المحلول المنظم للحفاظ على قيمة pH ثابتة في العديد من التطبيقات.

Buffers Application: تطبيق buffer

• تستخدم المحاليل المنظمة للحفاظ على قيم pH ثابتة تقريبًا في مختلف التطبيقات الكيميائية.
• العديد من الأنظمة تستخدم عزل الأس الهيدروجيني لتنظيم pH، بما في ذلك نظام عزل البيكربونات الذي ينظم pH في الدم.
• المحاليل المنظمة ضرورية للحفاظ على الرقم هيدروجيني في العديد من الكائنات الحية.
• تعمل العديد من الإنزيمات في ظروف دقيقة، وتبطئ الإنزيمات أو تتوقف إذا تحرك الأس الهيدروجيني خارج نطاق ضيق ويمكن أن تتلف.

Buffers in biological system: بفر في النظام البيولوجي

• العديد من التفاعلات الأيضية مصاحبة بإطلاق أو امتصاص البروتونات.
• يخزن معظم التفاعلات داخل الخلايا، مثل محلول البيكربونات والأحماض الأمينية والبروتينات،تقبل أو تطلق البروتونات لمقاومة التغير في الرقم الهيدروجيني.
• المحاليل المنظمة مهمة في البيولوجيا والطب لأن التفاعلات والإنزيمات البيولوجية تتطلب نطاقات pH محددة للعمل بشكل صحيح.
• يؤثر الرقم الهيدروجيني على التركيب والنشاط.

Biochemistry 🧫🩸🔬

• إذا كان الأس الهيدروجيني منخفضًا جدًا (حمضيًا جدًا) أو مرتفعًا جدًا (قاعديًا جدًا)، يصبح الإنزيم معطلاً وغير قادر على القيام بوظيفته.
• الأس الهيدروجيني البشري هو 7، ولكن الأمثل في المعدة والأمعاء هو 2 و 9.
• يحتوي الدم على عازلة حمض الكربونيك وأنيون البيكربونات للمحافظة على pH ثابت بين 7.3 و 7.4.
• يمكن أن يسبب الرقم الهيدروجيني الدموي فوق 7.8 أو أقل من 6.8 الموت. عندما ينخفض ​​تركيز أيون الهيدروجين، يتشكل حمض الكربونيك ويتفكك إلى أنيون البيكربونات.