كيمياء حيوية زراعية - دراسة الكربوهيدرات

# كيمياء حيوية زراعية ## مقدمة تعتبر الكيمياء الحيوية ( *Biochemistry* ) فرع من العلوم والذي يهتم بدراسة العمليات الحيوية التي تحدث في الخلايا والأنسجة سواء كانت نباتية أو حيوانية ، ولذا فإن دراسة الكيمياء الحيوية تتطلب داسة التركيب الكيميائي للمواد التي لها علاقة بالكائنات الحية سواء التي تتكون م...

# كيمياء حيوية زراعية ## مقدمة تعتبر الكيمياء الحيوية ( *Biochemistry* ) فرع من العلوم والذي يهتم بدراسة العمليات الحيوية التي تحدث في الخلايا والأنسجة سواء كانت نباتية أو حيوانية ، ولذا فإن دراسة الكيمياء الحيوية تتطلب داسة التركيب الكيميائي للمواد التي لها علاقة بالكائنات الحية سواء التي تتكون منها أو التي تتنتج منها ، كما يبحث هذا العلم الدور الذي تلعبه هذه المواد والتغيرات التي تحدث لها أثناء العمليات الحيوية المختلفة سواء عمليات الهضم والإمتصاص والتمثيل الغذائي أو التنفس والنمو. ويبحث علم الكيمياء الحيوية أيضا كيفية حدوث التفاعلات الحيوية و التغيرات الكيموحيوية والعوامل والظروف التي تؤثر عليها داخل الكائنات الحية. ## مجالات بحث الكيمياء الحيوية وقد إتسعت مجالات بحوث الكيمياء الحيوية وتعددت تخصاصاتها، فنجد تخصصات في دراسة المركبات الحيوية قبل دراسة الكربوهيدرات، دراسة البروتينات، دراسة الليبيدات ....... وقد يكون التخصص في مجال الدراسات الفسيولوجية مثل التمثيل الغذائي أو التنفس، وقد يتجه التخصص وفقا لنوع معين من الخلايا أو الأنسجة أو الكائنات الحية قبل كيمياء حيوية النبات ( *Plant Biochemistry* ) والتي تختص بدراسة الكيمياء الحيوية الخاصة بالنبات أو ( *Animal Biochemistry* ) والتي تختص بدراسة الكيمياء الحيوية الخاصة بالحيوان أو ( *Human Biochemistry* ) وتهتم بدراسة الكيمياء الحيوية الخاصة بالإنسان بافضافة إلي بعض التخصصات الأخري الخاصة بالكائنات الحية الدقيقة ، والكيمياء الحيوية الصناعية إلخ. ## علاقة الكيمياء الحيوية بالعلوم الزراعية بالنسبة لدراسة الكيمياء الحيوية وعلاقتها بالعلوم الزراعية فلا يخلو مجال من مجالات العلوم الزراعية إلا وله علاقة بالكيمياء الحيوية فعلي سبيل المثال ترتبط الكيمياء بتخصص تكنولوجيا الأغذية إرتباطا وثيقا فكل مجالات تكنولوجيا تعتمد علي دراسة الكيمياء الحيوية ، وكيمياء الأغذية ما هو إلا دراسة المركبات الحيوية الموجودة بالأغذية من كربوهيدرات ، دهون ، بروتينات ،ة فيتامينات و إنزيمات وغيرها، وتحليل الأغذية وطرق القياس تعتمد علي وجود مركبات حيوية معينة أو تفاعلات حيوية معينة لإعطاء مركبات معينة يمكن قياسها ، وميكربيولوجي الأغذية ما هو إلا دراسة المركبات الحيوية المختلفة وعلاقتها بالكائنات الحية الدقيقة وتأثير العوامل المختلفة من الرطوبة والحرارة والأكسجين وغيرها علي نمو الكائنات الحية الدقيقة بالإضافة إلي إستخدام الكائنات الحية الدقيقة في أنتاج المركبات الحيوية المختلفة مثل إنتاج المضادات الحيوية ، الخميرة ، الإنزيمات والمركبات الحيوية المختلفة ### علاقة الكيمياء الحيوية بالعلوم الزراعية - تكنولوجيا الأغذية - صحة وسلامة الأغذية - الهندسة الوراثية - النبات الزراعي - البساتين - الإنتاج الحيواني - الداجني - المحاصيل - الهندسة الزراعية - علوم الأراضي ## الكربوهيدرات ### أهداف تدريس الكربوهيدرات 1. إظهار الأهمية الحيوية للمركبات الكربوهيدراتية بصفة عامة والسكريات الأحادية بصفة خاصة 2. تعريف الأقسام المختلفة للكربوهيدرات ودورها الحيوي في حياة الإنسان. 3. التعرف علي تركيب الكربوهيدرات وصفاتها وإكساب الطالب المهارات المعرفية لهذه الصفات 4. توضيح أقسام الكربوهيدرات المختلفة وإرتباط كل قسم بالنظم الحيوية المختلفة وتواجدها في الإنسان والحيوان. 5. معرفة التغيرات التي تحدث للمركبات الكربوهيدراتية داخل جسم الإنسان وتحولها كمصدر للطاقة. 6. حساب كمية الطاقة المتحصل عليها من تمثيل الجلوكوز والفركتوز لسكريات أساسية في التمثيل الغذائي. *تعتبر عملية التمثيل الضوئي Photosynthesis التي تقوم بها النباتات الخضراء هي المصدر الأول للكربوهيدرات علي وجه الأرض. فهذه العملية يتم فيها تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيماوية مخزنة في شكل جزيئات الكربوهيدرات داخل النباتات المختلفة.* ### اهمية الكربوهيدرات: * تعتبر الكربوهيدرات أكثر المركبات العضوية إنتشارا في الكائنات الحية وخصوصا المملكة النباتية وكل المخلفات الزراعية كما توجد بنسبة اقل في الحيوانات. * تعتبر الكربوهيدرات المصدر الأساسي للطاقة في جميع الكائنات الحية تقريبا وهي المادة الخام لكثير من الصناعات مثل صناعة السكر والنشا والورق والخشب والمنسوجات وغيرها. ### أهمية الكربوهيدرات من الناحية الغذائية 1. الكربوهيدرات هي المصدر الأساسي لإمداد الجسم بالطاقة حيث تمثل من 50 - 60% من احتياجات الطاقة للإنسان. 2. تعتبر الكربوهيدرات من مخازن الجسم للطاقة حيث يخزن الجسم الفائض من الكربوهيدرات في صورة جليكوجين والذي يستخدم لإمداد الجسم بالطاقة في فترات الصيام وإنخفاض الإمداد من الطاقة. 3. الجلوكوز هو المصدر الأساسي للطاقة لخلايا الجهاز العصبي والمخ ويدخل في تركيب الدم. 5. الكربوهيدرات مكون من مكونات البلغم وتشترك مع المركبات البروتينية في تكوين المركبات المخاطية ( *Mucoprotein* ) 6. الكربوهيدرات تحمي البروتين من إستخدامه كمصدر للطاقة وتوفر البروتين للقيام بوظائفه الأساسية في بناء وصيانة وتجديد أنسجة الجسم ، لأن الجسم في حالة الوجبات المنخفضة من الكربوهيدرات والدهون يلجأ لإستخدام البروتيتات كمصدر غير إقتصادي للحصول علي الطاقة. 7. في حالة إنخفاض كمية الكربوهيدرات في الوجبة الغذائية يلجأ الجسم إلي حرق الدهون بسرعة وتتكون مركبات وسطية نتيجة الأكسدة الغير كاملة للدهون تسمي الأجسام الكيتونية التي تزيد من حموضة الدم وتسبب ما يسمي بالتسمم الأسيتوني ، أما في حالة وجود الكربوهيدرات فإنها تساعد علي إكتمال أكسدة الدهون لإنتاج الطاقة. 8. تعتبر من خطوط الدفاع بالنسبة للسموم التي تتكون داخل جسم الإنسان مثل التسمم الأسيتوني السابق ذكره أو يكون لها أهمية دوائية حيوية حيث تساعد الجسم علي التخلص من بعض المواد السامة مثل الفينولات والكحولات حيث ترتبط هذه الجزيئات مع جزئ سكر فتصبح علي صورة جليكوسيدات تفرز في البول. 9. الألياف الغذائية وهي أحد صور الكربوهيدرات الغير قابلة للهضم ولا تمثل مصدر للطاقة ولكنها تسهل من حركة الأمعاء وتساعد علي التخلص من الفضلات وتساعد علي خفض مستوي الكوليسترول بالدم. 10. سكر اللاكتوز في اللبن يظل في الأمعاء فترة طويلة مما يشجع علي نمو بعض البكتريا النافعة كما يساعد علي إمتصاد الكالسيوم. 11. مشتقات المركبات الكربوهيدراتية تدخل في تركيب الأنسجة الضامة والغضروفية في الجسم كما تساعد في تكوين مادة الهيبارين المانعة لتجلط الدم. 12. تعتبر الكربوهيدرات من المواد الأولية والمكونات الأساسية لكثير من الصناعات مثل الطحين والخبيز والملابس والمنسوجات. ### التركيب الكيماوي : تتكون الكربوهيدرات أساسا من الكربون والأيدروجين والأكسجين ونظرا لتواجد الأكسجين والهيدروجين بنسبة تواجدهم في الماء 1 : 2 فكانت تعتبر هيدرات الكربون ولذلك سميت بالكربوهيدرات ولكن وجد بعد ذلك أن الروابط الموجودة في جزئ الكربوهيدرات ليست روابط هيدروجينية ضعيفة كما في الماء ولكن وجدت روابط أساسية قوية الكربون والأكسجين والأيدروجين ، والرمز العام للكربوهيدرات CnH2n On ونسبة الهيدروجين إلي الأكسجين في الكربوهيدرات كنسبة الهيدروجين إلي الأكسجين في الماء (2) : (1) إلا أنه توجد بعض المركبات التي تشارك الكربوهيدرات هذه الصيغة إلا أنها مركبات غير كربوهيدراتية مثل حمض الخليك وألدهيد الجليكول وحمض اللاكتيك C3 H O3 ، C2 H4 O2 وعلي العكس يوجد بعض الكربوهيدرات تشذ عن هذه القاعدة ونسبة الأيدروجين إلي الأكسجين لست كنسبتهم في الماء مثل سكر الرامنيوز. ### تعريف الكربوهيدرات من الناحية الكيميائية تعرف الكـــــربوهيدرات بأنها ألدهيدات أو كيتونات عديدة الأيدروكسيل أو مشتقاتها، أو هي Polyhydroxy aldehyde or Polyhydroxy acetone مركبات عند تحليلها مائيا تعطي مركبات ألدهيدية أو كيتونية عديدة الأيدروكسيل. ### كيمياء الكربوهيدرات وكيمياء الكربوهيدرات هي أساس كيمياء الألدهيدات والكيتونات والكحولات. ### المجموعات الفعالة والمجموعة الفعالة المميزة لكل من هذه المكونات ما يأتي:- #### أ- تمتاز الألدهيدات بوجود مجموعة الكربونيل الألدهيدية. #### ب تمتاز الكيتونات بوجود مجموعة الكربونيل الكيتونية. #### ج- تمتاز الكحولات بوجود مجموعة الكرينول، ورمزها الأتي مجموعة الهيدروكسيل أو Hydroxyl Group R-OH الكحول ### أنواع الكحولات والكحولات ثلاثة أنواع: #### 1. كحول أولي وفيه تتصل ذرة الكربون المتصلة بمجموعة الأيدروكسيل الكحولية بمجموعة ألكيل واحدة. #### 2. كحول ثانوي وفيه تتصل ذرة الكربون المتصلة بمجموعة الأيدروكسيل الكحولية ب مجموعتين ألكيل. #### 3. كحول ثالثي وفيه تتصل ذرة الكربون المتصلة بمجموعة الأيدروكسيل الكحولية بثلاث مجاميع ألكيل. ### أبسط مجموعة الكربوهيدرات وبناء علي ذلك يعتبر الدهيد الجليسرول Glyceraldhyde وثنائي هيدروكسي الأسيتون Dihydroxy acetone من أبسط المركبات التي ينطبق عليها هذا التعريف وهي أول أفراد الكربوهيدرات. ### خصائص الكربوهيدرات 1. بعض المركبات الكربوهيدراتية ذات أوزان جزيئية منخفضة والبعض الآخر ذات أوزان جزيئية عالية. 2. بعض المركبات الكربوهيدراتية قابلة للتبلور والآخر غير قابل للتبلور. 3. بعضها يذوب في الماء والبعض الآخر غير قابل للذوبان في الماء. 4. جزء من المركبات الكربوهيدراتية قابلة للتحلل المائي والبعض غير قابل للتحلل. 5. بعض المركبات الكربوهيدراتية تتأكسد بسهولة والبعض لا يتأكسد بسهولة. ### تصنيف الكربوهيدرات - تقسم الكربوهيدرات تبعا لمصدرها أو من الناحية التغذوية إلى ثلاث أقسام وهي: 1. **السكريات Sugars:** وتشمل مجموعة المواد الكربوهيدراتية التي تتميز بدرجات متفاوتة من الحلاوة وتشل اتلسكريات الأحادية والثنائية مثل السكروز ودرجة حلاوته 100، والفركتوز 175 والجلوكوز 74 والجالاكتوز والمالتوز 33 واللاكتوز 13 وهي سكريات سهلة الإمتصاص والسكريات الأحادية مثل الجلوكوز والفركتوز تمتص مباشرة دون هضم أما السكريات الثنائية مثل السكروز والمالتوز واللاكتوز تمتص بعد هضمها وتحولها إلى سكريات أحادية وتوجد في الأغذية ذات المذاق الحلو مثل سكر المائدة والعسل والعصائر والحليب ويوجد أقل في الخضروات. 2. **النشا Starch:** وهي مجموعة المواد الكربوهيدراتية التي تنتمي إلي قسم السكريات العديدة كما سيذكر لاحقا والتي تتكون من وحدات الجلوكوز المرتبطة مع بعضها في صورة سلاسل متفرعة أو غير متفرعة ويمكن هضمها وتحليلها بواسطة مجموعة الإنزيمات الهاضمة للنشا لتعطي وحدات من الجلوكوز وتوجد بصفة أساسية في الحبوب مثل الأرز والقمح والشعير والذرة والخضروات مثل البطاطس والبطاطا وبعض الفواكه مثل الموز. 3. **الألياف الغذائية Dietary Fibres:** وهي أكثر صور الكربوهيدرات تعقيدا وتتكون من وحدات من الجلوكوز في صورة سلاسل ولكنها غير قابلة للهضم ولا تؤدي إلي رفع مستوي الجلوكوز في الدم إلا أنها تعطي إحساس بالشبع لأنها مادة مالئة تتشبع بالماء داخل القناة الهضمية ومنها الألياف الغذائية الغير قابلة للذوبان في الماء مثل السليلوز والهيميسليلوز والألياف الغذائية القابلة للذوبان في الماء البكتين والأصماغ ، والألياف الغذائية تساعد في عدم حدوث الإمســـــاك وتحمي من أمراض القلب والشرايين وتساعد في خفض مستوي الكوليسترول الضار في الدم وتساعد في المحافظة علي مستوي السكر في الدم . - أما من الناحية الكيماوية وهي الأكثر أهمية في هذا الصدد فتقسم الكربوهيدرات علي أساس قابليتها للتحلل المائي وعدد الوحدات التي يحتويها الجزئ إلي : 1. **السكريات الأحادية Monosaccharides:** وتسمى أيضا السكريات البسيطة Simple sugars وتسمى أيضا " *Monoses* " وهي تلك السكريات التي لا يمكن تحليلها الى وحدات سكر أبس 2024 منها سواء بالاحماض المعدنية أو الانزيمات ال 2023 والرمز العام لها CnH2n On - وتحتوي على عدد ذرات كربون من 3 - 10 ذرات كربون ويمكن تقسيمها إلي : - **الترايوز Triose:** وهي قد تكون ألدو او كيتو ترايوز كالتالي: - **الدوترايوز Aldotriose** **مثل الجليسر الدهيد Glyceraldehyde:** بالنسبة للجليسر الدهيد نظرا لأنه يحتوي على على ذرة كربون واحدة غير متناسقة فإن أحدهما يحول مسار الضوء المستقطب ناحية اليمين ويسمى Dextro بمقدار = +13.5 درجة والآخر ناحية اليسار ويسمى Levo بمقدار = -13.5درجة حيث يعتبر الجليسر الدهيد أساس تكوين الالدورات من الناحية النظرية فقط أما من الناحية العملية فهو ليس من السكريات. - **الكيتوترايوز Ketotriose:** مثل ثنائي هيدروكسي الاسيتون Dihydroxy acetone ### التشابه الفراغي للسكريات الأحادية وجد أن السكر الألدهيدي الخماسي له 8 أشكال تشترك في نفس الرمز الجزئي ونفس الرمز البنائي ولكن تختلف هذه الأفراد في توزيع الذرات و المجاميع حول ذرات الكربون في الفراغ Space أي تختلف في التوزيع الفراغي أو الفضائي Stereo فقط مما يؤدى إلى اختلافات واضحة في الصفات الطبيعية والكيماوية للسكر. ولذلك تسمى هذه الأفراد بالمتشابهات الفراغية Stereo or space is me ( *أفراد أو سكرات لها نفس الرمز الجزئي والرام البنائي ولكنها تختلف في التوزيع الفراغي* ) وتسمى هذه الظاهرة بالتشابه الفراغي Stereo isomerism وعموما فالتشابه الفراغي يوجد منه نوعين: 1. **التشابه الهندسي Geometrical isomerism:** وهو التشابه الناشئ عن وجود رابطة زوجية في الجزئي مما يمنع حرية حركة الدوران بين ذرتين كربون ترتبط كل منهما بذرتان أو مجموعتان مختلفتان فأحد المتشابهين يسمي بالمشابه المضاهى Cis وهو الذي توجد به الذرات أو المجموعات المتماثلة في اتجاه واحد والمتشابه الثاني يسمى بالمشابه المخالف Trans وهو الذي يوجد به الذرات أو المجموعات المتماثلة في اتجاهيين متضادين ويظهر في الأحماض الدهنية ويسمي التشابه الهندسي أحيانا بالتشابه - Cis 2. **التشابه الضوئي Optical isomerism:** ويوجد بكثرة في الكربوهيدرات والأحماض الأمينية أو غيرها من المركبات وهو عبارة عن تشـــــــابـة فراغي يظهر في المركبات التي لها نفس الصيغة الجزيئية وتختلف في التركيب الفراغي نتيجة لاحتواء الجزيء على ذرة كربون أو أكثر غير متناسقة ### ذرة الكربون غير متناسقة *تمثل ذرة الكربون فراغيا على هيئة هرم منتظم رباعي الأوجة توجد في مركز نواة الذرة وتتجه إلى أركانه تكافوتها الأربعة، وعند إرتباط ذرة الكربون بأربع ذرات أو مجاميع كيماوية مختلفة فإن نواة الذرة تصبح غير متناسقة ويصبح كل الجزيء غير متناسق أما لو تشابهت ذرتان أو مجموعتان فان ذرة الكربون المرتبطة بهما تفقد عدم التناسق وتصبح متناسقة كما بالشكل:* ### التشابه الضوئي *ونظرا لأن الذرات والمجموعات الأربع المرتبطة بذرة الكربون غير المتمثلة يمكنها أن تتوزع في الفراغ بطريقتين مختلفتين فإنه ينتج عن ذلك مركبان لا ينطبقن على بعضهما ويعتبر أحدهما صورة مرآة للاخر كما بالشكل:* *ويسمى هذان المركبان بالزوج الاتنتيمورفي Enantiomorphic pair حيث تتشابه فيهما جميع الصفات الطبيعية والكيماوية ويختلفان فقط في صفة واحدة وهي تغيير مسار الضوء المستقطب ( هو ضوء موجته المغناطيسية تكون في إتجاه واحد ) حيث يؤدي أحد المشابهان إلى تحويل مسار الضوء المستقطب ناحية اليمين في اتجاه عقارب الساعة) ويسمى يميني الدوران dextro-rotatory ويرمز له بالرمز (+) ، بينما يؤدي المشابة الأخر إلى تحويل مسار الضوء المستقطب بنفس المقدار ولكن فيإتجاة اليسار ( عكس اتجاة عقارب الساعة) ويسمى يسارى الدوران Levo-rotatoryويرمز له بالرمز (-). ### المجموعات الراسمية * وعند خلط كميات متكافئة من المتضادان الضوئيان وتعريضهم للضوء المستقطب يظهر هذا الخليط غير نشط ضوئيا لأن كل فرد منهما يحول مسار الضوء إلى الاتجاة المخالف وبنفس المقدار فيكون المحصلة الجبرية للتحويل الضوئى = صفر ويسمى هذا المخلوط بالمخلوط Racimic mixture الراسيمي ### الأحماض الثنائية الكاربوكسيل *ويعتبر حمض الطرطريك Tartaric acid من أشهر المركبات التي توجد في الصور التشابهيه المختلفه ( يميني . يسارى . راسیمی . ميزو ) كما في مراجع الكيمياء الحيوية يلاحظ في شكل (3) تماثل نصفي الجزيئ The plane of symmetry of molecule وكلاهما صورة في مرآه كالنصف الآخر mirror images of each other ويحول كل منهما الضوء المستقطب في الاتجاه المخالف ولذلك يحدث التعادل الداخلي ويسمى Meso () ### الضوء المستقطب *يتكون الضوء العادي من موجات كهرومغناطيسية تنتشر في اتجاة عمودي على مصدرها. فإذا مر هذا الضوء في منشور نيكول Nicol (وهو زوج من المنشورات من كربونات الكالسيوم) نجد أن جزء من الاشعة يخضع لقوانين الانكسار وهو الضوء العادي ، وجزء أخر يخترق المنشور ولا ينكسر وهي الاشعة الغير عادية وتسمى بالضوء المستقطب. وعند مرور هذا الضوء المستقطب داخل بعض المحاليل من السكريات وحمض الطرطريك والاحماض الامينية فإن هذه المركبات تعمل على تحويل مسار الضوء إما إلى اليمين في اتجاه عقارب الساعة) وتسمى مركبات يمينية Dextro-rotatory أو ألى اليسار (عكس عقارب الساعة وتسمي يسارية Levo-rotatory وتسمى هذه الظاهرة بالانحراف الضوئى Optical rotation. ### قياس درجة التحول الضوئي * تقدير درجة التحول الضوئى Optical rotation تقاس مدى مقدرة المركبات على تحويل الضوء المستقطب إنحرافه عن مساره بجهاز البولاريميتر Polarimeter حيث تعتمد درجة التحول الضوئي للمواد النشطة ضوئيا" على: 1. نوع المادة. 2. نوع المذيب المستعمل. 3. درجة الحرارة. 4. طول الموجة الضوئية المستعملة 5. طول أنبوبة القياس بالديسيميتر. 6. نوع الشوائب الموجودة مختلطة بالمادة في المحلول. *لذلك يجب تثبيت جميع العوامل السابقة وذلك لمقارنة مقدار التحويل الضوئي للمواد المختلفة ببعضها من خلال العلاقة * ### الانحراف الضوئي النوعي *يسمى الانحراف الناتج بالانحراف الضوئي النوعي Specific optical rotation ويعرف بأنه " عبارة عن مقدار زاوية الانحراف الناشئة من محلول من المادة في مذيب ما بحيث يكون تركيز المادة 100جم/100 مل مع استخدام أنبوبة طولها 1 ديسمتر ودرجة حرارة 20 درجة مئوية مع استخدام لهب الصوديوم كمصدر للضوء المستقطب" * ### التيتروز ( *Tetroses* ) - **الألدو تيتروز ( *السكريات رباعية ذرات الكربون الألدهيدية* )** - **D- Erythrose** - **L- Erythrose** - **D- Threose** - **L-Threose** #### عدد المشابهات الفراغية في التيتروز *قام العالم فانت هوف Vanthoff بحساب عدد المشابهات الضوئية للسكر من خلال عدد ذرات الكربون الغير متناسقة خلال العلاقة التالية: عدد المشابهات الضوئية = من حيث ن هي عدد ذرات الكربون الغير متناسقة في جزيء .السكر. وبالتالي فإن عدد المشابهات الضوئية للسكر رباعی ذرات الكربون الألدهيدی = 22 = 4 مشابهات أثنان منهما في الصورة D وهما -D D erythrose threose وأثنان المشابه في المرآة في الصورة L وهما L- L- threose .erythrose - **الكيتوتتروز ( *السكريات رباعية ذرات الكربون الكيتونية* )** - **Erythrulose** #### عدد المتشابهات الضوئية للسكر الرباعي الكيتوني *يوجد فقط 2202 وحید کسکر کیتونی رباعات الكربون وهو Erythrulose حيث أ20332023 المشابهات الضوئية للسكر الرباعي الكيتوني = 21 = 2 احدهما في الصورة D وهو سكر - D erythrulose والثاني هو المشابه له في المرآة وهو - **D- Erythrulose** - **L- erythrulose** ### البنتوزس ( *السكريات خماسية ذرات الكربون* ) - **الالدوبنتوزس *السكريات خماسية ذرات الكربون الألدهيدية* Aldopentoses:** عدد المشابهات = 32 = 48 في الصورة D ، 4 في الصورة (L) كالتالي: - **D- Ribose** - **D-Arabinose** - **D- Lyxose** - **D- Xylose** - **L- Ribose** - **L- Arabinose** - **L- Lyxose** - **L- Xylose** - **الكيتوبنتوزس ( *السكريات خماسية ذرات الكربون الكيتونية* )** - **D- Ribulose** - **L- Ribulose** - **D- Xylulose** - **L- Xylulose** #### عدد متشابهات الكيتوبنتوز *عدد المتشابهات = 2 = 4 (2) في الصورة D ، 2 في الصورة L ) كالتالي:* ### الهكسوزس ( *السكريات سداسية ذرات الكربون* ) - **الالدوهكسوزس *السكريات سداسية ذرات الكربون الألدهيدية* Aldohexoses:** (عدد المشابهات = 4 = 16 (8) في الصورة D ، 8 في الصورة (L) كالتالي: - **D- Allose** - **D- Altrose** - **D-Glucose** - **D-Mannose** - **D- Gulose** - **D- Idose** - **D- Galactose** - **D-Tallose** - **L- Allose** - **L- Altrose** - **L- Glucose** - **L- Mannose** - **L- Gulose** - **L-Idose** - **L-Galactose** - **L- Tallose** - **الكيتوهكسوزس ( *السكريات سداسية ذرات الكربون الكيتونية* )** - **D- Piscose** - **D- Fructose** - **D- Sorbose** - **D- Tagatose** - **L- Piscose** - **L- Fructose** - **L- Sorbose** - **L- Tagatose** #### عدد متشابهات الكيتوهكسوز *عدد المتشابهات = 2 3 = 8 (4 في الصورة D ، 4 في الصورة L ) كالتالي:* ### ملاحظات هامة: - D هي المادة النشطة ضوئيا التي يقع فيها مجموعة OH على ذرة الكربون قبل الأخيرة (ذرة الكربون الغير متناسقة الأخيرة ناحية اليمين. - L هي المادة النشطة ضوئيا التي يقع فيها مجموعة OH على ذرة الكربون قبل الأخيرة (ذرة الكربون الغير متناسقة الأخيرة ناحية اليسار. - (+) يرمز للمركبات التي لها القدرة على تحويل مسار الضوء المستقطب ناحية اليمين أي في اتجاة عقارب الساعة. - (-) برمز للمركبات التي لها القدرة على تحويل مسار الضوء المستقطب ناحية اليسار أي في عكس اتجاة عقارب الساعة . - *تطلق كلمة متشابه Isomer على أي جزئ من السكريات له نفس الصيغة الكيميائية Chemical formula ولكن يختلف في التوزيع الفراغي للمجتميع والذرات المستبدلة علي الهيكل الكربوني للمركب. فمثلا السكريات الأحادية السداسية لها صيغة بنائية واحدة وهي (C6H12O6) وبناء علي ذلك فإن سكر الجلوكوز والمانوز والجالاكتوز هي عبارة عن متشابهات بعضها لبعض وهذه ما نجده أيضا في السكريات الخماسية والرباعية Pentoses and) (Tetroses هذا التشابه طلق عليه التشلبه الفراغي Space or stereo isomerism ويوجد منهم نوعين التشابه الضوئي والتشابه الهندسي.* - *المتشابهيين الضوئيين اللذان يكون أحدهما صورة في مرآه للأخر ويسميان المتضادين Enantiomers حيث L-glucosed Enantiomer وهو D-glucoseمثل ال Enantiomers الضوئيين يستعمل الحرف D للدلالة على أن مجموعة الايدركسيل (OH) على أخر ذرة كربون يديه (أي ذرة الكربون قبل الأخيرة تتجه الى اليمين بينما الحرف L للدلالة على أن مجموهه الايدروكسيل على أخر ذرة كربون يديه تتجه الى اليسار بصرف النظر عنإتجاه انحراف الضوء المستقطب * - *أفراد كل قسم من أقسام السكريات الأحادية التي ليست Enantiomers تسمي Diastereomers أي بمعنى آخر المتشابهات الضوئية Stereoisomers التي لا تكون صورة في مرآة للأخر not mirror images of each other . وتكون مختلفة في الخواص الطبيعية والكيميائية.* - *المخلوط الراسيمى Racemic mixture وهو المخلوط الذي يحتوي عليكميات متساوية من مركبين أحدهما يحول مستوى الضوء المستقطب الى اليمين dextrorotatory والأخر يحول مستوى الضوء المستقطب إلى اليسار levorotatory ولكن نفس المقدار فيصبح المجموع الجبرى للتحويل الضوئييساوي صفر ويسمى هذا المخلوط متعادل الدورة - *مركب الميزو Meso substance وهو الذي يحتوى على ذرتين أو أكثر منذرات الكربون اليديه ويمكن تقسيمه الى نصفين متماثلين وكلاهما صورة في مرآة للأخر ويحول كل منهما الضوء المستقطب في الاتجاه المخالف ولذلك يحدث تعادل داخلى ويظهر مركب غير نشط ضوئيا.* - *المتشابهات التي تختلف فقط في التوزيع الفراغي حول ذرة الكربون الأولى (كما ســــيـأتي للمتشابهات الفاه وبيتا B لنفس جزيء السكر الأحادي) تسمى Anomers* #### المتشابهات التي تختلف فقط في التوزيع الفراغي حول ذرة الكربون الثانية تسمى Epimers *فمثلا يعتبر الجلوكوزD-glucose أبيمير Epimer للمانوز -D Mannose وكذلك الريبوز-D D-arabinoseللارابینوز Epimer أبيميرribose* ### التركيب الحلقي للسكريات الأحادية *وجد من الاختبارات والتجارب المختلفة أن السكريات لا توجد في صورة سلسلة مستقيمة أو سلسلة مفتوحة أي أن مجموعة الألدهيد في السكريات الألدهيدية أو مجموعة الكيتون في السكريات الكيتونية لا توجد في صورة حرة لأن معظم التفاعلات الكيميائية في للسكريات لا تتفق مع كون مجموعة الألدهيد أو الكيتون في صورة حرة لأنها لا تعطي التفاعلات المميزة لمجموعة الألدهيد أو الكيتون هذا بالإضافة إلي بعض الخواص الطبيعية التي لا يفسرها الشكل المفتوح أو السلسلة المستقيمة ونذكر منها علي سبيل المثال : * #### دليل على الترتيب الحلقي - *لو كانت مجموعة الألدهيد موجودة بصورة حرة في السكريات الأحادية فإنها تعمل على إعادة صبغة الفوكسين (إختبار شيف لأن مجموعة الألدهيد الحرة تتحد مع SO2 الموجود في حمض الكبريتوز فيظهر لون الصبغة، وعند إضافة صبغة الفوكسين إلى الألدوزات لا يظهر اللون دلالة على أن الألدهيد في صورة مرتبطة وليس حرة* - *ظاهرة تعديل الدوران النوعي Mutarotation في الجلوكوز أحدهما له تحويل ضوئي +112 والأخر + 19 ويتم التعديل في المحلول حتى يستقر عند 052.5 ، ومن هنا وجد أن داخل الـ أشياء 3 لا يحدث إلا إذا كان هناك ارتباط بين CHO وذرة الكربون رقم 5 في الجلوكوز وتكوين OH هيمي أسيتال الحرة وليست مجموعة الدهيد حرة.* - *جزئ الألدهيدي الحر يتفاعل مع جزيئين من الكحول لتكوين الأسيتال أما السكريات الأحادية تتفاعل مع جزئ كحول واحد لتعطي الأسيتال مما يدل علي أن السكر الأحادي به هيمي أسيتال داخلي.* *هناك الكثير من الأدلة التي تشير الى ان السكريات توجد في الصورة الحلقية حيث تتفاعل مجموعة الألدهيد في الألدوزات أو مجموعة الكيتون في الكيتوزات مع جزيء من الكحول أو مع مجموعة الكحول على ذرة الكربون غير المتمثلة قبل الأخيرة مكونة مركبات من نوع هيمي Hemiketal و هیمی کیتال Hemiacetal اسپتال* ### التركيب الحلقي للجلوكوز *وفي الجلوكوز يكون التفاعل كالأتي:* ### الأنومير: - *وفي الشكل السابق يلاحظ أن ذرة الكربون الألدهيدية للجلوكوز قد تحولت إلى ذرة كربون غير متناسقة وتسمى ذرة الكربون الانوميرية Anomeric carbon atom وينتج عنها مشابهان وينتج عنها مشابهان ضوئيان جديدان يختلفان في اتجاة توزيع مجموعة الايدروكسيل حول هذه ال