بروتوبلازم
البروتوبلازما أو البروتوبلازم أو الجبلة الأولى أو الجِبْلَة ، تعد في علم الأحياء، الأساس الحيوي للكائن الحي، وهو التركيب الذي له القدرة على القيام بعمليات الأيض من هدم وبناء، ويقوم بجميع متطلبات الكائن الحي من تكاثر واستمرارية وثبات.
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.
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.
يدخل في تركيب المادة الحية حوالي 35 عنصرًا من بين العناصر التي تم اكتشافها أو تصنيعها والبالغ عددها حاليا 118 عنصرًا، والجدول الآتي يبين بعض هذه العناصر حسب النسبة المئوية لكتلتها في الخلية الحية:
وتتواجد عناصر أخرى بنسب قليلة جدًا، منها الحديد، واليود، والنحاس، والمنجنيز، والخارصين.
يحتوي البروتوبلازم على نوعين من المركبات، هما:
هي عبارة عن مواد بسيطة غير معقدة التركيب من اًصل معدني، يحصل عليها الكائن الحي عن طريق التغذية، من أهمها الماء والأملاح المعدنية.
من أهم المركبات غير العضوية التي تدخل في تركيب الخلية، وتترواح نسبته بين (5 إلى 95)% من كتلة الخلية، وذلك اعتمادًا على نوعها،
ويتميز الماء بالخصائص التالية:
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.
وتلعب الأملاح أدوارًا مهمة في الخلايا الحية، منها:
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:
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:
أحادية التسكر:
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.
ثنائية التسكير:
تتكون من اتحاد جزيئين من سكاكر أحادية، والصيغة الجزئيئة العامة للسكاكر هي: C12H22O11، ومن الأمثلة على السكاكر الثنائية:
عديدة التسكر:
مبلمرات تتكون من عدد من جزيئات السكر الأحادية، ومن أهمها: النشا، والسليولوز، والغلايكوجين، وصيغتها الجزيئية C6H10O5)n)، حيث يمثل الرمز (n) عدداً صحيحاً.
"أهمية الكربوهيدرات الحيوية:"
هي عبارة عن مركبات عضوية قوامها صلب (شحمي) أو سائل (زيتي)، تتكون من العناصر ذاتها التي تكون الكربوهيدرات (كربون، وهيدروجين، وأكسجين). إلا أن نسبة اليهدروجين فيها أعلى، وبالتالي فإنها تحتوي كمبية أمر من الطاقة.
تضم الليبيديات مركبات عديدة تختلف قي تركيبها، وهي: الدهون، والزيوت، واللبيدات المفسفرة، والستيرويدات.
'الدهون والزيوت
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).
تكون الدهون صلبة؛ لإن بعض الحموض الدهنية المكونة لها تكون مشبعة، وأما الزيوت فتكون سائلة؛ لاحتوائها على حموض دهنية غير مشبعة.
'الليبيدات المفسفرة
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.
'الستيرويدات
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 يعد من السيترويدات.
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.
تعد 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، بالإضافة إلى عنصر النيتروجين.
"و الحموض الأمينية نوعان من حيث المصدر:"الإنزيمات:
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".
"العوامل المؤثرة في نشاط الإنزيم:"
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:
تتكون الحموض النووية من نوعين، هما: الحمض النووي الرايبوزي منقوص الأكسجين (حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين) والحمض النووي الرايبوزي (حمض نووي ريبوزي).
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.
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.
و عند انحلال الرابطة بين مجموعتي الفوسفات الثانية والأولى ينتج عنه مركب يسمى أدينوس أحادي الفوسفات (AMP) وكمية مساوية من الطاقة ومجموعة فوسفات.
و يمكن جمع المعادلتين يالشكل التالي:
"استخدامات الطاقة في الخلية:"
تستخدم الطاقة المخزنة في روابط حاملات الطاقة، مثل ATP في كثير من العلميات الحيوية في الخلية، ويمكن تصنيفها إلى ثلاث أنواع: