📚 البروتينات: الدعم البنائي والإشارات الخلوية
المفاهيم الأساسية
البروتينات البنائية: بروتينات وظيفتها الوحيدة هي تكوين تراكيب حيوية للمخلوقات الحية.
الكيراتين: بروتين ليفي يتكون منه شعر الإنسان.
الكولاجين: البروتين البنائي الأكثر توافراً في معظم الحيوانات، وهو جزء من الجلد والأوتار والأربطة والعظام.
الإشارات الخلوية (cell signalling): عملية نقل الإشارات بين أجزاء الجسم.
الهرمونات: جزيئات تحمل الإشارات من أحد أجزاء الجسم إلى جزء آخر، وبعضها بروتينات (مثل الأنسولين).
خريطة المفاهيم
```markmap
المركبات العضوية الحيوية (كيمياء الحياة)
البروتينات
الوظائف
- تنظيم التفاعلات الكيميائية الحيوية
- الدعم البنائي
#### أمثلة البروتينات البنائية
- الكولاجين: في الجلد والأوتار والأربطة والعظام
- الكيراتين: في الشعر
- بروتينات الريش، الفرو، الصوف، الحوافر، الأظفار، الشرنقات
- نقل المواد
- تقليص العضلات
- تسريع التفاعلات الكيميائية (الإنزيمات)
#### كيف تعمل الإنزيمات؟
##### آلية العمل
- ترتبط المادة الخاضعة (الركيزة) بالموقع النشط للإنزيم.
- يغير الإنزيم شكله قليلاً (المطابقة التأثيرية) ليناسب المادة الخاضعة.
- يتكون مركب الإنزيم والمادة الخاضعة.
- تخفض القوى بين الجزيئية المتكونة طاقة التنشيط للتفاعل.
- تتحول المواد الخاضعة إلى نواتج.
- ينطلق الإنزيم بشكله الأصلي بعد التفاعل ليعيد الكرة.
##### خصائص الإنزيمات
- تخفض طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل.
- تغير سرعة التفاعل دون أن تتغير هي فيه.
- تعمل مرات عديدة.
##### نموذج القفل والمفتاح
- يجب أن تتطابق أشكال المواد الخاضعة مع شكل الموقع النشط.
- الجزء المختلف شكله قد لا يرتبط جيداً وقد لا يحدث التفاعل.
بروتينات النقل
#### مثال: الهيموجلوبين
- بروتين كروي.
- فيه أربع سلاسل عديدة الببتيد.
- يحتوي كل منها على مجموعة حديد (هيم) يرتبط معها الأكسجين.
- ينقل الأكسجين في الدم من الرئتين إلى سائر الجسم.
- تنظيم العمليات الخلوية
- الاتصالات داخل الخلايا وفيما بينها
#### الإشارات الخلوية
##### الهرمونات البروتينية
- مثال: الأنسولين
- يتكون من 51 حمضًا أمينيًا.
- تنتجه خلايا البنكرياس.
- يعطي إشارة لخلايا الجسم لتخزين سكر الدم.
- يؤدي عدم توافره إلى مرض السكري.
- يمكن تصنيعه في المختبر لاستعماله دواءً.
- أمثلة أخرى: هرمونات الغدة الدرقية، هرمونات النمو.
- تسريع حركة الخلايا
- مصدر للطاقة عند شح المصادر الأخرى
التركيب
- بوليمرات عضوية
- مونومراتها: الأحماض الأمينية
- ترتبط الأحماض الأمينية بروابط ببتيدية
- يجب أن يكون البروتين مطوياً في تركيب ثلاثي الأبعاد صحيح
#### التركيب الثلاثي الأبعاد (الطي)
- يتم تثبيت الأحماض الأمينية في مواقع معينة بواسطة الروابط الهيدروجينية.
- أنماط الطي:
- الشكل الحلزوني (يشبه لفات سلك الهاتف)
- الصحيفة المطوية (تنثني السلسلة إلى الأمام والخلف)
- اللفات (تنثني السلسلة إلى الخلف على نفسها)
- قد يحتوي البروتين على عدة لوالب، وصحائف، ولفات، وقد لا يحتوي على أي منها.
- الشكل الكلي للعديد من البروتينات شكل كروي غير منتظم.
#### تغيير الخواص الطبيعية (Denaturation)
- تشوه التركيب ثلاثي الأبعاد الطبيعي للبروتين.
- الأسباب: التغيرات في درجة الحرارة، الرقم الهيدروجيني (pH)، وقوة الرابطة الأيونية.
- النتيجة: فقدان البروتين لوظيفته (يصبح غير فعال).
- مثال: صلابة زلال البيضة عند السلق.
#### الإنزيمات
- أمثلة: البابايين (موجود في البابايا والأناناس).
- الوظيفة: عامل محفز حيوي يسرع التفاعلات دون أن يُستهلك.
- آلية العمل: تخفيض طاقة تنشيط التفاعل عن طريق تثبيت الحالة الانتقالية.
- مثال تطبيقي: البابايين يحلل جزيئات البروتين في اللحم القاسي فيجعله طرياً.
#### الأحماض الأمينية
- جزيئات عضوية
- التركيب العام:
- ذرة كربون مركزية
- مجموعة أمين (NH₂-)
- مجموعة كربوكسيل (-COOH)
- ذرة هيدروجين (H)
- سلسلة جانبية متغيرة (R)
#### تنوع السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية
- ألكانات غير قطبية
- مجموعات الهيدروكسيل القطبية
- مجموعات حامضية (مثل الكربوكسيل)
- مجموعات قاعدية (مثل الأمين)
- حلقات أروماتية
- مجموعات تحتوي على الكبريت
#### تكوين الرابطة الببتيدية
- حمض أميني + حمض أميني → ببتيد ثنائي + ماء
- تفاعل تكثيف (نزع ماء)
- تتحد مجموعة الكربوكسيل لأحد الأحماض مع مجموعة الأمين للحمض الآخر
#### الببتيدات والبروتينات
##### الرابطة الببتيدية
- رابطة أميدية
- تربط بين الأحماض الأمينية
##### ثنائي الببتيد
- حمضان أمينيان مرتبطان
- الترتيب مهم: Gly-Phe ≠ Phe-Gly
- لكل طرف مجموعة أمين حرة ومجموعة كربوكسيل حرة
- تبنيه الخلايا بإضافة أحماض أمينية للطرف الكربوكسيلي
##### عديد الببتيد
##### البروتين
- نحو 50 حمضًا أمينيًا أو أكثر
##### تنوع البروتينات
- 20 حمضًا أمينيًا فقط
- عدد التتابعات هائل: 20² لثنائي الببتيد، 20⁵⁰ لأصغر بروتين
- خلايا الإنسان تصنع 80,000–100,000 بروتين مختلف
الكربوهيدرات
الوظائف
- تزويد الطاقة
- توفير المواد البنائية
الليبيدات
الوظائف
- تكوين الأغشية الخلوية
- تخزين الطاقة
- تنظيم العمليات الخلوية
الأحماض النووية
الوظيفة
- تخزين ونقل المعلومات الوراثية
اختبار السكريات البسيطة (تجربة بندكت)
الهدف
- الكشف عن وجود السكريات البسيطة في الأغذية
المؤشر
- تغير لون المحلول إلى الأصفر أو البرتقالي
```
نقاط مهمة
- البروتينات بوليمرات حيوية تتكون من أحماض أمينية ترتبط بروابط ببتيدية.
- تطوي سلاسل البروتينات مكونة تراكيب معقدة ثلاثية الأبعاد.
- للبروتينات وظائف عديدة في جسم الإنسان تشتمل على وظائف داخل الخلايا وأخرى بينها، ووظائف دعم بنائي.
- تستعمل البروتينات الطبيعية والصناعية في العديد من المنتجات، من محاليل التنظيف إلى وسائل المساعدة الصحية والتجميلية.