حل درس العناصر الأساسية اللازمة للحياة أحياء ثاني عشر عام
العناصر الأساسية اللازمة للحياة
الكيمياء العضوية
يدخل عنصر الكربون كمكون في كل الجزيئات الحيوية تقريبا لهذا السبب، غالبا ما تعتبر الحياة على كوكب الأرض معتمدة على الكربون. ونظرا إلى أن الكربون عنصر أساسي فقد خصص له العلماء فرعا كاملا من الكيمياء تسمى الكيمياء العضوية وذلك بهدف دراسة المركبات العضوية، وهي المركبات التي تحتوي على الكربون،ثمة أربعة إلكترونات في مستوى الطاقة الخارجي. تذكر أن مستوى الطاقة الثاني يستطيع أن يحمل ثمانية إلكترونات كحد أقصى، لذلك يمكن لذرة كربون واحدة تكوين أربع روابط تساهمية مع ذرات أخرى. هذه الروابط التساهمية تسمح لذرات الكربون بالأرتباط بعضها مع بعض، مما يتيح تكوين مجموعة متنوعة من المركبات العضوية المهمة. تجدر الأشارة إلى أن المكونات يمكن أن تتخذ شكل سلاسل مستقيمة وسلاسل متشعبة وحلقات،وتؤدي مكونات الكربون مجتمعة إلى تنوع الحياة على سطح الأرض .
الجزيئات الضخمة
يمكن أن تتحد ذرات الكربون معا لتكون جزيئات الكربون وبالمثل تخزن معظم الخلايا مركبات الكربون الصغيرة التي تعتبر بمثابة وحدات بناء للجزيئات الضخمة.أن الجزيئات الضخمة هي جزيئات كبيرة تتكون من خلال جمع جزيئات عضوية صغيرة معا وتسمى هذه الجزيئات الكبيرة بوليمرات أيضا إن البوليمرات هي جزيئات تتكون من وحدات متكررة من مركبات متماثلة أو شبه متماثلة تسمى المونومرات ترتبط في ما بينها بواسطة سلسلة من الروابط التساهمية ،تنقسم الجزيئات الضخمة الحيوية إلى أربع فئات رئيسة: الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية .
الكربوهيدرات
إن المركبات التي تحتوي على الكربون والهيدروجين والأكسجين بنسبة ذرة أكسجين واحدة وذرتي هيدروجين مقابل كل ذرة كربون تسمى كربوهيدرات. تكتب الصيغة العامة للكربوهيدرات على هذا النحو (n(CH2O. ويشير الرمز السفلي n إلى عدد وحدات الفورمالدهيد (CH2O )في السلسلة. أن الكربوهيدرات المهمة أحيائيا والتي تتراوح فيها قيمة n بين ثلاثة وسبعة تعرف بالسكريات البسيطة أوالسكريات الأحادية . فضلا عن ذلك، يضطلع الجلوكوز أحادي السكر بدور محوري كمصدر للطاقة في الكائنات الحية .ِيمكن أن ترتبط الجزيئات الأحادية لتكون جزيئات أكبر ويجتمع اثنان من السكريات الأحادية معا لتكونامركبا ثنائي السكر أضافة إلى ذلك تعمل السكريات الثنائية كمصادر للطاقة مثل الجلوكوز،وهو سكر المائدة، والاكتوز، الذي يدخل ضمن مكونات الحليب من السكريات الثنائية. تعرف جزيئات الكربوهيدرات الأطول بالسكريات المتعددة ويعد الجلوكوز أحد أهم السكريات المتعددة أن الجليكوجين هو عبارة عن مخزن للطاقة مكون من الجلوكوز وموجود في الكبد والعضلات الهيكلية فحين يحتاج الجسم إلى الطاقة بين الوجبات أو أثناء نشاط بدني، يتحلل الجليكوجين إلى جلوكوز.
الدهون
تمثل الدهون مجموعة أخرى مهمة من الجزيئات الضخمة الحيوية وهي عبارة عن جزيئات تحتوي بشكل أساسي على الكربون والهيدروجين وتكون الشمع والدهون والزيوت تشتمل الدهون على أحماض دهنية وجليسرول ومكونات أخرى وتتمثل وظيفتها الأساسية في تخزين الطاقة. الجدير بالذكر أن ما يسمى ثلاثي الجلسريد يكون دهنا إذا كان صلبا في درجة حرارة الغرفة وزيتا إذا كان سائلا في درجة حرارة الغرفة. علاوة على ذلك تخزن مركبات ثلاثي الجلسريد في خلايا الجسم الدهنية. تجدر الأشارة إلى أن أوراق النباتات مطلية بطبقة من الدهون تعرف بالشمع وذلك لتجنب فقدان المياه. أما قرص العسل في خلية النحل، فمصنوع من شمع النحل.
الدهون المشبعة وغير المشبعة
تحتاج الكائنات الحية إلى الدهون لتؤدي وظائفها بصورة جيدةو تعتبر نهايات الأحماض الدهنية التركيب الأساسي للدهون،أن كل نهاية عبارة عن سلسلة من ذرات الكربون مرتبطة بذرات هيدروجين وكربون أخرى برابطةُ أحادية أو ثنائية وتسمى الدهون ذات سلاسل النهاية التي تتضمن روابط أحادية فقط بين ذرات الكربون الدهون المشبعة نظرا إلى عدم أمكانية أضافة ذرات هيدروجين أخرى إلى النهاية. أما الدهون التي تتضمن رابطة ثنائية واحدة على الأقل بين ذرات الكربون في سلسلة النهاية والتي يمكن أن تستوعب ذرة هيدروجين واحدة أخرى على الأقل فتسمى "الدهون غير المشبعة". بينما تسمى الدهون التي تتضمن أكثر من رابطة ثنائية واحدة في النهاية بالدهون غير المشبعة المتعددة".
الدهون الفوسفورية
الدهن الفوسفوري وهو مسؤول عن تركيب غشاء الخلية ووظيفته. تجدر الإشارة إلى أن الدهون كارهة للماء، بمعنى أنها لا تذوب فيها وهذه الخاصية مهمة لأنها تجعل الدهون تعمل بمثابة حواجز في الأغشية الحيوية .
الستيرويدات
تعد مجموعة الستيرويدات فئة أخرى مهمة من الدهون وتشتمل على مواد مثل الكوليسترول والهرمونات. وبالرغم من اعتبار الكوليسترول من الدهون الضارة الأ أنه يمثل نقطة بداية لدهون أخرى ضرورية،مثل الفيتامين د وهرمونات الإستروجين والتستوستيرون.
البروتينات
يعتبر البروتين من ضمن العناصر الأساسية الازمة للكائنات الحية البروتينات وهو عبارة عن مركب مكون من مركبات كربونية صغيرة تسمى أحماضا أمينية أن الأحماض الأمينية هي مركبات صغيرة مكونة من الكربون والنتروجين والأكسجين والهيدروجين وأحيانا الكبريت لكل الأحماض الأمينية التركيب العام نفسه .
تركيب الحمض الأميني
للأحماض الأمينية ذرة كربون مركزية.تذكر أن الكربون يستطيع تكوين روابط تساهمية، وتكون إحدى هذه الروابط مع الهيدروجين بينما تكون الروابط الثالثة الأخرى مع مجموعة أمينية (NH2 ) –ومجموعة كربوكسيل (COOH ) –ومجموعة متغيرة (R .) –الجدير بالذكر أن المجموعة المتغيرة تجعل كل حمض أميني مختلفا ويوجد 20 مجموعة متغيرة مختلفة وتتكون البروتينات من توليفات مختلفة من الأحماض الأمينية المختلفة الـ 20 كلها. إن مجموعة من الروابط التساهمية، تعرف بالمجموعة بالروابط الببتيدية تجمع الأحماض األمينية معا لتكوين البروتينات، وتتكون الرابطة الببتيدية بين المجموعة الأمينية لحمض أميني ومجموعة كربوكسيل لحمض أميني أخر .
تركيب البروتين ثلاثي الأبعاد
قد يضم تركيب البروتينات ما يصل إلى أربعة مستويات وذلك بحسب المجموعات المتغيرة التي تحتوي عليها الأحماض الأمينية المختلفة. ويتحدد التركيب الأساسي للبروتين بحسب عدد الأحماض الأمينية في السلسلة وترتيب اتحادها بعد تكون سلسلة الحمض الأميني فإنها تنثني لتكون شكلا ثلاثي الأبعاد وهو التركيب الثانوي للبروتين. قد يحتوي البروتين على عدد كبير من : الحلزون والطيات والثنيات ويكون التركيب الثلاثي للعديد من البروتينات كروي الشكل، مثل بروتين الهيموجلوبين ولكن بعض البروتينات تكون اليافا طويلة فضلا عن ذلك، تكون بعض البروتينات مستوى رابعا من التركيب من خلال الأتحاد مع بروتينات أخرى .
وظيفة البروتين
تمثل روتينات حوالي 15 بالمئة من إجمالي كتلة جسمك وتدخل تقريبا في كل وظائف الجسم على سبيل المثال،يتكون كل من عضلاتك وجلدك وشعرك من البروتينات أضافة إلى أن خلايا جسمك تحتوي على 000,10 بروتين مختلف يوفر الدعم الهيكلي وينقل المواد والإشارات داخل الخلية وفي ما بين الخلايا ويسرع التفاعلات الكيميائية ويتحكم في نمو الخلايا .
الأحماض النووية
أن المجموعة الرابعة من الجزيئات الضخمة الحيوية هي الأحماض النووية وهي عبارة عن جزيئات ضخمة معقدة تعمل على تخزين المعلومات الوراثية ونقلها وتتكون الأحماض النووية من وحدات فرعية صغيرة متكررة تحتوي على الكربون والنيتروجين والأكسجين والفوسفور وذرات الهيدروجين تسمى النيوكليوتيدات التركيب الأساسي للنيوكليوتيد والحمض النووي توجد خمسة نيوكليوتيدات رئيسة يحتوي كل منها على ثلاث وحدات، وهي الفوسفات وقاعدة نيتروجينية وسكر الريبوز.