معلومة

1.2: أسس كيميائية - علم الأحياء

1.2: أسس كيميائية - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

جزيئات عضوية

على الأرض ، نشأت جميع الجزيئات المحتوية على الكربون من كائنات حية بيولوجية مما تسبب في تسميتها مركبات العضوية. تسمح لنا أوجه التشابه الهيكلية هذه بالتنبؤ بكيفية تفاعل مركب لم نشهده من قبل ، إذا عرفنا كيف تتفاعل الجزيئات الأخرى التي تحتوي على نفس أنواع الأجزاء.

تيتسمى هذه الأجزاء من الجزيئات العضوية المجموعات الوظيفية وتتكون من أنماط ارتباط محددة مع الذرات الأكثر شيوعًا في الجزيئات العضوية (C و H و O و N و S و P). يعد تحديد المجموعات الوظيفية والقدرة على التنبؤ بالتفاعل بناءً على خصائص المجموعة الوظيفية أحد الركائز الأساسية للكيمياء العضوية.

المجموعات الوظيفية هي ذرات أو أيونات أو مجموعات ذرات محددة لها خصائص متسقة. تشكل المجموعة الوظيفية جزءًا من جزيء أكبر.

على سبيل المثال ، -OH ، مجموعة الهيدروكسيل التي تميز الكحوليات ، عبارة عن أكسجين مرتبط بهيدروجين. يمكن العثور عليها في أي عدد من الجزيئات المختلفة.

مثلما تحتوي العناصر على خصائص مميزة ، فإن المجموعات الوظيفية لها خصائص كيميائية مميزة. تميل مجموعة An -OH الوظيفية في جزيء واحد إلى التفاعل بشكل مشابه ، وإن لم يكن متطابقًا ، مع جزيء -OH على جزيء آخر.

تحدث التفاعلات العضوية عادةً في المجموعة الوظيفية ، لذا فإن التعرف على تفاعلات المجموعات الوظيفية سيعدك لفهم العديد من الجوانب الأخرى حول الكيمياء الحيوية.

المجموعات الوظيفية هي وحدات هيكلية داخل المركبات العضوية التي يتم تحديدها بترتيبات ترابط محددة بين ذرات معينة. تشتمل بنية الكابسيسين ، المركب الناري الموجود في الفلفل الحار ، على عدة مجموعات وظيفية ، موضحة في الشكل أدناه وموضحة في جميع أنحاء هذا القسم.

مع تقدمنا ​​في دراستنا للكيمياء الحيوية ، سيصبح من المهم للغاية أن نكون قادرين على التعرف بسرعة على المجموعات الوظيفية الأكثر شيوعًا ، لأن إنها العناصر الهيكلية الرئيسية التي تحدد كيفية تفاعل الجزيئات العضوية. فيما يلي مقدمة موجزة عن المجموعات الوظيفية العضوية الرئيسية.


الألكانات

"الافتراضي" في الكيمياء العضوية (بشكل أساسي ، ال قلة من أي مجموعات وظيفية) المصطلح ألكان، التي تتميز بروابط وحيدة بين الكربون والكربون ، أو بين الكربون والهيدروجين. الميثان ، CH4، هو الغاز الطبيعي الذي قد تحرقه في فرنك. أوكتان ، سي8ح18، هو أحد مكونات البنزين.


الألكينات والألكينات

الألكينات (تسمى أحيانًا الأوليفينات) لها روابط كربون-كربون مزدوجة ، و الألكاينات لديها روابط ثلاثية الكربون والكربون. الإيثين ، أبسط مثال للألكين ، هو غاز يعمل كإشارة خلوية في الفاكهة لتحفيز النضج. (إذا كنت تريد أن ينضج الموز بسرعة ، فضعه في كيس ورقي مع تفاحة - ينبعث من التفاح غاز الإيثيلين (ويسمى أيضًا الإيثيلين) ، مما يؤدي إلى بدء عملية النضج في الموز). يستخدم Ethyne ، المعروف باسم الأسيتيلين ، كوقود في مشاعل اللحام.

يمكن أن تتخذ العديد من الألكينات شكلين هندسيين: رابطة الدول المستقلة أو عبر. ال رابطة الدول المستقلة و عبر أشكال ألكين معين هي أيزومرات مختلفة لها خصائص فيزيائية مختلفة لأن هناك حاجز طاقة مرتفع للغاية للدوران حول رابطة مزدوجة. في المثال أدناه ، الفرق بين رابطة الدول المستقلة و عبر الألكينات واضحة للعيان.

يتم تصنيف الألكانات والألكينات والألكينات على أنها الهيدروكربونات، لأنها تتكون فقط من ذرات الكربون والهيدروجين. ويقال أن تكون الألكانات الهيدروكربونات المشبعة، لأن الكربون مرتبط بأكبر عدد ممكن من الهيدروجين - بعبارة أخرى ، هممشبع' مع ذرات الهيدروجين. تحتوي الكربونات المزدوجة والثلاثية في الألكينات والألكينات على عدد أقل من ذرات الهيدروجين المرتبطة بها - وبالتالي يشار إليها باسم الهيدروكربونات غير المشبعة.


العطريات

ال مجموعة عطرية يتم تمثيله بالبنزين (الذي كان مذيبًا شائع الاستخدام في المختبر العضوي ، ولكن تبين أنه مادة مسرطنة) ، والنفثالين ، وهو مركب برائحة "نفتالين" مميزة. المجموعات العطرية هي هياكل دائرية (مسطحة) ، وهي منتشرة بطبيعتها.

ألكيل هاليدات

عندما يرتبط كربون الألكان بواحد أو أكثر من الهالوجينات ، يشار إلى المجموعة باسم هاليد الألكيل أو هالوكين. يعتبر الكلوروفورم مذيبًا مفيدًا في المختبر ، وكان أحد أدوية التخدير السابقة المستخدمة في الجراحة. تم استخدام كلورو ثنائي فلورو الميثان كمبرد وفي بخاخات الأيروسول حتى أواخر القرن العشرين ، ولكن توقف استخدامه بعد أن تبين أنه له آثار ضارة على طبقة الأوزون. البروموثان هو هاليد ألكيل بسيط يستخدم غالبًا في التخليق العضوي. مجموعات هاليدات الألكيل نادرة جدًا في الجزيئات الحيوية.


الكحوليات والفينولات والثيول

في ال كحول مجموعة وظيفية ، الكربون مرتبط بمجموعة OH (مجموعة OH ، عندما تكون جزءًا من جزيء أكبر ، يشار إليها باسم مجموعة الهيدروكسيل). باستثناء الميثانول ، يمكن تصنيف جميع الكحوليات على أنها أولية أو ثانوية أو ثالثة. في الكحول الأولي ، يرتبط الكربون المرتبط بمجموعة OH أيضًا بكربون واحد آخر فقط. في كحول ثانوي وكحول ثالث ، يتم ربط الكربون باثنين أو ثلاثة من ذرات الكربون الأخرى ، على التوالي. عندما تكون مجموعة الهيدروكسيل مباشرة متصلة بحلقة عطرية ، تسمى المجموعة الناتجة أ الفينول. نظير الكبريت للكحول يسمى ثيول (من اليونانية ثيوللكبريت).

لاحظ أن تعريف الفينول ينص على أن الأكسجين الهيدروكسيل يجب أن يكون كذلك مباشرة تعلق بأحد ذرات الكربون من الحلقة العطرية. وبالتالي ، فإن المركب أدناه هو ليس الفينول - هو كحول أساسي.

التمييز مهم ، لأن هناك اختلافًا كبيرًا في تفاعل الكحولات والفينولات


الإيثرات والكبريتيدات

في الأثير المجموعة الوظيفية ، والأكسجين مرتبط بكربونين. يوجد أدناه هيكل ثنائي إيثيل إيثر ، وهو مذيب مختبري شائع وأيضًا أحد المركبات الأولى التي يتم استخدامها كمخدر أثناء العمليات. يسمى التناظرية الكبريتية للأثير أ ثيوثير أو كبريتيد.


الأمينات

الأمينات تتميز بذرات النيتروجين مع روابط مفردة للهيدروجين والكربون. مثلما توجد الكحولات الأولية والثانوية والثالثية ، هناك الأمينات الأولية والثانوية والثالثية. الأمونيا حالة خاصة لا تحتوي على ذرات كربون.

من أهم خصائص الأمينات أنها أساسية ، وتتكون بسهولة من البروتونات لتكوين كاتيونات الأمونيوم. في الحالة التي يكون فيها للنيتروجين أربع روابط مع الكربون (وهو أمر غير معتاد إلى حد ما في الجزيئات الحيوية) ، يطلق عليه اسم أيون الأمونيوم الرباعي.

ملاحظة: لا تخلط بينك وبين كيفية تطبيق المصطلحات "أساسي" و "ثانوي" و "ثالث" على الكحوليات والأمينات - تختلف التعريفات. في الكحوليات ، ما يهم هو عدد الكربونات الأخرى التي يحتوي عليها الكحول كربون مرتبط ، بينما في الأمينات ، ما يهم هو عدد الكربون نتروجين مستعبدين ل.


الفوسفات العضوي

الفوسفات ومجموعاته الوظيفية المشتقة موجودة في كل مكان في الجزيئات الحيوية. يسمى الفوسفات المرتبط بمجموعة عضوية واحدة أ استر الفوسفات؛ عندما يكون له رابطان لمجموعات عضوية ، يطلق عليه ديستر الفوسفات. يؤدي الارتباط بين اثنين من الفوسفات إلى تكوين أنهيدريد الفوسفات.


الألدهيدات والكيتونات

هناك عدد من المجموعات الوظيفية التي تحتوي على الرابطة المزدوجة بين الكربون والأكسجين ، والتي يشار إليها عادةً باسم أ كاربونيل. الكيتونات والألدهيدات مجموعتان وظيفيتان متصلتان ارتباطًا وثيقًا بالكربونيل وتتفاعلان بطرق متشابهة جدًا. في كيتون، يتم ربط ذرة الكربون في كربونيل بكربونين آخرين. في ألدهيد ، يرتبط الكربون الكربوني على جانب واحد بالهيدروجين ، وعلى الجانب الآخر بالكربون. الاستثناء من هذا التعريف هو الفورمالديهايد ، حيث يحتوي الكربونيل الكربوني على روابط لاثنين من الهيدروجين.


الأحماض الكربوكسيلية ومشتقاتها

عندما يتم ربط الكربونيل على جانب واحد بالكربون (أو الهيدروجين) وعلى الجانب الآخر بالأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت ، فإن المجموعة الوظيفية تعتبر واحدة من "مشتقات حمض الكربوكسيل" ، وهي التسمية التي تصف مجموعة من المجموعات الوظيفية ذات الصلة. العضو الرئيسي في هذه العائلة هو حمض الكربوكسيل مجموعة وظيفية ، حيث يرتبط الكاربونيل بمجموعة الهيدروكسيل. ال أيون الكربوكسيل شكل تبرع H+ الى الحل. المشتقات الأخرى استرات الكربوكسيل(تسمى عادةً "استر") ، ثيويستر ، أميدات ، أسيل فوسفات ، كلوريد حامض، و أنهيدريد حامض. باستثناء كلوريدات الحمض والأنهيدريدات الحمضية ، فإن مشتقات حمض الكربوكسيل شائعة جدًا في الجزيئات البيولوجية و / أو المسارات الأيضية وستتم مناقشتها بمزيد من التفاصيل في فصل لاحق.

تدرب على التعرف على المجموعات الوظيفية في الجزيئات

غالبًا ما يحتوي المركب المنفرد على عدة مجموعات وظيفية ، خاصة في الكيمياء العضوية الحيوية. تحتوي جزيئات السكر المكونة من ستة كربون ، الجلوكوز والفركتوز ، على سبيل المثال ، على مجموعتي الألدهيد والكيتون ، على التوالي ، وكلاهما يحتوي على خمس مجموعات كحولية. غالبًا ما يشار إلى المركب الذي يحتوي على العديد من مجموعات الكحول باسم a "بوليول".

يحتوي كل من هرمون التستوستيرون والحمض الأميني فينيل ألانين ومستقلب تحلل السكر ثنائي هيدروكسي أسيتون فوسفات على مجموعات وظيفية متعددة ، كما هو موضح أدناه.

على الرغم من عدم وجود قائمة كاملة بأي شكل من الأشكال ، فقد غطى هذا القسم معظم المجموعات الوظيفية المهمة التي سنواجهها في الكيمياء الحيوية. يقدم الجدول 1.7 ملخصًا لجميع المجموعات المدرجة في هذا القسم.

الجدول 1.7 المجموعات الوظيفية العضوية المشتركة

التمرين 1.X

حدد المجموعات الوظيفية (بخلاف الألكانات) في المركبات العضوية التالية. اذكر ما إذا كانت الكحوليات والأمينات أولية أو ثانوية أو ثالثة.

التمرين 1.XY

ارسم مثالًا واحدًا لكل من المركبات التي تناسب الأوصاف أدناه ، باستخدام هياكل الخطوط. تأكد من تحديد موقع جميع الرسوم الرسمية غير الصفرية. يجب أن تحتوي جميع الذرات على ثماني بتات كاملة (قد يتجاوز الفوسفور قاعدة الثمانيات). هناك العديد من الإجابات الصحيحة المحتملة لهذه ، لذا تأكد من مراجعة الهياكل الخاصة بك مع معلمك أو مدرسك.

أ) مركب له الصيغة الجزيئية ج6ح11لا يشمل مجموعات وظيفية ألكين وأمين ثانوي وكحول أولي

ب) أيون ذو الصيغة الجزيئية C3ح5ا6ص2- التي تشمل الألدهيد والكحول الثانوي ومجموعات الفوسفات الوظيفية.

ج) مركب له الصيغة الجزيئية C6ح9لا التي لديها مجموعة أميد وظيفية ، وهي كذلك ليس لديها مجموعة ألكين.

المستقلبات الأولية

المستقلبات الأولية هي مكونات المسارات الأيضية الأساسية المطلوبة للحياة. ترتبط بالوظائف الخلوية الأساسية مثل استيعاب العناصر الغذائية وإنتاج الطاقة والنمو / التطور. لديهم توزيع واسع للأنواع التي تمتد عبر العديد من الشعب وفي كثير من الأحيان أكثر من مملكة واحدة. تشمل المستقلبات الأولية اللبنات الأساسية اللازمة لصنع الجزيئات الكبيرة الأربعة داخل الجسم: الكربوهيدرات ، والدهون ، والبروتينات ، والأحماض النووية (DNA و RNA).

هذه عبارة عن بوليمرات كبيرة للجسم تتكون من تكرار وحدات مونومر أصغر (الشكل 6.1). وحدات المونومر لبناء الأحماض النووية ، DNA و RNA ، هي القواعد النوكليوتيدية ، في حين أن المونومرات للبروتينات هي أحماض أمينية ، والكربوهيدرات هي بقايا السكر ، وبالنسبة للدهون هي الأحماض الدهنية أو مجموعات الأسيتيل.

الشكل 1.28 تتكون لبنات البناء الجزيئية للحياة من مركبات عضوية. تم التعديل من: بوغوج


التفاعلات التي تشكل الجزيئات الكبرى

يتم بناء الجزيئات الكبيرة من خلال تجميع وحدات فرعية أحادية المونومر من خلال عملية تخليق الجفاف. ومن المثير للاهتمام ، أن الوحدات الوظيفية العضوية المستخدمة في عمليات تخليق الجفاف لكل نوع من أنواع الجزيئات الكبيرة لها أوجه تشابه مع بعضها البعض. وبالتالي ، من المفيد النظر إلى التفاعلات معًا (الشكل 1.29)

الشكل 1.29 التفاعلات التركيبية للجفاف المتضمنة في تكوين الجزيء الكبير. التفاعلات العضوية الرئيسية المطلوبة للتخليق الحيوي للدهون والأحماض النووية (DNA / RNA) والبروتينات والكربوهيدرات معروضة. لاحظ أنه في جميع التفاعلات ، توجد مجموعة وظيفية تحتوي على مجموعتين من مجموعات سحب الإلكترون (حمض الكربوكسيل وحمض الفوسفوريك ونصفي كل ذرتين من الأكسجين مرتبطة بكربون مركزي أو ذرة فوسفور). هذا يشكل ذرة مركزية إيجابية جزئيًا تفاعلية (كربون في حالة حمض الكربوكسيل ونصفي ، أو الفوسفور في حالة حمض الفوسفوريك) التي يمكن مهاجمتها بواسطة الأكسجين الكهربائي أو النيتروجين من مجموعة وظيفية كحولية أو أمين. داخل النظم البيولوجية ، تتطلب العديد من المجموعات الوظيفية ، مثل الأحماض الكربوكسيلية ، التنشيط قبل أن يمكن استخدامها في التفاعلات التخليقية وسيتم تفصيلها في فصول لاحقة.


تشتمل المستقلبات الأولية التي تشارك في إنتاج الطاقة على العديد من الإنزيمات التي تكسر جزيئات الطعام ، مثل الكربوهيدرات والدهون ، وتلتقط الطاقة المنبعثة أثناء التحلل المائي لثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). الانزيمات هي محفزات بيولوجية تسرع من معدل التفاعلات الكيميائية. عادة ما تكون بروتينات تتكون من لبنات بناء الأحماض الأمينية. يتكون الهيكل الأساسي للخلايا والكائنات الحية أيضًا من مستقلبات أولية. وتشمل هذه أغشية الخلايا (مثل الدهون الفوسفورية) ، وجدران الخلايا (مثل الببتيدوغليكان والكيتين) والهياكل الخلوية (البروتينات). يتكون الحمض النووي والحمض النووي الريبي الذي يخزن وينقل المعلومات الوراثية من مستقلبات أولية للحمض النووي. تشمل المستقلبات الأولية أيضًا الجزيئات المشاركة في الإشارات الخلوية والتواصل والنقل. تعتبر بنية ووظيفة المستقلبات الأولية مكونًا رئيسيًا لهذا النص. سيتم تفصيل ردود الفعل هذه في الفصول التالية.

أيونات ومجمعات غير عضوية

لتضاف


الملخصالهلاميات المائية عبارة عن بوليمرات مائية متشابكة يمكن أن تشرب الماء أو السوائل البيولوجية. تشمل تطبيقاتها الطبية الحيوية والصيدلانية مجموعة واسعة جدًا من الأنظمة والعمليات التي تستخدم العديد من خصائص التصميم الجزيئي. تناقش هذه المراجعة التركيب الجزيئي والسلوك الديناميكي والتعديلات الهيكلية للهيدروجيلات بالإضافة إلى التطبيقات المختلفة لهذه الهيدروجيلات الحيوية.

تسمح التطورات الحديثة في إعداد الهياكل ثلاثية الأبعاد ذات المطابقات الدقيقة للسلسلة ، بالإضافة إلى ربط المجموعات الوظيفية ، بإعداد الهلاميات المائية الجديدة الواعدة. وفي الوقت نفسه ، لا تزال الهيدروجيلات الحيوية الذكية ذات حساسية الأس الهيدروجيني أو درجة الحرارة من المواد المهمة في التطبيقات الطبية.


شاهد الفيديو: محتار تدخل علمى ولا أدبى وبناءا على ايه المفروض تختار علمى أو أدبى ودور أولياء الأمور فى الأختيار (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Darek

    تطوير الموضوع أكثر. من المثير للاهتمام معرفة التفاصيل !!!

  2. Nebei

    في ذلك شيء ما. أشكرك على المساعدة كيف يمكنني أن أشكر؟

  3. Taugore

    في نظري انه أمر واضح. سأمتنع من التعليقات.



اكتب رسالة