التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

وفقا لمصادرها المختلفة

القيمة الح اررية للدهون :تختلف القيمة الح اررية للدهون

كما يتضح من البيانات التالية:

جدول رقم ) (٢٣القيمة الحرارية لكل جرام من الزيوت والدهون المختلفة

أ – ٩,٥٠

كيلو كالوري لكل جرام من دهن الجسم

ب٩,٣٣ -

كيلو كالوري لكل جرام من دهن الزبدة

ج٩,٥٠ – ٩,٣٠ -

كيلو كالوري لكل جرام من دهن البذور الزيتيه

د٨,٨ -

كيلو كالوري لكل جرام من دهن الحبوب

ه٨,٣ -

كيلو كالوري لكل جرام من دهن الأعلاف الخشنة كالتبن وجد Kellnerأن مستخلص الاثير الناتج من الدريس ح اررته ٩,١٩٤كيلو كالوري لكل جرام منه ،وان ح اررة الروث الناتج من استخدام هذا الدريس ٩,٨٢٤ كيلو كالوري لكل جرام والسبب أن مستخلص الاثير في هذا الروث يحتوي على مركبات كيميائية مثل الشموع ،والكلورفيل ومواد أخرى غير مهضومة ح اررتها أعلي

من ح اررة الدهون الحقيقية.

) (٣البروتينات Proteins

تعتبر الكربوهيدرات والليبيدات من المصادر الرئيسية للطاقة في الكائنات الحية، حيث يتم ذلك من خلال عمليات التمثيل الغذائي لهذه المركبات ،أما البروتينات Proteinsوالتي نحن بصددها الآن فهي تعتبر المادة الأساسية اللازمة لبناء الكائن الحى وجسم الحيوان والإنسان ،حيث أن البروتينات هي المكون الفعال الأساسي لمادة البروتوبلازم )مادة الحياة( الموجودة في جميع خلايا الكائنات الحية والبروتينات

أساسا

عبارة عن مركبات عضوية نيتروجينية معقدة ذات وزن جزيئي مرتفع وتتكون

من عناصر الكربون ،والهيدروجين ،والأكسجين ،والكبريت بالإضافة للنتروجين )تصل نسبته (%١٦كما يدخل في تركيب بعض البروتينات عناصر مثل الفوسفور

-١٩٠-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

أو الفلزات مثل الحديد والنحاس ......الخ كما سيأتي ذكرها فيما بعد.

والبروتينات تتكون من وحدات صغيرة تسمى الأحماض الأمينية Amino acidsحيث ترتبط هذه الأحماض مع بعضها من خلال الروابط الببتيدية Peptide bondsلتعطى أنواع مختلفة ذات أوزان جزيئية مختلفة ،حيث أن كل بروتين له أنواع معينة من هذه الأحماض موجودة في ترتيب وتتابع محدد وقد ترتبط البروتينات

بمركبات

أخرى

مثل

الكربوهيدرات

لتعطى

ما

يسمى

بالجليكوبروتينات

Glycoproteinsأو مع الليبيدات لتعطى الليبوبروتينات ....Lipoproteinsالخ.

الأحماض الأمينية:

كما سبق ذكره الأحماض الأمينية تمثل الوحدة الأساسية في بناء وتكوين البروتينات على الرغم من وجود أنواع كثيرة من الأحماض الأمينية في الطبيعة )أكثر من ٢٠٠نوع( إلا أنه يوجد فقط حوالي ٢٠نوع منها هي الداخلة في تكوين وبناء البروتينات وهي المصدر الأساسي لأي أحماض أمينية أخرى موجودة في الكائنات

الحية.

الأحماض الأمينية الحرة والتي تشكل نسبة بسيطة ،تلعب دو ار حيويا هاما في كثير من العمليات داخل الأنسجة الحية ،ويعتبر الاسباراجين Asparagineأول حمض امينى تم اكتشافه )سنة ١٨٠٦م( بينما يعتبر الثريونين Thereonineهو آخر الأحماض الأمينية التي تم اكتشافها )سنة ١٩٣٨م(.

فمثلا حمض

أحيانا يشتق اسم الحامض الأميني من المصدر الأساسي له

الجلوتاميك Glutamic acidيكون موجود في جلوتين القمح.

التركيب الكيميائي لألحماض الأمينية:

الأحماض الأمينية الداخلة في تركيب البروتينات هي في حقيقة الأمر عبارة عن أحماض أمينية تحتوي على مجموعة كربوكسيل ) (- COOHومجموعة امين ) (-NH2في الوضع الفا ) (αحيث تحتوي جزيئاتها على ذرة كربون مركزية في

-١٩١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

الوضع الفا وتتصل بها مجموعة الكربوكسيل ومجموعة الامين وذرة هيدروجين )(H ومجموعة جانبية ) (-Rعدا الحمض الأميني الجليسين حيث تستبدل هذه المجموعة بذرة هيدروجين ثانية ،هذا والشكل التالي يوضح الرمز العام للأحماض الأمينية

والجليسين.

وكما هو واضح من الرمز العام للأحماض الأمينية ،فان ذرة الكربون الفا المركزية عبارة عن ذرة كربون غير متناظرة Asymmetric carbon atomحيث يعطي الحمض الأميني في هذه الحالة متشابهين هما المتشابه اليميني ) (Dوالمشابه

اليساري ) (Lكما في الشكل التالي:

الرمز العام للأحماض الأمينية ورمز الجليسين

المتشابهان اليميني ) (Dواليساري ) (Lللأحماض الأمينية الأحماض الأمينية الداخلة في تكوين البروتينات هي من النوع اليساري )(L وعند وجود ذرتين كربون غير متناظرتين في الجزيء فان الحمض الأميني يعطى في هذه الحالة أربعة متشابهات كما هو واضح في الحمض الأميني الثريونين كما في

الشكل التالي:

-١٩٢-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

متشابهات للحمض الأميني ثريونين

تقسيم الأحماض الأمنية:

كما هو واضح من الرمز العام للأحماض الأمينية ،فان اختلاف المجموعة الجانبية ) (-Rتؤدي إلى اختلاف الأحماض الأمينية من حيث القطبية ،وبذلك يمكن تقسيم طبقا لقطبيتها )على درجة (٧ = pHإلى الأقسام التالية:

الأحماض الأمينية

أحماض أمينية ذات مجاميع جانبية غير قطبيةNonpolar aliphatic R groups:

وتشمل أحماض الجليسين والألانين والفالين والليوسين والايزوليوسين والبرولين.

أحماض أمينية قطبيةPolar, uncharged R groups:

وتشمل أحماض السيرين والثريونين والسستين والميثونين والاسبراجين والجلوتامين.

أحماض أمينية عطريةAromatic R groups:

وتشمل أحماض الفينايل الانين والتيروزين والتربتوفان.

أحماض أمينية بها مجاميع جانبية موجبة الشحنة:

Positively charged R groups

وتشمل أحماض الليسين الارجنين والهستيدين:

أحماض أمينية بها مجاميع جانبية سالبة الشحنة:

Negatively charged R groups

-١٩٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

وتشمل أحماض الاسبارتيك والجلوتاميك .هذا والشكل التالي يوضح التركيب

بعا لهذا التقسيم.

الكيميائي للأحماض الأمينية ت

ومما هو جدير بالذكر يمكن تقسيم الأحماض الأمينية بطريقة أخرى كما يلي:

أحماض أمينية متعادلة:

ويقصد بالأحماض الأمينية المتعادلة هنا هو إنها تحتوي على مجموعة

كربوكسيل واحدة ومجموعة امين واحدة.

وجدير بالذكر أن الأحماض الأمينية المتعادل عند ذوبانها في الماء لا تعطى pH=7بالضبط ولكن تكون حمضية التأثير لحد ما وتنقسم الأحماض الأمينية

المتعادلة بدروها إلى الأقسام التالية:

أحماض أمينية متعادلة عادية :وتشمل الجليسين الألانين والفالين والليسوين

والايزوليوسين.

أحماض أمينية متعادلة ذات حلقة خماسية :أي تحتوي على حلقة خماسية مثل

الحمض الأميني البرولين.

أحماض أمينية متعادلة هيدروكسيلية :أي تحتوي على مجموعة هيدروكسيل )-

(OHمثل السيرين والثريونين.

أحماض أمينية كبريتية :أي تحتوي على كبريت مثل السيستين والستاين

والميثونين.

أحماض أمينية متعادلة عطرية :أي تحتوي على حلقة بنزين عطرية مثل الفينايل الانين والتيروزين والتربتوفات )حلقة اندول(.

-١٩٤-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

التركيب الكيميائي للأحماض الأمينية وتقسيمها

أحماض أمينية حمضية:

وهي تحتوي على مجموعة كربوكسيل إضافية في السلسلة الجانبية وبالتالي تكون محتوية على مجموعتين كربوكسيل ومجموعة امين واحدة مثل الجلوماتيك

والاسبارتيك.

أحماض أمينية قاعدية:

وهي عكس المجموعة السابقة حيث تحتوي على مجموعة امين إضافية في السلسلة الجانبية وبالتالي تكون محتوية على مجموعتين امين ومجموعة كربوكسيل واحدة مثل الليسين والارجنين والهستدين )حلقة اميدازوال(.

الخواص الطبيعية لألحماض الأمينية:

سوف نستعرض في الجزء التالي بعض الخواص الطبيعية الهامة للأحماض

الأمينية كما يلي:

-١٩٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

الصورة النقية :الصورة النقية للأحماض الأمينية الموجودة في الطبيعة تكون على الحالة الصلبة ومتبلورة ولها درجة إنصهار عالية ومعظم الأحماض الأمينية حلوة

المذاق.

النشاط الضوئي :Optical activity

جميع الأحماض الأمينية لها نشاط ضوئي ما عدا الجليسين الذي يحتوي على

ذرة كربون متناظرة )متناسقة( كما سبق ذكره.

الذوبان :Solubility

معظم الأحماض الأمينية تذوب في الماء ولكن بدرجات مختلفة ،ويقل الذوبان عند نقطة التعادل الكهربي ) Isoelectric point (IEP.PL:Piوزيادة الحموضة تسبب زيادة الذوبان خاصة الأحماض الأمينية القاعدية ،بينما زيادة القاعدية تزيد من

عموما تذوب الأحماض الأمينية في كحول

ذوبان الأحماض الأمينية الحمضية،

ايثايل .%٥٠

التفاعالت الكيميائية لألحماض الأمينية :Chemical reactions

تأثير الحرارة:

عند تعرض الأحماض الأمينية الفا للتسخين في وجود بعض العوامل المساعدة فإنها تكون مركبات حلقية )اندريد الحمض الأميني( بفقد جزيئات من الماء.

الخواص الامفوتيرية:

بما أن الأحماض الأمينية تحتوي على مجموعة كربوكسيل )(-COOH ومجموعة امين ) (-NH2لذا فإنها تميل لتكوين أملاح داخلية تسمى الزوتر آيون Zwiter ionوذلك عند ذوبانها في الماء ،والزويتر أيون عبارة عن ملح متأين يحمل شحنات كهربية موجبة وأخرى سالبة تعادل بعضها البعض ،وتتوقف هذه

الخاصية على درجة حموضة المحلول )درجة ال .(pH

-١٩٦-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

تأثير الحرارة على الأحماض الأمينية

ونتيجة وجود الأحماض الأمينية على صورة الزويتر أيون ،تظهر لها خواص امفوتيرية )حمضية وقاعدية( ،حيث تتفاعل مع الأحماض كأنها قاعدة ،ومع القواعد

كأنها أحماض.

على هذا يشحن الحمض الأميني الموجودة في صورة الزويتر أيون بالشحنة الموجبة في الوسط الحمضي وبشحنة سالبة في الوسط القاعدي ،وهذه الخاصية الهامة للأحماض الأمينية أضفت عليها وعلى البروتينات المتكونة منها صفة الامفوتيرية حيث يكون لها فعل تنظيمي Buffering actionيمكن من خلاله مقاومة التغير في درجات الحموضة والمحافظة على درجة ال pHحوالي ،٧وذلك مما يؤدى في النهاية إلى استمرار عمل الإنزيمات والنظم الحيوية بكفاءة عالية.

نقطة التعادل الكهربي:

تعرف نقطة التعادل الكهربي ) Isoelectric point (IEP.PL:Piبأنها درجة ال pH التي عندها لا يتحرك الحمض الأميني في المجال الكهربي ،حيث يكون متعادل.

الأحماض الأمينية الضرورية Essentialوغير الضرورية :Nonessential الحمض الأميني غير الضروري هو عبارة عن الحمض الذي يستطيع جسم

-١٩٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

الإنسان أو الحيوان تخليقه إذ توفر له مصدر نتروجيني مناسب ولا يشترط وجوده في الغذاء ،ومن أمثلة هذه الأحماض بالنسبة للإنسان ،الجليسين والالانين والاسبارتيك والجلوتاميك والبرولين والهيدروكسي والسيرين والسستيئين.

أما الحمض الأميني الضروري فهو ذلك الحمض الذي لا يستطيع جسم الإنسان أو الحيوان تخليقه ولابد من توافره في الغذاء مثل الفالين والليسين والليوسين والايزوليوسين والثريونين والمثيونين والفينايل الانين والتربتوفان.

أيضا الأحماض شبة الضرورية Semi-essentialوهي التي تستطيع

وهناك

أن تحل محل الحمض الضروري في حالة غيابه وذلك نظ ار لتقارب الهيكل الكربوني فمثلا التيروزين يعتبر حمض امينى شبة ضروري في حالة غياب الفنايل

في كليهما ،

الانين فقط ،من ناحية أخرى يمكن اعتبار الحمض الأميني ضروري أيضا إذ تكون في الجسم بكميات قليلة لا تفي بالاحتياجات المطلوبة منه.

هذا ويزداد معدل الإحتياج للأحماض الأمينية في مرحلة البناء )الأطفال(

وحالات النقاهة والمرض.

النباتات بصفة عامة لا تستطيع تخليق الأحماض الأمينية من مصادرها الأولية وأكثر من هذا فان النباتات تستطيع استخدام الأمونيا أو النترات الموجودة بها كمواد بادئة لمجاميعها الأمينية ،أما الكائنات الحية الدقيقة فتختلف بشدة في سعتها لتخليق فمثلا E.coliتستطيع تخليق الأحماض الأمينية المطلوبة من

الأحماض الأمينية ،

النباتات البسيطة ،بينما بكتريا حمض اللاكتيك لا تستطيع ذلك وتحصل على ما

يلزمها من الأحماض الأمينية من بيئتها.

-١٩٨-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

الببتيدات Peptides

الببتيدات Peptidesعبارة عن اتحاد )ارتباط( عدد محدود من الأحماض الأمينية بروابط ببتيدية )روابط اميدية( ،وتختلف الببتيدات باختلاف عدد الأحماض الأمينية المكونة لها فهناك الببتيد الثنائي Dipeptideويعتبر أصغر ببتيد متكون حيث يتكون من عدد اثنين حمض امينى ،أما الببتيد الثلاثي Tripeptideفيتكون من ثلاثة أحماض أمينية ،وبصورة عامة إذا زاد عدد الأحماض الأمينية عن عشرة أحماض في الببتيد فيسمى في هذه الحالة ببتيد عديد .Polypeptide

جدا من الأحماض

لا يوجد حد فاصل بين البروتين )المحتوى على عدد كبير الأمينية( والببتيدات العديدة ،ولو أن الببتيدات العديدة عادة ما يقل وزنها الجزيئي عن ١٠٠٠٠وتستطيع النفاذية خلال الأغشية الشبة منفذة مثل السولفان ولا تترسب بواسطة ثلاثى كلوروحمض الخليك ) Trichloroacetic acid (TCAأو كبريتات

الأمونيوم بعكس البروتينات.

الببتيدات الحقيقية وغير الحقيقية:

يجب أولا ملاحظة أن الروابط الببتيدية ما هي إلا روابط اميدية Amide bondsبين مجموعة كربوكسيل في حمض امينى ومجموعة امين في حمض امينى

هاما في

آخر وبصورة عامة تنتشر الببتيدات في الطبيعية انتشا ار كبي ار وتلعب دوار

النظم البيولوجية والحيوية.

الرابطة الاميدية Amide bond

-١٩٩-