التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

ينيا في تركيب الآف من البروتينات المختلفة التي يحتاجها جسم الإنسان والحيوان.

أم

ولكي تتكون تلك البروتينات لا بد من حصول الجسم على إمداد كاف من جميع هذه الأحماض .وبعض الأحماض الأمينية المسماة الأحماض الأمينية الأساسية لا يستطيع الجسم انتاجها ولا بد من توفرها عن طريق الأغذية المتنوعة .أما الأحماض الأمينية المتبقية والمعروفة باسم الأحماض الأمينية غير الأساسية فيستطيع الجسم

تصنيعها.

تقسيم الأحماض الأمينية :وتقسم الأحماض الأمينية من حيث أهميتها إلى

ثلاث مجموعات رئيسية:

-١أحماض أمينية ضرورية :Essential amino acids

وهي أحماض أمينية لا يمكن لجسم الحيوان أوالدواجن أن يبنيها داخل جسمه أي لا يستطيع تخليقها ويجب توافرها في علائق الحيوان والدواجن بالنسب المقررة لتغطيه احتياجاته وعددها ١٠أحماض أمينية وهي الأرجنين -الهستدين -الليسين الليوسين -الأيزوليوسين -الميثونين -الفينايل الانين -التربتوفان -الفالين -الثريونين.

-٢أحماض أمينية غير ضرورية:Non-essential amino acids:

وهي أحماض أمينية يمكن للجسم تخليقها أي يمكن لجسم الحيوان أوالطائر أن يبنيها داخل جسمه وليس من الضرورى اضافة هذه الأحماض الأمينية إلى العلائق.

ومنها الالآنين -هيدروكسى برولين -سيرين -حمض الأسبارتك.

-٣أحماض أمينية غير ضرورية ولكن تصبح ضرورية تحت ظروف خاصة:

مثل السستين-برولين-جليسين -تيروزين-حمض الجلوتاميك .فمثلا تحتاج الدواجن إلى الحامض الأمينى سستين عندما يقل محتوى العليقة من الميثونين عن الحدود التي تغطى إحتياجات الطائر ،وعندما يتوفر الميثونين في العليقة يجعل من

-٥٢٦-

المواد الحاملة للطاقة -التخليق الحيوي

غير الضرورى الوفاء بكل الإحتياجات من السستين حيث أن الزيادة من الميثونين تتحول إلى سستين داخل جسم الطائر ،وفي علائق الدواجن توجد ٦أحماض أمينية يجب أن تعطى لها أهمية خاصة وهي الميثونين -الليسين -أرجنين -تربتوفان - ثريونين -الفالين ،وذلك لأن كميات هذه الأحماض في العليقة محدودة ،كما أن معظم الأحماض الأمينية الأخرى تكون موجودة بكميات كافية في العليقة ،أو يستطيع الطائر إنتاجها في جسمه بتحويل بعض الأحماض الأمينية الأخرى وبالنسبة للأحماض الأمينية الكبريتية )الميثونين -سستين( فإن ح والى %٥٠من إحتياجات الطائر يضاف على صورة الحامض الأمينى ميثونين .ومن الأحماض الأمينية غير الضرورية التي تصبح ضرورية تحت ظروف خاصة الجليسين حيث أنه يلزم لتخليص الجسم من بعض المواد السامة مثل حمض البنزويك Benzoic acidفي صورة حامض الهيبيوريك Hippuric acidالذى يخرج في البول ويتم ذلك كما

يلى:

H

O

COOH

C – N – CH 2 – COOH

Benzoic acid

Hippuric acid

H

+

NH2

C

H

COOH

Glycine

والتخليق الحيوى للبروتين يعتمد على توفير أو تخليق الأحماض الأمينية أولا ثم بعد ذلك تبدأ عملية التخليق الحيوى للبروتين في الجسم.

أولا :توفير الأحماض الأمينية:

هناك عدة طرق يتم بها تخليق الأحماض الأمينية وعلى هذا يتم توفير الأحماض الأمينية التي تشارك بل تلزم في تخليق البروتين ومن هذه الطرق:

الألانين والجلوتاميك :تتكون تلك الأحماض بعملية نقل مجموعة الامين إلى الأحماض الكيتونية المناظرة فيتكون الألانين من حمض البيروفيك والجلوتاميك من

-٥٢٧-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

حمض الالفا كيتو جلوتاريك والأحماض الكيتونية سالفة الذكر تنتج من التحولات الكربوهيدراتية خلال دورة حمض الستريك"اثناء التنفس أو أكسدة السكر")كما سبق

ذكرة في عملية ال .(Transamination

السيرين :يتكون من الحامض الأمينى الألانين.

الاسبارتيك من حمض الاكسالوأسيتيك.

التيروزين :يتكون من انتقال مجموعة الامين من حمض الجلوتاميك إلى الحمض الكيتونى فينايل بيروفيك فيتكون حمض الفينايل الألانين الذى يتحد مع

مجموعة ايدوكسيل لينتج حمض التيروزين.

السستين والسستئين :تتكون من اتحاد كبريتيد الايدروجين مع البيروفات ليتكون

السستين ثم السستئين.

التربتوفان :يتكون عن طريق تكثيف الاندول مع الحمض الاميني السيرين أو تكوين الاندول من حمض الانثرانيليك )الحامض الأمينى تربتوفان لا يعطي طاقة(.

الأرجنين :يتكون اثناء التخلص من الأمونيا عند تكوين اليوريا

Urea

.formation

ثانيا :كيفية التخليق الحيوى للبروتين:

يلزم التخليق الحيوى للبروتين في الخلية تواجد الأحماض الأمينية التي ستكون

هذا البروتين والحامضين النوويين DNAو RNA

اضافة إلى جسيمات

الريبوسومات Ribosomeوعدد من الانزيمات والبروتينات المساعدة ومن أهمها ) .(Aminoacyl t-RNA synthetaseوعادة ما تمر عملية التخليق الحيوى للبروتين والتى تحدث في سيتوبلازم الخلية على جسيمات الريبوسومات .وسوف يتم الأن التعرف باختصار على ما هو RNA ، DNAو :Ribosome :DNAيتم تخليقه في النواة بنسبة تصل إلى %٩٨,٥وبنسبة أقل في

-٥٢٨-

المواد الحاملة للطاقة -التخليق الحيوي

السيتوبلازم .%١,٥عبارة عن سلسلتين من النيكليوتيدات Nucleotidesترتبط مع بعضها بروابط تسمى .H-bondsوكل سلسلة عبارة عن قواعد أزوتية من النوع أدنين ،Adenineجوانين ،Guanineثيامين Thymineوسيتوزين Cytosine ترتبط هذه القواعد مع بعضها بروابط فوسفاتية .هذان السلسلتان تأخذ الشكل

الحلزونى .Double helixيتواجد على سطع ال

DNAمناطق تسمى

Cestronهذه المناطق هي التي يخلق عليها البروتين وتوجد مناطق أخرى تسمى

Operonوهي التي توقف التخليق عند اللزوم.

RNAيوجد منه أربعة أنواع:

:Messenger RNA (m-RNA) -١

يتم تخليقه في نواة الخلية .وهو عبارة عن صورة طبق الصل من أحد سلسلتي

بدلا من

ال DNAمع الاختلاف في أنه يحتوي على القاعدة الأزوتية Uracil القاعدة .Thymineتوجد عليه القواعد الأزوتية مرتبة في شكل ثلاثي تسمى

.Codon

:Transfer RNA (t-RNA) -٢

يتواجد t-RNAفي النواة ووظيفته بأن يقوم بنقل الحامض الأمينى من مكانه إلى مكان التخليق .يوجد على سطح القواعد الأزوتية في شكل ثلاثى ولكن تسمى .Anti-codonو لل t-RNAصفة التخصصية لعديد من الأسباب منها:

لكل حامض أمينى t-RNAخاص به كما أن هناك بعض الأحماض الأمينية

تحتاج لأكثر من t-RNAواحد لكي يتم نقلها.

يجب أن يكون قاد ار على تمييز إنزيم Aminoacyl t-RNA synthetase المتخصص له والذي يضيف له الحامض الأمينيى المطلوب.

-٥٢٩-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

كما يجب أن يحتوي t-RNAعلى مكان متخصص يعمل كموقع ربط للحامض الأميني .يجب على t-RNAأن يكون قاد ار على التعرف على

الريبوسومات.

هذا بالاضافة على احتوائه على ال Anticodonوهي عبارة عن التعاقب المكمل والمتخصص للقواعد التي سوف ترتبط بال m-RNAالمكمل لها.

:d-RNA -٣

مثلا عند حدوث

يتم تخليقه في النواة ووظيفته هو وقف التخليق الحيوى عند اللزوم الطفرات بأن يغطى مناطق ال Cestronعند اللزوم وعندما يزول هذا العارض تذهب اشارات إلى المخ لتزيل هذا الغطاء ليبدأ من جديد التخليق الحيوى للبروتين.

:Ribosome RNA (r-RNA) -٤

الريبوسوم عبارة عن الوسط الذى يتم بداخلة التخليق الحيوى للبروتين ويتكون من جزئين هما 50 S،30 Sيختلفان فيما بينهما في الوزن الجزئي Molecular

weightومن وظائف الريبوسوم:

سويا طريقة

يرتبط مع الحامض النووي m-RNAعن طريق r-RNAليحددا ترتيب وتتابع الأحماض الأمينية في السلسلة الببتيدية المطلوب تخليقها.

يساعدعلى تشكيل الروابط الببتيدية بين الأحماض الأمينية القادمة إليه من

السيتوبلازم على صورة منشطة مع جزئيات .t-RNA

يعمل على المساعدة في ارتباط الكودونات Codonsفي جزئيات m-RNA مع ما يقابلها من Anti-codonsفي t-RNAللحامض الأميني وهذا ما يجعل التخليق الأولى لبروتين ما يتم بشكل وبطريقة سليمة.

يتحرك على طول جزيء الحامض النووي المرتبط معه معتمدا في ذلك على الية خاصة تستهلك فيها طاقة وهذا يتيح فرصة مروره على كل ال codonsفي

-٥٣٠-

المواد الحاملة للطاقة -التخليق الحيوي

جزئيات .m-RNA

خطوات التخليق الحيوى للبروتين:

عملية تنشيط الأحماض الأمينية التي ستدخل في تكوين البروتين

Activation of amino acids

عملية الطبع Transcription

عملية النقل Translation

أولا :عملية تنشيط الأحماض الأمينية :Activation of amino acids

قابلا

يجب تنشيط أي حامض أميني يدخل في تركيب البروتين وذلك لكى يكون للدخول في التفاعلات الانزيمية المتعلقة بعملية التخليق وينشط الحامض الأمينى في السيتوبلازم مركب ATPفي وجود إنزيم يعمل على ربط الحامض الأمينى مع t- RNAمتخصص لنقل هذا الحامض الأمينى المنشط إلى مكان تخليق البروتين.

والانزيم الذى يقوم في كلا العمليتين السابقتين )تنشيط الحامض الأمينى وربطه مع t-RNAالخاص به( يطلق عليه إنزيم Aminoacyl t-RNA synthetase

ثانيا :عملية الطبع أو النسخ :Transcription

الهدف الأساسى من هذه المرحلة هو تكوين ال m-RNAداخل النواة ثم خروجه إلى السيتوبلازم .حيث يتم تكوين m-RNAعن طريق تفكيك شريطى جزيء DNA وذلك بتكسير الروابط الهيدروجينية التي تربط بين القواعد النيتروجينية

Adinine,

) (Thyamine, Guanine, Cytosineفي جزئى الشريط وتستمر هذه العملية حتى يتكون شريطان منفصلان عن بعضهما من جزيء ال DNAالأصلى ،ثم يقوم أحد الشريطين بتكوين شريط واحد هو جزيء ال m-RNAوذلك بقيام كل قاعدة نيتروجينية في كل شريط بجذب نيوكليوتيدات حرة موجودة في سائل النواة مشابهة للتي كانت متصلة معها في الجزيء الأصلى ثم ينفصل ال m-RNAويبتعد عن شريط DNA

-٥٣١-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

وبالتالي يتكون m-RNAويخرج إلى السيتوبلازم وهذا ال m-RNAالمتكون يحمل

نفس الشفرة الوراثية الموجودة على .DNA

شكل رقم )(٢٣

ثالثا :عملية النقل :Translationوهذه العملية تتم على ثلاث مراحل

أساسية:

مرحلة البدء :Initiation

يحمل ال m-RNAالشفرة الوراثية إلى خارج نواة الخلية حيث يتم تخليق البروتينات في السيتوبلازم وليس في النواة حيث يخرج ال m-RNAبعد انفصاله عبر الثقوب الموجودة على الغشاء النووي إلى السيتوبلازم ليستقر على سطح أحد الريبوسومات الموجودة على الشبكة الاندوبلازمية الخشنة والتي هي أماكن صنع البروتين في الخلية .يتم تجميع الأحماض الأمينية المنشطة بواسطة ال t-RNA حيث يتم تنشيط ال t-RNAلكى يمكنه الانتقال والارتباط مع الحامض الأمينى المنشط ثم التعرف على مكانه في ال m-RNAثم يتم تنشيط المركب الوسطى المتكون للدخول في الوسط الذى يتم بداخله التخليق الحيوى للبروتين وهو الريبوسوم

) (r-RNAويتكون المركب .Polysome

-٥٣٢-

المواد الحاملة للطاقة -التخليق الحيوي

شكل رقم )(٢٤

شكل رقم )(٢٥

مرحلة الاستطالة :Elongation

وفي هذه المرحلة يحدث انتقال لل t-RNAالمرتبط مع الحامض الأميني جديدة لارتباط بالأول وهكذا حتى تتكون السلاسل الببتيدية ويتم ذلك في وجود

مركبات ال .GTP

-٥٣٣-

التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

شكل رقم )(٢٦

شكل رقم )(٢٧

-٣مرحلة الانتهاء :Termination

ويستمر نمو السلسلة الببتيدية حتى يصل الريبوسوم إلى أحد كودونات الانتهاء وهي اما UAA, UGA, UAGبعد ذلك تقوم الانزيمات المحللة للبروتين بتكسير الرابطة الببتيدية بين جزيء البروتين المخلق وبين ال t-RANليخرج البروتين

-٥٣٤-

المواد الحاملة للطاقة -التخليق الحيوي

استعدادا

المخلق في النهاية وفي نفس الوقت يتحرر t-RNAوينفصل الريبوسوم

لتصنيع سلسلة ببتيدة جديدة وتلزم لهذه التفاعلات طاقة مصدرها .GTP

شكل رقم )(٢٨

الطاقة المستهلكلة لحساب تخليق أو تكوين جزيء البروتين غير معروفة

لأسباب عديدة منها:

اختلاف عدد مركبات الطاقة المستهلكة ATP, GTPحيث أن هناك بعض الأحماض الأمينية يتطلب نقلها وجود أكثر من .tRNA جزىء البروتين يتكون من عدد من الأحماض الأمينية هذا العدد من الأحماض الأمينية غير معلوم بالضبط فمثلا هرمون الأنسولين عبارة عن جزيء بروتينى يتكون من ٨١حامض أميني ولكن وجد عند فصله من البنكرياس أنه يتكون من ٥٣ حامض أمينى ويحتمل أن السبب في ذلك يرجع إلى الانزيمات المحللة للبروتين والتي من الممكن أن تقوم بالتكسير لهذا الجزيء البروتيني في أكثر من مكان.

لكى تعمل الانزيمات المحللة للبروتين تحتاج إلى طاقة هذه الطاقة غير معروف كميتها أو مقدارها لأن هذه الانزيمات يمكنها تكسير جزيء البروتين في

أكثر من مكان وبالتالي تختلف مركبات الطاقة.

-٥٣٥-