التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

• سكرات عديدة يدخل في تكوينها الأحماض اليورونية مثال البكتين وحمض الالجنيك والهيمي سليلوز وبعض أنوع الصموغ والمواد الهلامية

)الميوسيلاج(.

• سكرات عديدة تحوي النتروجين في الجزيء مثال الكيتين وهو الغطاء

الواقي لبعض الحشرات.

• سكرات عديدة تحوي الكبريت في الجزيء مثال الآجار أو تحوي على

معا مثال الهيبارين.

الكبريت والنتروجين

التسمية:

يطلق على السكر العديد أحيانا اسم الجليكان Glycanفالسكر العديد الذي يتكون من نوع واحد يطلق عليه سكر عديد متجانس Homoglycanوالذي يتكون من اكثر من نوع يطلق عليه سكر عديد غير متجانس Heteroglycanويشتق الاسم من السكر الأحادي باستبدال المقطع oseبالمقطع ) anجلوكوز = جلوكان، مانوز = مانان ،دكستروز = دكستران ،زيلوز = زيلان ،أو جلاكتومانان )اتحاد

جلاكتوز +مانوز السكر العديد( ...وهكذا.

هي عبارة عن بوليمرات تتكون من عدد كبير من وحدات السكر الأحادي ،وعادة ينتج عن تحللها مائيا عدد غير معروف بالضبط من وحدات السكر الأحادي.

وبصفة عامة يمكن تقسيم السكرات العديدة إلى قسمين:

سكرات عديدة متجانسة :Homoglycans or Homopolysaccharides وهي عبارة عن بوليمرات تتكون من نوع واحد من السكرات الأحادية أو أحد مشتقاته كاملا تنتج نوع واحد فقط من السكرات الأحادية أو

مائيا

تحليلا

أي أنه عند تحليلها

أحد مشتقاته.

ويمكن تقسيم هذا النوع بدوره إلى قسمين على أساس أدوارها البيولوجية:

سكرات تخزينية Storage homoglycansمثل النشا والجليكوجين.

-٥٠-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

سكرات تركيبية Structural homoglycansمثل السليولوز والكيتين.

سكرات عديدة غير متجانسة :Heteroglycans or Heteropolysaccharides وهي عبارة عن بوليمرات تتكون أكثر من وحدة بنائية أي أنه عند تحليلها مائيا تحليلا كاملا ينتج اكثر من نوع من السكرات الأحادية أو مشتقاتها ومن أمثلتها حمض الهاليورنيك Hyaluronic acidوالهيبارين .Heparin

-١السكرات العديدة المتجانسة :Homoglycans

أ -السكرات التخزينية :Storage homoglycans

-١النشا :Starch

من السكرات العديدة المتجانسه من نوع ال ،Hexosansأو على وجه الخصوص ال ،Glucanأي يتكون من سلاسل مستقيمة .ترتبط بأخري متفرعة، وكلها عبارة عن وحدات من سكر الجلوكوز ،ينتشر بكثرة في البذور ،والتي تحتوي على نشا يصل الي %٧٠وكذلك في الفواكه والجذور والدرنات بمستوي يصل إلي %٣٠ويتكون النشا من نوعية من السكرات العديدة Polysaccharidesهي

الأميلوز Amyloseوالاميلوبكتين . amylopectin

تبعا للمصدر وان كان في معظم الحبوب وأنواع

وتختلف نسبة كل منهما

البطاطا يوجد الأميلوز بنسبة ،%٢٨ -٢٠أميلوبكتين بنسبة .%٨٠ – ٧٢ولا يذوب النشا في الماء البارد بل يتكون معلق Suspensionوعند تسخينه تنتفخ حبيبات النشا ،وفي النهاية تنفجر الحبيبات وتتكون محاليل جيلاتينية أو غروية.

حامضيا أو بالإنزيمات إلى دكسترين ،ثم إلي السكر الثنائي مالتوز،

ويتحلل النشا

وفي النهاية الي السكر الأحادي جلوكوز .ينتشر النشا بكثرة في الطبيعة ويعتبر كمخزن للكربوهيدرات في الدرنات مثل البطاطس وتبلغ نسبته حوالي ،% ٣٠ والجذور مثل البطاطا وتبلغ نسبته حوالي % ٥٠وفي البذور والحبوب والكثير من

الريزومات والفواكه.

-٥١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

هاما في غذاء الإنسان والحيوان على حد سواء ،ويتكون النشا

يلعب النشا دوار

في النباتات الخضراء كنتيجة لعملية البناء الضوئي ،ويخزن في النهاية في شكل حبيبات تتباين في أشكالها وأحجامها بتباين المصدر النباتي وتتراوح أقطارها من – ٣ ١٠٠ميكرومتر ،كما تختلف في الكثير من خواصها الطبيعية مثل الذوبان في الماء على درجات الح اررة المختلفة لتكوين محلول جيلاتيني وكذلك سرعة انتفاخها في المذيبات المختلفة ،ولذلك بفضل أن يقرن اسم النشا باسم المصدر المتحصل منه عليه مثل نشا الذرة – نشا البطاطس – نشا الأرز وهكذا .ويتكون النشا من وحدات من السكر الأحادي جلوكوبيرانوز مرتبطة مع بعضها بروابط جليكوسيدية من نوع ألفا

.٤ -١

والنشا عبارة عن خليط من الأميلوز والأميلوبكتين الأميلوز :Amyloseيتكون من سلسلة مستقيمة )غير متفرعة( من وحدات سكر D- glucoseيتراوح طولها من ١٠٠٠ – ١٠٠وحدة مرتبطة مع بعضها بروابط جليكوسيدية من نوع ألفا ٤ – ١ويمكن اعتبار أن سكر المالتوز يمثل وحدة بنائية له ويحتوي على طرف ألدهيدي مختزل أي انه يحتوي مجموعة هيمي أسيتال طرفية حرة ومع ذلك فإنه لا يظهر خواص اختزالية في الظروف العادية ويرجع ذلك لطول السلسلة الكربونية وكبر الوزن الجزيئي له مما يلغي تأثير هذه المجموعة أيضا الوحدات الطرفية تحتوي أربع مجموعات ايدروكسيل بينما

الإختزالية ،ويوجد

الوحدات الوسطية تحتوي ثلاث فقط حرة .والوزن الجزئ له يتراوح بين -٣٥٠٠٠ ٥٠٠٠٠لسلسلة من ٣٠٠-٢٠٠وحدة جلوكوز ،وقد يتواجد تحت بعض الظروف

كليا في الماء ولكنه يمكن أن يذوب

في صورة حلزون ملتف ،ولا يمكن اعتباره ذائبا

في الماء عندما يكون حديث التحضير ويرسب من محاليله خاصة بالتبريد ،وهو

يعطي لون أزرق مع اليود.

-٥٢-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

الأميلوبكتين :Amylopectinوهو يشبه الأميلوز في أنه يتكون من وحدات من سكر D-glucoseإلا أنه يختلف عنه في أنه يتكون من سلاسل متفرعة وليست مستقيمة كما في الأميلوز ونقاط التفرع تتم بارتباط ذرة الكربون رقم ) (١في أحد السلاسل المستقيمة مع ذرة الكربون رقم ) (٦في السلسلة الأخري عن طريق رابطة جليكوسيدية من نوع ألفا ،٦ – ١كما يتميز بأنه عديد التفرع حيث قد يصل معدل التفرع إلي فرع لكل ٣٠ – ٢٤وحدة جلوكوز ،وبدراسة الأميلوبكتين وجد انه يتكون من ٦٠٠٠ – ٣٠٠وحدة من الجلوكوز .في جزئ الاميلوبكتين لكل سلسلة قصيرة طرف غير الدهيدي فقط لاشتراكة في تكوين رابطة التفرع ٦-١ومعنى ذلك أن الاطراف غير الالدهيدات تساوي عدد السلاسل القصيرة في الجزئي بينما يحتوي الجزئ على طرف ألدهيدي واحد هو طرف السلسلة الاخيرة.

ويتميز الأميلوبكتين بأن له نهاية مختزلة واحدة والعديد من النهايات غير المختزلة في تركيبه البنائي .ويتميز الأميلوبكتين بأنه قليل الذوبان في الماء ويكون مع الماء محلول سميك القوام يسمى بعجينة النشا ،كما أنه يعطي لون بنفسجي مع

اليود.

-٥٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

الخواص الكيميائية للنشا:

مائيا بالأحماض المعدنية )أو بالانزيمات( في عدة خطوات ولون

يتحلل النشا

كل مكون من اليود )بين قوسين(:

نشا )أزرق(

أرثودكسترين )أحمر(

مالتوز )عديم اللون(

أكرودكسترين )بني(

جلوكوز )عديم اللون(

تتدرج نواتج التحليل المائي في تلونها مع اليود من اللون الزرق الي البني الي أن تصل درجة التحليل المائي للنهاية فلا تعطي لون مع اليود ،كما تؤثر انزيمات

مائيا ،حيث يعمل الفا -

الالفا – اميليز والبيتا – أميليز على النشا فهي تقوم بتحليلة اميليز على الروابط الموجودة في وسط جزئ الاميلوز مكونة مخلوط من الدكسترين ونسبة قليلة من سكر المالتوز ،بينما يعمل البيتاداميليز من ناحية الطرف غير

معطيا وحدات سكر المالتوز.

المختزل

-٢الجليكوجين :Glycogen

احيانا بالنشا الحيواني ويعتبر مخزن الكربوهيدرات في

يطلق على الجليكوجين

الحيوان والجليكوجين منتشر بكثرة في الأنسجة الحيوانية خاصة في الكبد والعضلات حيث يمثل الجليكوجين حوالي % ١٠من وزن الكبد وحوالي % ٢من وزن أيضا في بعض الأنسجة الحيوانية ،وبعض الخمائر والفطريات.

العضلات ويوجد

ويعطي لون أحمر أو بني مع اليود ،ويتميز جزيء الجليكوجين عن النشا بأنه أكبر منه في الوزن الجزيئي حيث يحتوي الجليكوجين على حوالي ٥٠٠٠٠وحدة سكر جلوكوز )م-جلوكوبيرانوز( ،ويعتبر الجليكوجين بوليمر يتكون من سلاسل متفرعة متشابها بذلك مع الأميلوبكتين ،وان كان يختلف مع الأميلوبكتين في كونه تفرعاته أصغر من الأميلوبكتين وأكثر تك ار ار حيث يصل معدل التفرع إلي فرع لكل ١٢ – ٨ وحدة جلوكوز .ويتميز الجليكوجين بأن له طرف مختزل واحد والعديد من النهايات

غير المختزلة في تركيبه البنائي.

-٥٤-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

ويتم تحليل الجليكوجين في الكبد إلي مكوناته الأساسية وهي وحدات سكر الجلوكوز الذي يمر بدوره في الدورة الدموية حيث ينقله الدم إلي أنسجة و خلايا الجسم المختلفة ،كما يعتبر الجليكوجين المصدر الرئيسي للطاقة اللازمة لانقباض

العضلات.

الخواص الكيميائية للجليكوجين:

مائيا بالأحماض المعدنية )أو بالانزيمات( في عدة خطوات

يتحلل الجليكوجين

كما يلي:

جليكوجين

دكسترين

مالتوز

جلوكوز

خواصه:

يذوب بسهولة في الماء ،ويمكن استخلاصة من الانسجة الحيوانية بالمعالجة الكيميائية بقلوي مخفف ساخن مثل البوتاسا الكاوية %٣٠-١٥ويرسب بالكحولات.

ب -السكرات التركيبية :Structural homoglycans

-١السليولوز :Cellulose

سكر عديد تركيبي وهو المكون الرئيسي للأجزاء الليفية حيث يوجد على هيئة الياف مرتبطة مع بعضها بمواد لاصقة بعضها كربوهيدراتي )الهيمسليلوز والمواد الكتينية( وبعضها غير كربوهيدراتي )لجنين – الراتنجات – الشموع( في الخلايا

-٥٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

النباتية ولا يتواجد في الحيوانات الراقية ،لسلسلته طول معين يختلف باختلاف مصدره ،وهو عديم الذوبان في الماء أو الأحماض أو القلويات المخففة على درجات الح اررة العادية ،يتكون من سلاسل مستقيمة من الجلوكوز ،ويقاوم المعاملات قليلا كل من الأحماض والقلويات ،رغم أن الحامض والقلوي

الكيميائية وتؤثر به

المستخدمين لفصل الألياف تزيل نحو %٤٠من سليلوز تبن القمح .ويعتبر السليلوز

حديثا وجود مكونات أخرى

المكون الأساسي لجدر الخلايا النباتية وان كان قد ثبت

نقيا تقريبا في شعر

في جدر الخلايا .مثل الهيمي سليلوز واللجنين .يوجد السليلوز القطن .أما في المصادر الأخري مثل الأنسجة الدعامية .وجدر الخلايا النباتية متحدا مع عديد من المركبات العطرية ،وبصفة أساسية

وأغلفة البذور .يكون السليلوز

مع اللجنين .legnin

والسليلوز رغم مقاومته للكيماويات إلا أنه يمكن أن يتحلل إلي جلوكوز باستخدام الأحماض المركزة على البارد ،كما يمكن لبعض الانزيمات تحليل السليلوز لينتج السلوبيوز ،والذي يتحلل انزيميا أيضا الي جلوكوز بواسطة إنزيم Cellulaseالذي يوجد في البذور المنبتة والفطريات ،وبعض أنواع البكتريا ،ولكنه لا يفرز بواسطة الحيوان .ويحدث التخمر الميكروبي للسليلوز إلي حد ما في الجهاز الهضمي لمعظم الحيوانات ،وخاصة المجترات ،وينتج في النهائية خليط من الأحماض الطيارة مثل الخليك ،البروبيونيك والبيوتيريك ،وبعض الغازات مثل الميثان CH4وثاني أكسيد الكربون CO2وتحت ظروف معينة ينتج غاز الأيدروجين .H2 ويحتوي السليولوز الطبيعي على ثلاثة مكونات أساسية :Cellulose fractions ألفا سليولوز :Alpha celluloseوهو الجزء من السليولوز الذي لا يذوب

في محلول الصودا الكاوية ) (%١٧,٥على البارد.

بيتا سليولوز :Beta celluloseوهو الجزء من السليولوز الذي يذوب في

-٥٦-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

محلول الصودا الكاوية ) (%١٧,٥ولكنه يرسب عند تحميض المحلول.

جاما سليولوز :Gamma celluloseفهو الجزء من السليولوز الذي يذوب في محلول الصودا الكاوية ) (%١٧,٥ولا يرسب بالتحميض.

وفي الحقيقة فإن الألفا سليولوز Alpha celluloseهو الذي يطلق عليه السليولوز الحقيقي True celluloseوهو الناتج من تجمع أو تبلمر جزيئات الجلوكوز ،أما البيتا والجاما سليولوز فتختلف الأراء في تفسير تكوينها فهي قد تحتوي على نواتج تجميع لسكرات أخرى مثل الزيلان أو نواتج أكسدة مثل الأوكسي سليولوز أو هي عبارة عن سليولوز حقيقي )ألفا سليولوز( ولكنه قصير السلسلة وصغير في

وزنه الجزيئي.

ويعتبر السليولوز أكثر المركبات العضوية انتشا ار في الطبيعة حيث تصل نسبته في شعرة القطن % ٩٩والأخشاب % ٥٣ – ٤٠وفي مخلفات المزرعة مثل حطب القطن وحطب الذرة وقش الأرز فتصل نسبته حوالي .% ٤٠ – ٣٠ ومن الناحية الكيميائية فهو يشبه في تركيبه الكيميائي الأميلوز في كونه جزيء مستقيم غير متفرع ويتكون من وحدات سكر الجلوكوز )بيتا-م-جلوكوبيرنوز( ،ولكن يختلف عنه في نوع الرابطة حيث ترتبط وحدات الجلوكوز مع بعضها برابطة من نوع بيتا ،٤ – ١وللجزيء طرفان طرف الدهيدي مختزل يحوي وحدة جلوكوز بها مجموعة هيمي أسيتال حرة ،وطرف أخر غير الدهيدي غير مختزل ،ويتميز السليولوز بأنه جزيء كبير الحجم يتكون من عدد وحدات جلوكوز يتراوح من ٣٠٠

إلي ١٥٠٠٠وحدة على حسب المصدر النباتي.

-٥٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

ولا تستطيع الثدييات بصفة عامة أن تقوم بالتمثيل الغذائي للسليولوز ويرجع ذلك إلي عدم وجود الإنزيم القادر على تحليل الرابطة الجليكوسيدية في الوضع بيتا والتي تمثل الرابطة بين وحدات سكر الجلوكوز المكونة للسليولوز ،بينما تمتاز المجترات بأنها قادرة على تحليل السليولوز وذلك نتيجة لوجود الكائنات الدقيقة في كرش هذه الحيوانات والتي تفرز بدورها إنزيم السليوليز القادر على تحليل الرابطة

الجليكوسيدية في الوضع بيتا.

تقسم الألياف إلى:

أولا :ألياف طبيعية:

ألياف نباتية سليلوزية :شعر البذور – ساق النبات .ورقية – ثمرية – خشبية.

ألياف حيوانية )بروتينية( :صوف – موهير – كشمير – شعر اللاوما – شعر

الماعز – وبر الجمل.

ألياف معدنية :اسبستوس )سلكيات كالسيوم ومغنسيوم(.

ثانيا :ألياف صناعية:

ألياف تعتمد صناعتها على الألياف النباتية المحورة.

ألياف تكوينية .Synthetic

ألياف ذات أصل نباتي سليلوزي:

سليلوز مسترجع – خلات سليلوز – نترات سليلوز – نحاس امونيوم سليلوز

فسيكوز )رايون(.

ألياف ذات أصل بروتيني:

لايتال – ارالاك من الكازين – فبرولان من الكازين – ادريل من فول الصويا

والفول السوداني – فبكا ار من زيين الذرة.

-٥٨-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

ألياف غير عضوية )معدينة(:

صوف زجاجي -خيوط معدنية – صوف صلب.

ألياف تكوينية :Synthetic man made fibbers

نايلون – داكرون – أورلون – ساران – تريلين.

السليلوز – وجوده – ومصادره:

يعتبر السليلوز من أكثر المواد العضوية انتشا ار على وجة الأرض – فهو المكون الأساسي لجدار الخلية النباتية ،ويقوم من النبات مقام الهيكل العظمي في الحيوان ،وهو من أقدم المواد التي استعملها الانسان في كثير من مرافق حياته – كما

استعمالا في العالم فبالنسبة لأنه

يعتبر في الوقت الحالي من اوسع المواد العضوية

سنويا خلال عمليات البناء

المكون الأساسي للمادة النباتية تكون منه بلايين الاطنان

الضوئي .Photosynthesis

سنويا كمنتجات سليلوزية على صورة

ويستهلك منه الانسان ملايين الاطنان

خشب نجارة وورق ومنسوجات والياف صناعية وافلام وبلاستيك ومغلفات ومئات الاستعمالات الاخري بما فيها الوقود ،وبمقارنة هذه الطاقة الاستهلاكية بالاستهلاك السنوي من المواد الاخري كالصلب والفحم والبترول والحبوب نجد السليلوز يحتل

مرك از ممتا از.

وأهم مصادر السليلوز من الناحية التجارية الخشب والقطن وبجانب ذلك توجد مصادر أخرى يمكن الحصول منها على السليلوز إلا أن اعتبارها ضمن مصادره التجارية يتوقف إلى حد كبير على قيمتها الاقتصادية وعلى تكليفتها من حيث الثمن والنقل وطرق الاستخلاص وصفات السليلوز الناتج ...إلخ.

ويستعمل سليلوز الخشب في الصناعات الخشبية كالنجارة وتستعمل الياف

-٥٩-