الجزيئات الكبيرة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
التركيب الكيميائي لجزيء عديد الببتيد الضخم

الجزيء الضخم هو " جزيء ذو كتلة جزيئية نسبية عالية، يتكون هيكله أساسًا من تكرار وحدات متعددة مشتقة، فعليًا أو نظريًا، من جزيئات ذات كتلة جزيئية نسبية منخفضة". [ 1 ] البوليمرات ، التي تُستخدم غالبًا في العديد من السلع الاستهلاكية، هي أمثلة على الجزيئات الضخمة. ومن الجزيئات الضخمة الشائعة البوليمرات الحيوية ( الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين ، والبروتينات ، والكربوهيدرات )، [ 2 ] والبولي أوليفينات ( البولي إيثيلين ) والبولي أميدات ( النايلون ).

الجزيئات الكبيرة الاصطناعية

البولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، المستخدم في صناعة عبوات المشروبات

العديد من الجزيئات الكبيرة عبارة عن بوليمرات اصطناعية ( البلاستيك ، والألياف الاصطناعية ، والمطاط الاصطناعي ). يُنتج البولي إيثيلين على نطاق واسع بشكل خاص بحيث تُعدّ الإيثيلينات المنتج الرئيسي في الصناعة الكيميائية . [ 3 ]

تشمل الأمثلة أو الأنواع المختلفة من الجزيئات الكبيرة الاصطناعية ما يلي:

عند النظر في المواد العضوية المعدنية ضمن هذا النطاق، قد يشمل ذلك أيضًا الأطر المعدنية العضوية (MOFs). بالإضافة إلى ذلك، عند النظر في الروابط غير التساهمية الأخرى، مثل الروابط الهيدروجينية أو تكديس باي، يتم تضمين العديد من أنواع الشبكات فوق الجزيئية المختلفة. [ 4 ]

الجزيئات الكبيرة في الطبيعة

البوليمرات الحيوية الخطية

تعتمد جميع الكائنات الحية على ثلاثة بوليمرات حيوية أساسية لأداء وظائفها البيولوجية: الحمض النووي (DNA) ، والحمض النووي الريبوزي (RNA) ، والبروتينات . [ 5 ] كل جزيء من هذه الجزيئات ضروري للحياة، إذ يؤدي كل منها دورًا مميزًا لا غنى عنه في الخلية . [ 6 ] باختصار، يُنتج الحمض النووي (DNA) الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ثم يُنتج الحمض النووي الريبوزي (RNA) البروتينات .

يتكون الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA والبروتينات من بنية متكررة من وحدات بناء مترابطة ( النيوكليوتيدات في حالة DNA وRNA، والأحماض الأمينية في حالة البروتينات). وبشكل عام، تُعدّ جميعها بوليمرات غير متفرعة، وبالتالي يمكن تمثيلها على شكل سلسلة. في الواقع، يمكن اعتبارها سلسلة من الخرز، حيث يمثل كل خرزة نيوكليوتيدًا واحدًا أو حمضًا أمينيًا واحدًا مرتبطًا معًا بروابط كيميائية تساهمية لتكوين سلسلة طويلة جدًا.

في معظم الحالات، تتمتع الوحدات البنائية داخل السلسلة بميل قوي للتفاعل مع الأحماض الأمينية أو النيوكليوتيدات الأخرى. في الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA، قد يتخذ هذا التفاعل شكل أزواج قواعد واتسون-كريك ( G - C و A - T أو A- U )، على الرغم من إمكانية حدوث تفاعلات أكثر تعقيدًا.

السمات الهيكلية

الحمض النوويالحمض النووي الريبيالبروتينات
يشفر المعلومات الوراثيةنعمنعملا
يحفز التفاعلات البيولوجيةلانعمنعم
أنواع الوحدات البنائيةالنيوكليوتيداتالنيوكليوتيداتالأحماض الأمينية
مكعبات البناء (عدد)4420
الشعور بالعزلةمزدوجأعزبأعزب
بناءالحلزون المزدوجمعقدمعقد
الثبات في مواجهة التحللعاليعاملعامل
أنظمة الإصلاحنعملالا

بسبب الطبيعة المزدوجة للحمض النووي، فإن جميع النيوكليوتيدات تقريبًا تتخذ شكل أزواج قواعد واتسون-كريك بين النيوكليوتيدات على السلسلتين المتكاملتين للحلزون المزدوج . [ 7 ]

على النقيض من ذلك، فإن كلاً من الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات عادةً ما تكون أحادية السلسلة. لذلك، فهي لا تتقيد بالهندسة المنتظمة للحلزون المزدوج للحمض النووي (DNA)، وبالتالي تتخذ أشكالاً ثلاثية الأبعاد معقدة تعتمد على تسلسلها. هذه الأشكال المختلفة مسؤولة عن العديد من الخصائص المشتركة بين الحمض النووي الريبي والبروتينات، بما في ذلك تكوين جيوب ارتباط محددة ، والقدرة على تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية.

تم تحسين الحمض النووي لترميز المعلومات

الحمض النووي هو جزيء ضخم لتخزين المعلومات، يحمل مجموعة كاملة من التعليمات ( الجينوم ) اللازمة لتجميع كل كائن حي والحفاظ عليه وتكاثره. [ 8 ]

يستطيع كل من الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA ترميز المعلومات الوراثية، لوجود آليات كيميائية حيوية تقرأ المعلومات المشفرة ضمن تسلسل DNA أو RNA وتستخدمها لإنتاج بروتين محدد. من ناحية أخرى، لا تستخدم الخلايا معلومات تسلسل جزيء البروتين لترميز المعلومات الوراثية وظيفيًا. [ 2 ] : 5

يتمتع الحمض النووي (DNA) بثلاث خصائص أساسية تجعله أكثر كفاءة من الحمض النووي الريبوزي (RNA) في ترميز المعلومات الوراثية. أولًا، يكون عادةً مزدوج السلسلة، مما يعني وجود نسختين على الأقل من المعلومات التي ترمز لكل جين في كل خلية. ثانيًا، يتمتع الحمض النووي (DNA) بثبات أكبر بكثير ضد التحلل مقارنةً بالحمض النووي الريبوزي (RNA)، وهي سمة ترتبط أساسًا بغياب مجموعة الهيدروكسيل 2' في كل نيوكليوتيد من الحمض النووي (DNA). ثالثًا، توجد أنظمة متطورة للغاية لمراقبة وإصلاح الحمض النووي (DNA) ترصد أي تلف فيه وتصلح التسلسل عند الضرورة. لم تتطور أنظمة مماثلة لإصلاح جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) التالفة. ونتيجةً لذلك، يمكن أن تحتوي الكروموسومات على مليارات الذرات، مرتبة في بنية كيميائية محددة.

تم تحسين البروتينات للتحفيز

البروتينات جزيئات ضخمة وظيفية مسؤولة عن تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تدعم الحياة. [ 2 ] : 3 تقوم البروتينات بجميع وظائف الكائن الحي، على سبيل المثال عملية التمثيل الضوئي، والوظائف العصبية، والرؤية، والحركة. [ 9 ]

إن طبيعة جزيئات البروتين أحادية السلسلة، بالإضافة إلى تركيبها من 20 حمضًا أمينيًا أو أكثر، تسمح لها بالانطواء إلى عدد هائل من الأشكال ثلاثية الأبعاد المختلفة، مع توفير جيوب ارتباط تمكنها من التفاعل بشكل انتقائي مع مختلف أنواع الجزيئات. علاوة على ذلك، فإن التنوع الكيميائي للأحماض الأمينية المختلفة، إلى جانب البيئات الكيميائية المتنوعة التي يوفرها التركيب ثلاثي الأبعاد المحلي، يمكّن العديد من البروتينات من العمل كإنزيمات ، محفزةً طيفًا واسعًا من التحولات الكيميائية الحيوية المحددة داخل الخلايا. كما طورت البروتينات القدرة على الارتباط بمجموعة واسعة من العوامل المساعدة والإنزيمات المساعدة ، وهي جزيئات أصغر حجمًا تمنح البروتين أنشطة محددة تتجاوز تلك المرتبطة بسلسلة الببتيد وحدها.

الحمض النووي الريبي متعدد الوظائف

يُعدّ الحمض النووي الريبوزي (RNA) متعدد الوظائف، ووظيفته الأساسية هي ترميز البروتينات وفقًا للتعليمات الموجودة في الحمض النووي (DNA) للخلية. [ 2 ] : 5 فهو يتحكم وينظم العديد من جوانب تخليق البروتين في حقيقيات النوى .

يحمل الحمض النووي الريبوزي (RNA) معلومات وراثية يمكن ترجمتها إلى تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات، كما يتضح من جزيئات الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الموجودة في كل خلية، ومن جينومات الحمض النووي الريبوزي لعدد كبير من الفيروسات. ونظرًا لطبيعة الحمض النووي الريبوزي أحادية السلسلة، وميله للتلف السريع، وافتقاره لأنظمة إصلاح، فإنه ليس مناسبًا لتخزين المعلومات الوراثية على المدى الطويل كما هو الحال مع الحمض النووي (DNA).

إضافةً إلى ذلك، يُعدّ الحمض النووي الريبوزي (RNA) بوليمرًا أحادي السلسلة، قادرًا، كالبروتينات، على اتخاذ عدد كبير جدًا من التراكيب ثلاثية الأبعاد. توفر بعض هذه التراكيب مواقع ارتباط لجزيئات أخرى ومراكز نشطة كيميائيًا قادرة على تحفيز تفاعلات كيميائية محددة على تلك الجزيئات المرتبطة. يؤدي العدد المحدود من الوحدات البنائية المختلفة للحمض النووي الريبوزي (4 نيوكليوتيدات مقابل أكثر من 20 حمضًا أمينيًا في البروتينات)، إلى جانب افتقارها للتنوع الكيميائي، إلى أن تكون جزيئات الحمض النووي الريبوزي المحفزة ( الريبوزيمات ) عمومًا أقل فعالية من البروتينات كمحفزات في معظم التفاعلات البيولوجية.

البوليمرات الحيوية المتفرعة

بنية مثالية للّجنين من الخشب اللين

اللجنين جزيء ضخم طبيعي واسع الانتشار، يشكل حوالي ثلث كتلة الأشجار. وينشأ اللجنين عن طريق الترابط التشابكي. وترتبط به مركبات البوليفينول ، التي تتكون من بنية متفرعة من وحدات فرعية فينولية متعددة . ويمكنها أن تؤدي أدوارًا هيكلية (مثل اللجنين) بالإضافة إلى أدوارها كمستقلبات ثانوية تشارك في الإشارات الخلوية والتصبغ والدفاع .

إيلاجيتانين التوت ، وهو نوع من التانين يتكون من نواة من وحدات الجلوكوز محاطة بإسترات حمض الغاليك ووحدات حمض الإيلاجيك.

تتكون جزيئات الكربوهيدرات الكبيرة ( السكريات المتعددة ) من بوليمرات السكريات الأحادية . [ 2 ] : 11 ونظرًا لاحتواء السكريات الأحادية على مجموعات وظيفية متعددة ، يمكن للسكريات المتعددة أن تُشكّل بوليمرات خطية (مثل السليلوز ) أو تراكيب متفرعة معقدة (مثل الجليكوجين ). تؤدي السكريات المتعددة أدوارًا عديدة في الكائنات الحية، فهي بمثابة مخازن للطاقة (مثل النشا ) ومكونات هيكلية (مثل الكيتين في المفصليات والفطريات). تحتوي العديد من الكربوهيدرات على وحدات سكريات أحادية مُعدّلة تم استبدال أو إزالة مجموعات وظيفية منها.

بنية جزيء ضخم من البوليفينيلين المتفرع كمثال [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "الجزيء الضخم (جزيء البوليمر)" . كتاب IUPAC الذهبي . doi : 10.1351/goldbook.M03667 .
  2. 1 2 3 4 5 سترير إل، بيرج جي إم، تيموكزكو جيه إل (2002). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الخامسة). سان فرانسيسكو: دبليو إتش فريمان . رقم ISBN  978-0-7167-4955-4تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 10 ديسمبر 2010.
  3. ↑ وايتلي، كينيث س.؛ هيغز، تي. جيفري؛ كوخ، هارتموت؛ ماور، رالف ل.؛ إيميل، وولفغانغ (2000). "البولي أوليفينات". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . doi : 10.1002/14356007.a21_487 . ISBN 3-527-30673-0.
  4. ^ دي هير كلوتس، حزب الحركة القومية؛ شوسترا، كورونا؛ ديكسمان، JA؛ سمولدرز، MMJ (3 أبريل 2023). "فصل الطور في الشبكات القابلة للتكيف فوق الجزيئية والتساهمية" . المادة الناعمة (19). الجمعية الملكية للكيمياء: 2857–2877 . دوى : 10.1039/d3sm00047h . بمك 10131172 . 
  5. ↑ بيرغ، جيريمي مارك؛ تيموتشكو، جون ل.؛ ستراير، لوبيرت (2010). الكيمياء الحيوية، الطبعة السابعة. (الكيمياء الحيوية (بيرغ)) . دبليو إتش فريمان وشركاه . ISBN 978-1-4292-2936-4.الطبعة الخامسة متاحة عبر الإنترنت من خلال مكتبة NCBI: الرابط
  6. ↑ والتر، بيتر؛ ألبرتس، بروس؛ جونسون، ألكسندر س.؛ لويس، جوليان؛ راف، مارتن س.؛ روبرتس، كيث (2008). البيولوجيا الجزيئية للخلية (الطبعة الخامسة، نسخة موسعة) . نيويورك: جارلاند ساينس . ISBN 978-0-8153-4111-6.الطبعة الرابعة متاحة عبر الإنترنت من خلال مكتبة NCBI: الرابط
  7. ↑ واتسون، جيمس د.؛ كريك، فرانسيس هـ. س. "البنية الجزيئية للأحماض النووية: بنية حمض الديوكسي ريبوز النووي" . مجلة نيتشر . doi : 10.1038/171737a0 . تاريخ الاسترجاع: 29 ديسمبر 2025 .
  8. ↑ غولنيك، لاري؛ ويليس، مارك. (14 أغسطس 1991). الدليل المصور لعلم الوراثة . مرجع كولينز. ​​ISBN 978-0-06-273099-2.
  9. ^ تاكيمورا ، ماساهارو (2009). دليل مانغا للبيولوجيا الجزيئية . لا الصحافة النشا . رقم ISBN 978-1-59327-202-9.
  10. ^ رولاند إي باور. فولكر إنكلمان؛ أوي م. فيسلر؛ ألكسندر جيه بيرشيم؛ كلاوس مولن (2002). “الهياكل البلورية المفردة لمادة البوليفينيلين Dendrimers”. الكيمياء: مجلة أوروبية . 8 (17): 3858–3864 . دوى : 10.1002/1521-3765(20020902)8:17 < 3858::AID-CHEM3858 > 3.0.CO ; 2-5 . بميد 12203280 .