الأحماض الأمينية هي الجزيئات الأساسية التي تشكل البروتينات، وتعتبر حجر الزاوية للعديد من العمليات الحيوية في الكائنات الحية. تلعب هذه الجزيئات الصغيرة دورًا حيويًا في النمو، والتطور، والتمثيل الغذائي، مما يجعل فهم أنواعها وخصائصها المركبة أمرًا ضروريًا.
في هذا المقال، سنستعرض أنواعها المختلفة، بما في ذلك الأحماض الأساسية وغير الأساسية، وسنناقش خواصها الكيميائية التي تحدد كيفية تفاعلها في الجسم. كما سنتناول أيضًا التركيب الكيميائي للأحماض الأمينية وكيف يؤثر ذلك على وظائفها الحيوية. لذلك انضم إلينا لاستكشاف عالم الأحماض الأمينية ودورها الحيوي في الصحة والزراعة، وكيف يمكن أن تساهم في تحسين الإنتاجية الزراعية وجودة المحاصيل.
جدول المحتويات
المقدمة
تلعب الأحماض الأمينية الحرة، التي تمثل نسبة بسيطة منها في الجسم، دورًا حيويًا هامًا في العديد من العمليات داخل الأنسجة الحية. يعتبر الأسباراجين (Asparagine) أول حمض أميني تم اكتشافه في عام 1806، بينما يُعتبر الثريونين (Threonine) هو آخرها التي تم اكتشافها في عام 1983.
التركيب الكيميائي للأحماض الأمينية
الأحماض الأمينية التي تدخل في تركيب البروتينات هي في الأساس أحماض تحتوي على مجموعة كربوكسيل (COOH) ومجموعة أمين (NH₂) في الوضع ألفا (α). تتكون جزيئاتها من ذرة كربون مركزية في الوضع ألفا، تتصل بها مجموعة كربوكسيل، مجموعة أمين، ذرة هيدروجين (H)، ومجموعة جانبية (R). يستثنى من ذلك الحمض الأميني الجليسين، حيث تستبدل المجموعة الجانبية بذرة هيدروجين ثانية.
تعتبر ذرة الكربون ألفا المركزية ذرة كربون غير متناظرة (Asymmetric carbon atom)، مما يؤدي إلى وجود متشابهين هما المشابه اليميني (D) والمشابه اليساري (L).
ان الانواع الداخلة في تكوين البروتينات هي من النوع اليساري (L). وعند وجود ذرتين كربون غير متناظرتين في الجزيء، يمكن أن ينتج الحمض الأميني أربعة متشابهات، كما هو الحال في حمض الثريونين، مما يزيد من تعقيد التركيب الكيميائي لهذه المركبات الحيوية.
تعتبر اللبنات الأساسية للبروتينات، حيث تلعب دورًا محوريًا في تكوين الهياكل البيولوجية والعمليات الحيوية في الكائنات الحية. فهم تركيبها الكيميائي وأهميتها يسهم في تطوير الأبحاث في مجالات البيولوجيا والكيمياء الحيوية.
تقسم للأحماض الأمينية
يمكن تقسيمها طبقا لقطبيتها على درجة (على درجة pH =7) إلى الأقسام التالية :-
- ذات مجاميع جانبية غير قطبية “مجاميع جانبية اليفاتية” Nonpolar, aliphatic R groups :- وتشمل أحماض الجليسين وآلانين وفالين وليوسين وأيزوليوسين وبرولين.
- قطبية مجاميع جانبية غير مشحونة Polar, uncharged R groups :- وتشمل أحماض السيرين والثريونين والسستيئين والمثيونين والأسباراجين والجلوتامين.
- عطرية مجاميع جانبية عطرية Aromatic R groups :- وتشمل أحماض الفينايل آلانين والتيروزين والتربتوفان.
- بها مجاميع جانبية موجبة الشحنة Positively charged R groups :- وتشمل أحماض الليستين الأرجنين و الهستيدين.
- بها مجاميع جانبية سالبة الشحنة Negatively charged R groups : وتشمل أحماض الأسبارتيك والجلوتاميك.
تقسم الأحماض الأمينية المتعادلة
- أحماض أمينية متعادلة ويقصد بها أنها تحتوى مجموعة كربوكسيل واحدة ومجموعة أمين واحدة.
وجدير بالذكر، إنها عند ذوبانها في الماء لا تعطى 7= pH بالضبط ولكن تكون حمضية التأثير لحد ما. وتنقسم الأحماض الأمينية المتعادلة بدورها إلى الأقسام التالية :-
- متعادلة عادية : وتشمل الجليسين والآلانين والفالين والليوسين والأيزوليوسين.
- متعادلة ذات حلقة خماسية : أى تحتوى على حلقة خماسية مثل الحمض الأميني البرولين.
- متعادلة هيدروكسيلية : أى تحتوى على مجموعة هيدروكسيل (OH) مثل السيرين والثريونين.
- كبريتية : أى تحتوى على كبريت مثل السستيئين والمستاين والمثيونين.
- متعادلة عطرية : أى تحتوى على حلقة بنزين عطرية مثل الفينايل آلانين والتيروزين والتربتوفان (حلقة إندول).
تقسيم الأحماض الأمينية
- أحماض أمينية حمضية وهي تحتوى على مجموعة كربوكسيل إضافية في السلسلة الجانبية. وبالتالي تكون محتوية على مجموعتين كربوكسيل ومجموعة أمين واحدة مثل الجلوماتيك والأسبارتيك.
- أحماض أمينية قاعدية وهي عكس المجموعة السابقة حيث تحتوى على مجموعة أمين إضافية في السلسلة الجانبية؛ وبالتالي تكون محتوية على مجموعتين أمين ومجموعة كربوكسيل واحدة مثل الليسين والأرجنين والهستيدين (حلقة إميدازوال).
الخواص الطبيعية للأحماض الأمينية
سوف نستعرض في الجزء التالي بعض الخواص الطبيعية الهامة للأحماض الأمينية كما يلي :-
- الصورة النقية الصورة النقية الموجودة في الطبيعة تكون على الحالة الصلبة ومتبلورة ولها درجة انصهار عالية ومعظمها حلوة المذاق.
- النشاط الضوئي Optical activity جميع الأحماض الأمينية لها نشاط ضوئى ما عدا الجليسين الذي يحتوى على ذرة كربون متناظرة متناسقة.
- الذوبان Solubility معظمها تذوب في الماء ولكن بدرجات مختلفة، ويقل الذوبان عند نقطة التعادل الكهربائي Isoelectric point . وزيادة الحموضة تسبب زيادة الذوبان خاصة القاعدية. بينما زيادة القاعدية تزيد من ذوبان الحمضية عموماً، تذوب في كحول إيثايل ٥٠٪.
التفاعلات الكيميائية للأحماض الأمينية Chemial reactions
تأثير الحرارة
عند تعرض الأحماض الأمينية ألفا للتسخين في وجود بعض العوامل المساعدة، يمكن أن تتشكل مركبات حلقية تعرف بأندريد الحمض الأميني. يتم ذلك بفقد جزيئات من الماء، مما يؤدي إلى تكوين روابط جديدة بينها.
الخواص الأمفوتيرية
تحتوي على مجموعة كربوكسيل (COOH) ومجموعة أمين (NH₂)، مما يجعلها تميل لتكوين أملاح داخلية تعرف باسم الزويتر آيون (Zwitter ion).
الزويتر آيون
عند ذوبانها في الماء، تتكون الزويتر آيونات التي تحمل شحنات كهربائية موجبة وسالبة تعادل بعضها البعض. تعتمد هذه الخاصية على درجة حموضة المحلول (pH).
التفاعل الأمفوتيري
بفضل وجود الزويتر آيون، تظهر خواصها أمفوتيرية، حيث تتفاعل كقاعدة مع الأحماض وكحمض مع القواعد. في الوسط الحمضي، يحمل الحمض الأميني شحنة موجبة، بينما في الوسط القاعدي يحمل شحنة سالبة.
هذه الخاصية تعزز من قدرة الأحماض الأمينية والبروتينات الناتجة عنها على العمل كعوامل تنظيمية (Buffering action)، مما يساعد في مقاومة التغيرات في درجات الحموضة والحفاظ على مستوى pH ثابت في الجسم أو الدم، والذي يتراوح عادة حول 7. هذا الاستقرار ضروري لضمان عمل الإنزيمات والنظم الحيوية بكفاءة عالية.
نقطة التعادل الكهربي
تعرف نقطة التعادل الكهربي (Isoelectric point, IEP) بأنها درجة pH التي عندها لا يتحرك الحمض الأميني في المجال الكهربي، حيث يكون متعادلًا كهربائيًا. من المهم أن نلاحظ أن مجموعة الكربوكسيل تتفاعل مع القلويات بشكل أسرع من مجموعة الأمين (NH₂)، مما يؤثر على سلوك الأحماض الأمينية في المحاليل المختلفة.
تعتبرعناصر أساسية في الكيمياء الحيوية، حيث تلعب دورًا محوريًا في تكوين البروتينات والتفاعلات الكيميائية الحيوية. فهم التفاعلات الكيميائية لهذه المركبات يساعد في تطوير التطبيقات الحيوية والدوائية.
اقرأ ايضا : الأحماض الأمينية: تعريف الاحماض الامينيه وتركيبها ومصادرها وأهميتها
الخاتمة
الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات، وتلعب دورًا حيويًا في العديد من العمليات الحيوية داخل الكائنات الحية. في هذا المقال، استعرضنا أنواعها المختلفة، بما في ذلك الأساسية وغير الأساسية، وخصائصها الفريدة التي تجعلها ضرورية لصحة الجسم.
كما تناولنا التركيب الكيميائي لها، موضحين كيف يؤثر هذا التركيب على وظائفها الحيوية وتفاعلاتها داخل الخلايا. كما انها ليست مجرد جزيئات بسيطة، بل هي معقدات كيميائية تحمل معلومات حيوية ضرورية لنمو وتطور الكائنات الحية.
إن فهمها وخصائصها يمكن أن يسهم في تحسين الصحة العامة، من خلال تعزيز التغذية والوقاية من الأمراض. في الختام، تظل محورًا أساسيًا في علوم الحياة، مما يستدعي المزيد من البحث والتطوير في هذا المجال لفهم دورها العميق في الحياة.
