مخطط الموضوع

  • النبت العام النظري المحاضرة ااولى

    المحاضرة الاولى

    أهمية علم النبات

    تحافظ النباتات على البيئة الحية. فبدون النباتات، سيزداد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى درجة تجعل الإنسان والحيوانات الأخرى تختنق. في نهاية القرن العشرين وبداية القرن الحالي بدأ كثير من علماء النبات في استخدام تقنيات وراثية جديدة اشتملت على دراسات حول الحمض النووي الرايبي منقوص الأكسجين المعروف باسم DNA. وقد مكنت هذه التقنيات العلماء من تعرف أنواع النباتات، وتحديد أنواع العلاقات بين هذه النباتات بصورة أكثر دقة. وصرح مجموعة من علماء النبات في الغرب بأن نظام لينيوس لتصنيف النبات غير عملي وعفا عليه الدهر. ونادت هذه الفئة بأن يعمل علماء النبات على مراجعة تسمية النباتات وتصنيفها، بل ونادت باستبدال نظام التطور النوعي للنبات بنظام تصنيف لينيوس. ويعتمد نظام التطور النوعي على علاقات التطور بين الكائنات الحية أينما وجدت.

    المركبات الكيميائية للنبات The chemical compound of plants

    المكونات العضوية Organic Components

    أن المكونات العضوية هي عبارة عن سلاسل طويلة مكونة من تكرار وحدات معينة متصلة مع بعضها بواسطة روابط كيميائية وتسمى هذه الوحدات البنائية مونومير (أحادي الوحدة) Monomer بينما تدعى الجزيئة الكبيرة المكونة من تكرار المونوميرات بالبوليمير (متعدد الوحدات Polymer) أن اختلاف عدد المونوميرات المكونة لجزيئة كبيرة معينة يؤدي إلى تكوين جزيئات ذات صفات مختلفة منها ومن المكونات العضوية للخلية الكربوهيدرات والبروتينات والليبيدات Lipidsوالأحماض النووية.

    1-الكربوهيدراتCarbohydrates

    التركيب والوظيفة Structure and Function

    أن جميع المواد العضوية على الكرة الأرضية مشتقة من عملية تثبيت ثنائي أوكسيد الكاربون الموجود في محيط الغلاف الجوي Atmosphere وتحويله إلى كربوهيدرات(n (CH2O) والحرف n يمثل أي عدد )وذلك من خلال عملية البناء الضوئي Photosynthesis كالنشأ والسليلوز والسكروز وتشترك هذه المواد الأولية في توليد الطاقة أثناء عملية التنفس والطاقة المتولدة ذات فائدة عظيمة وتؤلف الكربوهيدرات الجزء الرئيس من جدار الخلية (السيليلوز ) وتعد احد أنواع الغذاء الثلاثة حيث يتكون الغذاء الكربوهيدراتي من السكريات وتوجد الأخيرة على هيئة سكريات أحادية وثنائية وثلاثية .

    أهمية الكربوهيدرات Significans of Carbohydrates

    تتركز أهميةالكربوهيدرات في:

    1- تعتبر مصدراأساسيا كبيراً للطاقة.

    2- تخزن الطاقة الكيمائية المشتقة من الكربوهيدرات على شكل مركبات غنية بالطاقة مثل GTP,ATP والكلوكوز-1- فوسفات.

    3-تدخل في عملية تكوين بعض محتويات الخلية مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية والكاربوهيدرات الأخرى.

    4- تدخل في بناء جدار الخلية.

    تصنف الكربوهيدرات تبعاً لقابليتها على التحلل المائي ونتائجه الى:

    أ- السكريات الاحادية Monosaccharide's

    هي ابسط انواع السكريات وتدعى احياناً السكريات البسيطة وهي السكريات التي لا يمكن ان تتحلل الى اشكال مبسطة اخرى بواسطة حامض او قاعدة وتعد وحدات البناء التي تتألف منها الكاربوهيدرات الأخرى .تحتوي السكريات الأحادية على ذرتان هيدروجين وذرة اوكسجين لكل ذرة كاربون في الجزيء الواحد CnH2n Oوعلى الرغم من وجود سكريات أحادية ذات اعداد مختلفة من ذرات الكاربون ( في الغالب من 3- 9) فان السكريات سداسية الكاربون Hexoses تعتبر اكثر السكريات الأحادية توفرا في الحيوانات والنباتات .

    ومن بين السكريات السداسية سكر العنبglucoseوسكر الفواكهFructose لهما أهمية خاصة. للكلوكوز أهمية خاصة للنبات كونه الأساس الذي يتكون منه النشا والسيليلوز. (الصيغة الكيميائية لسكر الكلوكوز والفركتوز C6H12O6).

    اما السكريات خماسية الكاربون Pentose's اقل توفرا C5H10O5 تدخل هذه السكريات في تكوين كربوهيدرات معقدة توجد في جدران الخلايا والأصباغ النباتية ويدخل Ribose الرايبوز في تركيب الحوامض النووية واخر يدعى Ribulose يعد مادة وسطية في البناء الضوئي.

    وللسكريات الثلاثية C3H6O3 دور مهم في التنفس والبناء الضوئي على الرغم من قلتها وهو اول مادة تنتج من البناء الضوئي .

    ويجب ان تكون جميع السكريات مفسفرة Phosphorylated كي تشترك في العمليات الحياتية حيث تحل مجاميع الفوسفات (-H2PO3) محل ذرة او ذرتين من هيدروجين جزيئة السكر. وللسهولة يرمز للمجموعة بالرمز P .

    ب- السكريات الثنائية Disaccharides

    وهي السكريات التي ينتج عن تحللها المائي جزيئتين من سكر أحادي من نوع واحد أو من نوعين مختلفين ومن

    السكريات الثنائية.يعني تتكون من ارتباط جزيئتين من السكريات البسيطة مع فقدان جزيئة ماء يتكون سكر القصب Sucrose من جزيئة كلوكوز وفركتوز . وسكر الشعير Maltose من جزيئتين من الكلوكوز الصيغة العامة للسكروز والمالتوز وغيرها من السكريات الثنائية هيC12 H22 O11 .

    ج- السكريات المتعددة Polysaccharides

    تتكون السكريات المتعددة من سلاسل طويلة جداً محتوية على وحدات بنائية من السكريات الاحادية المتكررة لنوع واحد أو لنوعين مختلفين ومثال على ذلك النشأ الذي يخزنه النبات في البذور والدرنات السليلوز الذي يكون معظم جدران الخلايا النباتية والاصماغ النباتية وهذه المواد تتحلل مائياً لينتج منها وحدات متماثلة او مختلفة من السكريات الاحادية ويرمز لها بالرمز 2(CH2O) . ويطلق عليها بالجزيئة العملاقة حيث تتكون من مئات او الاف الجزيئات من السكريات الأحادية . واكثر السكريات المعقدة في النبات تتكون من السكريات سداسية وخماسية الكاربون . حيث يتكون السيليلوز والنشا وهما الأكثر توفرا في النبات من جزيئات الكلوكوز . تكون سلاسل النشا ملتفةوالسليلوز مستقيمة بسبب اختلاف قوى الشد بينهما وهي اكبر في النشا. وهذا الاختلاف في التركيب الجزيئي أدى الى اختلاف خصائصهما الفيزيائية. ترتبط جزيئات السيليلوز مكونة الياف قوية اما في النشا لا تتمكن من أن ترتبط على هيئة الياف طويلة مستقيمة كالسيليلوز ( تكون ملتوية او متفرعة) ولذا تتجمع بشكل حبيبات في خلايا النبات .والسكريات المتعددة ليست حلوة المذاق او قابلة للذوبان في الماء. وتوجد سكريات تتكون من 3 جزيئات او اكثر من السكريات الأحادية لكنها قليلة الوجود في النبات.

    2- البروتينات Proteins

    تعد البروتينات اكثر المركبات العضوية توفرا في البروتوبلازم وهي مع الحوامض النووية تؤلف اكثر المواد مسؤولية عن صفاته ومميزاته الخاصة . وبصورة أخرى تعد البروتينات مركبات ذات جزيئات عملاقة كما تكون عليه جزيئات النشا ، السيليلوز ، وتتكونجزيئة البروتين من مئات أو الأف الحوامض الأمينية مرتبطة مع بعضها البعض حيث تتصل مجموعة الكاربوكسيل COOH لاحد الحوامض الأمينية بمجموعة الأمين NH2- للحامض الأميني الذي يليه ويعرف هذا بارتباط الببتايد Peptide Linkage . وعند فقدان أيون HO وأيون الـ H-عند ارتباط الحوامض الأمينية سوف تتكون جزيئة ماء . ولان 20 حامض أميني هي المسؤولة عن تركيب البروتينات فان هذا يعني إمكانية تكوين ملايين من البروتينات المختلفة .

    يتدرج الوزن الجزيئي للبروتينات من عدة الأف إلى عدة ملايين.

    المستويات البنائية للبروتين Structuralof Levels Proteins

    يحدد الشكل لجزيئة البروتين بمستويات أساسية هي:

    أ-التركيب الأوليPrimary Structure

    وهو يمثل ترتيب تعاقب الاحماض الامينية ضمن سلسلة متعدد البيبتيد المكونة لجزيئة البروتين أي انها تراكيب معقدة فلو كان لدينا بروتين معين وعوضنا عن احد الحوامض في السلسلة بحامض اخر فسوف يؤدي الى تكوين بروتين اخر اويؤدي الى تغيير كبير في إمكانية تنشيط التفاعل اذا كان ذلك البروتين انزيم .

    ب- التركيب الثانوي Secondary Structure

    ويقصد به التواء السلسلة بشكل حلزوني يعرف بحلزون الفا Alpha helix وترتبط المتجاورة للحلزون بأواصر هيدروجين بين الحوامض الأمينية في احدى الالتواءات وتلك التي تحتها أو فوقها . وبالإضافة إلى ذلك فان مكونات السستينCystine Componentes للسلسلة يمكن ان تتأصر Bond مع السستينات فوقها او تحتها خلال ذراتها الكبريتية Sulfur atoms وعلى هذا تكون أواصر كبريتية ثنائية (-S-S) .

    ج- التركيب الثالثي Tertiary Structure

    لا يكون سلاسل طويلة لولبية الشكل ولكن توجد منحنيات في السلسلة وهذه المنحنيات او طيات معقدة Complex foldingsلحلزون الفا تؤدي الى تكوين مايشبه الخيط الملتوي على نفسه والمتداخل مع بعضه Badly tangled بحيث يصعب فك عقده. ولكل نوع من أنواع البروتين الثالثي ميزاته الخاصة تماما كما تتميز أنواع البروتينات الابتدائية والثانوية . فأواصر الهيدروجين والكبريت تربط الأجزاء المتجاورة للحلزونات الملتوية .

    ويثبت التركيب الثالثي للبروتين بواسطة الروابط التالية:

    جسور ثنائي الكبريت.

    روابط الكتروستاتيكية.

    روابط هيدروجينية.

    روابط كارهة للماء وللنهايات غير القطبية.

    ملاحظة : يمكن كسر الأواصر بفعل الحرارة ومختلف المواد الكيميائية مما يؤدي الى فقدان تركيبها الثلاثي .

    د- التركيب الرابعي Quaternary Structure

    هذا التركيب هو الذي يحدد مستوى التجمع او البلمرة في جزيئة البروتين فكثير من جزيئات البروتين تتكون من وحدات صغيرة متجمعة مع بعضها لتكون الجزء الكلي للبروتين ومثال على ذلك انزيم الفوسفوريلز Phosphorylase حيث يحتوي على اربعة وحدات ثانوية متماثلة صغيرة ولا يتكون النشاط الانزيمي الا بتجميعها مع بعضها البعض واذا انفصلت يصبح الانزيم غير نشط Inactive والروابط التي تعمل على تثبيت التركيب الثالثي للبروتين هي نفسها التي تدخل في تثبيت التركيب الرابعي للبروتين .

    تصنيف البروتينات Division of peroteins

    اولاً: تصنف البروتينات استناداً لتركيبها الكيميائي إلى صنفين رئيسين:

    1-البروتينات البسيطة Simple Proteins

    وهي تلك البروتينات التي ينتج عن تحليلها المائي احماض امينية فقط او مشتقاتها (سلسلة متعددة الببتيد فقط) مثل الالبومينات والكلوتامينات والهستونات.

    2-البروتينات المقترَنة ((المرتبطة)) Conjugated Proteins

    وهي البروتينات التي ينتج عن تحليلها احماض أمينية ومركبات عضوية وغير عضوية مثل الهيم Heme والكربوهيدرات واللبيدات وغيرها ويسمى الجزء الذي يتكون من الاحماض الامينية فقط Apoproteins اما البروتين بكامله فيسمى Holoproteins وتشمل البروتينات النووية والبروتينات الفلزية.

    ثانياً: تصنف البروتينات استناداً لأبعادها الكلية الى صنفين رئيسيين وهما:-

    1-البروتينات الحويصلية أو الكروية Vesicular orGlobular Proteins

    وهي ذات نسبة محورية (النسبة المحورية تعني نسبة الطول الى العرض) اقل من 5: 1 سنتمتر وتكون سلاسل متعدد البيبتيد منطوية او ملتوية ولا تزيد النسبة المحورية عن 1:3 او 1:4 ومن امثلتها هي الالبومينات والانسولين وجميع الانزيمات تقريباً وتمتلك القدرة على الحركة وتذوب في المحاليل المائية.

    2- البروتينات الليفية Fibrous Proteins

    وهي بروتينات ذات نسبة محورية تزيد عن 5: 1 وتكون سلاسل متعدد الببتيد فيها ممتدة موازية لمحور واحد وهي بروتينات غير ذائبة وتشكل عناصر تركيبية او واقية للكائن الحي مثل الكيراتين والمايوسين ((البروتين العضلي)) او تكون مجموعة سلاسل ملتوية ومنحنية حلزونيا ومتماسكة بروابط مستعرضة تتمثل بجسور ثنائي الكبريت (S.S) وكذلك بروابط هيدروجينية.

    ثالثاً: تصنف البروتينات اعتماداً على الفعالية الحيوية حيث يعد هذا التصنيف معبراً بوضوح عن الأهمية الكبيرة للبروتينات ومن اهم أصناف البروتينات استناداً إلى وظيفتها الحيوية: الأنزيمات والبروتينات الناقلة والهرمونات والاوكسينات والبروتينات الخازنة والمستضدات Antigens والكلوبيولينات المناعية Immuno globulins والسايتوكينات .

    3-الأنزيماتEnzymes

    وهي محفزات بروتينية تبنى داخل الخلية الحية وتعمل كعوامل مساعدة بايولوجية للتعجيل من معدل سرعة التفاعلات الحياتية وهي تعمل بتخصص عال على جزء ( المادة الاساس Substance ) معين أو على صنف من الجزيئات المعينة وتحوي الخلية الواحدة ما يقارب من ( 1000 ) من الأنزيمات المختلفة وهو السبب الذي يجعل الخلية تعمل بكفاءة عالية .

    أن الانزيمات تتشابه مع المحفزات غير العضوية من حيث كونها لا تستنفذ ولا تتغير بعد تحفيزها للتفاعل وهي تخفض طاقة التنشيط للتفاعل . وتختلف عنها في كونها تعمل بدرجة عالية من التخصص على جزء معين أو مجموعة جزيئات معينة تنتمي لصنف واحد أي أنالأنزيم الذي يحلل السيليوز لا يمكنأن يحلل النشا على الرغم من المركبين يتشكلان من الكلوكوز.

    تتألف الانزيمات من الاحماض الامينية نفسها الموجودة في البروتين تتكون بوساطة الخلايا الحية وتستطيع أن تعمل بصورة مستقلة خارج الخلايا الحية كتحطيم النشا إلى سكر الكلوكوز ولكن بمساعدة درجات الحرارة العالية.

    وتتكون الأنزيمات من سلسلة واحدة أو عدة سلاسل من متعدد الببتيد Polypeptide وان بعض الأنزيمات تحتوي على مكونات أخرى يحتاجها الأنزيم لفعاليته تعرف بالعوامل المساعدة أو المرافقة Cofactor حيث تكون هذه العوامل المساعدة أما على شكل معادن مثل المغنيسيوم Mg والحديد Feأو قد تكون بشكل جزيئات عضوية معقدة تسمى مرافقات الأنزيمCoenzyme وقد تحتاج بعض الأنزيماتإلى وجود كلا النوعين المعدنية والجزيئات العضوية المعقدة للقيام بعملها . لذلك فعند ارتباط العوامل المرافقة بالأنزيم يطلق عليها بالمجموعة المترابطة.

    أما ما يخص تسمية الأنزيمات فان اسم الأنزيم يتألف من قسمين يشمل القسم الأول اسم المادة الأساس التي يعمل عليها الأنزيمأو اسم الناتج وأما القسم الثاني فهو يصف نوع التفاعل المحفز فمثلا" Glucose phosphate isomerase و Pyruvate kinase .وتعمل على تنشيط تفاعلات معينة بصورة مستقلة عن الكائن الحي الذي انتجها مثل البابايين Papainيستخلص من فواكه البابايا Papaya وهو أنزيم هاضم للمواد البروتينية ويباع في محلات البقالة لتليين اللحوم وتطريتهاوغيرها .كما يمكن استخلاص الأنزيمات من الأنسجة.

    4-الليبيداتLipids
    تؤلف الليبيدات مجموعة من المواد التي توجد في الطبيعة وتتكون من احماض دهنية ذات الوزن الجزيئي العالي ومواد اخرى مثل الفوسفاتيدات والاستيرولات والكاروتينات وتعرف ايضاً بانها مجموعة المواد الحيوية التي لا تذوب في الماء ولكن تذوب في المذيبات العضوية وهي مواد غير متصلبة ومن اهم وظائفها انها مصدر للطاقة في الجسم وقد وجد انه عند احتراق الليبيدات تنتج كمية كبيرة من الحرارة لكل غرام اكثر من الكمية الناتجة من احتراق 1 غم من الكاربوهيدرات ومن وظائفها انها تعمل عازلة للحرارة في الجسم وتدخل في تركيب الاغشية. توجد المواد الليبيدية في جميع أجزاء النباتات بما في ذلك السيقان والأوراق والجذور والأزهار .

    انواع الليبيدات Types ofLipids

    تنقسم الليبيدات Lipids على أساس مكوناتها من الاسترات إلى ما يلي:

    1- الليبيدات البسيطة Simple Lipids

    وهي عبارة عن استرات الاحماض الدهنية مثل الكليسرين في حالة الدهون والزيوت أو الكحول احادي الهيدروكسيل في حالة الشموع والاختلاف بين الدهون الحقيقية والشموع ينحصر فقط في الكحول الداخل في تركيب الأستر وفي نوعية الاحماض الدهنية التي تكونها وتنقسم الليبيدات البسيطة إلى الزيوت والشموع والدهون.
    2- الليبيدات المركبة
    Compound Lipids

    وهي استرات أحماض دهنية مع الكحول ويدخل في تركيبها مركبات اخرى مثل حامض الفوسفوريك . وتقسم على اساس نوع الكحول الموجود والمشترك في تكوين الاستر مثل الفوسفولبيدات والاسفنجولبيدات وغيرها.
    3- اللليبيدات المشتقة
    DerivedLipids

    وهي الليبيدات التي تنتج من التحلل المائي لليبيدات البسيطة والمركبة فهي تشمل الاحماض الدهنية و الكوليسترول والاستيرولات والكحولات الاخرى والقواعد الازوتية كما يتبع هذا النوع من الليبيدات مركبات لا تحتوي على روابط استيرية بل تكون طبيعية وتوجد ذائبة في الدهون وتنقسم الليبيدات المشتقة الى الهيدروكربونات ((الكربونات المائية)) والاستيرولات والمواد الملونة والتربينات.

    5-الحوامض العضوية Organic acids

    أ-الحوامض الشحمية Fatty acids :وتتكون في النبات من مشتقات حامض الخليك مرتبطة مع بعضها ، وتختلف الحوامض الشحمية عن بعضها في عدد ذرات الكاربون في السلسلة من جهة( المتكونة طبيعيا تحتوي على عدد زوجي من ذرات الكاربون 2، 4،... 20 ذرة) وفي عدد ذرات الهيدروجين التي ترتبط بذرات الكاربون من جهة أخرى ، فاذا ارتبطت جميع ذرات الكاربون في حامض شحمي بما يكفيها من ذرات الهيدروجين يسمى الحامض مشبع مثل حامض الكابرويك Caproic acidCH3 CH2CH2CH2CH2 COOH . واذا ارتبطت ذرات الكاربون في السلسلة بذرة واحدة من الهيدروجين يسمى حامض غير مشبع.

    وتعد الحوامض غير المشبعة اكثر تواجد في النبات مقارنة بالحيوان. وهي سوائل زيتية مهمة باعتبارها مكونات للشحوم والشمع والليبيدات.

    ب- الحوامض النباتية Plant acids :وهي حوامض ذات جزيئات صغيرة نسبيا تحتوي السلسلة على ست ذرات كاربون أو اقل ولكل جزيئة من 1-3 مجموعات كاربوكسيل .منها حامض الستريك والماليك ، حامض الخليك قد يعد حامضا شحميا او نباتيا. توجد الحوامض النباتية بوفرة في الفواكه وأوراق النباتات العصارية والتي لها دور كبير في عملية التنفس وغيرها من العمليات الحيوية للنبات والحيوان. وبعض الحوامض النباتية قد تحتوي على مجموعة كاربونيل او كيتون بالإضافة الى مجموعة الكاربوكسيل عندها تعرف بحوامض الكيتو والتي يمكنها أن تتحول الى حوامض امينية إضافة الى دورها في عملية التنفس.

    جـ- الحوامض الامينية Amino acids:وتعد وحدات البناء للمادة البروتينية .توجد أنواع متعددة منها ولكن 20 منه هذه الحوامض معروف كمكونات للمواد البروتينية والتي تحتوي على مجموعة الأمين NH2 التي تريبط بذرة الكاربون المجاورة لكاربون مجموعة الكاربوكسيل ولهذا فان التركيب العام للحوامض الامينية هو R.CH. COOH تمثل R الذرات الباقية من الجزيئة. والتي تختلف من حامض اميني الى حامض اميني اخر NH2 . وابسط الحوامض الامينية هو حامض الكلايسين وفيه R هو عبارة عن ذرة هيدروجين واحد CH2COOH. وبعضالحوامض الامينية تحوي على الكبريت والقليل منها وجدت في جزيئات البروتينات.

    د-الاحماض النووية Nucleic acids

    تعرف الاحماض النووية بانها عبارة عن جزيئات كبيرة تحمل المعلومات الوراثية وتكون مسؤولة عن نقل المعلومات الخاصة ببناء البروتينات وتكون الاحماض النووية على نوعين هما :

    النوع الاول:

    يحتوي هذا النوع على سكر الرايبوز Ribose لذا يطلق عليه الحامض النووي الرايبوزي (RNA) Ribonucleic acid .

    النوع الثاني:

    يحتوي هذا النوع على سكر الرايبوز منقوص الاوكسجين Deoxyribonucleic acid (DNA) ويتكون كلاهما بشكل بوليمرات خيطية مكونة من وحدات تعرف النيوكليوتيدات Nucleotides

    مركبات اليوراسيل Uracil والسايتوسين Cytocine والثايمين Thyamine ويدخل السايتوسين واليوراسيل في تركيب الحامض النووي RNA بينما يدخل الثايمين Thyamine والسايتوسين في تركيب الحامض النووي DNA

    ان جزئ RNA يتكون من سلسلة مفردة من متعدد النيوكلوتيد Polynucleotide وتكون على هيئة خيط مفرد وملتف حول نفسه وهناك عدة انواع من الحامض النووي الرايبوزي RNA ويدخل في تركيبها القواعد النتروجينية الادنين (A) والكوانين(G) والسايتوسين (C) واليوراسيل (U) .

    6-البروتينات النووية Nucleo proteins :

    وهي صنف اخر من البروتينات وتتألف من بروتينات مرتبطة مع حوامض نووية. وتؤلف الانزيمات والبروتينات النوية جزء أساسيا من بروتينات البروتوبلازم .

    7-مركبات مهمة أخرى Other important compound: وتشمل الهرمونات والفيتامينات والمضادات الحيوية والكلوروفيل واشباه الكاروتين وحاملات الهيدروجين مثل DPN وحاملات الطاقة ATP واللكنين المتوفر في جدران خلايا الخشب. وتوجد مواد عضوية اخرى في بعض النباتات مثل الانثوسيانين واشباه القلويات والمواد الدباغية والتربنتين والراتنج والحليب النباتيالخ.

    • موضوع 2

      المحاضرة الثانية

      المكونات اللاعضوية Inorganic Components

      أ‌-الماء Water

      يشكل الماء اعلى نسبة بين المركبات الكيميائية الموجودة في الكائنات الحية حيث يمثل حوالي 6--95% من الوزن الكلي لمختلف الخلايا والأنسجة مع بعض الاستثناءات كما في البذور. فجدران جميع الخلايا الحية يتخللها الماء وتمتلئ الفجوات بالعصير الخلوي (ماء فيه مواد ذائبة) ويوجد الماء في العناصر الخشبية للنباتات الوعائي اثناء مرورها من الجذور الى أجزاء النبات الأخرى ، المسافات البينية مشبعة ببخار الماء ،ويعد الماء مذيب طبيعي للأيونات المعدنية ولا يمكن أن يستغنى عنه في العمليات الأيضية التي تتم كلياً داخل محيط مائي كما يكون الماء كوسط انتشار للنظام الغروي للبروتوبلازم حيث أن الماء يمتزج بسهولة مع البروتوبلازم فضلاً عن أن جزيئات الماء تسهم كذلك في العديد من التفاعلات الأنزيمية في الخلية ويمكن أن تنشأ نتيجة العمليات الأيضية. ويوجد الماء في الخلية على شكلين:

      أ‌- ماء حر Free Water: هو الماء الذي ينتقل بحرية بين مكونات الخلية ويدخل في عمليات التحول الغذائي ((الأيض)) ويعمل وسطاً للتفاعلات الكيميائية ويشكل نسبة 95% من كمية الماء الموجود في الخلية.
      ب‌- ماء مرتبط
      Bound Water: وهو الماء المتصل بجزيئات البروتين بروابط كيميائية أي انه يدخل ضمن تركيب مكونات الخلية وتقدر نسبته 4-5% من كمية الماء الموجود في الخلية.

      يمتلك الماء بعض الخواص الكيميائية والفيزيائية الفريدة والتي جعلته ملائماً جداً للأنظمةالبيولوجية ومن اهم الخواص البيولوجية المهمة للماء هي القطبية polarity والآصرة الهيدروجينية Hydrogen bonding ونظرا لاحتواء جزيئات الماء على هاتين الخاصيتين (القطبية والأصرة الهيدروجينية) فانه يمتلك الصفات الاتية:
      اولاً: الماء كمذيب
      Water a Solvcnt

      تحتاج العمليات الحياتية الى اذابة عدد كبير من الايونات والجزيئات الكبيرة والصغيرة نظراً لقابلية الماء غير الاعتيادية لاذابة المواد فانه يعد محيطاً خلوياً داخلياً وخارجياً عاماً ونظراً لكون الماء مركباً قطبياً فهو يعد مذيباً جيداً للمركبات القطبية التي تكون اواصر هيدروجينية مع الماء مكونة جزيئات محبة للماء Hydrophilic ومن هذه المركبات الذائبة هي المركبات الهيدروكسيلية والامينات ومركبات الثايول والاسترات والكيتونات وعدد كبير من المركبات العضوية ويعود السبب في ذلك الى ان الماء يضعف القوى الكهربائية والاواصر الهيدروجينية ما بين الجزيئات القطبية وذلك عن طريق تنافسه باجتذاب تلك الجزيئات فمثلاً ان تأثير الماء على الاصرة الهيدروجينية بين مجموعة الكاربونيل و مجموعة الامينو حيث ان ذرات الهيدروجين للماء تحل محل هيدروجين الاميد كواهبة Doner للاواصر الهيروجينية كما ان ذرة اوكسجين الماء تحل محل اوكسجين مجموعة الكاربونيل كمستقبلة acceptor للاواصر الهيدروجينية وعليه فان الاصرة الهيدروجينية تكون قوية ما بين مجموعة CO ومجموعة NH فقط في غياب الماء.

      ثانياً: يعد الماء متماسكاً ومتلاصقاً Water is Cohesive andadhesive

      تظهر هاتان الصفتان نتيجة للشد السطحي Surface tension لجزيئات الماء الذي يظهر سطحة وكأنه يغطى بطبقة من الجلد يتولد الشد السطحي للماء نتيجة لتماسك جزيئات الماء مع بعضها بواسطة الاصرة الهيدروجينية لذا فهو يعد اكثر السوائل تماسكاً عدا الزئبق فالماء هو عبارة عن مادة متلاصقة ومتماسكة والتي تفسر لنا الخاصية الشعرية Capillarity وقابلية الماء للحركة الى الاعلى في قطعه من الورق المسامي او الزحف في مسامات التربة واغصان النباتات وانتفاخ بذور النباتات اثناء الانبات.

      ثالثاً: قابلية استيعاب عال للحرارة High heat capacity

      ان كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من الماء تقدر بسعرة حرارية واحدة ان هذه الكمية من الحرارة تعد عالية بالنسبة للماء. فالحرارة النوعية للماء هي سعرة واحدة وبذلك تكون ضعف حرارة الزيت والكحول وأربعة اضعاف الحرارة النوعية للهواء والالمنيوم وتسعة اضعاف الحرارة النوعية للحديد ، يمثل ارتفاع الحرارة النوعية للماء عاملا مهما في وقاية الكائنات الحية من التعرض للهلاك عند تعرضها لدرجات حرارية غير ملائمة .

      رابعاً: ارتفاع درجة حرارة التبخر High heat ofvaporization

      تعد درجة حرارة التبخر بانها الطاقة الحرارية اللازمة لتغيير غرام واحد من الماء الى بخار وقدرها 540 سعرة فان تبخر الماء من السطح يولد تبريداً كبيراً وعليه فان عدداً كبيراً من الكائنات الحية تتخلص من الحرارة الزائدة عن طريق التبخر.

      خامساً: درجة انصهار عالية High meltingPoint

      تعد درجة انصهار الماء (صفر درجة مئوية) عالية مقارنة بدرجات انصهار المذيبات الأخرى كالميثانول والايثانول والبروبانول والاستون والكلوروفورم. وتكمن أهمية ارتفاع درجة انصهار الماء في المحافظة على الكائنات الحية من الانجماد فكلما زادت درجة حرارة الانصهار تطلب رفع تلك الدرجة لذلك السائل لغرض تحويله الى صلب.

      ب‌-الغازات Gases: توجد غازات مختلفة بصورة دائمية ومذابة داخل وبين خلايا النبات ويعد كلا من غاز الاوكسجين وثاني أوكسيد الكاربون والكاربون والنايتروجين وبخار الماء من اكثرها تواجدا واهمية ففي الوقت الذي يمثل الاوكسجين وثاني أوكسيد الكاربون غازين مهمين يستخدمهما وينتجهما فان النايتروجين الجوي يستغل مباشرة بواسطة البكتريا المثبتة للنايتروجين والطحالب.

      جـ - الاملاح والايوناتSalt&Ions

      تدخل جميع العناصر الأساسية ( عدا الكاربون والاوكسجين والهيدروجين) الى جسم النبات كأيونات املاح. وتاتي أهمية الاملاح في النبات الى كونها تعد مصدرا للعناصر التي تستخدم لتركيب وبناء عدد من المركبات العضوية الأساسية إضافة الى دور ايوناتها في العديد من الفعاليات الحيوية للنبات.

      فالبروتينات تحتوي على النايتروجين وكل جزيئة من الكلوروفيل تحتوي على ذرة من المغنيسيوم واربع ذرات نايتروجين وكثير من المركبات العضوية تحتوي على الفسفور وبعض الانزيمات تحتوي على الحديد.

      توجد الاملاح على هيئة ايونات والنباتات تمتصها وتوصلها الى اجزائها المختلفة بهذه الصورة وليس بصورة محاليل.تم التعرف على 10 ايونات موجبة Cation مختلفة و7 منها سالبة Anion مختلفة في النباتات عندما تتصل ببعضها تكون 70 ملحا مختلفا .

      توجد اغلب الاملاح في النباتات بصورة مذابة في الماء باستثناء بعض الخلايا النباتية التي تحتوي على بلورات من املاح غير مذابة مثل اوكزلات وكبريتات الكالسيوم .

      ونلاحظ عند حرق نبات جاف فان ما يبقى منه كرماد يمثل عناصر الاملاح كون الاحتراق سوف يعمل على أكسدة جميع المركبات العضوية كي يحولها إلى ماء وثاني أوكسيد الكاربون كذلك يتأكسد النايتروجين ويتحول إلى غاز. أماما تبقى من الرماد فيتكون من عناصر أملاح مؤكسدة كان النبات قد امتصها كأيونات من التربة .

      د‌-الحوامض والقواعدAcids and baces :

      تحتوي النباتات على جميع الايونات الضرورية لتكوين اغلب الحوامض اللاعضوية كحامض الهيدروليك والكبريتيك والنايتريك والفسفوريك ومعظم القواعد اللاعضوية كهيدروكسيد الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والامونيوم ومع ذلك فليس هناك تركيزات ملموسة للحوامض والقواعد القوية كون ايوناتها لاتوجد بكميات كبيرة من جهة ولان خلايا النباتات تنتظم بصورة كبيرة بوجود حوامض عضوية كثيرة وأخرى ضعيفة واملاحها ونتيجة لذلك فأن اغلب ايونات الهدروجين H+ او بصورة ادق ايونات الهيدونيوم H3O+ تتداخل في جزيئات حوامض ضعيفة التفكك بينما تدخل ايونات الهيدروكسيل لتكوين جزيئات الماء خلال التعادل مع الحوامض .

      وبصورة عامة يقع البروتوبلازم في الجانب الحامضي من نقطة التعادل Neutrality حيث يكون فيه تركيز ايون الهيدروجين6,8وان أي انحراف عن هذه النقطة يؤدي إلى تحطيم التركيب البروتوبلازمي والعمليات الحياتية.

       

       

    • موضوع 3

      المحاضرة الثالثة :

      علم الخلية Cytology:

      وهو العلم الذي يهتم بدراسة الخلية من جميع نواحيها من حيث تركيبها وطبيعة مكوناتها وطرق انقسامها والمحتويات المختلفة لها سواء كانت حية Protoplasmic أو غير حيةProtoplasmic Non -(والذي يعد أجد فروع علم الحياة) .

      الخلية Cell : هي وحدة التركيب و الوظيفة في الكائنات الحية ويرتبط اكتشاف الخلية باكتشاف المجهر وعلم الخلية وثيق الصلة بعلم الوراثة فيشار عادة الى هذين العلمين باسم علم الوراثة الخلوية كما ان له صلة بعلم التصنيف و كذلك علم الأجنة وعلم وظائف الأعضاء.

      الخلية النباتية Cell plant:

      هي الوحدة الحيوية العامة لجميع الكائنات الحية باستثناء بعض الحالات الخاصة كالطحالب حيث يتكون من قنوات متصلة على شكل مدمج خلوي Coenocyte تنتشر الأنوية داخله خلال السايتوبلازم دون وجود جدر أو حواجز داخلية . كما ان هناك بعض النباتات الاولية التي يتركب فيها جسم النبات من خلية واحدة تقوم بجميع الوظائف الحيوية كما في البكتريا ، ويتركب جسم النبات في النباتات الأرقى من عدد من الخلايا المتشابهةشكلاوًوظيفتاكًمافيطحلبالباندورینا (Pandorina) الذي يكون مستعمرات كروية تتكون من عدد من الخلايا المتشابهة والتي تقوم كل منها بجميع وظائف الحياة وفي النباتات الزهرية نجد ان جسم النبات يتكون من خلايا متخصصة (أعضاء Organ ) ويتكون العضو النباتي من مجموعة انسجة Tissues ويتكون النسيج من عدد من الخلايا .

      يمكن اعتبار الخلية مكونه من جزئيين رئيسيين هما الجدار والبروتوبلاست.ويعد وجود جدار صلب غير حاو على مادة السيليلوز عادة صفة مميزة للخلايا النباتية .

      تركيب الخلية :

      لكلالخلاياالحیهسواءوحيدةالخلیة اونباتیة اوحیوانیةسماتمشتركة منھا غشاء الخلية ووجود السايتوبلازم والنواةالاانھناكاختلافاتجوھریة بینالخلایا البدائية والخلايا حقيقية النواة .

      اي أنه من الممكن تقسيم جميع الخلايا اعتمادا على الخواص البنيوية والوظيفية الى توعين :

      -1خلايا بدائية النواة Prokaryotic cell:

      خلایاھابسیطةالتركیبومكوناتھاكافيةلاداءجمیعالوظائفالحیویة مثلالبكتیریا

      - 1قدتحتويعلىجدارمكونمنسكریاتببتیدیة peptidoglycan مبطن من الداخل بغشاءبلازميقدتخرجمنهاسواطلمساعدةالبكتیریاعلىالحركه.

      -2 مادتھاالوراثیهعلىھیئةجزيءواحدمن DNA حلقيملتفحولنفسه لایرتبطبه بروتیناتاوحمض نوويرایبوزي.RNA

      -3 لاتحاطانویتھابغلافنوويیفصلھاعنالسايتوبلازم.

      -4 لایوجدبالسیتوبلازمعضیاتمثلالمیتوكندریااوالبلاستیداتاواجسامكولجي .

      -5 توجدالرایبوسوماتحرهغیرمرتبطهبالشبكهالاندوبلازمیة.

      2- خلايا حقيقية النواةEukaryotic cell :: كلالكائناتحقیقیةالنواة:

      -1 تحتوينواةحقیقیةیفصلھاعنالسايتوبلازمغلافنووي .

      -2 توجدالمادهالوراثیة DNA مرتبطةمعبروتیناتو RNA فيتراكیبخاصه ھيالكروموسومات .

      -3 یحتويسایتوبلازمھاعلىعضیاتمثلالشبكةالاندوبلازمیة والمیتوكوندریاواجسامكولجي.

      الخلية النباتية Cell plant (خلية النباتات الراقية):

      جدار الخلية The cell wall :

      جدار حقيقي ميت يتميز بوجود مادة السيليلوز التي تخلو منها الخلايا غير النباتية ويتكون جدار الخلية نتيجة لنشاط بروتوبلاست الخلية ، وهو طبقة غير حية تحيط بالخلية النباتيةﻟﮫ دور ﻓﻲ : 1- اﻟﺗدﻋﯾمﯾﺳﺎﻋد ه في ذلك ﺑﻧﺎءه اﻟﺳﻠﯾﻠوزي2- ﯾﺷﺗرك ﻓﻲ اﻣﺗﺻﺎصواﻧﺗﻘﺎل اﻟﻣﺎء واﻟﻣﻌﺎدنوﻓﻲ اﻻﻓراز وفي بعض اﻟﻧﺷﺎط الانزيمي.3- ﻗد ﯾﻛون ﻟﮫ دورﻓﻲ ﻣﻘﺎوﻣﺔ اﻟﻣرض ﺑﺎﻋﺎﻗﺔ اﺧﺗراق الطفيليات .

      يكون الجدار عند بدء تكوينه رقيقا للغاية ولكن تحدث له بعد ذلك عدة تغييرات سواء في السمك او في تركيبه الكيميائي .

      طبقات الجدار Wall layers :

      -1 الصفيحة الوسطى Middle lamella :

      يظهر الجدار الخلوي مباشرة بعد الأنقسام بشكل منطقة داكنة تتكون عند خط استواء المغزل Equator ويطلق عليها فراكموبلاست Phragmoplast . وخلال تكون الفراكموبلاست يظهر الجدار بشكل صفيحة رقيقة تسمى الصفيحة الخلوية Cell plant تكون في البداية في وضع مركزي ثم تمتد تدريجيا نحو الخارج Centrifugal الى ان تصل الى جدار الخلية الأم ، وتسمى حينئذ بالصفيحة الوسطى Middle lamella وتتكون الصفيحة الوسطى أساسا من بكتات الكالسيوم والمغنسيوم وكمیاتضئیلهمنالبروتوبكتینات.و تبعا لتأثيرها على الضوء المستقطب Polarized light توصف الصفيحة الوسطى بكونها غير فعالة ضوئيا Optically inactive أو متجانسة Isotropic.

      وعند وصول الخلية الى كامل نضجها قد يندمج الجدار الأبتدائي بالصفيحة الوسطى فيطلق عليه عندئذ اسم الصفيحة الوسطى المركبةCompound middli lamella وللتمييز بين الصفيحة الوسطى المتكونة أصلا والمتميزة عن الجدار الابتدائي وتلك التي اندمجت مع الجدارالابتدائي فقد استعمل لفظ الصفيحة الوسطى البسيطة Simple middle lamella للاولى والصفيحة الوسطى المركبة Compound middle lamella للثانية وتكون الصفيحة الوسطى المركبة في هذه الحالة ثلاثية الطبقة Three layered وفي حالات كثيرة يحدث تغلظ اخر يضاف الى الجدار وذلك بعد وصول الخلية الى كامل نضجها ، هذا التغلظ يكون جدار اخر فوق الجدار الابتدائي يعرف بالجدار الثانوي Secondary cell wall الذي يتكون في بعض الخلايا النباتية . يميز الجدار الثانوي عن الابتدائي أو الصفيحة الوسطى المركبة الاانه في حالات خاصة يندمج الجدار الثانوي ولا يمكن تمييزه وهنا يطلق اسم الصفيحة الوسطى المركبة على الجدارين معا وتصبح الصفيحة الوسطى المركبة في هذه الحالة خماسية الطبقة Five-Layered.

      -2 الجدار الابتدائي Primary cell wall :يقوم البروتوبلاست بترسيب غشائيين رقيقين على جهتي الصفيحة الوسطى يكونان مايسمى بالجدار الأبتدائي Primary cell wall وهوتركيبيليالصفيحةالوسطىويتكونمنالسليلوز(cellulose) وأشباه السيليلوز والبكتين (pectine) والبروتين (protein) ويصل سمكه الى 3 ما يكرون.

      ويعد الجدار الابتدائي اول جزء من الجدار يضاف من قبل البروتوبلاست على الصفيحة الوسطى وتحصل اضافته في المراحل التي تكون فيها الخلايا لازالت في حالة نمو في السطح وفي الحجم.

      ويعد الجدار الابتدائي فعال ضوئيا Optically active أو غير متجانس ضوئيا Anisotropicلوجود الياف السيليلوز مرتبة بصورة منتظمة مما يؤدي الى انحراف الضوء المستقطب عند مروره خلالها.

      (اظهرت الدراسات بالمجهر الإلكتروني أن السيليلوز في الجدار يكون على هيئة حزم من لييفات يطلق عليها اللييفات الكبيرة ).

      السيليلوز عبارة عن مركب مضاعف من جزيئات الكلوكوز المرتبطة مع بعضها على شكل سلاسل مستقيمة والتركيبة الأساسية له هو سكر الكلوكوز .يتكون السيليلوز من ارتباط جزيئتي كلوكوز مع بعضها مع فقدان جزيئة ماء بواسطة اصرة تسمى ß-D glucosidic وكل جزيئتي سليلوز تتحد لأعطاء وحدة Cellobiose وبالتالي تتحدهذه الوحدات مع فقدان جزيئة ماء لتكوين سلسلة من السيليلوز بواسطة الرابطة ß-D glucosidic الوحدة الاساسية للسيليلوز هو سكر الكلوكوز C6H12O6الناتجة من عملية البناء الضوئي في النبات.

       

      الوحدة البنائية الاولية للسيليلوز تتكون من اربعة وحدات اساسية من الـ Cellobiose والتي تكون متعاكسة مع بعضها في الاتجاه ومرتبطة بواسطة اواصر هيدروجينية فيما بين السلاسل .

      يظهر السيليلوز في الجدار على هيئة حزم وعند اتحاد 42-37 سلسلة من السلاسل السيليلوزية المتبلورة وغير المتبلورة تتكون اللييفة Elementary fibrilis والتي تعد أصغر وحدة بنائية لجدار الخلية ويمكن مشاهدتها بالمكرسكوب الالكتروني.،وان اتحاد مايقارب 20 من Elementary fibrilisيكون اللويفة الصغيرة Micro fibrils واتحاد مايقارب 250 من Micro fibrils يكون اللويفة الكبيرة Macro fibrils حيث يمكن مشاهدتها بالمجهر الضوئي وبتجمع اللويفات الكبيرة تتكون الصفائح Lamelle وبتجمع الصفائح يتكون الجدار الخلوي.

       

       

                   

      الجــدار الثــانوي Secondary Wall:

      ﺑﻌد ﺗوﻗف اﺳﺗطﺎﻟﺔ اﻟﺧﻼﯾﺎ ﯾﺑدا ﺗرﺳﯾب ﻣﻛوﻧﺎت اﻟﺟدار اﻟﺛﺎﻧوي واﻟﻠذي ﯾﺗﻛون ﻣن٣طﺑﻘﺎت السيليلوز Cellulose والذي يؤلف الجزء الأكبر منه في الغالب والسكريات المتعددة غير السيليلوزية Non cellulose poly saccharides واللكنين Lignin والسوبرين Suberin .

      ويتراوح سمك الجدار الثانوي بين 5-10ميكرون وبمجرد تكون الجدار الثانوي وتغلظه يؤدي الى امتلاء حجم الخلية ويسبب هذا موت وتحلل البروتوبلازم .

      يتم تكوين الجدارين الابتدائي والثانوي عندما يكون البروتوبلاست حيا وعند فقدان الخلية حيويتها تتوقف الزيادة في سمك الجدار والتركيب الكيميائي.

      مخطط يوضح الجدار الابتدائي والثانوي والصفيحة الوسطى

      النقر :Pitsھﻲ ﻣﺳﺎﺣﺎت رﻗﯾﻘﮫ ﻓﻲ ﺟدر اﻟﺧﻼﯾﺎاﻻﺑﺗداﺋﯾﮫ واﻟﻧﻘر ﺗﺗﻛون ﺑﻌد ﺗرﺳب اﻟﺟدار اﻟﺛﺎﻧويوقد تكون بسيطة او مضفوفة. وتتركب النقرة من كلا ممايأتي:

      1-غشاء النقرة Pit membrane :ويتكون من الصفيحة الوسطى والجدار الابتدائي .

      2-تجويف النقرة Pit cavity :يقع بين الغشاء وتجويف الخلية

      3-فتحة النقرة Pit aperture :وهي فتحة موجودة في نهاية تجويف النقرة عند التقائه مع تجويف الخلية Cell lumen.

       

      انواع النقر Types of pits:

      1-النقر البسيطة Simple pit:

      أثناءتكوینالجدارالثانويتتركمساحاتصغیرهمتناثرةبدون تغلیظتظھركثقوبدائریة. ويعد وجود النقر مميزا للجدران الثانوية، في حاة تجانس اقطارها تسمى نقر بسيطة .يوجد هذا النوع من النقر في بعض الخلايا البارنكيمية الحاوية على جدار ثانوي وكذلك في العديد من العناصر الناقلة في الخشب والالياف وفغيرها من الخلايا.

      2-النقر المضفوفة Bordered pits:

      تتكون منالضفةBorder والتخت Torus( يتكون من مواد جدارية ابتدائية ) وغرفة النقرة Pit chamber أو الردهة. ويكون قطر التخت اكبر قليلا من قطر فتحة النقرة.وظیفةالسرهتمنعمرورالماءمنالخلیةإلىأخرىعندمایندفعالماءبشدةحیثیتحرك غشاءالنقرةفياتجاهفتحةالنقرةویغلقھابواسطةالسره، كماأنهفيحالةوجودفقاعاتھوائیة فيالأوعیةالتيتعملعلىقطعالعمودالمتصلللماءفعندھایتحركغشاءالنقرةإلىالفقاعة الھوائیةمسبباغًلقفتحةالسرهوبذلكیؤمنالأوعیةمندخولالھواءإلیھا.

       

       

      3-النقر المتشعبة أو القنويةRamiform or Branched pits :

      تظهر هذه النقر عند زيادة سمك الجدار زيادة كبيرة فان النقر تصبح عميقة وتتخذ شكل قنوات تصل مابين تجويف الخلية وسطحها.وكثيرا ماتكون هذه القنوات متشعبة مثل الخلايا الحجرية (stone cell) Brachysclereids الموجودة بثمار العرموط .

       

       

       

      الروابط البلازميةPlasmodesmata:

      خيوط بروتوبلازمية تربط مابين بروتوبلاست خلية وبروتوبلاست خلية مجاورة . توجد في معظم الخلايا المقترنه بالحقول الابتدائية للنقر في الجدار الابتدائي . وقد وجدت في في النباتات الراقية والعديد من النباتات الواطئة كالسرخسيات Pteridoohyta والحزازيات Bryophyta والطحالب الحمر Red Algae. وكذلك في جميع الخلايا الحية مثل الخلايا المرستيمية وفي الانسجة الدائمة الحية.

      تعمل الروابط البلازمية على نقل الماء والمواد الاخرى من بروتوبلاست خلية الى خلية اخرى .وكذلك نقل الحوافز بين الخلايا المجاورة.