Skip to main content
Global

7: الكيمياء الحيوية الميكروبية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    194902

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    يُقدر عمر الأرض بـ 4.6 مليار سنة، ولكن في أول ملياري سنة، كان الغلاف الجوي يفتقر إلى الأكسجين، والذي بدونه لا يمكن للأرض أن تتحمل الحياة كما نعرفها. تتضمن إحدى الفرضيات حول كيفية ظهور الحياة على الأرض مفهوم «الحساء البدائي». تقترح هذه الفكرة أن الحياة بدأت في جسم مائي عندما تتحد المعادن والغازات من الغلاف الجوي مع مصدر للطاقة، مثل البرق أو الأشعة فوق البنفسجية، لتشكيل مركبات الكربون التي تشكل اللبنات الكيميائية للحياة. في عام 1952، شرع ستانلي ميلر (1930-2007)، وهو طالب دراسات عليا في جامعة شيكاغو، وأستاذه هارولد أوري (1893-1981)، في تأكيد هذه الفرضية في تجربة مشهورة الآن. جمع ميلر وأوري ما اعتقدا أنه المكونات الرئيسية للغلاف الجوي المبكر للأرض - الماء (H 2 O) والميثان (CH 4) والهيدروجين (H 2) والأمونيا (NH 3) - وختمها في قارورة معقمة. بعد ذلك، قاموا بتسخين القارورة لإنتاج بخار الماء وتمرير الشرر الكهربائي عبر الخليط لمحاكاة البرق في الغلاف الجوي (الشكل\(\PageIndex{1}\)). عندما قاموا بتحليل محتويات القارورة بعد أسبوع، وجدوا الأحماض الأمينية، الوحدات الهيكلية للبروتينات - الجزيئات الأساسية لوظيفة جميع الكائنات الحية.

    رسم تخطيطي لتجربة ميلر-أوري. يتم تسخين قارورة ماء (لمحاكاة المحيط). يتم توصيل هذا عبر أنبوب زجاجي في حلقة مغلقة بـ: مضخة تفريغ، وقارورة تحتوي على غازات (الماء والميثان والهيدروجين والأمونيا)، وشرارة كهربائية (لمحاكاة البرق)، وأخيرًا بمكثف يبرد الماء. يحتوي الماء المبرد على مركبات عضوية.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): أظهر العالمان ستانلي ميلر وهارولد أوري أن المركبات العضوية ربما نشأت بشكل طبيعي من مواد غير عضوية. قامت تجربة Miller-Urey الموضحة هنا بمحاكاة تأثيرات البرق على المركبات الكيميائية الموجودة في الغلاف الجوي المبكر للأرض. أسفرت التفاعلات الناتجة عن الأحماض الأمينية، وهي اللبنات الكيميائية للبروتينات. (الائتمان: تعديل العمل من قبل كورتني هارينغتون)

    • 7.1: الجزيئات العضوية
      الكيمياء الحيوية هي التخصص الذي يدرس كيمياء الحياة، وهدفها هو شرح الشكل والوظيفة بناءً على المبادئ الكيميائية. الكيمياء العضوية هي التخصص المخصص لدراسة الكيمياء القائمة على الكربون، والتي هي الأساس لدراسة الجزيئات الحيوية وتخصص الكيمياء الحيوية. تعتمد كل من الكيمياء الحيوية والكيمياء العضوية على مفاهيم الكيمياء العامة.
    • 7.2: الكربوهيدرات
      الجزيئات الحيوية الأكثر وفرة على وجه الأرض هي الكربوهيدرات. من وجهة نظر كيميائية، فإن الكربوهيدرات هي في الأساس مزيج من الكربون والماء، والعديد منها له الصيغة التجريبية (CHO)، حيث n هو عدد الوحدات المتكررة. تمثل هذه النظرة هذه الجزيئات ببساطة على أنها سلاسل ذرات الكربون «المائية» التي ترتبط فيها جزيئات الماء بكل ذرة كربون، مما يؤدي إلى مصطلح «الكربوهيدرات».
    • 7.3: الدهون
      على الرغم من أنها تتكون أساسًا من الكربون والهيدروجين، إلا أن جزيئات الدهون قد تحتوي أيضًا على الأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور. تخدم الدهون أغراضًا عديدة ومتنوعة في بنية ووظائف الكائنات الحية. يمكن أن تكون مصدرًا للعناصر الغذائية أو شكلًا تخزينًا للكربون أو جزيئات تخزين الطاقة أو مكونات هيكلية للأغشية والهرمونات. تتكون الدهون من فئة واسعة من العديد من المركبات المميزة كيميائيًا، والتي تمت مناقشة أكثرها شيوعًا في هذا القسم.
    • 7.4: البروتينات
      الأحماض الأمينية قادرة على الترابط معًا بشكل أساسي بأي رقم، وتنتج جزيئات من أي حجم تمتلك مجموعة واسعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية وتؤدي العديد من الوظائف الحيوية لجميع الكائنات الحية. يمكن أن تعمل الجزيئات المشتقة من الأحماض الأمينية كمكونات هيكلية للخلايا والكيانات دون الخلوية، وكمصادر للمغذيات، وكخزانات لتخزين الذرة والطاقة، وكأنواع وظيفية مثل الهرمونات والإنزيمات والمستقبلات وجزيئات النقل.
    • 7.5: استخدام الكيمياء الحيوية لتحديد الكائنات الحية الدقيقة
      يعد التحديد الدقيق للبكتيريا أمرًا ضروريًا في المختبر السريري لتشخيص وإدارة الأوبئة والأوبئة والتسمم الغذائي الناجم عن تفشي البكتيريا. في هذا القسم، سنناقش بعض الطرق التي تستخدم الخصائص البيوكيميائية لتحديد الكائنات الحية الدقيقة.
    • 7.E: الكيمياء الحيوية الميكروبية (تمارين)

    الصورة المصغرة: يمكن لموقع ربط الإنزيم الذي عادةً ما يربط الركيزة أن يربط المثبط التنافسي، مما يمنع الوصول إلى الركيزة. يتم تثبيط اختزال الديهدروفولات بواسطة الميثوتريكسيت الذي يمنع ارتباط الركيزة وحمض الفوليك. موقع التجليد باللون الأزرق، والمثبط باللون الأخضر، والركيزة باللون الأسود (PDB: 4QI9). (CC BY 4.0؛ توماس شافي).