معلومة

2.1: الأدوار المتعددة للمياه - علم الأحياء

2.1: الأدوار المتعددة للمياه - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الماء و "الأشياء" الصغيرة الأخرى

"لا شيء في العالم ناعم مثله ،
ومع ذلك ، لا شيء أفضل من التغلب على الصعب والقوي ،
لأنهم لا يستطيعون السيطرة عليه أو التخلص منه.
اللين يتغلب على الصعب ،
الغلة تتغلب على القوي "؛
تأتي هذه الكلمات من Tao Te Ching بواسطة Lao Zu.

دعونا نحول هذا إلى لغز كيميائي ونطبقه على مستوى النانو في الكيمياء الحيوية!

"ما يخسره يكتسبه ،
تقبل ما تتبرع به ،
انها ضعيفة لكنها قوية
إنها تقوي لكنها تدمر "؛

ما هذا؟ الجواب (واحد من العديد من الخيارات الممكنة) هو الماء! يكتسب ويفقد البروتونات ، ويتبرع ويقبل الإلكترونات ، ويمكن أن يكون حمض / قاعدة أضعف أو أقوى أو عامل مؤكسد / مختزل ، ويمكن أن يؤدي إلى تكوين أو انحلال البلورات ، حسب الظروف

يبدو الماء ، على الأقل على كوكبنا ، ضروريًا للحياة. نحن لا نعرف أي شكل من أشكال الحياة البيولوجية موجود بدونه. يحتوي هذا الجزيء على عدد كبير من الخصائص التي تجعله فريدًا مقارنة بمعظم السوائل الأخرى وهو مثالي لنوع الحياة على الأرض. لها خصائص متناقضة ومعارضة. دعونا نتحرى القليل.

الماء كمذيب:

الذوبان هو خاصية تعتمد على طبيعة كل من المذاب والمذيب. للتقريب الأول ، نخبر الطلاب في دورات الكيمياء والبيولوجيا التمهيدية أنه لكي يذوب المذاب في مذيب ، ويشكل محلول (مثال على خليط متجانس) ، مجموع التفاعلات غير التساهمية (القوى بين الجزيئات) بين المذاب والمذيب يجب أن تكون أكبر من تلك الموجودة بين الجزيئات الذائبة وتلك الموجودة بين جزيئات المذيب.

مع تقدم الطلاب في فصول الكيمياء ، تتم إضافة فارق بسيط إلى هذا الفهم العام حيث يجب مراعاة المساهمات الإنتروبية في قابلية الذوبان. غالبًا ما يتم وصف الانتروبيا على أنها درجة الاضطراب الظاهر في النظام. بالنظر إلى هذا الوصف ، يبدو أن التغييرات في الانتروبيا تفضل الحالة القابلة للذوبان لأن محلول المذاب في المذيب سيكون أكثر اضطرابًا. يجب تعديل هذا الوصف البسيط لمراعاة الحالة المرتبة للمذيب (clathrate) المحيطة بالمذاب و "الثقوب" في المذيب التي تستوعب جزيئات الذائبة الأكبر. يجب أيضًا مراعاة اعتبارات المحتوى الحراري. وصف الانتروبيا كمقياس للاضطراب ليس دقيقًا. بدلاً من ذلك ، يجب وصفه بأنه مقياس لعدد الدول المجهرية للطاقة أو الجسيمات المتاحة داخل النظام. ستنشأ زيادة الانتروبيا من زيادة عدد هذه الحالات الدقيقة المتاحة ، والتي يمكن أن ترتبط بزيادة في اضطراب النظام.

قد يعتبر الطلاب في كثير من الأحيان أن الجزيء إما قابل للذوبان أو غير قابل للذوبان في مذيب معين. يمكن تعزيز هذه الفكرة من خلال تجارب بسيطة لتقسيم السائل / السائل في تجارب الكيمياء العضوية التي يتم فيها استخدام مذيبين غير قابلين للامتزاج (على سبيل المثال الماء والأثير). ومع ذلك ، فإن ثنائي إيثيل إيثر قابل للذوبان جزئيًا في الماء (1 جم / 100 مل). تعتبر الجزيئات غير القطبية التي لا تحتوي على ثنائيات أقطاب روابط قليلة أو غير قابلة للذوبان بشكل عام. سيعرف الطلاب أن حمض الأسيتيك ، جزيء كربونين ، قابل للذوبان في الماء ، ولكن ما هو عدد الكربون الضروري للجزيء ليصبح غير قابل للذوبان بشكل أساسي؟ جزيئات ذات مجموعة قطبية واحدة (-OH ، CO2H) وسلسلة ألكيل / أسيل طويلة أفضل وصف لها بأنها برمائية. البرمائيات مثل الأوكتانول (سي8ح17OH) وكبريتات دوديسيل (CH3(CH2)10­كو2∟H) يمكن أن تشكل مجاميع متعددة الجزيئات تسمى micelles حتى لو كانت موجودة كنظام ثنائي الطور ، كما هو موضح في التوازن التالي:

ج8ح17OH (liq) C8ح17OH (aq) C8ح17أوه (ميسيل).

يظهر الهيكل أدناه micelle. لاحظ أن جميع السلاسل غير القطبية مدفونة في منتصف الهيكل الكروي ، بينما تتعرض الرؤوس القطبية للماء.

فاصل

لاحظ أن الخطوط الرمادية التي تمثل ذيول غير قطبية مدفونة من جزيئات الماء المحيط ، والتي تشكل روابط H مع مجموعات الرأس القطبية.

بدون بعض الذوبان المحدود ، لا يمكن أن يحدث التفاعل التالي:

ان سي8ح17أوه(عبد القدير) ↔1-ج8ح17أوه (ميسيل).

لحل المشكلة العامة المتمثلة في قابلية الذوبان المحدودة للجزيئات العضوية في الحياة المائية ، تطورت الهياكل الجزيئية الحيوية "لتحمل" جزيئات غير قطبية في الغالب مثل الأحماض الكربوكسيلية طويلة السلسلة (الأحماض الدهنية) والكوليسترول.

أدخل iCn3D من مركب البروتين من الأحماض الدهنية وجزيئات LDL أو HDL.

يمكن تطبيق نفس الأفكار على قابلية ذوبان الأملاح. سيتذكر الطلاب قواعد الذوبان العامة (جميع أملاح Gp 1 و Gp 7 قابلة للذوبان) من الكيمياء التمهيدية. أملاح الكاتيونات ثنائية التكافؤ أقل قابلية للذوبان لأن قوى الأيونات الجذابة داخل الشبكة البلورية الصلبة تكون قوية جدًا بالنسبة للتفاعلات الأيونية ثنائية الأقطاب التعويضية بين الأيون والماء. ومن هنا أملاح Ca2+ و Fe2+ الأيونات مثل كربونات الكالسيوم3 و FeCO3 بشكل عام غير قابلة للذوبان (K.ص قيم 1.4 × 10-8 و 3.1 × 10-11، على التوالى). تحتاج أملاح الكالسيوم غير القابلة للذوبان (الكربونات والسيليكات) إلى قشور xxx وهياكل عظمية للفقاريات. بعد الحرة Ca2+ و Fe2+ تم العثور على أيون في مقصورات خارج الخلية وداخل الخلايا. الكاتيونات ثنائية التكافؤ مثل Fe2+ يمكن أن تكون سامة عند التركيز الأعلى لذلك تطورت طرق نقلها وعزلها بشكل فعال.

هيكل iCn3D من الفيريتين؟

أخيرًا ، دعنا نفكر في قابلية ذوبان الغازات. الأكثر وفرة وذات الصلة هي O2 وشارك2 لأنها المواد المتفاعلة ونواتج التنفس التأكسدي. الغازات ، على الرغم من احتوائها على ذرات أكسجين ، غير قطبية وليس بها صافي ثنائي القطب. ومن ثم فهي غير قابلة للذوبان في الماء. ومع ذلك ، يجب أن تكون قابلة للذوبان بدرجة كافية للسماح للأسماك باستخراجها من الماء. لحل مشكلة القابلية للذوبان ، أنتج التطور بروتينات تربط الأكسجين من خلال مجمعات معدنية انتقالية مرتبطة تحتوي على الحديد2+ (الهيموغلوبين في الفقاريات) و Cu+ الأيونات في الهيموسيانين في بعض اللافقاريات).

تبدأ تفاعلات الماء مع الجزيئات الأخرى في البداية كتفاعلات غير تساهمية تتوسط من خلال قوى بين الجزيئات. يتم أيضًا التوسط في جميع التفاعلات البيولوجية (باستثناء تلك التي بدأت بفوتونات الضوء). التفاعلات غير التساهمية ضعيفة ولكن إذا كانت كثيرة فإنها يمكن أن تؤدي إلى تفاعلات قوية للغاية.

فيما يلي التفاعلات غير التساهمية التي تتوسط "القوى بين الجزيئات".

القوى بين الجزيئات - التفاعلات غير التساهمية

تفاعل

نوع

مثال

مسافة
الاعتماد

قوة نسبية

(كيلو كالوري / مول)

الاعتماد على الاتجاه

أيوني

1 / ص

60

غير موجه

أيوني ثنائي القطب

1 / ص2

3-5

اتجاهي

H- السندات

4-6

اتجاهي

ثنائي القطب ثنائي القطب

1 / ص3

0.5-1

اتجاهي

ثنائي القطب الناجم-

ثنائي القطب الناجم

1 / ص6

0.5

(تعتمد على الحجم)

غير موجه

كل هذه التفاعلات أصلية في الكهرباء الساكنة فرض بين شيئين مشحونين. يوجد قانون واحد فقط يصف قوى الجذب ، وهو قانون كولوم:

[F = dfrac {k Q_ {1} Q_ {2}} {r ^ {2}} ]

من هذه القوة تستمد كل الكهرباء الساكنة التفاعلات الموضحة في الجدول أعلاه. يعتمد حجم عوامل الجذب للتفاعلات على طريقة توزيع الشحنة في الأنواع الجاذبة ..

الماء كمتفاعل: الأحماض والقواعد

ح2O ، مع أزواجها الوحيدة القابلة للمشاركة و Hs الموجبة قليلاً ، هي قاعدة برونستيد وحمض. وبالتالي ، فإن كيمياء القاعدة الحمضية لها من بين أهم ميزاتها.

يمكن أن يتفاعل الماء ، الذي يعمل كقاعدة ، مع كل من الأحماض القوية والضعيفة. أمثلة على تفاعلات حمض قوي (HCl) وأحماض ضعيفة (أحماض الخليك والأمونيوم) مع الماء موضحة في الشكل أدناه.

وبالمثل ، يمكن أن يعمل الماء كحمض إذا تفاعل مع قاعدة أقوى. وفيما يلي بعض الأمثلة على ذلك.

في المثال الأول ، لم تحدث أي تغييرات صافية. في الحالة الثانية ، يمكن لأمين منزوع البوتاسيوم سالب الشحنة (قاعدة أقوى من الماء) أن يقبل بروتونًا من الماء ، والذي يعمل بمثابة حمض.

تذهب جميع التفاعلات الحمضية / القاعدية في الغالب في الاتجاه الحمضي الأقوى / القاعدة القوية إلى حمض أضعف / قاعدة أضعف. سواء كان الماء يتفاعل مع حمض قوي ، مثل حمض الهيدروكلوريك ، أو مع حمض ضعيف مثل حمض الأسيتيك ، فإن أقوى حمض يمكن أن يوجد بالفعل في نظام مائي هو H3ا+(عبد القدير). هذا مثال على تأثير التسوية.

الماء كمتفاعل: nucleophile / electrophile

في التفاعلات المذكورة أعلاه ، وصفنا الماء بأنه حمض أو قاعدة برونستيد. بشكل عام ، كان بإمكاننا أن نقول إن الماء هو حمض لويس (متقبل زوج الإلكترون) أو قاعدة لويس (مانح زوج الإلكترون). في العديد من التفاعلات ، يمكننا أيضًا أن نطلق على الماء nucleophile (عندما يشترك في زوج وحيد) أو electrophile (عندما تتفاعل ذرات H الموجبة قليلاً مع nucleophile.

وهنا بعض الأمثلة.

- تفاعل الماء مع مركب معدني انتقالي. هذا التفاعل الموضح أدناه هو تفاعل فعال لمحطة فرعية محبة للنواة حيث يقوم الماء بإزاحة الأمونيا على شكل يجند.

[النحاس (NH3)42س)2]2+ + 4 ح2يا النحاس (H2س)6]2+ + 4NH3

- ترطيب مادة الألكين. يتم تحفيز التفاعل بإضافة بروتون من الأحماض (مثل H2وبالتالي4) لذلك يمكن أن يسمى ترطيب كهربائي. بمجرد أن يتشكل البروتونات في الكربون الذي يجعل الكربوهيدرات الأكثر استقرارًا ، يهاجم الماء باعتباره nucle0phile الكربون الإيجابي لإنتاج الكحول.

- محطة فرعية محبة للنووية في كربونيل كهربائي. هذا رد فعل شائع جدا. عندما يكون الماء هو النوكليوفيل ، فإن التفاعل يسمى أيضًا تفاعل التحلل المائي. يظهر التفاعل أدناه مع OH- مثل نيوكليوفيل بدلاً من الماء من أجل البساطة.

الماء كمتفاعل: عامل مؤكسد / مختزل.

يعلم الجميع ما يحدث إذا رميت قطعة صلبة من Na أو K في الماء. يحدث تفاعل طارد للحرارة للغاية والذي يطلق H2 الغاز الذي يمكن أن يشتعل ويؤدي إلى حدوث انفجار. رد فعل نا هو:

2 نا (ق) + ح2O → 2Na+(عبد القدير) + أوه- (عبد القدير) + ح2(ز).

عدد أكسدة عنصر الصوديوم هو 0 بينما Na+ هو +1 ، مما يشير إلى أن معدن الصوديوم قد تأكسد بواسطة الماء الذي يعمل كعامل مؤكسد.

يحدث هذا التفاعل مع العديد من المعادن النقية ، ولكن بعضها أقل تفاعلًا (تذكر سلسلة النشاط من الكيمياء التمهيدية؟) يتطلب الحمض ، وهو شكل بروتوني من الماء ، كما هو موضح في التفاعل أدناه:

الزنك (ق) + 2 ح3ا+(عبد القدير) ⟶ الزنك2+ (عبد القدير) + 2 ح2يا (ل) + ح2(ز)

كما هو الحال في التفاعلات الحمضية / القاعدية ، في تفاعل الأكسدة والاختزال ، يتفاعل عامل مؤكسد وعامل اختزال لتشكيل عامل مؤكسد واختزال جديد.

يمكن للمواد المتفاعلة الأخرى أكسدة الماء لتكوين الأكسجين. ضع في اعتبارك غاز الفلور على سبيل المثال:

3F2+ 2 ح2O → O2+ 4HF

F2 هو عامل مؤكسد قوي (كما تظن من سلبيته الكهربية) من O2 لذلك فإن رد الفعل ينتقل بقوة إلى اليمين.

أكثر أهمية بيولوجية هو أكسدة الماء لإنتاج O2 في عملية التمثيل الضوئي ، سلسلة معقدة من التفاعلات التي هي بشكل فعال عكس الاحتراق:

6CO2 (ز) + 6 ح2O (ل) → ج6ح12ا6(ق) + 6O2(ز).

من الواضح أن هذا التفاعل هو تفاعل داخلي ويتطلب مدخلات كبيرة من الطاقة بحيث يستمر التفاعل لإنتاج عامل مؤكسد قوي O2. المركب المتطور للأكسجين الخاص في عملية التمثيل الضوئي هو المؤكسد القوي الذي يمكن أن يؤكسده H2O لتشكيل عامل مؤكسد أضعف ، O2.


تشجير يقود طويل الأمد إلى اللون البني المائي السطحي

Martin Škerlep ، قسم علم الأحياء ، جامعة Lund ، Sölvegatan 37 ، 22362 Lund ، السويد.

كارلسكرونا كومون ، كارلسكرونا ، السويد

قسم إدارة موارد الغابات ، الجامعة السويدية للعلوم الزراعية ، أوميو ، السويد

قسم علم الأحياء ، جامعة لوند ، لوند ، السويد

قسم الأحياء ، جامعة لوند ، لوند ، السويد

Martin Škerlep ، قسم علم الأحياء ، جامعة Lund ، Sölvegatan 37 ، 22362 Lund ، السويد.

كارلسكرونا كومون ، كارلسكرونا ، السويد

قسم إدارة موارد الغابات ، الجامعة السويدية للعلوم الزراعية ، أوميو ، السويد

قسم علم الأحياء ، جامعة لوند ، لوند ، السويد


الكربوهيدرات

الكربوهيدرات هي جزيئات كبيرة مألوفة لمعظم المستهلكين إلى حد ما. لفقدان الوزن ، يلتزم بعض الأفراد بالوجبات الغذائية "منخفضة الكربوهيدرات". على النقيض من ذلك ، غالبًا ما يكون الرياضيون "حمولة الكربوهيدرات" قبل المنافسات المهمة للتأكد من أن لديهم طاقة كافية للمنافسة على مستوى عالٍ. تعتبر الكربوهيدرات ، في الواقع ، جزءًا أساسيًا من نظامنا الغذائي ، فالحبوب والفواكه والخضروات كلها مصادر طبيعية للكربوهيدرات. توفر الكربوهيدرات الطاقة للجسم ، وخاصة من خلال الجلوكوز ، وهو سكر بسيط. للكربوهيدرات أيضًا وظائف مهمة أخرى في الإنسان والحيوان والنبات.

يمكن تمثيل الكربوهيدرات بالصيغة (CH2س)ن، أين ن هو عدد ذرات الكربون في الجزيء. بمعنى آخر ، نسبة الكربون إلى الهيدروجين إلى الأكسجين هي 1: 2: 1 في جزيئات الكربوهيدرات. يتم تصنيف الكربوهيدرات إلى ثلاثة أنواع فرعية: السكريات الأحادية ، والسكريات الثنائية ، والسكريات المتعددة.

السكريات الأحادية (mono- = "one" sacchar- = "sweet") هي سكريات بسيطة ، وأكثرها شيوعًا هو الجلوكوز. في السكريات الأحادية ، يتراوح عدد ذرات الكربون عادةً من ثلاثة إلى ستة. تنتهي معظم أسماء السكريات الأحادية باللاحقة -ose. اعتمادًا على عدد ذرات الكربون في السكر ، يمكن أن تُعرف باسم ثلاثيات (ثلاث ذرات كربون) ، وخماسيات (خمس ذرات كربون) ، و hexoses (ست ذرات كربون).

قد توجد السكريات الأحادية كسلسلة خطية أو كجزيئات على شكل حلقة في المحاليل المائية ، وعادة ما توجد في شكل الحلقة.

الصيغة الكيميائية للجلوكوز هي C6ح12ا6. في معظم الأنواع الحية ، يعتبر الجلوكوز مصدرًا مهمًا للطاقة. أثناء التنفس الخلوي ، يتم إطلاق الطاقة من الجلوكوز ، وتستخدم هذه الطاقة للمساعدة في صنع ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). تصنع النباتات الجلوكوز باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال عملية التمثيل الضوئي ، ويستخدم الجلوكوز بدوره لتلبية متطلبات الطاقة للنبات. غالبًا ما يتم تخزين الجلوكوز المركب الزائد على هيئة نشا يتم تكسيره بواسطة الكائنات الحية الأخرى التي تتغذى على النباتات.

الشكل 3. الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز عبارة عن سكريات أحادية أيزومرية ، مما يعني أن لها نفس الصيغة الكيميائية ولكن لها هياكل مختلفة قليلاً.

يعد الجالاكتوز (جزء من اللاكتوز أو سكر الحليب) والفركتوز (الموجود في الفاكهة) من السكريات الأحادية الشائعة الأخرى. على الرغم من أن الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز جميعها لها نفس الصيغة الكيميائية (C6ح12ا6) ، فهي تختلف هيكليًا وكيميائيًا (وتعرف باسم الأيزومرات) بسبب اختلاف ترتيبات الذرات في سلسلة الكربون (الشكل 3).

تتشكل السكريات الثنائية (di- = "two") عندما يخضع اثنان من السكريات الأحادية لتفاعل الجفاف (تفاعل يحدث فيه إزالة جزيء الماء). خلال هذه العملية ، تتحد مجموعة الهيدروكسيل (–OH) لأحد السكريات الأحادية مع ذرة هيدروجين من سكاريد أحادي آخر ، مما يؤدي إلى إطلاق جزيء من الماء (H2O) وتشكيل رابطة تساهمية بين الذرات في جزيئي السكر.

تشمل المركبات السكرية الشائعة اللاكتوز والمالتوز والسكروز. اللاكتوز هو ثنائي السكاريد يتكون من مونومرات الجلوكوز والجلاكتوز. يوجد بشكل طبيعي في الحليب. المالتوز ، أو سكر الشعير ، عبارة عن ثنائي السكاريد يتكون من تفاعل الجفاف بين جزيئين من الجلوكوز. السكاريد الأكثر شيوعًا هو السكروز ، أو سكر المائدة ، والذي يتكون من مونومرات الجلوكوز والفركتوز.

تُعرف سلسلة طويلة من السكريات الأحادية المرتبطة بالروابط التساهمية باسم عديد السكاريد (متعدد - = "كثير"). قد تكون السلسلة متفرعة أو غير متفرعة ، وقد تحتوي على أنواع مختلفة من السكريات الأحادية. قد تكون السكريات عبارة عن جزيئات كبيرة جدًا. النشا والجليكوجين والسليلوز والكيتين أمثلة على السكريات.

النشا هو الشكل المخزن للسكريات في النباتات ويتكون من الأميلوز والأميلوبكتين (كلاهما بوليمرات الجلوكوز). النباتات قادرة على تصنيع الجلوكوز ، ويتم تخزين الجلوكوز الزائد كنشا في أجزاء نباتية مختلفة ، بما في ذلك الجذور والبذور. يتم تقسيم النشا الذي تستهلكه الحيوانات إلى جزيئات أصغر ، مثل الجلوكوز. يمكن للخلايا بعد ذلك امتصاص الجلوكوز.

الجليكوجين هو شكل تخزين الجلوكوز في البشر والفقاريات الأخرى ، ويتكون من مونومرات الجلوكوز. الجليكوجين هو المكافئ الحيواني للنشا وهو جزيء شديد التشعب يتم تخزينه عادة في خلايا الكبد والعضلات. عندما تنخفض مستويات الجلوكوز ، يتم تكسير الجليكوجين لتحرير الجلوكوز.

السليلوز هو أحد البوليمرات الحيوية الطبيعية الأكثر وفرة. تتكون جدران خلايا النباتات في الغالب من السليلوز ، والذي يوفر الدعم الهيكلي للخلية. الخشب والورق في الغالب من السليلوز في الطبيعة. يتكون السليلوز من مونومرات الجلوكوز التي ترتبط بروابط بين ذرات كربون معينة في جزيء الجلوكوز.

يتم قلب كل مونومر جلوكوز آخر في السليلوز وتعبئته بإحكام كسلاسل طويلة ممتدة. وهذا يعطي السليلوز صلابة وقوة شد عالية - وهو أمر مهم جدًا للخلايا النباتية. يسمى السليلوز الذي يمر عبر الجهاز الهضمي بالألياف الغذائية. في حين أن روابط الجلوكوز والجلوكوز في السليلوز لا يمكن تكسيرها بواسطة الإنزيمات الهضمية البشرية ، فإن الحيوانات العاشبة مثل الأبقار والجاموس والخيول قادرة على هضم العشب الغني بالسليلوز واستخدامه كمصدر للغذاء. في هذه الحيوانات ، توجد أنواع معينة من البكتيريا في الكرش (جزء من الجهاز الهضمي للحيوانات العاشبة) وتفرز إنزيم السليلوز. يحتوي الملحق أيضًا على بكتيريا تكسر السليلوز ، مما يعطيها دورًا مهمًا في الجهاز الهضمي للحيوانات المجترة. يمكن أن تحلل السليولوز السليلوز إلى مونومرات جلوكوز يمكن للحيوان استخدامها كمصدر للطاقة.

تؤدي الكربوهيدرات وظائف أخرى في الحيوانات المختلفة. المفصليات ، مثل الحشرات والعناكب وسرطان البحر ، لها هيكل عظمي خارجي ، يسمى الهيكل الخارجي ، والذي يحمي أجزاء الجسم الداخلية. يتكون هذا الهيكل الخارجي من جزيء الكيتين البيولوجي ، وهو كربوهيدرات نيتروجينية. وهي مصنوعة من وحدات مكررة من السكر المعدل المحتوي على النيتروجين.

وهكذا ، من خلال الاختلافات في التركيب الجزيئي ، يمكن للكربوهيدرات أن تخدم الوظائف المختلفة جدًا لتخزين الطاقة (النشا والجليكوجين) والدعم الهيكلي والحماية (السليلوز والكيتين) (الشكل 4).

الشكل 4. على الرغم من اختلاف هياكلها ووظائفها ، إلا أن جميع الكربوهيدرات المتعددة السكريات تتكون من السكريات الأحادية ولها الصيغة الكيميائية (CH2س)ن.

وظائف في العمل

اختصاصي تغذية مسجلة

السمنة هي مصدر قلق صحي في جميع أنحاء العالم ، والعديد من الأمراض ، مثل مرض السكري وأمراض القلب ، أصبحت أكثر انتشارًا بسبب السمنة. هذا هو أحد أسباب طلب أخصائيي التغذية المسجلين بشكل متزايد للحصول على المشورة. يساعد أخصائيو التغذية المسجلين في تخطيط برامج الغذاء والتغذية للأفراد في أماكن مختلفة. غالبًا ما يعملون مع المرضى في مرافق الرعاية الصحية ، ويصممون خطط التغذية للوقاية من الأمراض وعلاجها. على سبيل المثال ، قد يقوم اختصاصيو التغذية بتعليم مريض السكري كيفية التحكم في مستويات السكر في الدم عن طريق تناول الأنواع والكميات الصحيحة من الكربوهيدرات. قد يعمل اختصاصيو التغذية أيضًا في دور رعاية المسنين والمدارس والممارسات الخاصة.

لكي يصبح المرء اختصاصي تغذية مسجلاً ، يحتاج المرء إلى الحصول على درجة البكالوريوس على الأقل في علم التغذية ، أو التغذية ، أو تكنولوجيا الغذاء ، أو أي مجال ذي صلة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على اختصاصيي التغذية المسجلين إكمال برنامج تدريب تحت الإشراف واجتياز اختبار وطني. أولئك الذين يتابعون وظائف في علم التغذية يأخذون دورات في التغذية والكيمياء والكيمياء الحيوية وعلم الأحياء وعلم الأحياء الدقيقة وعلم وظائف الأعضاء البشرية. يجب أن يصبح أخصائيو التغذية خبراء في كيمياء ووظائف الطعام (البروتينات والكربوهيدرات والدهون).


2.1: الأدوار المتعددة للمياه - علم الأحياء

قسم التكنولوجيا الحيوية الزراعية ، كلية الزراعة ، جامعة أوريسا للزراعة وتكنولوجيا أمبير

قسم التكنولوجيا الحيوية الزراعية ، كلية الزراعة ، جامعة أوريسا للزراعة وتكنولوجيا أمبير

  • تاريخ النشر: 2015 تاريخ الاستلام: 07 كانون الثاني (يناير) 2015 متاح على J-STAGE: 29 آذار (مارس) 2019 مقبول: 1 آذار (مارس) 2015 النشر المسبق عبر الإنترنت: - تمت المراجعة: -

(متوافق مع EndNote و Reference Manager و ProCite و RefWorks)

(متوافق مع BibDesk و LaTeX)

يعتبر الحديد من المغذيات الدقيقة الأساسية لجميع الكائنات الحية تقريبًا لأنه يلعب دورًا مهمًا في عمليات التمثيل الغذائي مثل تخليق الحمض النووي ، والتنفس ، والتمثيل الضوئي. علاوة على ذلك ، يتم تنشيط العديد من مسارات التمثيل الغذائي بواسطة الحديد ، وهي مجموعة صناعية مكونة من العديد من الإنزيمات. يعد عدم التوازن بين قابلية ذوبان الحديد في التربة والطلب على الحديد من قبل النبات من الأسباب الرئيسية لداء الكلور في الحديد. على الرغم من وفرة في معظم الترب جيدة التهوية ، فإن النشاط البيولوجي للحديد منخفض لأنه يشكل في المقام الأول مركبات حديديك غير قابلة للذوبان بدرجة عالية عند مستويات الأس الهيدروجيني المحايدة. يلعب الحديد دورًا مهمًا في مختلف المسارات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية في النباتات. إنه بمثابة مكون للعديد من الإنزيمات الحيوية مثل السيتوكرومات في سلسلة نقل الإلكترون ، وبالتالي فهو مطلوب لمجموعة واسعة من الوظائف البيولوجية. في النباتات ، يشارك الحديد في تخليق الكلوروفيل ، وهو ضروري للحفاظ على بنية ووظيفة البلاستيدات الخضراء. هناك سبع طرق ومجموعات معدلة وراثيا ، والتي يمكن استخدامها لزيادة تركيز الحديد في بذور الأرز. يتضمن النهج الأول تعزيز تراكم الحديد في بذور الأرز عن طريق التعبير عن جين الفيريتين تحت سيطرة المحفزات الخاصة بالسويداء. تتمثل الطريقة الثانية في زيادة تركيزات الحديد في الأرز من خلال الإفراط في التعبير عن جين سينثاز النيكوتيانامين (NAS). النيكوتيانامين ، وهو مخلب للكاتيونات المعدنية ، مثل Fe +2 والزنك (Zn +2) ، يتم تصنيعه حيويًا من الميثيونين عبر S-adenosyl methionine synthase. تتمثل الطريقة الثالثة في زيادة تركيزات الحديد في الأرز وتعزيز تدفق الحديد إلى البذور عن طريق التعبير عن جين ناقل Fe +2 - نيكوتيانامين OsYSL2. يتضمن النهج الرابع للتقوية الحيوية للحديد تعزيز امتصاص الحديد وانتقاله عن طريق إدخال الجينات المسؤولة عن التخليق الحيوي لعائلة حمض الموجينيك phytosiderophores (MAs). النهج الخامس لتعزيز امتصاص الحديد من التربة هو الإفراط في التعبير عن جينات نقل الحديد OsIRT1 أو OsYSL15. النهج السادس لتحسين امتصاص الحديد وانتقاله هو الإفراط في التعبير عن عامل النسخ المرتبط بتوازن الحديد OsIRO2. OsIRO2 مسؤول عن تنظيم الجينات الرئيسية المشاركة في امتصاص الحديد المرتبط بـ MAs. يستخدم الأسلوب السابع لتحسين نقل الحديد من أوراق العلم إلى البذور ضربة قاضية لجين ناقل الحديد الفراغي OsVIT1 أو OsVIT2. يناقش هذا الاستعراض سمية الحديد في النباتات فيما يتعلق بنمو النبات والتمثيل الغذائي ، والتفاعل المعدني ، وآليات اكتساب الحديد ، والتقوية الحيوية للحديد ، واستتباب الحديد النباتي ، والوظيفة الجينية في تحسين المحاصيل ، وتفاعلات المغذيات الدقيقة.


العنوان الحالي: كلية الهندسة المدنية والبيئية ، جامعة نانيانغ التكنولوجية ، سنغافورة ، سنغافورة

Brittney A Beyer و Mingliang Fang: ساهم هذان المؤلفان بالتساوي في هذا العمل.

الانتماءات

قسم الكيمياء ، معهد سكريبس للأبحاث ، لا جولا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

بريتني باير ولوك ليرسون

معهد كاليفورنيا لأبحاث الطب الحيوي ، لا جولا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

بريتني أ باير ، بنيامين سادريان وأمبير وارن سي مضفر

مركز الأيض وقياس الطيف الكتلي ، معهد سكريبس للأبحاث ، لا جولا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

مينجليانج فانج ، جيه رافائيل مونتينيجرو-بورك وأمبير جاري سيوزداك

قسم الطب الجزيئي ، معهد سكريبس للأبحاث ، لا جولا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

برنارد بي سي كوك وأمبير إنريكي سايز

قسم بيولوجيا الخلايا الجذعية ، معهد الطب الوراثي ، جامعة هوكايدو ، سابورو ، اليابان

قسم البيولوجيا الجزيئية والحاسوبية ، معهد سكريبس للأبحاث ، لا جولا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

بكالوريوس ، M.F. ، GS و L.L.L. بدأ المشروع وطور الإستراتيجية وأنتج تصميمًا تجريبيًا. B.A.B. ، W.C.P. و ب. أجرى البيولوجيا الجزيئية والتجارب القائمة على الخلايا. م. و J.R.M.-B. إجراء تجارب قياس الطيف الكتلي وعملية التمثيل الغذائي. B.P.C.K.، B.A.B. و م. إجراء تجارب التعرف الضوئي على الحروف. بكالوريوس ، M.F. ، WCP ، BS ، J.R.M.-B ، G.S. البيانات المفسرة. إس. و T.K. ساهم بأفكار وتعليقات أساسية. بكالوريوس ، M.F. ، GS و L.L.L. كتب المخطوطة.

المؤلفون المراسلون


خدمات مياه الشرب

يدعو الهدف 6.1 من أهداف التنمية المستدامة إلى حصول الجميع ومنصف على مياه الشرب المأمونة والميسورة التكلفة. يتم تتبع الهدف من خلال مؤشر خدمات مياه الشرب التي تتم إدارتها بشكل آمن و rdquo & ndash مياه الشرب من مصدر مياه محسن موجود في أماكن العمل ، ومتاح عند الحاجة ، وخالي من التلوث البرازي والأولوي الكيميائي.

في عام 2017 ، استخدم 5.3 مليار شخص خدمات مياه الشرب المُدارة بأمان - أي أنهم استخدموا مصادر مياه محسنة تقع في أماكن العمل ، ومتاحة عند الحاجة ، وخالية من التلوث. شمل 2.2 مليار شخص الباقين دون خدمات مُدارة بأمان في عام 2017 ما يلي:

  • 1.4 مليار شخص أساسي الخدمات ، أي مصدر مياه محسن يقع في رحلة ذهابًا وإيابًا مدتها 30 دقيقة
  • 206 مليون شخص محدود أو مصدر مياه محسن يتطلب أكثر من 30 دقيقة لتجميع المياه
  • 435 مليون شخص يأخذون المياه من الآبار والينابيع غير المحمية
  • 144 مليون شخص يجمعون المياه السطحية غير المعالجة من البحيرات والبرك والأنهار والجداول.

لا تزال هناك تفاوتات جغرافية واجتماعية وثقافية واقتصادية حادة ، ليس فقط بين المناطق الريفية والحضرية ولكن أيضًا في البلدات والمدن حيث عادة ما يكون لدى الأشخاص الذين يعيشون في مستوطنات منخفضة الدخل أو غير رسمية أو غير قانونية فرص أقل للوصول إلى مصادر مياه الشرب المحسنة من السكان الآخرين.


الهالوفيل: علم الأحياء والتكيف ودورها في إزالة التلوث من البيئات شديدة الملوحة

تسمح الآلية الأنزيمية الخلوية الفريدة للميكروبات المحبة للملوحة بالازدهار في البيئات شديدة الملوحة. تم ربط قدرة هذه الكائنات الدقيقة على الازدهار في البيئات شديدة الملوحة مع ارتفاع محتوى الأحماض الأمينية الحمضية في بروتيناتها ، مما يزيد من إمكانات سطح البروتين السلبي. نظرًا لأن هذه الكائنات الدقيقة تستخدم الهيدروكربونات بشكل فعال كمصادرها الوحيدة للكربون والطاقة ، فقد تثبت أنها عوامل معالجة بيولوجية قيّمة لمعالجة النفايات السائلة المالحة والمياه شديدة الملوحة الملوثة بالمركبات السامة المقاومة للتحلل. تسلط هذه المراجعة الضوء على الاستراتيجيات المختلفة التي اعتمدتها محبي الهالوفيل للتعويض عن محيطهم الملحي ويتضمن أوصافًا للدراسات الحديثة التي استخدمت هذه الكائنات الدقيقة للمعالجة الحيوية للبيئات الملوثة بالهيدروكربونات البترولية. يتم أيضًا مراجعة الميكروبات المعروفة المنتجة للهالوجيناز ، وآليات إزالة الهالوجين ، وكيفية استقرار بروتيناتها. نظرًا لقوتها في البيئات المالحة ، فإن الجهود المبذولة لتوثيق إمكاناتها الكاملة فيما يتعلق بمعالجة النظم الإيكولوجية شديدة الملوحة الملوثة تستحق مزيدًا من الاستكشاف.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


شكل 1

الشكل 1. إعادة التشكيل المشترك للميتو- CI ، Q10و AOX و Ec-F1F0 في Q10-ليبوزومات لإنتاج الحويصلات النانوية المتجددة للطاقة (erNVs). (أ) توضيح تخطيطي وتسلسل رد فعل erNV. يؤكسد CI NADH إلى NAD + ، ويقلل من Q10، ومضخات البروتونات لتشكيل Δص س10ح2 يعاد أكسدة بواسطة AOX للحفاظ على معدل دوران CI ، و Δص يستخدم من قبل Ec-F1F0 لتوليد ATP. (ب) اختبارات إخماد الأسفار ACMA. تكوين ΔpH في erNVs من أكسدة NADH بواسطة التحليل المائي mito-CI أو ATP بواسطة Ec-F1F0 تم اكتشافه باستخدام صبغة ACMA الحساسة لدرجة الحموضة. تمت معايرة النظام لمدة 5 دقائق بعد إضافة ACMA ، قبل إضافة NADH / ATP. (ج) قياسات التوليف ATP. قياس تخليق ATP نموذجي على erNVs باستخدام مقايسة التلألؤ المستندة إلى luciferin / luciferase. بمجرد إنشاء تألق الخلفية ، تمت إضافة قسامة قياسية تبلغ 0.2 ميكرومتر من ATP كمعيار داخلي للقياس الكمي ، وبدأ تخليق ATP الذي يحركه NADH بإضافة 200 ميكرومتر من NADH. (د) الضوابط التي تبين خصوصية الحفز. لم يتم اكتشاف تخليق ATP عند أي من mito-CI ، Ec-F1F0س10، أو AOX تم حذفه من erNVs أو عند وجود 10 ميكروغرام / مل من gramicidin A (GramA). البيانات هي متوسطات مع قيم خطأ منتشر (SEM) من مكررات تقنية ثلاثية. ما لم يذكر خلاف ذلك (اللوحة D) ، تم تحضير erNVs باستخدام البروتوكول القياسي. انظر المواد والطرق للحصول على تفاصيل تجريبية.


الشعاب المرجانية

تضم الشعاب المرجانية بعضًا من أكثر الموائل الحيوية كثافة في العالم من حيث عدد الأنواع في منطقة معينة. يمكن أن تكون متنوعة بشكل لا يصدق. حتى شعاب المياه الباردة. من المعروف أن الشعاب المدارية هي الأفضل على الرغم من وجودها في معظم المياه الاستوائية. يتم بناء الشعاب المرجانية بواسطة الشعاب المرجانية وغيرها من الرواسب المكلسة ، وعادة ما تكون على قمة نتوء صخري في قاع المحيط. يمكن أن تتطور الشعاب المرجانية على أشياء أخرى أيضًا ، مما أدى إلى زيادة قدرة الإنسان على إنشاء شعاب مرجانية اصطناعية.

في الوقت الحالي ، يتركز الكثير من الاهتمام في علم الأحياء البحرية على الشعاب المرجانية وظاهرة النيو الجوية. في عام 1998 ، شهدت الشعاب المرجانية حدث ابيضاض "مرة كل ألف عام" ، مما أدى إلى مقتل مساحات شاسعة من الشعاب المرجانية في جميع أنحاء العالم ، بسبب ارتفاع درجات حرارة سطح البحر عن المعدل الطبيعي. تتعافى بعض الشعاب المرجانية ، لكن العلماء يقولون إن 58٪ من الشعاب المرجانية في العالم معرضة الآن للخطر ، ويتوقعون أن الاحترار العالمي يمكن أن يؤدي إلى تفاقم هذا الاتجاه.


الاستنتاجات

تتحكم الأكوابورينات الموجودة في جميع أنواع أنسجة النباتات في نقل المياه عبر الأغشية ويمكنها تنظيم تدفق المياه في النباتات الكاملة عن طريق تغيير كميتها ونشاطها. في الدراسة الحالية ، من خلال التكنولوجيا المعدلة وراثيا ، وجدنا أن التعبير خارج الرحم MdPIP13 منح الطماطم المحورة وراثيًا تحمل الجفاف المعزز جزئيًا عن طريق تقليل فقد الماء الذي يتم التحكم فيه عن طريق إغلاق الثغور في الأوراق. بالإضافة إلى ذلك ، ثمار الطماطم المعدلة وراثيا معربا خارجيا MdPIP13 كانت أكبر وأثقل مع الخلايا الأكبر والمحتقنة ، والتي قد تنتج عن نقل المياه بكفاءة أكبر عبر الأغشية في خلايا الفاكهة المعدلة وراثيًا. ستوفر دراستنا إلهامًا جديدًا للتكاثر الجزيئي ، من خلال هندسة التفاح مع ثمار كبيرة عبر النقل المائي الفعال في ظل ظروف جيدة المياه وتحمل الجفاف في ظل نقص المياه ، مما سيسهم في إنتاج التفاح.


شاهد الفيديو: خلايا الدم الحمراء التركيب والوظيفة (شهر فبراير 2023).