شارح: التمثيل الغذائيالأحياء • الصف الثاني الثانوي

مثال ١: تصنيف التفاعلات الأيضية إلى تفاعلات بناء أو هدم

تراكم الأحماض الأمينية قد يكون سامًّا لجسم الإنسان. لتجنُّب ذلك، تُزال مجموعة الأمين من الأحماض الأمينية، التي تُحوَّل بعد ذلك إلى جزيء غير سام نسبيًّا ويتم إخراجها مع الفضلات. هل تُعَد إزالة مجموعة الأمين باعتبارها تفاعلًا أيضيًّا مثالًا على تفاعل بِناء أم تفاعل هدم؟

الحل

لمساعدتنا في الإجابة عن هذا السؤال، علينا أولًا أن نفهم بعض المصطلحات الرئيسية. يَصِف التمثيل الغذائي (الأيض)، أو التفاعلات الأيضية، جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في جسم أو خلية الكائن الحي. وعملية الأيض هذه هي المسئولة عن بقائنا على قيد الحياة ومنح جسدنا القدرة على أداء وظائفه.

يمكن أن نقسِّم التفاعلات الأيضية إلى فئتين: تفاعلات بناء وتفاعلات هدم. تفاعلات البناء هي التي تَبني جزيئات كبيرة من جزيئات أصغر. ومن جهة أخرى، تفاعلات الهدم هي التفاعلات التي تتكسَّر فيها الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر.

نُلقي نظرة الآن على المثال المُعطى في السؤال.

يوضِّح المخطط الآتي تركيب الحمض الأميني البسيط، ومجموعة الأمين محاطة بدائرة.

يَصِف السؤال عملية نزع الأمين، وهي إزالة مجموعة الأمين هذه. ولأننا نأخذ جزيئًا ونُزيل أحد مكوِّناته، يمكننا اعتبار أن هذا التفاعل ينتمي إلى فئة التمثيل الغذائي (الأيض) التي تُعنى بتكسير الجزيئات.

لذلك، فإن الإجابة الصحيحة هي الهدم.

مثال ٢: تصنيف التفاعلات الأيضية باعتبارها تفاعلات بناء أو هدم

عندما يكون مستوى الجلوكوز في الدم عاليًا جدًّا، يُحوَّل الجلوكوز إلى الجليكوجين. الجليكوجين عبارة عن جزيء تخزين كبير مُكوَّن من عدة تكرارات من جزيء الجلوكوز. ما نوع التفاعل الأيضي (البناء أم الهدم) الذي يُعَد هذا مثالًا عليه؟

الحل

يُشير مصطلح «الأيض» إلى جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في خلايا الجسم. يمكننا تصنيف التفاعلات الأيضية المختلفة إلى تفاعلات بناء وتفاعلات هدم. تفاعلات البناء «تَبني» جزيئات كبيرة من الجزيئات الأصغر، في حين أن تفاعلات الهدم تكسِّر الجزيئات الكبيرة إلى مكوِّنات أصغر.

في هذا المثال، نعلم أن الجلوكوز يتحوَّل إلى جليكوجين عندما تكون مستويات الجلوكوز في الدم مرتفعة. كما نعلم أيضًا أن الجليكوجين عبارة عن جزيء تخزين كبير مكوَّن من عدة تكرارات من جزيء الجلوكوز. فيما يلي مخطط بسيط يوضِّح تركيب الجليكوجين:

يمثِّل كل شكل من الأشكال السداسية الصفراء جزيء جلوكوز واحدًا.

ومن خلال هذه المُعطيات يمكننا افتراض أن التفاعل الذي يتم لتحويل وحدات متعدِّدة من الجلوكوز إلى جزيء الجليكوجين هو تفاعل «يَبني» جزيئًا كبيرًا من العديد من الجزيئات الأصغر المتكررة. وبالنظر مرةً أخرى إلى فئتَي التفاعلات الأيضية المختلفة، نجد أنه علينا تحديد المصطلح الذي يَصِف هذا النوع من التفاعل.

ومن ثَمَّ، فإن الإجابة الصحيحة هي: البناء.

مثال ٣: التمييز بين تفاعلات البناء وتفاعلات الهدم المتعلقة بالبروتينات والأحماض الأمينية

يوضِّح الشكل الآتي تحويل الأحماض الأمينية إلى سلسلة عديد الببتيد، وتكسير سلسلة عديد الببتيد إلى أحماض أمينية.

1. أيُّ التفاعلين (أ)، (ب) يمثِّل تفاعلَ بناء؟
2. أيُّ التفاعلين (أ)، (ب) يمثِّل تفاعلَ هدم؟

الحل

لمساعدتنا في الإجابة عن هذا السؤال، هيا نتذكَّر ما تعنيه المصطلحات الرئيسية.

تفاعلات البناء تفاعلات أيضية تعمل على تخليق جزيئات كبيرة من جزيئات أصغر. وهذا يتضمَّن تكوين روابط بين الجزيئات أو الذرات لتكوين جزيئات أو مركبات أكبر. ومن ناحية أخرى، نجد أن تفاعلات الهدم هي أيضًا عبارة عن تفاعلات أيضية تكسِّر الجزيئات الكبيرة إلى مركبات أصغر عن طريق تكسير الروابط بين الذرات أو الجزيئات.

الجزء الأول

بالنظر مرةً أخرى إلى الشكل، نلاحظ أن التفاعل (أ) يُشير إلى أن العديد من الدوائر — التي تمثِّل في هذه الحالة الأحماض الأمينية المنفردة — يرتبط بعضها ببعض لتكوين سلسلة واحدة، وهذه السلسلة تمثِّل سلسلة عديد الببتيد. وهذا مثال على تخليق جزيء أكبر من العديد من الجزيئات الأصغر؛ ولذلك فهو تفاعل بناء.

وبناءً عليه، يمثِّل التفاعل (أ) تفاعل بناء.

الجزء الثاني

يُشير التفاعل (ب) إلى تكسير سلسلة عديد الببتيد إلى الأجزاء المكوِّنة لها، وهي في هذه الحالة العديد من الأحماض الأمينية المنفردة. وهذا مثال على تفاعل هدم.

لذلك، فإن التفاعل (ب) يمثِّل تفاعل هدم.

مثال ٤: التمييز بين تفاعلات البناء والهدم من حيث متطلبات الطاقة

يقرأ أحد الطلاب عن عملية الأيض في البشر. استنتج الطالب أن خلايا البشر تحتاج إلى كميات من الطاقة لتكسير الجزيئات المُعقدة إلى جزيئات أصغر، أكبر من كميات الطاقة التي تحتاج إليها لتخليق جزيئات مُعقَّدة من جزيئات صغيرة.

هل هو على صواب؟

1. لا؛ لأن تخليق الجزيئات المُعقَّدة يحتاج إلى كمية أكبر نسبيًّا من الطاقة.
2. نعم؛ لأن تكسير الجزيئات المُعقَّدة يحتاج إلى مدخلات أكبر نسبيًّا من الطاقة.

الحل

تفاعلات البناء والهدم هما فئتا التفاعلات الأيضية التي تحدث في الكائنات الحية. تفاعلات البناء هي تفاعلات تخليق الجزيئات الكبيرة من جزيئات أصغر، مثل بناء سلسلة عديد الببتيد من خلال الربط بين العديد من الأحماض الأمينية. يمكنك تذكُّر ذلك من خلال إدراك أن «تفاعلات البناء» تعني «الجمع»؛ حيث «نجمع» جزيئات صغيرة معًا لتكوين جزيئات أكبر! أما تفاعلات الهدم فهي تفاعلات تكسير الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر.

هناك اختلاف في متطلبات الطاقة بين تفاعلات البناء وتفاعلات الهدم. عند تخليق جزيئات كبيرة، فهذا يتطلَّب في كثير من الأحيان مدخلات من الطاقة. يمكن استخدام هذه الطاقة لتكوين روابط بين الجزيئات المنفردة. لكن عند تكسير الجزيئات، تنطلق الطاقة. ويرجع ذلك إلى أن الطاقة تكون مخزَّنة في الروابط بين الذرات أو الجزيئات.

وبالرجوع إلى الاستنتاج الذي توصَّل إليه الطالب، يمكننا ملاحظة أنه غير صحيح. يؤدي تكسير الجزيئات المعقدة بوجهٍ عام إلى إطلاق كمية أكبر من الطاقة مقارنةً بما يتطلَّبه تخليق الجزيئات الجديدة.

إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (أ). الطالب ليس على صواب؛ لأن تخليق الجزيئات المعقَّدة يحتاج إلى كمية أكبر نسبيًّا من الطاقة.