شارح الدرس: الليبيدات الأحياء • الصف الأول الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف تركيب الليبيدات، وكيفية تخليقها، وخصائصها.

هل تعلم أن الدماغ تتكون من أكثر من من الدهون؟ تُعَدُّ الليبيدات، التي تسمى عادةً «بالدهون» أو «الزيوت»، جزءًا مهمًّا في نظامنا الغذائي، ولها العديد من الأدوار الأساسية في خلايا الكائنات الحية. كما تُعَدُّ مهمة خاصةً لكونها المكوِّنات الرئيسية للغشاء الخلوي. فطبقات الأغشية الخاصة التي تلتفُّ حول خلايا الدماغ هي التي تسمح لها بالتواصل بسرعة كبيرة. ولِلِّيبيدات أيضًا دور في تخزين الطاقة، وتكوين الأغلفة العازلة للماء، كما أنها تساعد في عزل الأعضاء حراريًّا وحمايتها.

الليبيدات مُشابِهة للكربوهيدرات، لأنها مصنوعة بشكل أساسي من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين المرتبطة بعضها ببعض، ولكن الليبيدات لها خواص مختلفة تمامًا. تَتَّسِم الليبيدات بأنها غير قابلة للذوبان في الماء، ولكنها قابلة للذوبان في المذيبات العضوية مثل الكحولات. وهي تحتوي على كربون وهيدروجين أكثر نسبيًّا من الموجود في الكربوهيدرات وعلى أكسجين أقل. فالزيت، وهو ليبيد شائع، يظهر في الصورة الآتية وهو يُسكب في الماء. تظل المادتان منفصلتين بوضوح.

سنبدأ بإلقاء نظرة على أحد أبسط أنواع الليبيدات، وهو الحمض الدهني. وهو جزيء يتكون من مجموعة كربوكسيل مرتبطة بسلسلة طويلة من ذرات الكربون المرتبطة بِذَرَّات الهيدروجين. وهو ما يسمى بـ «سلسلة الهيدروكربونات»، وتُعَدُّ من الخواص التي تتشارك فيها جميع الليبيدات. كما أنها تَمنح الليبيدات خاصيتها غير القطبية وتجعلها غير قابلة للذوبان في الماء. يوضِّح الشكل ۲ التركيب الأساسي للحمض الدهني.

يمكن لكل ذرة كربون تكوين ٤ روابط كيميائية. في سلسلة الهيدروكربونات، ترتبط كل ذرة كربون بذَرَّتَي كربون أُخْرَيين وذَرَّتَي هيدروجين، فيصبح لدينا أربع روابط كيميائية. فيما عدا ذرة الكربون الموجودة في نهاية السلسلة، والتي ترتبط بثلاث ذرات من الهيدروجين وذرة كربون أخرى. عندما ترتبط كل ذرة كربون في سلسلة الهيدروكربونات بأقصى عدد ممكن من ذرات الهيدروجين، يشار إلى الجزيء باعتباره «مشبَّعًا» لأن كل موقع فارغ في سلسلة الهيدروكربونات تملؤه ذرة هيدروجين. يوضِّح الشكل ۳ الأحماض الدهنية المشبَّعة.

في بعض الأحيان، تُكوِّن ذَرَّتَا الكربون في سلسلة الهيدروكربونات رابطة مزدوجة. وهذا يعني أن كل ذرة منهما ترتبط بعدد أقل من ذرات الهيدروجين بمعدل ذرة واحدة، وفي معظم الحالات تكون ذرة هيدروجين واحدة بدلًا من اثنتين. عندما تحتوي سلسلة الهيدروكربونات على عدد أقل من الحد الأقصى لعدد ذرات الهيدروجين، يُطلق على الجزيء «غير مشبَّع». يوضِّح الشكل ۳ مخطَّطًا للحمض الدهني غير المشبَّع.

فالرابطة بين ذرات الكربون وذرات الهيدروجين تُعتبر رابطة «عالية الطاقة». وتُعَدُّ الجزيئاتُ، مثل جلوكوز الكربوهيدرات الذي يحتوي على العديد من روابط الكربون والهيدروجين، مفيدةً باعتبارها ركائز لعملية التنفس الخلوي، حيث تتحوَّل هذه الطاقة إلى جزيء ATP ليتم استخدامه في العمليات الخلوية. ولهذا السبب، تُعتبر الأحماض الدهنية ملائمةً للاستخدام بمثابة مصدرٍ للطاقة في الخلايا.

يمكننا أن نلاحظ في الشكل ۳ أن الأحماض الدهنية المشبَّعة لها شكل مستقيم، والأحماض الدهنية غير المشبَّعة مُنحنية. تتجمع جزيئات الأحماض الدهنية المستقيمة المشبَّعة طبيعيًّا بالقرب بعضها من بعض. ولهذا السبب، عادةً ما تكون الدهون المشبَّعة في صورة صلبة عند درجة حرارة الغرفة (مثل الزبدة). وعلى النقيض من ذلك، تُكوِّن سلاسلُ الأحماض الدهنية غيرُ المشبَّعة المنحنيةُ فراغًا أكبر بين الجزيئات، ومن ثم فإنها عادةً ما تكون في صورة سائلة عند درجة حرارة الغرفة (مثل زيت الزيتون). فالأحماض الدهنية هي الوحدات البنائية لِلِّيبيدات الأكثر تعقيدًا، مثل الفسفوليبيدات وثلاثي الجليسريد. يوضِّح الشكل ٤ مخطَّطًا مبسَّطا يعكس التركيب الكيميائي للدهون المشبَّعة وغير المشبَّعة الشائعة.

يتكون ثلاثي الجليسريد من ثلاث سلاسل من الأحماض الدهنية (يتضح ذلك من اسمه الذي يحتوي على كلمة «ثلاثي») وجزيء جليسرول. تتضمن تفاعلات التكثيف، التي تسمي أيضا تفاعلات التخليق بنزع الماء، ربْطَ مجموعة الكربوكسيل الخاصة بكل حمض دهني بإحدى مجموعات الهيدروكسيل الثلاث على جزيء الجليسرول وتتحرر ثلاثة جزيئات من الماء في هذه العملية. وتسمى الرابطة التي تتكون بين الجليسرول والأحماض الدهنية رابطة إسترية. يوجد مخطَّط يوضِّح تكوين ثلاثي الجليسريد في الشكل ٥.

يمكن بعد ذلك أن يتكسر ثلاثي الجليسريد في تفاعل معاكس، يسمى التحلل المائي. يستهلك تفاعل التحلل المائي جزيئًا واحدًا من الماء لكل رابطة إسترية تتكسر. وبعد التحلل المائي، يمكن استخدام كلٍّ من الجليسرول والأحماض الدهنية منفصلَيْن في عملية التنفس الخلوي، تمامًا مثل الجلوكوز. ولهذا السبب، فإن استخدام ثلاثي الجليسريد يُعَدُّ طريقة فعالة للغاية للخلايا لتخزين الطاقة. يوجد مخطَّط يوضِّح التحلل المائي لثلاثي الجليسريد في الشكل ٦.

تتشابه الفسفوليبيدات مع ثلاثي الجليسريد، مع وجود فرق جوهري واحد: وهو أن مجموعة فوسفات تُستبدل بإحدى سلاسل الأحماض الدهنية في ثلاثي الجليسريد. هذا الاختلاف في التركيب يمنح الفسفوليبيدات خواص فريدة. يوجد مخطَّط يوضِّح التركيب العام للفسفوليبيدات في الشكل ٧.

تُعتبر سلاسل الأحماض الدهنية كَارِهة للماء للغاية، وهو ما يعني أنها تتنافر مع الماء. أما مجموعة الفوسفات مُحِبَّة للماء، وهو ما يعني أنها تنجذب إلى الماء. لذا عند وضع الفسفوليبيدات في محلول مائي، تتجه الرءوس المُحِبَّة للماء إلى الماء وتتجه الذيول الكَارِهة للماء إلى الداخل، مع تجنُّب الماء. هذا يجعل الفسفوليبيدات تُكوِّن طبقة غشاء مزدوجة تلقائية بذاتها. وهذه هي الخاصية التي تجعل الفسفوليبيدات ملائمة تمامًا لتكوين أغشية الخلايا والعُضَيَّات. يوجد مخطَّط يوضِّح طبقة الفسفوليبيد المزدوجة في الشكل ۸.

مثال ٢: وصف خواص مناطق الفسفوليبيد

هذا مخطَّط بسيط لتركيب الفسفوليبيدات.

1. ما المنطقة الكَارِهة للماء؟
2. ما المنطقة المُحِبَّة للماء؟

الحل

الجزء الأول

الفسفوليبيد هو أحد أنواع الليبيدات المعقَّدة يتكوَّن من مجموعة فوسفات وجزيء جليسرول وسلسلتين من الأحماض الدهنية. الأحماض الدهنية هي جزيئات مكوَّنة من مجموعة كربوكسيل مرتبطة بسلسلة هيدروكربونات طويلة. وتُعَدُّ سلاسل الهيدروكربونات غير قطبية، فالإلكترونات والبروتونات موزَّعة بالتساوي، ولا يحمل الجزيء أيَّ شحنة. وهذا يجعل سلاسل الهيدروكربونات كَارِهة للماء. فهي تتنافر مع الماء، ولكنها تنجذب بعضها إلى بعض.

باستخدام هذه المعلومات، يمكننا استنتاج أن المنطقة الكَارِهة للماء هي (أ).

الجزء الثاني

من ناحية أخرى، تُعرف مجموعة الفوسفات بأنها جزيء قطبي مشحون. فهي تنجذب إلى الماء، وهو ما يعني أنها مُحِبَّة للماء. ولهذا السبب، فإن جزيء الفسفوليبيد يتكوَّن من منطقة «رأس» مُحِبٍّ للماء ومنطقة «ذيل» كَارِه للماء.

هذا يعني أن المنطقة المُحِبَّة للماء هي (ب).

الليبيد الأخير الذي يجب علينا ذكره هو الكوليسترول. فهو أحد أنواع الستيرويدات. وهي جزيئات لها ترتيب محدَّد من ذرات الكربون في حلقات. فالكوليسترول هو ما نسميه «الليبيد المشتق»؛ لأنه لا يتكوَّن من مزيج من الأحماض الدهنية وجزيئات أخرى، وإنما يتكوَّن من الأحماض الدهنية التي تَحوَّلَت نتيجة تفاعلات محدَّدة. ويُعَدُّ وجوده مهمًّا في الخلايا الحيوانية لأنه يُمِدُّ الغشاء الخلوي بالقوة والدعامة. يوجد مخطَّط يوضِّح التركيب الكيميائي لجزيء الكوليسترول في الشكل ۹.

يمكن تصنيف الليبيدات بناءً على تكوينها الكيميائي أو تركيبها. فالفئات الثلاث الأكثر شيوعًا لِلِّيبيدات هي: الليبيدات البسيطة والمعقَّدة والمشتقَّة. لقد تَحدَّثْنا من قبل عن الليبيدات المشتقَّة باعتبارها الليبيدات التي لم تتكوَّن من مزيج من الأحماض الدهنية وجزيئات أخرى، ويُعَدُّ الكوليسترول مثالًا على ذلك.

الليبيدات المعقَّدة هي الليبيدات التي تتكسر وتكوِّن جزيئات ليبيدية وجزيئات غير ليبيدية عند تحلُّلها بالماء. ويُعَدُّ الفسفوليبيد مثالًا على الليبيد المعقَّد.

الليبيدات البسيطة هي الليبيدات التي تتكوَّن عندما تتفاعل الأحماض الدهنية مع الكحولات. وتتضمن أمثلة الليبيدات البسيطة الدهون الصلبة والدهون السائلة (أو الزيوت) والشمع. ومن أمثلة الزيوت، أوالدهون السائلة، تلك التي تُغطي ريش الطيور المائية لتساعدها على منع وصول الماء إلى جلدها. ويمنع هذا أيضًا تشبُّع الريش بالماء بحيث يصبح ثقيلًا لدرجة تمنع الطائر من الطيران! الشمع هو جزيء يتكوَّن من كحول ذي سلسلة طويلة مرتبط بحمض دهني. وهو موجود في الطبيعة في صورة طبقة خارجية على أسطح أوراق النباتات، ويُسمى أيضًا الكيوتين. يمنع الكيوتين ورقة النبات من فقْد كميات كبيرة من الماء. يلخص الجدول 1 هذه التصنيفات، مع ذكر بعض الأمثلة.

يلخص الجدول 2 تراكيب 4 أنواع من الليبيدات ووظائفها. ويمكن تحديد الليبيدات بسهولة من خلال سلاسلها الهيدروكربونية وطبيعتها غير القطبية. توجد خواص مختلفة لأنواع مختلفة من الليبيدات تجعلها ملائمة لوظائف مختلفة، بدءًا من نقل الطاقة إلى تركيب الخلية.

دعونا نراجع ما تعلمناه في هذا الشارح.