التفاعلات الكيميائية في جسم الانسان

جسم الإنسان هو كائن فريد يتفاعل مع البيئة المحيطة بشكل وثيق خلال العملية الحية، وتحدث العديد من التفاعلات الكيميائية المعقدة في جسم الإنسان، حيث تشارك المحفزات البيولوجية والإنزيمات. يمكننا إعادة تكرار بعض هذه الردود الكيميائية في المختبر أو المنزل، وتختلف ميزات التفاعلات الكيميائية التي تحدث في جسم الإنسان عن التفاعلات الكيميائية العادية في الكائنات الحية .

الفرق بين التفاعلات الكميائية والتفاعلات العادية

تتميز الفعالية في التفاعلات الكيميائية بالارتفاع، وتعد آلياتها معقدة عادة، وتؤدي بيئة البروتين إلى تحول سريع ومحدد للمجموعات الوظيفية، مما يجعلها تختلف عن التفاعلات العادية في الحجم الكبير للجزيئات النشطة في الأنظمة الحيوية، ويصعب حساب إجمالي الأسطح للطاقة المحتملة وإيجاد حلول دقيقة للديناميكية الكمومية للنواة الجزيئية. ولذلك، تصلح هذه التفاعلات لتطوير نماذج للديناميات الجزيئية الداخلية، ويجب أن تكون هذه النماذج بسيطة لتسمح بحل عددي معقول، وفي نفس الوقت تتمتع بتطور كاف لتعكس الجوانب الرئيسية للتحولات الكيميائية الحيوية .

التفاعلات الرئيسية التي تحدث في جسم الإنسان

إن واحدة من التفاعلات الكيميائية الأساسية التي تحدث في جسم الإنسان وتدعم النشاط الحيوي هي الأيض. والأيض هو تفاعل يتم تنفيذه بواسطة الإنزيمات، والإنزيمات هي محفزات كيميائية حيوية ضرورية لنشاط الحياة الطبيعية. لا يوجد تفاعل كيميائي في كائن حي يحدث بدون إنزيمات. يحدث الأيض في جسم الإنسان بتوازن حمضي-قاعدي، ولكن هذا التوازن ليس محايدا كيميائيا، حيث يكون الجسم قلويا قليلا. يحتوي الجسم على العديد من المناطق المحلية حيث يسود الحموضة، على سبيل المثال “الجهاز الهضمي” من الفم إلى المستقيم. يمكن أن يكون القلوي أو الحمض هو الغالب في الجهاز الهضمي. إذا كان اللعاب حمضيا أو محايدا قليلا، يكون عصير المعدة حمضيا. وإذا كانت الوسطية القلوية هي السائدة في العصارة الصفراوية والبنكرياس، فإن العصير في الأمعاء الدقيقة يكون قلويا أيضا. ويلاحظ وجود توازن محايد في الأمعاء الغليظة طالما يتناول الشخص طعاما صحيا .

تجارب التفاعلات الكيميائية

يعرف الجميع ظاهرة الامتزاز الكيميائي، وهي ظاهرة فيزيائية وكيميائية معروفة للجميع، ولكن ليس الجميع يعرفون اسمها الصحيح. وظاهرة الامتزاز تلعب دورا هاما في نشاط حياة الحيوانات، حيث تحدث على سطح الخلايا في الجسم وجدران الأوعية والجزيئات الغروية من البروتوبلازما ونوى الخلية والفراغات وأسطح التقسيم بين الكائن الحي والبيئة. ومن أمثلة العمليات الامتصاصية في جسم الإنسان هي قدرة امتصاص كريات الدم الحمراء. يمكن إعادة ظاهرة الامتزاز بسهولة في تجربة عملية، حيث يتم استخدام حل حبر ضعيف وفحم نشط مطحون ويتم وضعهما في دورق ويتم القيام بذلك. سيصبح محلول الحبر أخف في اللون. يمكن استخدام محلول الغواش أو الطلاء المائي بدلا من الحبر، ولن تختلف النتيجة. يكون الفحم النشط أكثر فعالية في الامتزاز بسبب سطحه الكبير والمسامات. المواد يتم امتصاصها من المحاليل وغيرها من المواد من قبل الممتزات .

2- هناك تفاعل كيميائي محفز، ولا يمكن إجراء أي عملية بيولوجية تتضمن الكائنات الحية دون تفاعلات المحفز. وأمثلة على العمليات الحيوية تشمل تخليق البروتينات والأحماض الأمينية الخاصة بالكائن الحي، وتقسيم الدهون والبروتينات والكربوهيدرات. المحفز هو مادة كيميائية يمكن أن تغير سرعة التفاعل، ولكنها لا تشارك في التفاعل نفسه. وعندما يساعد المحفز في تسريع العملية، يكون هذا حافزا إيجابيا. وإذا كان المحفز يبطئ سرعة الرد على الفعل، فهو مثبط. وتعمل العديد من المواد من الجدول الدوري للعناصر ومركباتها كمحفزات، ومن بين أكثر المعجلات شيوعا البلاتين والحديد والنيكل والكوبالت وأكاسيد المنجنيز والألوميليكات .

التحفيز المتجانس

تتضمن آلية التحفيز في التفاعل مع الأحماض والقواعد تبادل الأيونات الموجبة (البروتونات) بين المواد المتفاعلة والمحفز، وتحدث في الوقت نفسه تحولات بين الجزيئات، وتندرج ردود الفعل التالية في هذه الفئة

1- الجفاف (فصل الماء) .
يتم تكوين الأثير من خلال تفاعل الكحول والأحماض الكربونية .
3- الترطيب (ربط جزيئات الماء) .
4- تكثيف (تشكيل البوليمر مع الجفاف) .

مبادئ تنظيم مسارات التمثيل الغذائي والتركيب الكيميائي للبوليمر

تشرح هذه الجملة نظرية الحفز والتي تتعلق بالتحولات الفرعية المحتملة، وعند وجود تحفيز غير متجانس، يمكن أن يكون مسرع العملية مرحلة مستقلة، ويمكن أن تحتوي العديد من المراكز على سطح المواد المتفاعلة على خصائص محفزة أو أن يكون السطح بأكمله متورطا في التفاعل، وغالبا ما تتم التنظيمات التنظيمية للمسارات الأيضية بالقرب من نقطة بداية المسار، وغالبا ما يكون أول رد فعل لا رجعة فيه، وذلك للحد من هدر الموارد وزيادة الإنتاجية، ويحدث هذا عادة عندما لا يتم إيقاف المسار في البداية ولكن بعد عدة خطوات، ويتم تنظيم مسارات التمثيل الغذائي على مبدأ التغذية المرتدة، وتؤثر المنتجات النهائية للتفاعلات أو الوسطيات على مسار التفاعل .

ردود فعل سلبية وايجابية للتمثيل الغذائي

يسفر الانحراف عن قيمة محددة عن سلسلة من الردود الفعل التي تعيد النظام إلى حالته السابقة، وبالتالي، فإن التغذية المرتدة السلبية هي مصدر الاستقرار (عن طريق إعادة النظام باستمرار إلى القيمة المحددة) وهي الآلية التنظيمية الأساسية في معظم عمليات التمثيل الغذائي. ويؤدي الانحراف عن قيمة المحددة في هذه الحالة إلى سلسلة من الردود الفعل التي تزيد من اتساع الانحراف، ويصبح النظام في خطر التحول إلى دائرة مفرغة، حيث تتسارع كل زيادة في الانحراف عملية الانحراف ككل، حتى يصل عدم استقرار النظام إلى النقطة التي ينهار فيها .