تركيب العضويات الحية

حوالي 99 من كتلة الثدييات يتكون من العناصر الكربون و النتروجين و الكالسيوم و الصوديوم و الكلور و البوتاسيوم و الهيدروجين و الفوسفور و الأكسجين و الكبريت . cite journal author Heymsfield S, Waki M, Kehayias J, Lichtman S, Dilmanian F, Kamen Y, Wang J, Pierson R Ch ical and el ental analysis of humans in vivo using improved body composition models journal Am J Physiol volume 261 issue 2 Pt 1 pages E190–8 year 1991 pmid 1872381 تحوي مركبات عضوية المركبات العضوية (البروتينات والسكريات والشحوم) غالبية من الكربون والنتروجين ومعظم الأكسجين والهدروجين موجود على شكل ماء، والمجموع الكلي للجزيئات الحيوية الحاوية على المعدن في الخلية يدعى الجزء المعدني (الميتالوم The metallome).

تاريخ

استخدم بول إيرليك ( Paul Ehrlich ) زرنيخ عضوي الزرنيخ العضوي (من المواد الزرنيخية) لعلاج الزهري (الداء الإفرنجي)، مما يدل على أهمية المعادن، أو أشباه المعادن على أقل تقدير، في الطب، الأمر الذي أبصر النور مع اكتشاف روزنبرغ (Rosenberg) الدور المضاد للسرطان لل سيسبلاتين (cis-PtCl2(NH3)2)). يعتبر ال يورياز ( urease ) أول بروتين يُبلوَر على الإطلاق، (انظر جيمس ب. سومنر James B. Sumner )، وظهر لاحقاً احتواؤه على النيكل في موقع نشط موقعه النشط .

شوهد Cyanocobalamin Vitamin B12 ( Cyanocobalamin فيتامين ب12 )، لب فقر الدم الوبيل، مبلوراً بيانياً من قبل دوروثي كروفوت هودجكن ( Dorothy Crowfoot Hodgkin ) مما يؤكد وجود الكوبالت في كرية حمراء كبْروية كورين ية. أظهرت بنية واطسون وكريك (Watson-Crick) لل دنا أن البوليميرات الحاوية على الفوسفات تلعب دوراً بنيوياً مفتاحياً.

المواضيع في الكيمياء الحيوية اللاعضوية

هناك عدة أنظمة بيّنة عن المتمايزات في الكيمياء الحيوية اللاعضوية، المجالات الرئيسة هي

النقل والتخزين الشاردي المعدني

يغطي هذا الموضوع مجموعة من قناة شاردية القنوات الشاردية والمضخات الشاردية ( مضخة صوديوم-بوتاسيوم على سبيل المثال) و فجوة الفجوات وحاملات الحديد، وبعض ال بروتين ات والجزيئات الصغيرة والتي تتحكم بتركيز الشوارد المعدنية في الخلايا، إن العديد من المعادن المطلوبة استقلابياً غير متاحة بسهولة، ويعزى ذلك إلى الندرة والذوبان، مما يعتبر قضية جدّية. وقد طورت العضويات عدداً من الإستراتيجيات لجمع مثل هذه العناصر ونقلها.

علم الإنزيمات

إن العديد من التفاعلات في العلوم الحياتية ومن ضمنها الماء والشوارد المعدنية غالباً ما تكون في المراكز التحفيزية (المواقع الفعالة) لهذه الإنزيمات، أي بروتين معدني البروتينات المعدنية . غالباً ما يكون الماء المتفاعل لجيناً (انظر معقد مائي معدني المعقد المائي المعدني )، ومن الأمثلة إنزيمات الهيدراز هي أنهيدرازات كربونية، الإنزيمات المعدنية ال فوسفات ية، الإنزيمات البروتينية المعدنية. يسعى الكيميائي الحيوي اللاعضوي لفهم وتكرار وظائف هذه البروتينات المعدنية.



وإن البروتينات ناقلة الإلكترون المتضمنة للمعدن شائعة أيضاً. ويمكن تصنيفها ضمن ثلاثة طبقات رئيسة بروتين شاردة الكبريت بروتينات شوارد الكبريت (كال ريبريدوكسين وال فيريدوكسين و بروتين رسكي البروتينات الرسكية )، ف بروتين النحاس بروتينات النحاس الأزرق، فال سيتوكروم ات. تعتبر هذه البروتينات ناقلة الإلكترون متممة للنواقل الإلكترونية اللامعدنية كال نيكوتيناميد أدنين ثنائي النوكليوتيد (ناد NAD) وال فلافين أدنين ثنائي النوكليوتيد (فاد FAD). تشكل حلقة النتروجين استعمالاً للمعادن ممتداً لأجل التحويل البيني المسترجع.



Image FdRedox.png 500 عناقيد 4Fe-4S تخدم كمرحلات إلكترونية في البروتينات.

بروتينات التفعيل ونقل الأكسجين

تتطلب الحياة الهوائية استعمالاً واسعاً للمعادن كالحديد والنحاس والمنغنيز، تستعمل كريات الدم الحمراء ما نسميه بال خضاب (الهيم) الموجود في صيغة خضاب الدم (الهيموغلوبين) لنقل الأكسجين، ولعله يكون أكثر الأنظمة المعدنية ملاحظة في علم الأحياء. ومن أنظمة نقل الأكسجين الأخرى هناك ال ميوغلوبين (يمكننا أن نشير إليه على أنه الخضاب العضلي) وال هيموسيانين وأخيراً ال هيميريثرين (مادة في دم ديدان الأرض). يعتبر كل من ال أكسيداز وال أكسيجيناز نظامين معدنيَين وجدا في الطبيعة حيث يُستفاد من الأكسجين في إنفاذ تفاعلات مهمة كتوليد الطاقة في السيتوكروم ج أكسيداز (Cytochrome c Oxidase) أو في أكسدة جزيئات صغيرة في السيتوكروم ب450 أكسيداز ( Cytochrome P450 Oxidase ) أو في الميتان أحادية الأكسيجيناز. صُممت بعض البروتينات المعدنية لحماية الأنظمة الحيوية من الآثار المؤذية المحتملة للأكسجين أو غيره من الجزئيات المتفاعلة الحاوية على الأكسجين ك بيروكسيد الهيدروجين ، تتضمن هذه الأنظمة ال بيروكسيداز وال كاتالاز و فوق أكسيد الديسموتاز . إن أحد متممات البروتينات المعدنية لتلك التي تتفاعل مع الأكسجين هو معقد الأكسجين التطوري معقّد الأكسجين التطوري الموجود في النباتات، ويعتبر هذا النظام جزءاً من آلية البروتين المعقدة والتي تطور الأكسجين تنتج الأكسجين عندما تأدية النباتات لعملية تركيب ضوئي التركيب الضوئي .



Image Myoglobin.png 220 الميوغلوبين عنصرٌ بارز في الكيمياء الحيوية اللاعضوية، مع ظهور خاص لمعقد الهيم-الحديد الراسي على البروتين.

الكيمياء الحيوية العضوية المعدنية

تبرز كيمياء حيوية عضوية معدنية الأنظمةُ الحيوية العضوية المعدنية (الفِلِزّيّة) الروابطَ الكربونية-المعدنية كعناصر بنيوية أو كوسائط، وتتضمن الإنزيمات والبروتينات الحيوية العضوية المعدنية ال هيدروجيناز والـ ( FeMoco ) في ال نتروجيناز بالإضافة إلى الميثيل كوبالامين، ويصدر هؤلاء طبيعياً المركبات العضوية المعدنية. تركز هذه الباحة أكثر على استعمال المعادن من قبل العضويات وحيدات الخلية، وتعتبر المركبات العضوية المعدنية مركبات ذات معنى في كيمياء بيئية الكيمياء البيئية . مرجع كتاب editor-last Sigel editor-first A. editor2 Sigel, H. editor3 Sigel, R.K.O. العنوان Organometallics in Environment and Toxicology الناشر RSC publishing مكان Cambridge سنة series Metal Ions in Life Sciences volume 7 الرقم المعياري 978-1-84755-177-1





File FeMoco cluster.svg 160 بينية الـ FeMoco , المركز التحفيزي للنتروجيناز.

المعادن في المجال الطبي

مفصلة معادن في الطب



يحتوي عدد من الأدوية على المعادن، يعول هذا الموضوع على دراسة تصميم وآليات تأثير المستحضرات الدوائية الحاوية على المعدن، والمركبات التي تتفاعل مع الشوارد المعدنية ذاتية المنشأ في مواقع الإنزيم الفعالة. يعتبر ال سيسبلاتين أكثر الأدوية المضادة للسرطان استعمالاً على نطاق واسع، احتواء عامل التباين في الرنين المغناطيسي MRI على الغادولينيوم يعتبر أمراً شائعاً، استخدمت كربونات الليثيوم لعلاج الطور الهوسي من الاضطراب ثنائي القطب. وقد سُوقت الأدوية المضادة لالتهاب المفاصل الذهبية تجارياً، الأورانوفين على سبيل المثال وهو دواء مضاد للروماتيزم. تعتبر جزيء مطلق لأحادي أكسيد الكربون الجزيئات المطلقة لأحادي أكسيد الكربون معقداتٍ معدنية طُوِّرت لكبح وكبت الالتهاب عبر إطلاقها كميات قليلة من أحادي أكسيد الكربون. وقد فحصت أهمية أكسيد النتريك ال عصبون ية و قلبي وعائي القلبية الوعائية ، متضمناً إنزيم أكسيد النتريك سينثاز (انظر أيضاً تمثل النتروجين تمثُّل النتروجين ).

الكيمياء البيئية

مفصلة كيمياء بيئية



تشدد الكيمياء البيئية تقليدياً على على التفاعل بين المعادن الثقيلة والعضويات، وقد سبب أكليل الزئبق كارثة كبيرة سُميت داء ميناماتا ، ويعتبر تسمم زرنيخي التسمم الزرنيخي مشكلة واسعة الانتشار وتعزى بشكل أساسي إلى تلوث المياه الأرضية بالزرنيخ، الأمر الذي يؤثر على عدة ملايين من الناس في البلاد النامية. يتطلب استقلاب الزئبق والمركبات الحاوية على الزرنيخ إنزيمات الكوبالامين القاعدية.

التمعدن الحيوي

مفصلة تمعدن حيوي



توصف عملية التمعدن الحيوي بأنها العملية التي تنتج العضويات الحية المعادنَ فيها، غالباً يكون هدفها تقسية وتصليب نسج موجودة. مثل هذه الأنسجة تسمّى نيسج متمعدن بالنسج المتمعدنة مرجع كتاب

العنوان Biomineralization From Nature to Application المحرر Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K.O. Sigel الناشر Wiley سنة series Metal Ions in Life Sciences volume 4



الرقم المعياري 978-0-470-03525-2 مرجع كتاب

المؤلف Weiner, Stephen Lowenstam, Heinz A.



العنوان On biomineralization



الناشر Oxford University Press



مكان Oxford [Oxfordshire] سنة 1989 الصفحات الرقم المعياري 0-19-504977-2 مرجع كتاب العنوان Biominerals and fossils through time المؤلف Jean-Pierre Cuif, Yannicke Dauphin, James E. Sorauf الناشر Cambridge سنة الرقم المعياري 978-0-521-87473-1 ؛ وتعد كل من ال سيليكات في طحلب الطحالب وال مشطورات وال كربون ات في ال لافقاريات بالإضافة إلى فوسفات الكالسيوم والكربونات في ال فقاريات أمثلة على هذه النسج. ومن الأمثلة الأخرى ال نحاس وال حديد وال ذهب المترسبة في الجراثيم المنطوية عليها. غالباً ما يكون للمعادن المشكلة حيوياً استعمالات خاصة كالحاسة الممغنطة في الجراثيم ذات الانجذاب المغناطيسي (Fe3O4) وكذلك أجهزة تحسس الجاذبية (CaCO3, CaSO4, BaSO4) وتخزين ونقل الحديد (Fe2O3•H2O في بروتين ال فيريتين ). ولأن الحديد خارج الخلوي cite journal url http //www.jhc.org/cgi/content/abstract/11/6/799 author Gabbiani G, Tuchweber B The role of iron in the mechanism of experimental calcification journal J Histoch Cytoch year 1963 volume 11 issue (6) pages 799–803 doi 10.1177/11.6.799 متورط بشدة في التحريض على التكلس Cite journal





doi 10.1038/nature02631



pmid 15295599



year 2004



last1 Schulz first1 K.



last2 Zondervan first2 I.



last3 Gerringa first3 L.



last4 Timmermans first4 K.



last5 Veldhuis first5 M.



last6 Riebesell first6 U.



Effect of trace metal availability on coccolithophorid calcification.



volume 430



issue 7000



pages 673–676



journal Nature



bibcode 2004Natur.430..673S Cite journal

pmid 8312724



year 1993



last1 Anghileri first1 L. J.



last2 Maincent first2 P.



last3 Cordova-Martinez first3 A.



On the mechanism of soft tissue calcification induced by complexed iron



volume 45



issue 5–6



pages 365–368



journal Experimental and toxicologic pathology official journal of the Gesellschaft fur Toxikologische Pathologie



doi 10.1016/S0940-2993(11)80429-X



فالتحكم به أساسي في القشور النامية، ولبروتين الفيريتين دورٌ هام في التحكم بتوزُّع الحديد. Cite journal doi 10.1186/1471-2148-7-160 Dynamic expression of ancient and novel molluscan shell genes during ecological transitions year last1 Jackson first1 D. J. last2 Wأ¶rheide first2 G. last3 Degnan first3 B. M. journal BMC Evolutionary Biology volume 7 pages 160 pmid 17845714 pmc 2034539

أنواع من العناصر اللاعضوية في علم الأحياء

المعادن (الفِلِزّات) الأرضية القلوية

Image Monensin2.png 210 وكالعديد من المضادات الحيوية، إن مونينسين-أ حامل شاردة يربط الصوديوم بشدة + (يظهر في الأصفر). Greenwood&Earnshaw2nd

تتصرف العناصر اللاعضوية الوفيرة شاردة كشوارد كهرل ية (تنحل بالكهرباء)، وأكثر هذه الشوارد أهمية هي ال صوديوم وال بوتاسيوم وال كالسيوم وال مغنزيوم وال كلوريد وال فوسفات بالإضافة إلى شوارد ال بيكربونات العضوية. وتحفظ الكمية الدقيقة المضبوطة للمواد العابرة للأغشية الخلوية معدلات الضغط الحلولي والحامضية PH. cite journal author Sychrovأ، H Yeast as a model organism to study transport and homeostasis of alkali metal cations url http //www.biomed.cas.cz/physiolres/pdf/53 20Suppl 201/53_S91.pdf format PDF journal Physiol Res volume 53 Suppl 1 issue pages S91–8 year 2004 pmid 15119939 كما أنها -أي الشوارد- ذات أهمية خاصة بالنسبة للأعصاب والعضلات، ككوامن فعل في هذه الأنسجة منتجة من التبادل بين الكهرليات من جهة و سائل خارج خلوي السائل خارج الخلوي و عصارة خلوية العصارة الخلوية . cite journal author Levitan I Modulation of ion channels in neurons and other cells journal Annu Rev Neurosci volume 11 issue pages 119–36 year 1988 pmid 2452594 doi 10.1146/annurev.ne.11.030188.001003 من جهة أخرى، تدخل الكهرليات إلى الخلية وتخرج منها عبر بروتينات في الغشاء الخلوي تدعى قناة شاردية القنوات الشاردية ، فعلى سبيل المثال؛ يعتمد التقلص العضلي على الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم خلال القنوات الشاردية والنُبيبات المستعرضة. cite journal author Dulhunty A Excitation-contraction coupling from the 1950s into the new millennium journal Clin Exp Pharmacol Physiol volume 33 issue 9 pages 763–72 year pmid 16922804 doi 10.1111/j.1440-1681. .04441.x

المعادن المتحولة

غالباً ما توجد معدن متحول المعادن المتحولة عنصر زهيد كعناصر زهيدة في العضويات، مع كون ال زنك وال حديد الأكثر وفرة مرجع كتاب

الأخير1 Dlouhy الأول1 Adrienne C. الأخير2 Outten الأول2 Caryn E.



editor1-first Lucia (Ed.) editor1-last Banci series Metal Ions in Life Sciences volume 12



chapter Chapter 8 The Iron Metallome in Eukaryotic Organisms



العنوان Metallomics and the Cell سنة الناشر Springer الرقم المعياري 978-94-007-5560-4 doi 10.1007/978-94-007-5561-1_8 electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 issn 1559-0836 electronic- issn 1868-0402 cite journal author Mahan D, Shields R Macro- and micromineral composition of pigs from birth to 145 kilograms of body weight url http //jas.fass.org/cgi/reprint/76/2/506 journal J Anim Sci volume 76 issue 2 pages 506–12 year 1998 pmid 9498359 cite journal author Husted S, Mikkelsen B, Jensen J, Nielsen N El ental fingerprint analysis of barley (Hordeum vulgare) using inductively coupled plasma mass spectrometry, isotope-ratio mass spectrometry, and multivariate statistics journal Anal Bioanal Ch volume 378 issue 1 pages 171–82 year 2004 pmid 14551660 doi 10.1007/s00216-003-2219-0 ، تستخدم هذه المعادن في البروتينات على شكل تميم (كيمياء حيوية تمائم وتعد أساسية لنشاط الإنزيمات كالكاتالاز والبروتين الحاملة للأكسجين ك خضاب الدم cite journal author Finney L, O'Halloran T Transition metal speciation in the cell insights from the ch istry of metal ion receptors journal Science volume 300 issue 5621 pages 931–6 year 2003 pmid 12738850 doi 10.1126/science.1085049 bibcode 2003Sci...300..931F . ترتبط هذه التمائم بشدة إلى بروتينات محددة، وعلى الرغم من أن تمائم الإنزيم يمكن تعديلها خلال الطور التحفيزي، إلا أن هذه التمائم دائماً ما تعود إلى حالتها الأولية بعد انتهاء التحفيز. تضمن المغذيات زهيدة المقدار المعدنية في العضويات عبر نواقل معينة وتربط إلى بروتينات التخزين كالفيريتين أو الثيونين المعدني عند عدم استخدامها. cite journal author Cousins R, Liuzzi J, Lichten L Mammalian zinc transport, trafficking, and signals url http //www.jbc.org/cgi/content/full/281/34/24085 journal J Biol Ch volume 281 issue 34 pages 24085–9 year pmid 16793761 doi 10.1074/jbc.R600011200 cite journal author Dunn L, Rahmanto Y, Richardson D Iron uptake and metabolism in the new millennium journal Trends Cell Biol volume 17 issue 2 pages 93–100 year pmid 17194590 doi 10.1016/j.tcb. .12.003 يعتبر ال كوبالت أساسياً لوظيفة فيتامين ب12 . مرجع كتاب





الأخير1 Cracan الأول1 Valentin الأخير2 Banerjee الأول2 Ruma



editor1-first Lucia (Ed.) editor1-last Banci series Metal Ions in Life Sciences volume 12



chapter Chapter 10 Cobalt and Corrinoid Transport and Bioch istry





العنوان Metallomics and the Cell سنة الناشر Springer الرقم المعياري 978-94-007-5560-4 doi 10.1007/978-94-007-5561-10_10 electronic-book ISBN 978-94-007-5561-1 issn 1559-0836 electronic- issn 1868-0402

مركبات المجموعة الأساسية

تعتبر العديد من العناصر علاوة على المعادن فعالة حيوياً، وإن السُلْفار والفوسفور مطلوبان مدى الحياة، ويكاد ينحصر وجود الفوسفور على الفوسفات وإستراته المختلفة، أما السلفور فيوجد بضروب متنوعة من حالات الأكسدة. تتراوح من سلفات (SO42−) وصولاً إلى (S2−). أما السيلينيوم فيعد عنصراً زهيداً مضمناً ضمن بروتينات تتميز بكونها مضادة للأكسدة. أما الكادميوم فمهم لمسيّته. مرجع كتاب

الأخير1 Maret



الأول1 Wolfgang



الأخير2 Moulis



الأول2 Jean-Marc



المحرر Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K. O. Sigel



العنوان Cadmium From Toxicology to Essentiality



series Metal Ions in Life Sciences



volume 11



سنة



الناشر Springer



الصفحات 1–30



chapter Chapter 1. The Bioinorganic Ch istry of Cadmium in the Context of its Toxicity







الكيمياء الحيوية اللاعضوية إنج Bioinorganic ch istry هي الحقل الذي يدرس دور ال معادن في علم الأحياء .





ويتضمن هذا النوع من الكيمياء دراسة الظواهر الطبيعية كسلوك بروتينات معدنية البروتينات المعدنية ودراسة المعادن المنتجة صناعياً بما فيها ما يسمى المعادن عنصر غذائي اللاأساسية . في الطب وعلم السموم تدخل العديد من عملية حيوية العمليات الحيوية ، تنفس خلوي كالتنفس ، دنيا الكيمياء اللاعضوية ، ويندرج تحت هذا العنوان أيضاً دراسة النماذج والمشابهات التي تحاكي سلوك البروتينات المعدنية.Stephen J. Lippard, Jer y M. Berg, < >Principles of Bioinorganic Ch istry, University Science Books, 1994, ISBN 0-935702-72-5





وكخليط من الكيمياء الحيوية و الكيمياء اللاعضوية ، فالكيمياء الحيوية اللا عضوية مهمة في توضيح آثار بروتين البروتينات المنقولة إلكترونياً وروابط الركيزة وتفعيلها والذرة ومجموعة النواقل الكيميائية فضلاً عن البروتينات المعدنية في الكيمياء الحيوية.