آليات التحكم في الأيض (الإتزان الأيضى المرن في الخلية) METABOLIC CONTROL MECHANISMS (CELLULAR METABOLIC DYNAMIC EQUILEBRIUM) ا.د. السيد عبدالستار المليجي)2012 ( El meleigy S.A. (2012)

starch hexose -phosphates Pyruvic acid Cell wall components (Cellulose – Hemicelluloses –xylans –arabans – pectic compounds…………..) ethanol + lactic acid + alanine protein

التعقد الوظيفى في الخلية الحية The Problem of Complexity إذا وضعت كمية من الماء فى زجاجة فمن السهل اعتبار هذا النظام متجانسا تماما homogeneous system تحتوى الخلية حوالى (10)12مليون جزئ ذات أحجام وأطوال مختلفة ومما تقدم تبدو مشكلة دراسة هذه التراكيب الحية وصعوبة التعامل معها بطرق التحليل المعروفة. Non-homogeneous system

التعضى Diferentiation الخلايا يتشكل منها الأنسجة المختلفة (Tissues) بعدما تتصل ببعضها بطريقة معينة ومن هذه الأنسجة تتكون الأعضاء (organs) ومن الأعضاء يتكون الكائن الحى (Organism) ومن هنا تبدو الصورة على درجة عالية من التعقيد الذى يتطلب الحرص فى التعامل مع الكائن الحي النتائج التى نحصل عليها ولوكان وحيد الخلية.

هناك أيضاً عدة صفات تتميز بها الأنظمة الحية يجب أن تؤخذ في الإعتبار 1- أن النظم الحية تعتبر نظماً مفتوحة. Living systems are always open systems بمعنى استمرارية تبادل المواد والطاقة بينها وبين النظم المحيطة بها فى البيئة. 2- أن النظم الحية فى حالة تغير مستمر. Living systems are systems in continuous state of changes. بمعنى دوام التغير وتعمقه بمرور الزمن كما وكيفاً.

تفاعلات متعارضة وعمليات متوازية (3) أن الخلية الحية تجرى بها تفاعلات متعارضة بالألآف في اللحظة الواحدة مثال تفاعلات البلمرة والتفكيك وإطلاق الطاقة وتخزين الطاقة وبالجملة عمليات الهدم وعمليات البناء . (4) أن الخلية الحية تجرى بها مئات العمليات في اللحظة الواحدة فالخلية الحية في كل لحظة تتغذى وتتنفس وتحس وتنقسم وتنمو وتحافظ على تركيبها الوراثي وتستجيب للمؤثرات الخارجية .

استحالة عشوائية الحياة استحالة عشوائية الحياة (5) استمرارية الحياة على النحو المعتاد في كافة صور الحياة المكتشفة وعلى مستوى كل خلية حية يدل على وجود وسائل وآليات تنظيم محكمة للتحكم في مسيرة الحياة على النحو المشهود . (6) التعرف على هذه الوسائل والآليات هو الشغل الشاغل لعلماء الفسيولوجى الآن .

هذه هى الخلية الحية مورفولوجياً

وهذه هى الخلية الحية وظيفيا 1 – جهاز للطاقة. energetic system. 2 – جهاز أيضي. Metabolic system. 3 – جهاز انقسام. Dividing system. 4 – جهاز يستجيب للمؤثرات الخارجية . polar system. 5 – جهاز نمو. growing system.

physiology is the science of the regulatory and control processes. معجزة الحياة تلزمنا بفلسفة جديدة لعلم الفسيولوجى New Concepts of Physiology يمكننا القول اليوم أن علم الفسيولوجي هو العلم المعنى بفهم طبيعة التنظيم والتحكم في العمليات الحيوية physiology is the science of the regulatory and control processes.

آليات التحكم في الأيض (الإتزان الأيضى المرن في الخلية) METABOLIC CONTROL MECHANISMS

أولا : الشفرة الوراثية (الجينات )كوسيلة ضبط أيضى Genes as metabolic control كل خلية حية تحتوى على أعلى نظام عرف حتى الآن من البرمجة الربانية أو ما يطلق عليه (الجينوم أو الشفرة الوراثية) للكائن الحى، ذلك النظام المتمثل فى الآلاف من المورثات (الجينات) التى تجعل الكائن الحى يأخذ شكله وطريقته المعتادة في الحياة ويكون مؤهلاً للتعامل مع متطلبات الحياة وما يحيط بها من ظروف ومتغيرات.

المحتوى الوراثى أساس تعدد المخلوقات مورفولوجيا ووظيفيا المحتوى الوراثي هو المنظم الأساسي الذى يعطى الصفات الأساسية للكائن ويميزه عن غيره من الكائنات الأخرى فيجعل هذا نبات وهذا حيوات وهذا إنسان . وفي النبات يجعل هذا تفاح وهذا حنظل وهذا نخيل وهذا بنجر ,هكذا ... الجينات تعبر عن نفسها من خلال التأثير على انتاج البروتينات . البروتينات تكون بنائية أو إنزيمية .

الجينات ليست وحدها المتحكمة!!!؟؟؟ يمكننا القول بذلك أن الصفات الوراثية هى المنظم لكافة عمليات الحياة لولا عدة ملا حظات تجعل هذا القول ليس مطلقا ومنها : أولا : (تأثير العمرأو المؤثرات الداخلية )لا تعمل هذه الجينات دفعة واحدة ولكنها تنهض للعمل وفق الاحتياجات العمرية والمرحلية للخلية الحية أو النسيج أو الكائن الحى. ثانيا (تأثير البيئة أو المؤثرات الخارجية)أن النوع الواحد في اللحظة الواحدة من الحياة يكون على حالات متفاوتة من النمو والنضج بالرغم من التساوى التام في محتوى المورثات . النبات الواحد يحمل أوراق خضراء في الظروف المعتادة , ويصاب بالإصفرار في غياب الضوء , ويصاب بالإصفرار في وجود الضوء وغياب المغنسيوم في التربة .

ثانيا:الإنـزيمـــات كوسيلة ضبط أيضى Enzymes as metabolic control

كيف تدار الأنزيمات فى الخلية بواسطة (1) التغير فى تركيزها (2) إتلاف حالتها النشطة (modulation) والتغير فى التركيز الإنزيمى يحتاج لوقت يصل إلى الساعة وتلجأ إليه الخلية كعملية تغير على المدى البعيد (strategic regulation). بينما تعطيل الحالة النشطة للإنزيم يتم سريعاً فى غضون ثانية واحدة ولذلك تلجأ إليه الخلية كعملية تكتيكية (tactical regulation).

النشاط الحفزى للإنزيمات

بعض أشكال الأنزيمات

العوامل المؤثرة على النشاط الإنزيمى Factors affecting enzyme activity المحتوى المائى درجة الحرارة تركيز أيون الأيدروجين pH تركيز الإنزيم تركيز مادة التفاعل وجود المثبطات والمنشطات الإنزيمية .

3- الأغشية البلازمية كوسيلة تحكم أيضى Cell Membranes as metabolic control * المواقع الأيضية فى فضاءات الخلية الحية Metabolic Compartmentation of cytoplasm النظام الغشائى للحياة Membranous system المواقع الأيضية في الخلية الحية لوجود الأغشية الخلوية. أولاً: الجدار الخلوى Cell Well ثانياً: الأغشية البلازمية Plasma membranes

الأغشية والنفاذية Permeability أهم مظاهر الأغشية الحيوية هى قدرتها الانتخابية (selectivity) لإمرار الجزيئات والأيونات. وتتميز الأغشية الحيوية كذلك بانتخابية لاتجاه محدد (victorial) على جانبى الغشاء. وهناك انتخابيه فراغية Stereospecific وهناك انتخابية لمركب دون نظيره أو شبيهه اليمينى أو اليسار isomer specificity.

جدار الخلية Cell Wall

الجدار كمنظم لقوة الإمتصاص الأسموزية

الغشاء البلازمى plasma membrane

الغشاء النووى يمثل أعلى قدرة تحكم مرورى

دور البروتين في التحكم (الحوامل البروتينية)

النقل البسيط والنقل النشط (ضد ممال التركيز)

نقل الإفرازات للغشاء وللخارج

آليةالتحكم في نقل المغذيات لداخل الخلية

4- الهرمونات كوسيلة تحكم أيضي Hormones as metabolic control الهرمونات مركبات تنتجها الخلية بنسبه ضئيلة جدا ولها تأثيرات واضحة جدا على كافة العمليات الأيضية . تعتمد كيفية استجابة النبات لهرمون معين على العوامل التالية: نوع النسيج الذي يستقبل الهرمون. تركيز الهرمون. وجود الهرمونات الأخرى وتركيزاتها. عمر النسيج وحالته الفسيولوجية. العوامل البيئية. التركيب الوراثي للنبات ويختلف حسب النوع والسلالة وحتى أنه قد تختلف الاستجابة لنفس المؤثر بين أفراد النوع الواحد.

Hormone Activity

إكتشاف المزيد من الهرمونات 1- البراسينوستيرويدات Brassinosteroids 2- حامض السليسيليك Salicylic acid 3- حامض الجاسمونيك Jasmonic acid 4- الأمينات المركبة Polyamines

الهرمونات والحركات الإنتحائية Tropisms

الهرمونات تستحث الجينات الكامنة

الخلاصة Conclusion من خلال دراسات مستفيضة لمعظم البحوث المعاصرة التى تهدف لفهم الكيفية التى تمارس بها الخلية الحية عمليات ضبط مسيرة حياتها يمكننا القول أن أوضح تلك الآليات والوسائل تتدرج تحت أربعة عنوانين أساسية هى: 1- الشفرة الوراثية. Genes 2 - الإنزيمات. Enzymes 3 - الأغشية الحية. Bio- membranes 4- الهرمونات Hormones

التوصيات الإهتمام بعلم الوراثة وآليات تحكم الجينات في الصفات . الإهتمام بعلم الإنزيمات البحت والتطبيقي . التوسع في دراسات الجدار الخلوي والأغشية البلازمية وقدرتها الإختيارية . تنشيط دراسات الهرمونات النباتية وعلاقة الظروف البيئية بإنتاجيتها في الخلية . إعتبار المعلومات الواردة فى هذه المحاضرة أساسية في مناهج علم الفسيولوجى.

مع أطيب التمنيات بالتوفيق مع أطيب التمنيات بالتوفيق

بســـم الله الرحمن الرحيـــم (تُولِجُ اللَّيْلَ فِي النَّهَارِ وَتُولِجُ النَّهَارَ فِي اللَّيْلِ وَتُخْرِجُ الْحَيَّ مِنَ الْمَيِّتِ وَتُخْرِجُ الْمَيِّتَ مِنَ الْحَيِّ وَتَرْزُقُ مَنْ تَشَاءُ بِغَيْرِ حِسَابٍ (27 سورة آل عمران ) إِنَّ اللَّهَ فَالِقُ الْحَبِّ وَالنَّوَى يُخْرِجُ الْحَيَّ مِنَ الْمَيِّتِ وَمُخْرِجُ الْمَيِّتِ مِنَ الْحَيِّ ذَلِكُمُ اللَّهُ فَأَنَّى تُؤْفَكُونَ )95( فَالِقُ الإِصْبَاحِ وَجَعَلَ اللَّيْلَ سَكَنًا وَالشَّمْسَ وَالْقَمَرَ حُسْبَانًا ذَلِكَ تَقْدِيرُ الْعَزِيزِ الْعَلِيمِ ) سورة الأنعام 96)