ما هي المركبات الكربونية؟
تشير المركبات الكربونية إلى مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية التي تتميز بوجود ذرة كربون واحدة على الأقل مرتبطة بذرات عناصر أخرى من خلال روابط كيميائية تشاركية. غالبًا ما تكون هذه الذرات مكونة من الهيدروجين أو الأكسجين أو النيتروجين. ومع ذلك، هناك بعض المركبات الكيميائية التي تحتوي على الكربون ولكنها لا تعتبر من المركبات الكربونية مثل الكربيدات والكربونات والسيانيدات.
تصنيفات المركبات الكربونية
تُعرف المركبات الكربونية بهذا الاسم لأنها مرتبطة بأجسام الكائنات الحية، حيث تشكل هذه المواد أساس الحياة، وتدرس بشكل مفصل في الكيمياء الكربونية والكيمياء الحيوية. هناك أربعة أنواع رئيسية من هذه المركبات توجد في أجسام الكائنات الحية، كما توجد بعض الأنواع التي توجد أو تنتج في بعض أعضاء الكائنات الحية. فيما يلي شرح مبسط لهذه الأنواع:
الكربوهيدرات: مصدر الطاقة الأساسي
تعتبر الكربوهيدرات أحد أنواع المركبات الكربونية، وتتكون من الكربون والهيدروجين والأكسجين، حيث أن نسبة ذرات الهيدروجين إلى ذرات الأكسجين في الكربوهيدرات تساوي 2:1. تستخدم أعضاء الجسم الكربوهيدرات كمصدر للطاقة ووحدات بنائية ولغيرها من الأنشطة. تعتبر الكربوهيدرات أكبر مجموعة من المركبات الكربونية التي توجد في الجسم.
تصنف الكربوهيدرات بحسب عدد الوحدات الفرعية التي تحتوي عليها. يعتبر السكر مثالاً على مركب بسيط من الكربوهيدرات حيث إنه يتكون من وحدة واحدة من أحادي السكاريد. وعند ارتباط وحدتين يتكون ثنائي السكاريد. وتتكون مركبات أخرى أكثر تعقيدًا عند ارتباط هذه الوحدات بواحدات أخرى لتكوين البوليمرات، ومثالاً على هذه المركبات المعقدة النشا والكيتين. وما يلي أمثلة أخرى على الكربوهيدرات:
- الجلوكوز
- سكر الفاكهة
- سكر المائدة
- السلولوز
الدهون: وظائف متعددة في الجسم
تتكون الدهون من ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين، وتعتبر النسبة بين ذرات الهيدروجين إلى ذرات الأكسجين عالية وأعلى من النسبة الموجودة في الكربوهيدرات. هناك ثلاث مجموعات من الدهون وهي الدهون الثلاثية وتضم الدهون والزيوت والشمع، والمجموعة الثانية وهي الستيريدات، والمجموعة الثالثة وهي الفوسفورات. تتكون الدهون الثلاثية من ثلاثة أحماض دهنية ترتبط بجزيء من الجليسرول، أما الستيريدات فإنها تتكون بشكل أساسي من أربعة حلقات كربونية ترتبط ببعضها، وتتشابه الفوسفورات مع الدهون الثلاثية باستثناء وجود مجموعة من الفوسفات بدلاً من سلسلة الأحماض الدهنية.
تستخدم الدهون كمصدر للطاقة ووحدات بنائية، بالإضافة إلى أنها تعطي إشارة للخلايا لمساعدتها على التواصل مع بعضها. وما يلي بعض الأمثلة على الدهون:
- الكولسترول
- البارافين
- زيت الزيتون
- السمن
- الكورتيزول
- هرمون الاستروجين
- طبقة ثنائية الفسفورية تشكل غشاء الخلية
البروتينات: لبنات البناء والوظائف الحيوية
تتكون البروتينات من سلسلة من الأحماض الأمينية التي تسمى الببتيدات، حيث إن الببتيدات مكونة من سلاسل من الأحماض الأمينية. يمكن أن يتشكل البروتين من سلسلة واحدة من الببتيد أو من سلسلة بنائية معقدة يكون الببتيد فيها وحدة فرعية تتجمع مع وحدات أخرى لتشكيل الوحدة. تتكون البروتينات من الهيدروجين والأكسجين والكربون والنيتروجين، كما تحتوي أنواع أخرى من البروتينات على الكبريت والفوسفور والحديد والنحاس والمغنيسيوم.
تقوم البروتينات بأنشطة متعددة في الخلايا، حيث إنها تستخدم كوحدات بنائية، وتحفز ردات الفعل الكيميائية الحيوية، وردات الجهاز المناعي، وتجميع ونقل المواد، والمساهمة في تكاثر المواد الجينية. وما يلي بعض الأمثلة على البروتينات:
- الإنزيمات
- الكولاجين
- الكيراتين
- الزلال
- الهيموغلوبين
- الميوجلوبين
- الليفين
الأحماض النووية: شفرة الحياة
تعتبر الأحماض الأمينية من أنواع البوليمرات البيولوجية وتتكون من سلاسل مونومرات النيوكليوتيدات، حيث تتكون النيوكليوتيدات من قاعدة نيتروجينية وجزيء سكري ومجموعة فوسفات. تستخدم خلايا الجسم الأحماض الأمينية كشفرة للمعلومات الجينية في الكائنات الحية، وما يلي بعض الأمثلة على هذا النوع:
- الحمض النووي وهو حمض ديوكسيريبونوكليك.
- الحمض النووي الريبي.
أنواع أخرى من المركبات الكربونية
يوجد هناك عدد كبير من أنواع المركبات الكربونية الأخرى وتتضمن المحاليل والعقاقير المخدرة والفيتامينات والصبغات والنكهات الصناعية والسموم والجزيئات التي تستخدم كسلائف في المركبات الكيميائية الحيوية. وما يلي بعض الأمثلة على هذا النوع:
- الأسيتالديهيد
- الاسيتامينوفين
- الأسيتون
- الأستيلين وهو غاز عديم اللون
- البنزيلديهايد
- البيوتين
- البروموفينول الأزرق
- الكافيين
- رابع كلوريد الكربون
- الفوليرين
- الهيبتان
- الميثانول
- غاز الخردل
- الونيلين وهو مركباً كيميائياً
السمات المميزة للمركبات الكربونية
تتميز المركبات الكربونية بما يلي:
- صعوبة فصل خصائص المركبات الكربونية، حيث أن المتطلب الأساسي هو ذرات الكربون، على الرغم من وجود بعض أنواع المركبات غير الكربونية التي تحتوي على الكربون، بالإضافة إلى أن الروابط بين المركبات الكربونية ضعيفة جدًا.
- يعبر مفهوم المركبات الكربونية عن الجزيئات التي يحتويها المركب والتي تتكون من عدد كبير من ذرات الكربون التي لا يمكن قياسها بشكل دقيق.
- يعتقد بعض الباحثين أنه يجب وجود رابطة كربون-كربون، أو رابطة كربون-هيدروجين كشرط لضم المادة للمركبات الكربونية.
- تنطبق النظرية الحيوية على خصائص المركبات الكربونية، وتنص هذه النظرية على أن هناك قوة الحياة في المركبات الكربونية الخاصة بالكائنات الحية، وهذه القوة لا توجد في المركبات الغير حية أي الغير كربونية.
- تتميز خصائص المركبات الكربونية بأنها متنوعة، ولذلك تم تصنيفها لفئات مختلفة.
- تحتوي الهيدروكربونات على الألكانات والألكينات والتي تتميز بميلها للحرق، وبالتالي فإن معظم مصادر الوقود المعروفة لدينا هي الهيدروكروبونات.
- تحتوي المركبات الكربونية على مجموعات وظيفية، وتعبر عن وحدة هيكلية تتكون من مجموعات من الذرات الموجودة في جزيء مرتبط برابطة تساهمية، وتساهم هذه المجموعات الوظيفية في إنتاج الخصائص الكيميائية للجزيء.
- يعتبر الحجم خاصية مهمة في المركبات الكيميائية ويعطي تنوعاً كبيراً من مركب إلى آخر.
- تحتوي المركبات الكربونية غالباً وخاصة المركبات التي لها أهمية في مختلف مجالات البيولوجيا على سلاسل طويلة من ذرات الكربون التي يمكن أن تدور حول بعضها، حيث إنها ذرات مختلفة يمكن أن تشكل روابط مع هذه الكربونات، وبالتالي إنتاج تنوع في الجزيء والمجموعات الوظيفية.
