هل سبق لك أن تساءلت عن كيفية عمل الأعضاء داخل جسمك؟ ألم يؤرقك هذا السؤال ذات يوم بعد منتصف الليل ضمن فوج من أسئلة الـ «overthinking» العميقة؟ بالطبع دراسة جسم الإنسان من الدراسات الشيقة والشاقة في نفس الوقت، ولكنها من الأمور الهامة، حتى ولو لم يكن هذا الأمر من تخصصي. ولكن تخصصي على أي حال أن أعرف ماذا يدور بداخلي، ولماذا يُحدِث الخلل الصغير كل هذا الكم من الألم الذي يؤول في كثير من الأحيان إلى الوفاة! حسنًا، من يُرِد أن يأتي معنا إلى رحلة قصيرة داخل جسم الإنسان لنسلط الضوء على التفاعلات الكيميائية التي تدور داخل بعض أعضاء الجسم؛ فليحضر مصباحه لأن المكان مظلم بالداخل…

في موضوعنا هذا سنتحدث عن التفاعلات الكيميائية التي تحدث في ثلاثة من أهم الأعضاء في جسم الإنسان وهي: المعدة، والرئتين، والكَبِد.

الرئتين

ما الفائدة من التنفس؟ سيسرع أحدكم بالإجابة ويقول لي، لكي نعيش! حسنًا، ما العلاقة بين التنفس والبقاء على قيد الحياة؟!

كل وظائف الجسم، مثل هضم الطعام، وتحريك العضلات، أو حتى مجرد التفكير، تحتاج إلى الأكسجين. عندما تحدث هذه العمليات؛ يتخلف عنها ثاني أكسيد الكربون كمنتج لا فائدة له. وظائف الرئتين هنا، هي تقديم الأكسجين لإتمام هذه العمليات، والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. ^[1]

تنقسم عملية التنفس إلى نوعين، التنفس الهوائي، والتنفس اللاهوائي. كلا النوعين يشملان تفاعل كيميائي يحدث في الخلية لإنتاج الطاقة، وهو الشيء اللازم لتفعيل العمليات الحيوية التي ذكرناها مسبقًا. بالنسبة للتنفس الهوائي، فهو يحدث في (الميتوكوندريا-mitochondria) في الخلية، ويتطلب وجود الأكسجين والجلوكوز؛ لينتج ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O

أما التنفس اللاهوائي فهو لا يتطلب الأكسجين، فقط يتطلب وجود الجلوكوز وينتج طاقة ولكن أقل من التنفس الهوائي. يحدث التنفس اللاهوائي في سيتوبلازم الخلية، لينتج (حمض اللاكتيك-lactic acid).

C₆H₁₂O₆ -> 2C₃H₆O₃

يحتاج حمض اللاكتيك بعد ذلك إلى أن يتم أكسدته إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، لمنعه من الازدياد. فلذلك التنفس اللاهوائي يكون مؤقت، لأنك ستكون في حاجة ملحة إلى تنفس الأكسجين الذي سيعمل على أكسدة حمض اللاكتيك، أي أن التنفس اللاهوائي يكون متبوعًا بالتنفس الهوائي.^[2]

كلًا من البشر والحيوانات يستخدمان التنفس اللاهوائي لفترات قصيرة في حالة وجود الأكسجين بنسبة صغيرة. على سبيل المثال، اللاعب الذي يجري في طريق ما، يقف من حين إلى آخر لكي يتمكن من عملية التنفس الهوائي، لأن الجري لا يمَكِّنه من التقاط الأكسجين بنسبة مناسبة؛ فيقف لبضع ثوانٍ ليلتقط المزيد من الأكسجين اللازم للوصول لعضلاته.^[3]

المَعِدَة

في صِغَري، كنت أعتقد أن المَعدة عبارة عن جهاز صغير يقوم بطحن الغذاء بشكل أدق بعد أن تم طحنه بشكل مبدئي بواسطة الأسنان، ولكن كان هذا تفكيرًا ساذجًا بحكم صِغَر سني؛ فما يحدث بالمَعدة لتقوم بهضم الغذاء هو تفاعل كيميائي.

تتم بالمعدة عملية تحليل للمكونات الغذائية عن طريق وجود حمض وعامل تحليل، وسنستعرض هذه الأحماض الموجودة ودورها بالتفصيل:

هناك سائل يسمى بـ «العصير المَعِدي» أو «حمض المعدة»، هذا السائل يتكون في المعدة وهو مكون من حمض الهيدروكلوريك (HCl)، وكلوريد البوتاسيوم، وكلوريد الصوديوم. الأحماض تلعب دورًا هام في هضم البروتينات؛ عن طريق تنشيط إنزيمات الهضم، وتجعل البروتينات المبتَلعة محللة لكي يتم تكسير السلاسل الطويلة من الأحماض الأمينية بواسطة إنزيمات الهضم. يتم إنتاج هذا السائل الحمضي بواسطة الخلايا الموجودة في بطانة المعدة. وهناك خلايا أخرى تقوم بإنتاج البيكربونات، وهي قاعدة، لكي تُعادِل السائل؛ حيث تتأكد بأنه لم يصبح حامضي بدرجة أكبر من المطلوب. ^[4]

والآن، لنسلط الضوء أكثر على عملية الهضم بعد أن تعرفنا على الأحماض التي تلعب دورًا هامًا في تنفيذها…

الهضم هو عملية تكسير جزيئات الطعام غير القابلة للذوبان في الماء إلى جزيئات أصغر من الطعام يمكنها الذوبان في الماء؛ لكي يمَكِّن بلازما الدم المائي من امتصاص هذه الجزيئات. الهضم هو إحدى أشكال «الهدم»، حيث ينقسم إلى عمليتين يعتمدا على كيفية تكسير الطعام، وهما الهضم الميكانيكي، والهضم الكيميائي. بالنسبة للهضم الكيميائي –وهو ما يخص موضوعنا بالتحديد- فالإنزيمات تقوم بتكسير الطعام إلى جزيئات صغيرة يمكن للجسم استخدامها. ^[5]

الكَبِد

أتعرِف أن الكبد باللغة الإنجليزية يُسمى «liver»، أي واهب الحياة أو الحي، هل تعرف لماذا؟ لشدة أهمية الكبد في جسم الإنسان. أهمية الكبد تكمن في قدرته على تخليص الجسم من أي مواد سامة وخطرة تم استهلاكها. ولكن كيف يفعل ذلك؟ بمساعدة الكيمياء…

في الكبد، وفي كل نسيج، يحدث عدة تفاعلات كيميائية، ولكن تحتاج هذه التفاعلات إلى الإنزيمات لكي تتم بسرعة أكبر. الكبد يحتاج الإنزيمات لتساعده في تكسير المواد السامة إلى مواد صغيرة ويجعلها آمنة لكي يتمكن الجسم من التعامل معها.

يحدث التفاعل الكيميائي عندما تكون المركبات قريبة من بعضها، وتتجاذب جزيئاتها لتُكوِّن مركبات جديدة. أحيانًا تحدث هذه التفاعلات من تلقاء نفسها، وعادة ما تكون سريعة وتلقائية وتنتج الطاقة. ولكن باقي التفاعلات الكيميائية تحتاج إلى الطاقة، فبدونها يكون التفاعل أبطأ. لذلك فإن الإنزيمات تساعد هذه التفاعلات الكيميائية في زيادة سرعتها.

تعمل الإنزيمات كعامل حفز لزيادة سرعة التفاعلات الكيميائية. العامل الحفزي يقدم البيئة المناسبة لحدوث التفاعل؛ وبالتالي يزيد من سرعته. الكاتالاز هو إنزيم موجود في الكبد، يعمل على تكسير «فوق أكسيد الهيدروجين» الضار إلى أكسجين وماء؛ عندما يحدث هذا التفاعل، تهرب فقاعات غاز الأكسجين مكونة الرغوة.^[6]

للكبد وظائف عديدة أخرى في جسم الإنسان، فهي تتعدى الـ 500 وظيفة، منهم التحكم في تركيز الحمض الأميني، وإزالة السموم. وسنتحدث عن كلاهما بالتفصيل الآن. أولًا، بالنسبة للتحكم في تركيز الحمض الأميني:

يتم إنتاج اليوريا في الكبد، وهي مادة تعمل على تكسير الأحماض الأمينية. أيونات الأمونيوم الناتجة أثناء تكسير الأحماض الأمينية، بعضها يستخدم في التكوين الحيوي لمركبات النيتروجين، والزائد منها يتحول إلى اليوريا.

لا يستطيع الجسم تخزين البروتينات والأحماض الأمينية. عندما يتم هضم كميات كبيرة من البروتينات؛ يتم انتقال الأحماض الأمينية الزائدة –والتي تكونت خلال عملية الهضم- إلى الكبد من الأمعاء الدقيقة.

عندما يتم امتصاص الأحماض الأمينية بواسطة خلايا الكبد؛ تبدأ سلسلة من التفاعلات الكيميائية. يتم أكسدة الحمض الأميني في وجود عامل حفز إنزيمي. في نفس الوقت، تتم إزالة مجموعة الأمين (-NH₂) وذرة الهيدروجين من الهيكل الأساسي للحمض الأميني، المنتج الهام في هذا التفاعل هو الأمونيا. تتحول مجموعة الأمين إلى الأمونيا عن طريق إضافة ذرة الهيدروجين في تفاعل يسمى بـ «إزالة الأمين». والجزء غير النيتروجيني من الجزيء يتحول إلى كربوهيدرات أو دهون.

2NH₂CHRCOOH + O₂     2CROCOOH + 2NH₃

ثانيًا، إزالة السموم:

الأمونيا مادة شديدة السُمِّية في جسم الإنسان؛ وبالتالي لا يُسمح لها بالتراكم بداخله. بمساعدة عوامل حفز معينة في خلايا الكبد؛ يتفاعل ثاني أكسيد الكربون –كيميائيًا- مع جزيئات الأمونيا؛ حيث يتم إنتاج اليوريا (المركب النيتروجيني الأقل سمية).

CO₂ + 2NH₃    (NH₂)₂CO + H₂O

يتم انطلاق اليوريا والماء من خلايا الكبد إلى مجرى الدم، ثم ينتقلا إلى الكليتين؛ حيث تتم فلترة الدم، وتخرج اليوريا من الجسم في البول.^[7]

وهكذا، نكون أنهينا رحلتنا القصيرة في جسم الإنسان..

إعداد: Amira Esmail

المصادر:

1. Why do you breathe? [Internet]. British Lung Foundation. 2015 [cited 2018 Mar 6]. Available from: https://www.blf.org.uk/support-for-you/how-your-lungs-work/why-do-we-breathe
2. MyTutor. What is the difference between aerobic and anaerobic respiration? | MyTutor [Internet]. [cited 2018 Mar 6]. Available from: https://www.mytutor.co.uk/answer.html
3. The Chemical Equation for Anaerobic Respiration Quick Reference [Internet]. Bright Hub Education. [cited 2018 Mar 6]. Available from: http://www.brighthubeducation.com/science-homework-help/108728-chemical-equation-for-anaerobic-respiration/
4. Gastric acid. In: Wikipedia [Internet]. 2018 [cited 2018 Mar 6]. Available from: https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gastric_acid&oldid=826956494
5. Digestion. In: Wikipedia [Internet]. 2018 [cited 2018 Mar 6]. Available from: https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Digestion&oldid=825332075
6. Buddies S, Buddies S. The Liver: Helping Enzymes Help You! [Internet]. Scientific American. [cited 2018 Mar 6]. Available from: https://www.scientificamerican.com/article/bring-science-home-liver-helping-enzymes/
7. Chemistry for Biologists: Excretion and the liver [Internet]. [cited 2018 Mar 6]. Available from: http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/cfb/excretion.htm