418 كيم

418  كيم: الكيمياء غير العضوية الحيوية (Bioinorganic Chemistry)

عدد الساعات: ساعتين

وصف المقرر (Course Description)

يهدف هذا المقرر إلى دراسة الدور الحيوي والمركزي للعناصر والفلزات غير العضوية في النظم والعمليات البيولوجية. يربط المقرر بين المفاهيم الأساسية للكيمياء التناسقية والكيمياء الحيوية لفهم كيفية تفاعل الأيونات الفلزية مع الجزيئات الحيوية الكبيرة (مثل البروتينات، الإنزيمات، والأحماض النووية). يتناول المقرر تصنيف العناصر الفلزية الأساسية والسامة في الجسم، وآليات نقل وتخزين الأيونات، إلى جانب دراسة البنية والوظيفة للمراكز الفلزية في الإنزيمات (Metalloenzymes) والبروتينات الناقلة للأكسجين، مع التطرق إلى التطبيقات الطبية للمركبات غير العضوية.

الأهداف الرئيسية للمقرر (Course Objectives)

• فهم الدور البيولوجي للفلزات: التعرف على الأهمية الحيوية للعناصر الفلزية الانتقالية وغير الانتقالية (مثل الحديد، النحاس، الزنك، الكالسيوم، والمغنيسيوم) في الكائنات الحية.
• دراسة الكيمياء التناسقية الحيوية: تطبيق نظريات الروابط والتناسق (مثل نظرية المجال البلوري والمجال الجزيئي) على المعقدات الفلزية داخل الأنظمة الحيوية.
• تحليل آليات عمل الإنزيمات الفلزية: فهم العلاقة بين التركيب الهندسي للمركب التناسقي الحافي بالإنزيم ووظيفته التحفيزية (مثل إلكترونيات نقل الشحنات والأكسدة والاختزال).
• التطبيقات الصيدلانية والبيئية: دراسة تأثير السمية للفلزات الثقيلة، وفهم آليات عمل الأدوية القائمة على المركبات الفلزية (مثل مركبات البلاتين لعلاج الأورام).

المخرجات التعليمية المستهدفة (Learning Outcomes)

بنهاية دراسة هذا المقرر، سيكون الطالب قادراً على:

1. تمييز الأدوار الوظيفية المختلفة للأيونات الفلزية داخل الخلايا (أدوار تركيبية، نقل إشارات، أو تحفيز إنزيمي).
2. شرح آليات نقل وتخزين الأكسجين في الدم من خلال مقارنة بنيوية وديناميكية بين الهيموغلوبين والميوغلوبين والهميرثرين.
3. وصف عمليات نقل الإلكترونات الحيوية في سلاسل التنفس الخلوي والبناء الضوئي (مثل بروتينات الحديد والكبريت، والسيبروكومات).
4. فهم ومحاكاة المراكز النشطة في الإنزيمات (مثل الهيدروجيناز والنيتروجيناز وكربونيك أنهدراز) وتطبيقاتها في الطاقة المستدامة والمحفزات النانوية.
5. تقييم كفاءة ومخاطر استخدام المركبات غير العضوية في التشخيص والعلاج الطبي (الطب غير العضوي).

مفردات المقرر الرئيسية (Course Syllabus)

1. مقدمة في الكيمياء غير العضوية الحيوية:
   
   • توزيع العناصر في القشرة الأرضية مقابل الكائنات الحية.
   • العناصر الأساسية الشحيحة (Essential trace elements) والعناصر السامة.
   • قواعد "حمض-قاعدة" الصلبة واللينة (HSAB) وتطبيقاتها في اختيار الفلز للرابطة الحيوية.
2. التحكم الخلوي بالأيونات الفلزية:
   
   • آليات الامتصاص، النقل، والتخزين (مثل بروتينات الفيريتين والترانسفيرين للحديد).
   • مضخات الأيونات وقنوات النقل (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، وقنوات الكالسيوم).
3. البروتينات الناقلة والرابطة للأكسجين (Dioxygen Carriers):
   
   • كيمياء الهيم (Heme proteins): الهيموغلوبين والميوغلوبين وآلية الارتباط التعاوني (Cooperativity).
   • البروتينات غير الهيمية: الهيموسيانين (النحاسي) والهميرثرين.
4. المحفزات الحيوية ونقل الإلكترونات (Electron Transfer & Biocatalysis):
   
   • السيتوكرومات (Cytochromes).
   • بروتينات الحديد والكبريت ($Fe-S$ clusters) مثل الفيريدوكسين.
   • بروتينات النحاس الزرقاء (Blue copper proteins).
5. الإنزيمات الفلزية (Metalloenzymes):
   
   • إنزيمات الزنك (كربونيك أنهدراز وكربوكسي ببتيداز).
   • إنزيمات الأكسدة والاختزال (السوبر أكسيد ديسميوتاز SOD، والكاتالاز).
   • تثبيت النيتروجين وإنزيم النيتروجيناز، ومحاكاة إنزيمات الهيدروجيناز لإنتاج الطاقة.
6. الكيمياء الطبية غير العضوية (Inorganic Chemistry in Medicine):
   
   • العلاج الكيميائي القائم على الفلزات (أدوية السرطان مثل السيسبلاتين ومشتقاته).
   • مركبات التباين والتشخيص (مثل معقدات الجادولينيوم للتصوير بالرنين المغناطيسي MRI، ونظائر التكنيشيوم).
   • العلاج بالاستخلاب (Chelation therapy) لمعالجة التسمم بالفلزات الثقيلة (كالرصاص والزئبق).