العملية الكيميائية للتحلل

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة

تكوين جسم الإنسان [ 1 ]
  1. الماء (64.0%)
  2. البروتين (20.0%)
  3. الدهون (10.0%)
  4. الكربوهيدرات (1.00%)
  5. المعادن (5.00%)

التحلل في الحيوانات عملية تبدأ فور الموت، وتشمل تدمير الأنسجة الرخوة، تاركةً وراءها بقايا هيكلية. وتُعدّ العملية الكيميائية للتحلل معقدة، وتشمل تفتت الأنسجة الرخوة، حيث يمر الجسم بمراحل التحلل المتتابعة . [ 2 ] كما يلعب التحلل الذاتي والتعفن دورًا رئيسيًا في تفكك الخلايا والأنسجة. [ 3 ]

يتكون جسم الإنسان تقريبًا من: 64% ماء ، 20% بروتين ، 10% دهون ، 1% كربوهيدرات ، و5% معادن . [ 1 ] يتميز تحلل الأنسجة الرخوة بتفكك هذه الجزيئات الكبيرة ، وبالتالي، ينبغي أن تعكس نسبة كبيرة من نواتج التحلل كمية البروتين والدهون الموجودة في الجسم في البداية. [ 4 ] وعليه، تتضمن العملية الكيميائية للتحلل تفكك البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية والعظام.

تحلل البروتين

تُشكل البروتينات مجموعة متنوعة من الأنسجة المختلفة داخل الجسم، والتي يمكن تصنيفها إلى بروتينات الأنسجة الرخوة أو الصلبة. ولذلك، لا تتحلل البروتينات داخل الجسم بمعدل ثابت.

التحلل البروتيني

التحلل البروتيني هو العملية التي تُفكك البروتينات. ويخضع هذا التحلل لتنظيم الرطوبة ودرجة الحرارة والبكتيريا. [ 5 ] لا تحدث هذه العملية بمعدل ثابت، ولذلك تتحلل بعض البروتينات خلال المراحل المبكرة من التحلل، بينما تتحلل بروتينات أخرى خلال المراحل اللاحقة. خلال المراحل المبكرة من التحلل، تتحلل بروتينات الأنسجة الرخوة، ومنها البروتينات التي:

خلال المراحل اللاحقة من التحلل، تتحلل بروتينات الأنسجة الأكثر مقاومة بفعل عملية التعفن . وتشمل هذه:

الكيراتين بروتين موجود في الجلد والشعر والأظافر. وهو شديد المقاومة للإنزيمات المسؤولة عن التحلل البروتيني، ويجب أن تتحلله كائنات دقيقة متخصصة في تحليل الكيراتين. [ 7 ] وهذا هو السبب في شيوع وجود الشعر والأظافر مع بقايا الهياكل العظمية. [ 8 ]

نواتج التحلل البروتيني

بشكل عام، يؤدي التحلل البروتيني إلى تكسير البروتينات إلى: [ 3 ] [ 4 ]

يؤدي استمرار التحلل البروتيني إلى إنتاج مواد فينولية . بالإضافة إلى ذلك، سيتم إنتاج الغازات التالية أيضًا: [ 4 ]

تخضع الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت، السيستين والميثيونين ، للتحلل البكتيري لإنتاج: [ 4 ]

يُعدّ كلٌّ من البوترسين والكادافيرين من نواتج إزالة الكربوكسيل الشائعة للبروتين المرتبطة بالتحلل . وتُعتبر هذه المركبات سامة عند تركيزات عالية، ولها روائح كريهة مميزة. [ 6 ] ويُعتقد أنها من مكونات الروائح المميزة للتحلل التي تكتشفها عادةً كلاب البحث عن الجثث . [ 3 ]

يمكن الاطلاع على ملخص لمنتجات تحلل البروتين في الجدول 1 أدناه.

إطلاق النيتروجين

يُعدّ النيتروجين أحد مكونات الأحماض الأمينية، وينطلق عند نزع الأمين . وينطلق عادةً على شكل أمونيا، والتي قد تستخدمها النباتات أو الكائنات الدقيقة في البيئة المحيطة، أو تتحول إلى نترات ، أو قد تتراكم في التربة (إذا كان الجسم موجودًا فوق التربة أو داخلها). [ 4 ] وقد أشير إلى أن وجود النيتروجين في التربة قد يُحسّن نمو النباتات المجاورة. [ 6 ]

في التربة الحمضية، يتحول الأمونيا إلى أيونات الأمونيوم ، التي يمكن أن تستخدمها النباتات أو الكائنات الدقيقة. أما في التربة القلوية، فقد يتحول جزء من أيونات الأمونيوم الداخلة إلى التربة مرة أخرى إلى أمونيا. ويمكن لأي أمونيوم متبقٍ في البيئة أن يخضع لعمليتي النترجة ونزع النتروجين لإنتاج النترات والنتريت . وفي غياب البكتيريا النترجة، أو الكائنات الحية القادرة على أكسدة الأمونيا، تتراكم الأمونيا في التربة. [ 4 ]

إطلاق الفوسفور

يمكن إطلاق الفوسفور من مكونات مختلفة في الجسم، بما في ذلك البروتينات (وخاصة تلك التي تُكوّن الأحماض النووية)، والسكريات الفوسفاتية، والفوسفوليبيدات. إن مسار الفوسفور بعد إطلاقه معقد ويعتمد على درجة حموضة البيئة المحيطة. في معظم أنواع التربة، يوجد الفوسفور على شكل مركبات غير عضوية غير قابلة للذوبان، مرتبطة بالحديد والكالسيوم والمغنيسيوم والألومنيوم . كما تستطيع الكائنات الحية الدقيقة في التربة تحويل المركبات العضوية غير القابلة للذوبان إلى مركبات قابلة للذوبان. [ 4 ]

تحلل الكربوهيدرات

في المراحل الأولى من التحلل، تقوم الكائنات الدقيقة بتفكيك الكربوهيدرات. تبدأ العملية بتحلل الجليكوجين إلى جزيئات جلوكوز أحادية . [ 9 ] يمكن أن تتحلل هذه الجزيئات السكرية الأحادية كليًا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، أو جزئيًا إلى أحماض عضوية وكحولات مختلفة ، [ 3 ] أو مركبات مؤكسجة أخرى ، مثل الكيتونات والألدهيدات والإسترات والإيثرات . [ 10 ]

تبعًا لتوافر الأكسجين في البيئة، تتحلل السكريات بواسطة كائنات حية مختلفة إلى منتجات مختلفة، مع إمكانية حدوث كلا المسارين في آن واحد. في ظل الظروف الهوائية، تقوم الفطريات والبكتيريا بتحليل السكريات إلى الأحماض العضوية التالية: [ 3 ]

في ظل الظروف اللاهوائية، ستقوم البكتيريا بتحليل السكريات إلى: [ 3 ]

والتي تُعدّ مجتمعة مسؤولة عن البيئة الحمضية المرتبطة عادةً بالجثث المتحللة. [ 3 ]

تشمل منتجات التخمر البكتيري الأخرى الكحولات، مثل كحول البوتيل والإيثانول، والأسيتون، والغازات، مثل الميثان والهيدروجين. [ 3 ]

يمكن الاطلاع على ملخص لمنتجات تحلل الكربوهيدرات في الجدول 1 أدناه.

تحلل الدهون

توجد الدهون في الجسم بشكل رئيسي في النسيج الدهني ، الذي يتكون من حوالي 5-30% ماء، و2-3% بروتين، و60-85% دهون، من حيث الوزن، منها 90-99% دهون ثلاثية . [ 3 ] يتكون النسيج الدهني في معظمه من الدهون المحايدة، والتي تشمل الدهون الثلاثية ، والدهون الثنائية ، والدهون الفوسفورية ، وإسترات الكوليسترول ، وتُعد الدهون الثلاثية أكثرها شيوعًا. [ 11 ] يختلف محتوى الأحماض الدهنية في الدهون الثلاثية من شخص لآخر، ولكنها تحتوي على حمض الأوليك بنسبة أكبر، يليه حمض اللينوليك ، ثم حمض البالميتوليك ، وأخيرًا حمض البالميتيك . [ 12 ]

تحلل الدهون المحايدة

تفاعل تحلل الدهون المتعادلة

تتحلل الدهون المحايدة بواسطة الليبازات بعد الوفاة بفترة وجيزة، لتحرير الأحماض الدهنية من هيكلها الجلسريني . ينتج عن ذلك مزيج من الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة. [ 13 ] في ظل الظروف المناسبة (عند توفر كمية كافية من الماء والإنزيمات البكتيرية)، تتحلل الدهون المحايدة تمامًا حتى تتحول إلى أحماض دهنية. في ظل ظروف ملائمة، يمكن تحويل الأحماض الدهنية إلى شمع جثث . [ 12 ] في المقابل، قد تتفاعل الأحماض الدهنية مع أيونات الصوديوم والبوتاسيوم الموجودة في الأنسجة، لإنتاج أملاح الأحماض الدهنية. عندما يكون الجسم بالقرب من التربة، يمكن استبدال أيونات الصوديوم والبوتاسيوم بأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم لتكوين صابون الأحماض الدهنية المشبعة، والذي قد يساهم أيضًا في تكوين الشمع الجثث. [ 4 ]

تحلل الأحماض الدهنية

يمكن أن تخضع الأحماض الدهنية الناتجة عن التحلل المائي لأحد مسارين من التحلل، وذلك تبعاً لتوافر الأكسجين. [ 3 ] ومع ذلك، من الممكن أن يحدث كلا المسارين في الوقت نفسه في مناطق مختلفة من الجسم.

التحلل اللاهوائي

تسود البكتيريا اللاهوائية داخل الجسم بعد الموت، مما يعزز التحلل اللاهوائي للأحماض الدهنية عن طريق الهدرجة . [ 3 ] تحوّل عملية الهدرجة الروابط غير المشبعة (الروابط الثنائية والثلاثية) إلى روابط أحادية. وهذا بدوره يزيد من كمية الأحماض الدهنية المشبعة، بينما يقلل من نسبة الأحماض الدهنية غير المشبعة. لذلك، فإن هدرجة حمض الأوليك وحمض البالميتوليك، على سبيل المثال، ينتج عنها حمض الستياريك وحمض البالميتيك، على التوالي. [ 13 ]

تشو-(CH2)7⋅CH=CH-(CH2)5⋅CH3غير مشبع دهني حامض+ح2→بكتيري الإنزيماتتشو-(CH2)7⋅CH2-CH2-(CH2)5⋅CH3مشبع دهني حامض{\displaystyle {\ce {{\overset {unsaturated\ fatty\ acid}{CHOO-(CH2)7.CH=CH-(CH2)5.CH3}}+H2->[{\ce {bacterial\ disabilitys}}]{\overset {saturated\ fatty\ acid}{CHOO-(CH2)7.CH2-CH2-(CH2)5.CH3}}}}}}

التحلل الهوائي

في وجود الأكسجين، ستخضع الأحماض الدهنية للأكسدة. أكسدة الدهون هي عملية تفاعل متسلسل يهاجم فيها الأكسجين الرابطة المزدوجة في الحمض الدهني، مما يؤدي إلى تكوين روابط بيروكسيدية . في النهاية، ستنتج العملية الألدهيدات والكيتونات. [ 4 ]

  • البدء
    RH+يا2⟶R+أوه{\displaystyle {\ce {{RH}+ O2 -> {R}+ OH}}}
  • التكاثر
    R+يا2⟶رورو+RH⟶روح+R{\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {{R}+ O2 -> ROO}}\\{\ce {{ROO}+ RH -> {ROOH}+ R}}\end{array}}}
  • إنهاء الخدمة
    R+R⟶RRR+رو⟶رووررو+رو⟶روور+يا2{\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {{R}+ R -> RR}}\\{\ce {{R}+ ROO -> ROOR}}\\{\ce {{ROO}+ ROO -> {ROOR}+ O2}}\end{array}}}

يمكن الاطلاع على ملخص لمنتجات تحلل الدهون في الجدول 1 أدناه.

تحلل الأحماض النووية

ينتج عن تحلل الأحماض النووية قواعد نيتروجينية وفوسفات وسكريات. [ 10 ] وتتحلل هذه المنتجات الثلاثة بدورها عبر مسارات تحلل الجزيئات الكبيرة الأخرى. يتحول النيتروجين الموجود في القواعد النيتروجينية بنفس الطريقة التي يتحول بها في البروتينات . وبالمثل، تُطلق الفوسفات من الجسم وتخضع لنفس التغيرات التي تحدث للفوسفات المنطلقة من البروتينات والدهون الفوسفورية. وأخيرًا، تتحلل السكريات، المعروفة أيضًا بالكربوهيدرات ، بناءً على توافر الأكسجين.

تدهور العظام

العظم نسيج مركب يتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية:

خنزير هيكلي جزئياً ( sus Scrofa )
  1. جزء بروتيني يتكون أساسًا من الكولاجين (بروتين نسيجي صلب أكثر مقاومة للتحلل من بروتينات الأنسجة الأخرى)، والذي يعمل كدعامة.
  2. جزء معدني يتكون من هيدروكسيباتيت (المعدن الذي يحتوي على الكالسيوم والفوسفور في العظام)، والذي يعمل على تقوية بنية البروتين
  3. مادة أساسية مصنوعة من مركبات عضوية أخرى

يرتبط الكولاجين والهيدروكسيباتيت معًا برابطة بروتينية معدنية قوية تمنح العظام قوتها وقدرتها على البقاء لفترة طويلة بعد تحلل الأنسجة الرخوة في الجسم. [ 4 ]

تُعرف عملية تحلل العظام باسم التكوّن اللاحق للترسيب . تتضمن الخطوة الأولى في هذه العملية إزالة جزء الكولاجين العضوي بفعل إنزيمات الكولاجيناز البكتيرية . تعمل هذه الإنزيمات على تكسير البروتين إلى ببتيدات. ثم تُختزل الببتيدات إلى أحماضها الأمينية المكونة لها، والتي يمكن أن تتسرب مع المياه الجوفية. بمجرد إزالة الكولاجين من العظام، يتحلل محتوى الهيدروكسي أباتيت بفعل التجوية المعدنية غير العضوية، مما يعني فقدان أيونات مهمة ، مثل الكالسيوم ، إلى البيئة. [ 4 ] يؤدي هذا التحلل إلى إضعاف الرابطة القوية بين البروتين والمعادن التي منحت العظام قوتها، مما يؤدي إلى ضعف عام في بنيتها، والذي يستمر في الضعف حتى يحدث التحلل الكامل للعظام. [ 3 ]

العوامل المؤثرة على تدهور العظام

يُعدّ العظم مقاومًا للتحلل إلى حد كبير، ولكنه يتحلل في نهاية المطاف بفعل التكسير الفيزيائي، وفقدان الكالسيوم، والذوبان. ومع ذلك، فإن معدل تحلل العظم يعتمد بشكل كبير على بيئته المحيطة. فعند وجود التربة، يتأثر تحلله بعوامل لا حيوية (كالماء، ودرجة الحرارة، ونوع التربة، ودرجة الحموضة) وعوامل حيوية ( كالحيوانات والنباتات ) . [ 3 ]

العوامل غير الحيوية

يُسرّع الماء هذه العملية عن طريق ترشيح المعادن العضوية الأساسية من العظام. ولذلك، يلعب نوع التربة دورًا هامًا، لأنه يؤثر على محتوى الماء في البيئة. على سبيل المثال، تحتفظ بعض أنواع التربة، كالتربة الطينية ، بالماء بشكل أفضل من أنواع أخرى، كالتربة الرملية أو الطينية . علاوة على ذلك، فإن التربة الحمضية أكثر قدرة على إذابة المادة غير العضوية للهيدروكسيباتيت من التربة القاعدية ، مما يُسرّع من تفتت العظام. [ 3 ]

العوامل الحيوية

تلعب الكائنات الدقيقة ، وخاصة البكتيريا والفطريات ، دورًا في تدهور العظام. فهي قادرة على غزو أنسجة العظام والتسبب في تسرب المعادن إلى البيئة المحيطة، مما يؤدي إلى اضطرابات في بنيتها. [ 14 ] غالبًا ما تُزعج الثدييات الصغيرة والكبيرة العظام عن طريق إزالتها من مواقع الدفن أو قضمها، مما يُساهم في تدميرها. [ 15 ] أخيرًا، يمكن أن تكون جذور النباتات الموجودة فوق مواقع الدفن مدمرة للغاية للعظام. إذ يمكن للجذور الدقيقة أن تخترق الأنسجة وتُسبب تشقق العظام الطويلة، بينما يمكن للجذور الأكبر أن تُحدث فتحات في العظام قد تُشتبه في كونها كسورًا. [ 3 ]

مراجع

  1. 1 2 جاناواي آر سي، بيرسيفال إس إل، ويلسون إيه إس (2009). "تحلل البقايا البشرية". في بيرسيفال، إس إل (محرر). علم الأحياء الدقيقة والشيخوخة . سبرينغر ساينس + بيزنس. ص 13-334 . ISBN  978-1-58829-640-5.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  2. ↑ كلارك، إم إيه، ووريل، إم بي، وبليس، جيه إي (1997). "التغيرات التي تطرأ على الأنسجة الرخوة بعد الوفاة" . في: هاغلوند، دبليو دي، وسورغ، إم إتش (محرران). علم الحفريات الجنائي: مصير البقايا البشرية بعد الوفاة . مطبعة سي آر سي. الصفحات 151-164 . رقم ISBN  978-0-8493-9434-8.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 فوربس، إس إل (2008). " كيمياء التحلل في بيئة الدفن". في إم. تيبت، دي أو كارتر (محرران). تحليل التربة في علم الحفريات الجنائي . مطبعة سي آر سي. ص 203-223 . ISBN  978-1-4200-6991-4.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 دينت بي بي؛ فوربس إس إل؛ ستيوارت بي إتش (2004). "مراجعة لعمليات تحلل الجثث البشرية في التربة". الجيولوجيا البيئية . 45 (4): 576-585 . doi : 10.1007/s00254-003-0913-z . S2CID 129020735 . 
  5. ↑ فاس، أ.أ.؛ بارشيك، س.أ.؛ سيغا، ج.؛ كاتون، ج.؛ سكين، ج.ت.؛ لوف، ج.س.؛ وآخرون . (2002). "الكيمياء التحليلية لبقايا الإنسان: منهجية جديدة لتحديد الفترة الزمنية بعد الوفاة لبقايا الإنسان". مجلة العلوم الجنائية . 47 (3): 542-553 . doi : 10.1520/JFS15294J . PMID 12051334 .  
  6. 1 2 3 جيل-كينغ، هـ. (1999). "الجوانب الكيميائية والبنية الدقيقة للتحلل" . في: دبليو دي هاغلوند، إم إتش سورغ (محرران). علم الحفريات الجنائية: مصير البقايا البشرية بعد الوفاة . مطبعة سي آر سي. الصفحات 93-108 . ISBN  978-0-8493-9434-8.
  7. ↑ غوبتا ر.؛ راماني ب. (2006). "الكيراتينيزات الميكروبية وتطبيقاتها المحتملة: نظرة عامة". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية . 70 (1): 21-33 . doi : 10.1007/s00253-005-0239-8 . PMID 16391926. S2CID 30779107 .  
  8. ↑ ويلسون، أ.س. (2008). "تحلل الشعر في بيئة الجثة المدفونة". في م. تيبت، د.و. كارتر (محرران). تحليل التربة في علم الحفريات الجنائية . مطبعة سي آر سي. ص 123-151 . ISBN  978-1-4200-6991-4.
  9. ↑ كوري، جيه إي (1978). "مراجعة: المصادر المحتملة للإيثانول قبل وبعد الوفاة: علاقته بالكيمياء الحيوية وعلم الأحياء الدقيقة للتحلل". مجلة علم البكتيريا التطبيقي . 44 (1): 1-56 . doi : 10.1111/j.1365-2672.1978.tb00776.x . PMID 344299 . 
  10. 1 2 ديكيرشيتر ج.; فيرهيجن إف جيه . جوهي م. هوبريشت ف. بورغينيون إل. لوجني جي. وآخرون . (2009). “المركبات العضوية المتطايرة الجثثية الصادرة عن جثث الخنازير المتحللة (Sus Localus L.) في بيئات حيوية مختلفة”. علوم الطب الشرعي الدولية . 189 ( 1 – 3): 46 – 53. دوى : 10.1016/j.forsciint.2009.03.034 . بميد 19423246 .  
  11. ↑ رويز-غوتيريز، ف.؛ مونتيرو، إ.؛ فيلار، ج. (1992). "تحديد تركيب الأحماض الدهنية وثلاثي الغليسيرول في الأنسجة الدهنية البشرية". مجلة الكروماتوغرافيا . 581 (2): 171-178 . doi : 10.1016/0378-4347(92)80269-V . PMID 1452607 . 
  12. 1 2 فايفر إس؛ ميلن إس؛ ستيفنسون آر إم (1998). "التحلل الطبيعي للشمع الجنائزي". مجلة العلوم الجنائية . 43 (2): 368-370 . doi : 10.1520/JFS16147J . PMID 9544543 . 
  13. 1 2 نوتر إس جيه؛ ستيوارت بي إتش؛ رو آر؛ لانغلوا إن. (2009). "التغيرات الأولية في ترسبات الدهون أثناء تحلل رفات الإنسان والخنزير". مجلة العلوم الجنائية . 54 (1): 195-201 . doi : 10.1111/j.1556-4029.2008.00911.x . hdl : 10453/8767 . PMID 19018935. S2CID 25158456 .  
  14. ↑ بييبنبرينك، هـ. (1986). "مثالان على تحلل العظام الميتة بيولوجيًا وآثارهما على التفسير التافونومي". مجلة العلوم الأثرية . 13 (5): 417-430 . Bibcode : 1986JArSc..13..417P . doi : 10.1016/0305-4403(86)90012-9 .
  15. ↑ هاغلوند، دبليو دي؛ ري، دي تي؛ سويندلر، دي آر (1989). "تسلسل التهام/تفكيك الكلاب للجثث البشرية في شمال غرب المحيط الهادئ". مجلة العلوم الجنائية . 34 (3): 587-606 . doi : 10.1520/JFS12679J . PMID 2738562 .