مواد شیمیایی جامد

مواد شیمیایی جامد : اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) ، جزئیات سنتز پروتئین از ژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدی و مکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتئینی ، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسم وابسته بهم و مکانیسمهای تبدیل انرژی و گسترش تکنولوژی Recombinant DNAاز دستاوردهای برجسته بیوشیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولی باعث تنوع موجودات زنده شده است.
تمامی ارگانیسمها از باکتریها مانند اشرشیاکلی تا انسان ، از واحدهای ساختمانی یکسانی که به صورت ماکرومولکولها تجمع می‌یابند، تشکیل یافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبونوکلئیک اسید (RNA) و پروتئین در تمامی ارگانیسمها به صورت یکسان صورت می‌گیرد.آدنوزین تری فسفات (ATP) ، فرم عمومی انرژی در سیستمهای بیولوژیکی ، از راههای مشابهی در تمامی جانداران تولید می‌شود.

زیست شیمی:

مطالعه ی فرایندهای شیمیایی در سازواره های زیستی است. زیست‌شیمی با ساختار و عمل‌کرد اجزاء سلولی مثل پروتئینها، کربوهیدراتها، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک، و انواع دیگر زیست مولکولها سروکار دارد.

هدف زیست‌شناسی شیمیایی پاسخ دادن به سؤال‌هایی است که از زیست‌شیمی ناشی می‌شوند. دانش زیست شیمی که در آن از روش‌های شیمیدانان برای درک و شناخت فرایندهای فناوری زیستی که درون موجودات زنده روی می‌دهد استفاده می‌شود، دارای اهمیت روزافزونی است؛

تمام گیاهان وجانوران از ترکیب‌های شیمیایی ساخته شده‌اند و وظیفه زیست شیمیدان‌ها آن است که ساختمان این مواد و نقش آنها را در حیات موجودات زنده بررسی وشناسایی کنند. کربوهیدرات‌ها، لیپیدها واسیدهای نوکلئیک مانند DNA فقط تعدادی از مولکول‌های شیمیایی هستند که موضوع مطالعه زیست شیمیدان‌ها به‌شمار می‌آیند. در یکی از شاخه‌های این علم از این مطالعات برای تولید واکسن‌های مقابله کننده با بیماری‌های ویروسی نظیر اوریون استفاده می‌شود. زیست شیمیدان‌ها در زمینه درمان بیماریهایی چون ایدز و سرطان نیز کار می‌کند.

تاریخچه:

در روزگار قدیم باور بر این بود که حیات و عناصر مرتبط با آن دارای مواد یا عناصر ضروری هستند که متمایز از عناصر مواد بی جان می‌باشند وتصور می‌شد که تنها موجودات زنده توانایی ساختن مولکولهای حیات را دارند؛ ولی در سال ۱۸۳۳ فردریک وولر مقاله ایی با موضوع سنتز اوره منتشر کرد و ثابت کرد مواد آلی نیز می‌توانند به صورت مصنوعی سنتز شوند.

شروع علم بیوشیمی ممکن است در زمان کشف اولین آنزیم یعنی آمیلاز توسط anselme Payen در سال ۱۸۳۳ باشد. گرچه به نظر می‌رسد اولین بار در همین سال از واژه بیوشیمی استفاده شده‌است ولی عموماً معتقدند که کشف این دانش به طور رسمی در سال ۱۹۰۳ توسط carl neuberg شیمیدان آلمانی انجام شده‌است.

از آن زمان تا بحال با کمک تکنیکهای مختلف پیشرفت زیادی در بیوشیمی رخ داده‌است که منجر به کشف و آنالیز مولکولهای حیاتی مختلف شده‌است. یک اتفاق مهم دیگر در تاریخچه بیوشیمی کشف ژن و نقش آن در سلول است. این بخش از بیوشیمی زیست‌شناسی مولکولی نامیده می‌شود.

تاثیر بیوشیمی در کلینیک

مکانیسمهای مولکولی بسیاری از بیماریها ، از قبیل بیماری کم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم ، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیت آنزیمها در تشخیص کلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال ، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است که آیا بیمار اخیرا سکته قلبی کرده است یا نه؟

بررسی DNA در تشخیص ناهنجاریهای ژنتیکی ، بیماریهای عفونی و سرطانها نقش مهمی ایفا می کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسط مهندسی ژنتیک ایجاد شده است، امکان تولید پروتئینهایی مانند انسولین و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بیوشیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. در کشاورزی نیز از تکنولوژی DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفاده می‌شود.

زمان لازم برای انجام واکنشهای بیوشیمیایی

راکسیونهای شیمیایی در سیستمهای بیولوژیکی به وسیله آنزیمها کاتالیز می‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه ( ) به محصول تبدیل می‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند میکروثانیه ( ). بسیاری از تغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال ، باز شدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یک میکروثانیه طول می‌کشد.

جابجایی یک واحد Domain از پروتئین با حفظ واحد دیگر ، تنها در چند نانوثانیه ( ) اتفاق می‌افتد. بسیاری از پیوندهای غیر کووالان مابین گروههای مختلف ماکرومولکولی در عرض چند نانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیری نیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن ، تغییر در ساختمان ترکیبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسین می‌باشد .

انرژی

ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژی برای حیات ، خورشید است. برای مثال ، انرژی فوتون سبز ، حدود 57 کیلوکالری بر مول Kcal/mol بوده و ATP ، فرمول عمومی انرژی ، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه 12 کیلوکالری بر مول می‌باشد.

برعکس ، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول ، خیلی کم و در حدود 0،6 کیلوکالری بر مول در 25 درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدار انرژی ، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیه پیوندهای کووالانسی مورد نیاز است، بدین خاطر، شبکه کووالانسی بیومولکولها در غیاب آنزیمها و انرژی پایدار می‌باشد. از طرف دیگر ، پیوندهای غیر کووالانسی در سیستمهای بیولوژیکی بطور تیپیک دارای چند کیلوکالری انرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافی است. یک واحد جایگزین در انرژی ، ژول می‌باشد که برابر 0،239 کالری است.