سرشت علم(۵۹): بخش‌ های ملکولی سازنده ی زندگی

جمعه, ۴ام مرداد, ۱۳۹۸
اندازه قلم متن

دکتر ریموند رخشانی

مقاله و فایل صوتی پنجاه و نهم

با سلام، من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی‌ سیستم‌ هاست، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی‌ برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراورده‌ های نوین می‌‌ باشد.
در این سلسله از مقالات و فایل‌ های صوتی، کوشش می کنم که علم مدرن را (به زبان فارسی) از پایه به دوستانی که علاقمند هستند، در حد توان، ارائه کنم. از اساتید، پژوهشگران و اندیشمندان عزیز، خواهشمندم که لینک‌ ها را به دوستان و بویژه به جوانان دانش پژوه ما (که اغلب دسترسی نظام مند برای آشنایی با علم مدرن – به زبان فارسی – ندارند) ارسال فرمایند.

لینک همه مقالات و فایل‌های صوتی پیشین در پایان مقاله گذاشته شده است.

دوستانی هم که در شبکه‌ های اجتماعی حضور دارند، می توانند این مجموعه فایل‌ های صوتی و مقالات “سرشت علم” را از ابتدا از طریق لینک تلگرام زیر با دوستان دیگر شریک شوند. با احترام، ر. رخشانی

(“https://t.me/natureofscience”)

بخش‌ های[۱] ملکولی سازنده­ ی زندگی[۲]

هَمه ­ی اُرگانیسم‌ هایِ زنده پیچیده ­اند[۳] اما اغلبِ سیستم ‌های پیچیده از بَخش ‌های سازنده­ ی نسبتا ساده­ ای[۴] شکل گرفته ­اند[۵].

همه­ ی اشکالِ شناخته­ شده ­ی زندگی‌ بَراساسِ واکُنش‌ های شیمیایی یکسانی هستند[۶] که بخش‌ هایِ ملکولیِ سازنده­ ی[۷] یکسانی را تولید می‌‌ کنند[۸].

چربی‌، کربوهیدرات[۹]، پروتئین و انواعِ ویتامین‌ ها و املاحِ معدنی موادِ خامی هستند که بدنِ ما از آنها ساخته شده است[۱۰]. مقوله ­ی کالری اشاره به محتوایِ انرژی در موادی دارد که تغذیه می ­شوند.[۱۱]

ارگانیسم ‌هایِ زنده در خود تعدادِ بی ­شمار و شگفت­ انگیزی از مواد دارند[۱۲]: چوب، عضله، هسته، پوست، خون، برگ و بسیاری دیگر[۱۳].

تا اوایلِ قرن ۱۹ میلادی اِنگاشت و باورِ عام بر آن بود که ملکول‌ هایِ زندگی قوانینِ خود را دارند و با نیروی زندگی‌ اداره می ‌‌شوند که هنوز نیز، علیرغم پیشرفت‌های علمی‌، برخی‌ به آن[۱۴] اعتقاد دارند[۱۵] . در سال ۱۸۲۸ شیمیدانِ آلمانی‌ فریدریش وهلر[۱۶] (۱۸۰۰-۱۸۸۲) با بکارگیریِ روش‌ هایِ علمی‌ و ابزار‌هایِ فنی‌ ثابت کرد[۱۷] که ملکول‌ هایِ ارگانیک در اصلِ خود از موادِ شیمیاییِ‌ دیگر متفاوت[۱۸] نیستند.[۱۹]

پژوهش‌ های بیوشیمیایی بالاخره به این نتیجه رسیده ­است[۲۰] که همه­ یِ مواد شیمیایی‌ گوناگونِ زندگی از بخش‌ های ملکولی سازنده ­ای تشکیل شده­ اند که چهار شاخصه دارند[۲۱]:

  1. همه­ ی ملکول‌ هایِ زندگی[۲۲]‌ کربن ­پایه­ اند [۲۳].
  2. آن ملکول‌ ها از چند عنصر بیشتر تشکیل نشده ­اند[۲۴]: هیدروژن، اکسیژن و  ترکیباتِ کربنی بیش از ۹۸% اتم‌ هایِ زندگی‌ را ساخته ­اند و نیتروژن و فسفر هم دو عنصرِ مهمِ دیگر هستند[۲۵].
  3. ساخت‌ هایِ شیمیایی‌ زندگی[۲۶]‌ واحدی و برهم­ سازنده ­اند[۲۷]. زندگی‌، در بیشترِ موارد، موادِ شیمیایی‌ خود را از همین واحد‌هایِ نسبتا ساده­ ی برهم­ سازنده تشکیل می ‌‌دهد[۲۸].
  4. عملکردِ بخش‌ های ملکولی سازنده­ ی زندگی‌  بستگی به شکلِ سه ­بعدیِ فیزیکی‌ آنها دارد[۲۹]. شکلِ هندسیِ ملکول­ ها شیوه ­ی برهم­ کنش آنها با ملکول‌ هایِ مجاور را تعیین[۳۰] می ‌‌کند[۳۱].

کربوهیدرات‌ ها که متشکل از هیدروژن، کربن و اکسیژن ­اند وافر‌ترین بیوملکولِ[۳۲] کره ­ی زمین هستند[۳۳]. گیاهان[۳۴] این ملکول‌ ها را از طریقِ آب و دی اکسید کربن هم ­نِهِشته[۳۵] می ‌‌کنند و سپس آنها چندین نقش در موجودات زنده دارند[۳۶].

  • معمولی ‌‌ترینِ کربوهیدرات ­ها شکر است که اغلب ساختاری حلقه ­ای متشکل از ۵، ۶، یا ۷ اتم کربن دارد[۳۷]. وافر‌ترینِ نوع شکرها‌ گلوکز است که ۶ کربنی است[۳۸].
  • همانطور که قبلا اشاره شد گلوکز نقشی‌ مرکزی در خوردوخوراک یا سوخت و ساز  سلول‌ ها[۳۹] دارد[۴۰].
  • گیاهان هم از طریقِ فرآیندِ فتوسنتزی گلوکز را هم­ نهشته می‌‌ کنند یعنی‌ با استفاده از انرژیِ خورشید آب و دی اکسید کربن را تبدیل می ‌‌کنند[۴۱].
  • جانوران و گیاهان[۴۲] انرژیِ گلوکز را برای ساختن تری ­فسفاتِ ادنوسین ATP استفاده می‌‌ کنند[۴۳] یعنی‌ در فرآیندِ تنفس[۴۴]، ملکولِ شکر را با استفاده از انرژیِ گلوکز اکسیده می ­کنند و دی­ اکسید کربن و آب را آزاد می ‌‌کنند[۴۵].

تک ­ملکولِ شکر مونوساکارید خوانده می‌‌ شود. دو ملکول شکر که بهم پیوند می‌‌ خورند دی­ ساکارید و چند ملکولی‌ های شکر ( که می ‌‌توانند زنجیره‌ های پولیمری چندصدهزار ملکولی شکر هم باشند) پُلی ­ساکارید نامیده می ‌‌شوند[۴۶].

  • نشاسته و سلولز[۴۷] از معمولی‌‌ ترین‌ پُلی­ ساکاریدها هستند که از گلوکز و با هم­ نهشته­ سازیِ گیاهی بوجود می ‌‌آیند. هر دو پولیمر در گیاهان نقش ساختاری اما پیوندِ شکر_به_شکری متفاوت دارند.[۴۸]
  • نشاسته شبکه ­ی گسترده ­ای از زنجیره‌ ها و شاخه ‌های گلوکزی با پیوندهای C-O-C دارند. پیوندهای C-O-C اغلب منعطف هستند و نتیجتاً نشاسته در موادِ معدنی ساختاریِ گیاهان مستحکم نیست[۴۹].
  • آنزیم‌ هایِ هاضمه[۵۰] در جانوران نشاسته را به گلوبول‌ های منفردِ گلوکز تبدیل می ‌‌کند[۵۱].
  • تنه، ساقه و شاخه‌ هایِ مستحکمِ گیاهان از سلولُز (که پُلی ­ساکارید گلوکز می‌‌ باشد و پیوند‌هایِ مستحکمِ ملکولیِ سه­ بعدیِ گلوکز دارد[۵۲]) درست شده ­اند[۵۳].
  • هضمِ سلولُز برای جانوران بسادگی ممکن نیست اما موریانه و بعضی‌ دیگر حشرات از طریقِ تولیدِ آنزیم‌ هایی‌ ویژه قادر به شکستن آن پیوندهای مستحکم و هضمِ سلولز هستند[۵۴].

لیپید‌ها[۵۵] یا ترکیباتِ آلی‌ چربی‌ که بخش عمده ­ای از ساختِ یاخته­ ها را تشکیل می ‌‌دهند شاملِ چربی‌، روغن، واکس و غیره هستند که در آب حل نمی‌‌ شوند[۵۶] – و در بافت‌ هایِ پوسته­ ی سلول­ ها مورد استفاده ­اند. لیپید‌ها در سلول ‌هایِ انبار انرژی و در هورمون‌ های تنظیم­ کننده­ یِ عملکردِ اندام­ ها و در بسیاری کارکرد‌هایِ تخصصیِ بدن بکارگرفته می ‌‌شوند[۵۷].

  • لیپید‌ها بخش‌ هایِ سازنده­ یِ چربی ­اند که انرژی را ذخیره کرده و کارکردِ پوششی نیز دارند[۵۸].
  • لیپید‌ها متشکل از کربن و هیدرژن و مقدارِ کمی‌ اکسیژن هستند[۵۹] و ساده‌ ترین آنها چرب ­اسید‌ها[۶۰] خوانده می ‌‌شوند که ستون فقراتی هیدروکربنی شامل ۴ تا ۳۶ اتمِ کربن دارند[۶۱].
  • در یک طرفِ ملکولِ چرب ­اسیدها یک اتمِ کربن با سه هیدروژن CH۳ وجود دارد[۶۲]. این پایانه آب را دفع می ‌‌کند[۶۳]. در پایانه­ ی دیگر ساختِ ملکولیِ چرب ­اسیدها گروه COOH را داریم که ملکولِ آب را جذب می ‌‌کند[۶۴].
  • چرب­ اسید‌هایی‌ با پیوندِ کربنی نوعِ C-C  اشبأع­ شده [۶۵]خوانده می­ شوند[۶۶] و بقیه که پیوند دوتایی ‌یا دوبلِ نوعِ C=C دارند چرب ­اسید‌های اشبأع­ نشده نامیده می ‌‌شوند[۶۷].

لیپید‌های فسفری[۶۸] طبقه ­ی ضروری ­ای از لیپید‌ها هستند[۶۹] که سازنده­ ی پوسته­ ی سلول ‌ها[۷۰] می ‌‌باشند[۷۱].

  • ساخت لیپیدهای فسفری[۷۲] شبیه سنجاق­ سر است و انتهای بازِ آن همان پیوند یک اتمِ کربن با سه هیدروژن CH3 دفع­کننده ­ی  آب دارد. انتهای بسته­ ی آن پیوندِ اتمیِ‌ فسفر و اکسیژن داشته و جذب­ کننده­ ی آب است[۷۳].
  • هنگامیکه ملکول‌ هایِ لیپیدفسفری[۷۴] در آب قرار می‌‌ گیرند[۷۵]، بخشِ دافعه بسوی بالا و بخشِ جاذبه رو به پایین[۷۶] سویه می‌‌ گیرند.[۷۷]

——————————–

[۱]

چاپ و انتشار این مقالات و فایل‌ های صوتی بدون ذکر نام نویسنده (ر. رخشانی)  و مرجع، و هرگونه استفاده برای مقاصد خصوصی و اهداف انتفاعی بدون گرفتن مجوز از نویسنده اکیدا غیر قانونی است. 

[۲]

Life’s molecular building blocks

[۳]

Cull, Jane. Living Systems: An Introductory Guide to the Theories of Humberto Maturana and Francisco Varela. Createspace Independent Publishing Company, 2013.

[۴]

Davies, Nicola. Many: The Diversity of Life on Earth. Candlewick, 2017.

[۵]

Rakhshani, Raymond. Origins of Modernity. Even Development in the Evolution of Science and Technology. South Carolina: CreateSpace, A Division of Amazon Publishing, 2011.

[۶]

Starr, Cecie, and Taggart, Ralph, and Evert, Christine. Biology: The Unity and Diversity of Life. Cengage Learning, 2015.

[۷]

molecular building blocks

[۸]

Capra, Fritjof, and Luisi, Pier Luigi. The Systems View of Life: A Unifying Vision. Cambridge University Press, 2016.

[۹]

carbohydrates

[۱۰]

Toole, Glenn, and Toole, Susan. Biology in Context for Cambridge International A Level. Oxford University Press, 2017.

[۱۱]

Black, Marco, and Fotherington, Susan, and Osman, Sibel. Health & Nutrition. International Government Data on Calories, Carbohydrates, Sugar and Fat Counting. Createspace Independent Publishing Platform, 2016.

[۱۲]

Lehninger, A.L. and Nelson, D.L. and Cox, M.M. Principles of Biochemistry, 2nd Edition. New York: Worth, 1993.

[۱۳]

Jacques, Elliott. The Life and Behavior of Living Organisms: A General Theory. Praeger, 2001.

[۱۴]

تغییر نیروی باور و عادت و اعتقاد در موجودی که هزاره‌ ها برداشت‌ های دینی و مذهبی‌ داشته بسیار مشکل است. به گفته قدما “ترک عادت موجب مرض است.”  در بیشتر موارد، این انسان‌ ها به نوعی‌ از عرفان خود انگارانه و معنویات گزینشی و تصوف کهن (برداشتن تحت اللفظی متن و نه در بستر تاریخی آن)  روی می ‌‌آورند و برای دریافت‌ های امروزی علم مدرن (که با آن آشنا شده ا‌ند) و خود هیچ نقشی‌ در آن نداشته ا‌ند، در متون معنوی و خرد کهن به دنبال ریشه یابی‌ علمی می‌‌ گردند! تعجب آور اینکه این انسان‌ های (اغلب مذهبی‌ سابق و سرخورده از دین کنونی، و حتی در مورد ما مسلمان ها، نمازخوان پیشین ) تحصیل کرده هم هستند!  “ترک عادت موجب مرض است.”

Dawkins, Richard. Science in the Soul. Selected Writings of a Passionate Rationalist. Transworld Publishers, Penguin, 2018.

[۱۵]

Swanson, Claude. Life Force: Breakthrough Physics of Energy Medicine, Healing, Chi, Quantum Consciousness. Poseidia Press, 2011.

[۱۶]

Friedrich Wohler

[۱۷]

Woehler, Friedrich, und Liebig, Justus. Aus Justus Liebig und Friedrich Woehler’s Briefwechsel in den Jahren 1829-1873, Vol. 1. Ulan Press, 2012.

[۱۸]

Woehler, Friedrich, und Liebig, Justus. Aus Justus Liebig und Friedrich Woehler’s Briefwechsel in den Jahren 1829-1873, Vol. 2. Forgotten Books, 2018.

[۱۹]

Lehninger, A.L. and Nelson, D.L. and Cox, M.M. Principles of Biochemistry, 2nd Edition. New York: Worth, 1993.

[۲۰]

Alon, Uri. An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits. Chapman and Hall, 2019.

[۲۱]

Cull, Jane, and Maturana, Humberto, and Davila, Ximena. The Circularity of Life: An Essential Shift for Sustainability. CreateSpace Independent Publishing Company, 2013.

[۲۲]

Lane, Nick. The Vital Question: Energy, Evolution, and the Origins of Complex Life. W. W. Norton & Company, 2015.

[۲۳]

carbon-based

[۲۴]

Gray, Theodore, and Mann, Nick. Molecules: The Elements and the Architecture of Everything. Black Dog & Leventhal, 2018.

[۲۵]

Yurifuji, Bumpei. Wonderful Life with the Elements: The Periodic Table Personified. No Starch Press, 2012.

[۲۶]

Snedden, Robert. The Diversity of Life: From Single Cells to Multicellular Organisms. Heinemann, 2007.

[۲۷]

modular

[۲۸]

Smith, Eric, and Morowitz, Harold, J. The Origin and Nature of Life on Earth: The Emergence of the Fourth Geosphere. Cambridge University Press, 2016.

[۲۹]

Deamer, David, W. Assembling Life: How Can Life Begin on Earth and Other Habitable Planets? Oxford University Press, 2019.

[۳۰]

Yang, Ning, and Goping, Ing Swie. Apoptosis (Colloquium Building Blocks of the Cell: Cell Structure and Function.) Morgan & Claypool, 2013.

[۳۱]

Walker, Sara Imari, and Davies, Paul, C. W. and Ellis, George, F. R. From Matter to Life: Information and Causality. Cambridge University Press, 2017.

[۳۲]

biomolecule

[۳۳]

Zuckerman, Daniel, M. Statistical Physics of Biomolecules: An Introduction. CRC Press, 2010.

[۳۴]

Terrazas, April Chloe. Botany: Plants, Cells and Photosynthesis. Super Smart Science, 2014.

[۳۵]

synthesize

[۳۶]

Abbott, Derek, and Davies, Paul, C. W. and Pati, Arun Kumar. Quantum Aspects of Life. I C P, 2008.

[۳۷]

Levy, Daniel, E. and Fuegedi, Peter. The Organic Chemistry of Sugars. CRC Press, 2005.

[۳۸]

Chang, Raymond, and Goldsby, Kenneth. General Chemistry: The Essential Concepts. McGraw Hill Education, 2013.

[۳۹]

Guisan, Jose, M. Immobilization of Enzymes and Cells. Humana, 2013.

[۴۰]

Dwyer, Donard. Glucose Metabolism in the Brain. Academic Press, 2012.

[۴۱]

Doelle, H. W. Bacterial Metabolism. Academic Press, 2014.

[۴۲]

Brun, G., McKane, L. and Karp, G. Biology: Exploring Life, 2nd Edition. New York: Wiley, 1993.

[۴۳]

Masino, Susan, and Boison, Detlev. Adenosine: A Key Link between Metabolism and Brain Activity. Springer, 2012.

[۴۴]

Jacobs, Jamie. Metabolism Basics: A Walkthrough Guide to Fermentation and Cellular Respiration. Amazon Digital Services LLC, 2012.

[۴۵]

Michelson, Alan, D. and Cattaneo, Marco, and Frelinger, Andrew, and Newman, Peter. Platelets. Academic Press, 2019.

[۴۶]

Monosaccharide, disaccharide, and polysaccharide

[۴۷]

Starch and cellulose

[۴۸]

Brown, J. M. M. and Jaros, G. G. Elementary Medical Biochemistry. Butterworth – Heinemann, 2013.

[۴۹]

Batmanian, Laura, and Worrall, Simon, and Ridge, Justin. Biochemistry for Health Professionals. Mosby Australia, 2011.

[۵۰]

digestive enzymes

[۵۱]

Loomis, Howard, F. Jr. Enzymes: The Key to Health. The Fundamentals. Enzyme Formulations, 2005.

[۵۲]

Maloof, Torrey. Photosynthesis. Teacher Created Materials, 2015.

[۵۳]

Wertz, Jean-Luc, and Mercier, Jean, P. and Bedue, Olivier. Cellulose Science and Technology. Fundamental Sciences: Chemistry. EPFL Press, 2010.

[۵۴]

Griffiths, Ray, and Nicolle, Lorraine. Mitochondria in Health and Disease: Personalized Nutrition for Healthcare Practitioners. Singing Dragon, 2018.

[۵۵]

lipids

[۵۶]

Gurr, Michael, L. and Harwood, John, L. and Frayn, Keith, N. and Murphy, Dennis, J. and Michell, Robert, H. Lipids: Biochemistry, Biotechnology, and Health. Wiley- Blackwell, 2016.

[۵۷]

Brown, J. M. M. and Jaros, G. G. Elementary Medical Biochemistry. Butterworth – Heinemann, 2013.

[۵۸]

Ridgeway, Neal, and McLeod, Roger. Biochemistry of Lipid, Lipoproteins and Membranes. Elsevier Science, 2015.

[۵۹]

Chang, Raymond, and Goldsby, Kenneth. General Chemistry: The Essential Concepts. McGraw Hill Education, 2013.

[۶۰]

fatty acids

[۶۱]

Eljamy, Ashour Saleh. Lipid Biochemistry: For Medical Sciences. iUniverse, 2015.

[۶۲]

Christie, W. W. and Han, X. Lipid Analysis: Isolation, Separation, Identification and Lipidomic Analysis. Oily Press, 2016.

[۶۳]

hydrophobic

[۶۴]

hydrophilic

[۶۵]

Inoue, Tomoyuki. Microbial Aldolases as C-C Bonding Enzymes: Investigation of Structural- Functional Characteristics and Application for Stereoselective Reactions. VDM Verlag, 2009.

[۶۶]

Catala, Angel. Fatty Acids. InTechOpen, 2017.

[۶۷]

Saturated and unsaturated

[۶۸]

phospholipids

[۶۹]

Han, Xianlin. Lipidomics: Comprehensive Mass Spectrometry of Lipids. Wiley, 2016.

[۷۰]

cell membranes

[۷۱]

Quinn, Peter, J. and Kagan, Valerian, E. Phospholipid Metabolism in Apoptosis (Subcellular Biochemistry.) Springer, 2013.

[۷۲]

Hanahan, Donald, J. A Guide to Phospholipid Chemistry. Oxford University Press, 1993.

[۷۳]

Hernandez, Jason. Lecithins and Phospholipids: Biochemistry, Properties, and Clinical Significance. Nova Science Publishing Inc., 2015.

[۷۴]

Parker, Philip, M. The 2020-2025 World Outlook for Lecithins and Phospholipids. ICON Group International, Inc. 2019.

[۷۵]

Costard, Rene. Ultrafast Dynamics of Phospholipid-Water Interfaces: Studied by Non-Linear Time-Resolved Vibrational Spectroscopy. Springer Theses, 2015.

[۷۶]

Cevc, George. Phospholipid Handbook. CRC Press, 2010.

[۷۷]

Chun, Jerold, and Hla, Timothy, and Spiegel, Sarah, and Moolenaar, Wouter. Lysophospholipid Receptors: Signaling and Biochemistry. Wiley, 2013.

—————————————

ر. رخشانی

«آه، ای یاد کهنه ­سال[۱]»

آه، ای یادِ کهنه ­سال

در شبِ تشویش

یا روزِ انتظار،

چگونه این آشفتگان هنوز

خوابِ منجی و

سرابِ معجزه می ­بینند؟

ای یادِ کهنه­ سال

آیا راهِ دیگری باقی­ ست

تا در بیداریِ کوه یا صبوریِ دریا

با هزار آینه پندار و هزار کرانه مِهر،

مگر از خوابِ این انتظار برخیزند

که گویا

یکی بیاید و بر ایشان

هزار خیالِ تازه ببافد؟

آه، ای یادِ کهنه­ سال

آیا هنوز راهی هست

تا معنایِ لحظه­ یِ موعود را

نه در سفینه ­ای در تخیلِ مردگان

نه در خیالِ باطلِ ترانه ­ای محزون

که در حسِ گنگِ پنهان ­ترینِ رازها دریابند؟

مگر که روشناییِ پیامِ مهرت را

نه در چنبره­ یِ چراغی خاموش

نه از روزنه­ یِ تنگِ پیله­ ای تیره

که در سیرِ سلوکِ ستاره بنگرند.

————————

[۱]

Rakhshani, R. Selected Poems. Craetespace, An Amazon.com Company, 2014.

————————————

بخش ۵۸ این نوشته


به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید

هنوز نظری اضافه نشده است. شما اولین نظر را بدهید.