شيمي زيستي

[Marichka]

سلام به همه
در اين تاپيك سعي مي كنم مطالبي در مورد بيوشيمي قرار بدم و البته مطالبي كه كاربردي تره و جنبه ي اطلاعات علمي هم داره. اما اگه مطالب تخصصي تري در اين زمينه هم مورد نياز بود تا جايي كه بتونم مي ذارم اينجا. اگه دوستان ديگه هم مطلبي داشته باشن و قرار بدن كه چه بهتر
مسايل و راه حل ها و غيره هم شامل اين موارد ميشه البته بازم تا جايي كه بتونم
در نهايت اميدوارم مفيد باشه و استفاده ي لازم رو از مطالب ببريد.
براي شروع هم يه مطلب در مورد مواد حالت دهنده ي مو آماده كردم كه بازنويسي هست از چندتا منبع و اميدوارم براتون جالب باشه.
هميشه موفق و پيروز باشيد
======================
======================
نحوه ي عمل شامپوها و مواد حالت دهنده ي مو

ممكن است براي بسياري از ما جالب باشد بدانيم چگونه موهاي لخت و بي حالت با استفاده از مواد حالت دهنده ي مو به فرم مورد نظر ما در مي آيند و به اصطلاح حالت مي گيرند.
براي درك مطلب ابتدا بايد ساختمان يك تار مو را بررسي نماييم. همان طور كه مي دانيد ماهيت تار مو پروتئيني است و از مولكولهاي به هم فشرده ي پروتئيني موسوم به كراتين (كه در پر پرندگان نيز يافت مي شود) تشكيل شده است. و واحدهاي سازنده پروتئين ها هم همان اسيدهاي آمينه هستند كه مانند بلوكهاي رنگين در كنار هم قرار مي گيرند تا يك رشته ي پروتئيني را به وجود آورند. در ابتداي اتصال اين بلوك ها به يكديگر ساختار خطي ايجاد مي شود اما براي استحكام بيشتر لازم است رشته ي ايجاد شده ساختار دومي نيز به خود بگيرد تا آن چه را ما به عنوان تار مو مي بينيم در نهايت تشكيل شود. ساختار دوم پروتئين سازنده ي مو همان ساختار معروف مارپيچ آلفا (Alpha-Helix) براي پروتئين هاست كه به طور بسيار ساده به اين صورت مي باشد: در هر دور از اين مارپيچ 4 اسيدآمينه قرار دارد و اگر از ابتداي زنجيره در نظر بگيريم اولين اسيد آمينه با اسيدآمينه ي چهارم بعد از خود يك پيوند هيدروژني تشكيل مي دهد. پيوندهاي هيدروژني يكي از پيوندهاي پايدار كننده ي ماكرومولكولهاي زيستي هستند كه بين يك اتم هيدروژن و يك اتم الكترون دوست مثل اكسيژن،‌ نيتروژن،‌ فلوئور و يد ايجاد مي شوند. با تشكيل پيوند هيدروژني به صورت 4 اسيدآمينه در ميان بين اسيدآمينه هاي رشته پروتئيني ظاهر زنجيره به صورت يك فنر (يا سيم تلفن) در مي آيد و براي تشكيل يك تا مو تعداد بسيار زيادي از اين فنرها (مارپيچ هاي آلفا) در كنار هم قرار گرفته و با پيوندهاي نمكي عرضي به هم متصل مي شوند تا يك رشته ي نسبتا قطور و قابل ديدن تار مو به وجود آيد.
با دانستن ساختار مو نقش مواد حالت دهنده ي مو به اين صورت مشخص مي شود كه اگر دقت كرده باشيد پس از شست و شوي موها به خصوص با آب گرم در هنگام شانه زدن موها حالت ارتجاعي دارند و به اصطلاح به راحتي با شانه كش مي آيند. سبب اين امر اين است كه همان پيوندهاي هيدروژني پايدار كننده ي مو در اثر تماس با آب گرم به طور موقت از هم باز مي شوند و از فرم اصلي خارج مي شوند و و ظاهر مارپيچ آلفا به هم مي ريزد. و با خشك شدن موها اين پيوندها دوباره از مكانهاي قبل برقرار شده و مو حالت اصلي خود را باز مي يابد. علت تفاوتهاي موجود در حالتهاي موي افراد نيز تفاوتهاي ژنتيكي در اسيدآمينه هاي سازنده ي پروتئين موي آنهاست و چون هر گروه از اسيدهاي آمينه پيوندهاي ثانويه ي متفاوتي مي دهند پس حالتهاي مختلفي براي مو مي توان در نظر گرفت.
چگونگي تاثير مواد حالت دهنده ي مو از طريق اثر گذاشتن بر همان پيوندهاي هيدروژني مارپيچ آلفا مي باشد. اين مواد به طور هدف دار بعضي پيوندها را باز كرده و بر استحكام برخي ديگر مي افزايند و نتيجه اين مي شود كه به طور مثال موي صاف و بدون حالت داراي تاب خوردگي به سمتي خاص مي شود. اين مواد عمدتا شيميايي قادرند جهتگيري مولكولها و پيوندهاي بين مولكولي را به طوري تنظيم كنند كه با شانه كردن مو به سمت دلخواه همان پيوندها در همان جهت تشكيل شود و پس از خشك شدن مو به حالتي كه شانه زده شده است در آيد.
ولي همان طور كه انتظار مي رود استفاده مكرر از اين مواد نيز نمي تواند مطلوب باشد زيرا به مرور سبب شكنندگي تارهاي مو و از هم گسيختگي رشته هاي تشكيل دهنده ي تارمو و ايجاد موخوره مي شود.
علاوه بر اين بايد در نظر داشت كه چرا گفته مي شود بهتر است در حمام موها را شانه نكنيم. زيرا محيط حمام بسيار مرطوب و داراي دماي بالاست يعني شرايطي كه در آن اكثر پيوندهاي هيدروژني بين مارپيچهاي آلفاي مو از حالت خود خارج شده و از هم گسسته اند. پس شانه زدن مو در اين زمان به خصوص در مورد موهاي بلند شراطي را فراهم مي كند تا رشته ها از هم گسيختگي دايمي پيدا كرده و ظاهري شكننده پيدا كنند كه در نهايت منجر به موخوره مي شود.



مارپيچ هاي آلفا و صفحات بتا:



ساختار يك تار مو:



ساختار ميكروسكوپ الكتروني تار مو (پروتئين ساختاري):

[Marichka]

حتما شنيده ايد كه گفته مي شود سبزيجات داراي رنگ سبز پررنگ خون ساز هستند و بهتر است براي جبران كمبود آهن بدن از آنها استفاده شود. ولي چه عاملي سبب مي شود اين گروه از سبزيها اين گونه عمل كنند؟ همان طور كه مي دانيد علت سبزي برگ گياهان وجود ماده ي سبزينه (كلروفيل)‌ در آنهاست كه در حقيقت ماده اصلي فتوسنتز و تبديل مواد معدني خاك به مواد آلي براي استفاده ي ساير موجودات است. كلروفيل از لحاظ بيوشيميايي از چهار مولكول پروتئيني تشكيل يافته كه به وسيله ي يك گروه پروستتيك (غير پروتئيني)‌ كه همان اتم منيزيم است به هم اتصال يافته اند.
شايد جالب باشد بدانيد كه مسير سنتز كلروفيل در گياهان تا قبل از مرحله ي اضافه شدن گروه پروستتيك منيزيم كاملا شبيه مسير سنتز هموگلوبين در جانوران است. و باز همان طور كه مي دانيد هموگلوبين همان پروتئين رنگي حمل كننده ي اكسيژن در خون است كه سبب قرمزي گلبول هاي قرمز خون مي شود. ساختار بيوشيميايي مولكول هموگلوبين مشابه به رنگدانه ي كلروفيل در گياهان است با اين تفاوت كه به جاي گروه غير پروتئيني منيزيم، در ساختار هموگلوبين گروه فلزي و غير پروتئيني آهن به كار رفته است.
مسير سنتز كلروفيل در گياهان عالي تا قبل از اضافه شدن منيزيم مشابه با مسير سنتز هموگلوبين در جانوران است بنابراين مي توان انتخاب كرد كه با در دسترس قرارگرفتن آهن يا منيزيم به طور مصنوعي فرآورده نهايي كلروفيل باشد يا هموگلوبين. از اين رو اگر از سبزيجات داراي كلروفيل زياد استفاده شود اين رنگدانه در سيستم گوارش انسان به واحدهاي سازنده خود يعني بخش پروتئيني و بهش پروستتيك منيزيمي تجزيه مي شود كه در صورت تشخيص بدن درمورد وجود نياز به هموگلوبين از آهن موجود در سبزي هاي برگ سبز و پررنگ استفاده كرده و طي مدت زمان كوتاه تري هموگلوبين هاي بيشتري ساخته در اختيار سلولهاي مغز استخوان قرار مي دهد تا گلبولهاي قرمز بيشتر با محتواي هموگلوبين (آهن) بيشتري بسازند. به سخن ديگر مصرف اين گونه سبزيجات مسير توليد هموگلوبين را در بدن بسيار كوتاه مي كند و به جاي آن كه بدن مجبور باشد از ابتدا و به صورت مرحله به مرحله پروتئين هموگلوبين را بسازد از بخش هاي اماده ي پروتئيني مولكول كلروفيل استفاده مي كند و با افزودن آهن به پيش ساخت آماده سريع تر هموگلوبين مي سازد و نياز به يادآوري نيست كه ذخيره ي آهن بيشتر براي سلولهاي خوني به معني توانايي بالاتر براي انتقال گازهاي تنفسي و در نهايت افزايش كاركرد ماهيچه ها و افزايش توانايي و نشاط بدن مي باشد.
پس بهتر است بر اساس برنامه ي منظمي در هفته از سبزيجاتي مانند اسفناج، انواع كلم و سبزيجاتي كه به طور معمول در سبزي خوردن وجود دارند استفاده كنيم.
البته اين خصوصيت در مورد گوشت قرمز نيز وجود دارد و چه بسا آهن موجود در گوشت بسيار سريع تر تبديل به آهن قابل استفاده در بدن مي شود زيرا پروتئينهاي تشكيل دهنده ي عضله (گوشت قرمز) همان پروتئين هاي ميوگلوبين هستند كه از به هم پيوستن آنها به هم هموگلوبين ها ايجاد شده و باز در اختيار سلولهاي مغز استخوان كه مولد سلولهاي خوني هستند قرار مي گيرند. اما به توصيه ي اكثر پزشكان استفاده ي مداوم از گوشت قرمز جز در موارد ضعف شديد و جدي بدني چندان مناسب نيست زيرا در هر صورت بافتي حيواني بوده و در لابلاي آن چربيهاي اشباع وجود دارند كه براي سلامت دستگاه قلب و عروق بسيار خطرناك هستند به خصوص اگر طي مدت زماني مداوم مورد مصرف قرار بگيرند.

ساختار انواع مولكولهاي كلروفيل:



ساختار مولكول هموگلوبين:

[Hidden-H]

بیوشیمی علمی است که درباره ترکیبات و واکنشهای شیمیایی در موجودات زنده بحث می‌کند.


دید کلی
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 DNA (نوترکیبی DNA) از 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.

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 DNAدر 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.

گسترش سریع علم و تکنولوژی بیوشیمی در سالهای اخیر ، محققین را قادر ساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در مورد بیولوژی و علم پزشکی جواب بدهند. چگونه یک تخم حاصل از لقاح گامتهای نر و ماده به سلولهای عضلانی ، مغز و کبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورت سلولها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترل می‌شود؟ علت سرطان چیست؟ مکانیسم حافظه کدام است؟ اساس مولکولی اسکیزوفرنی چیست؟

مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی
وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقش بیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.



مدل فضا پرکن (Space _ Filling) این نوع مدل ، خیلی واقع بینانه و مصطلح است. اندازه و موقعیت یک اتم در مدل فضا پرکن بوسیله خصوصیات باندها و شعاع پیوندهای واندروالسی مشخص می‌شود. رنگ مدلهای اتم طبق قرارداد مشخص می‌شود.

مدل گوی و میله (ball _ and _ Stick) این مدل به اندازه مدل فضا پرکن ، دقیق و منطقی نیست. برای اینکه اتمها به صورت کروی نشان داده شده و شعاع آنها کوچکتر از شعاع واندروالسی است.

مدل اسکلتی (Skeletal)
ساده‌ترین مدل مورد استفاده است و تنها شبکه مولکولی را نشان می‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمی‌شوند. این مدل ، برای نشان دادن ماکرومولکولهای بیولوژیکی از قبیل مولکولهای پروتئینی حاوی چندین هزار اتم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فضا
در نشان دادن ساختمان مولکولی ، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحد آنگستروم ()، بطور معمول برای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، طول باند C _ C ، مساوی 1،54 آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک ، از قبیل کربوهیدراتها و اسیدهای آمینه ، بطور تیپیک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، از قبیل پروتئینها ، 10 برابر بزرگتر هستند. برای مثال ، پروتئین حمل کننده اکسیژن در گلبولهای قرمز یا هموگلوبین ، دارای قطر 65 آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی 10 برابر بزرگتر می‌باشند. ماشینهای سنتز کننده پروتئین در سلولها یا ریبوزومها ، دارای 300 آنگستروم طول هستند. طول اکثر ویروسها در محدوده 100 تا 1000 آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی 100 برابر بزرگتر هستند و در حدود میکرومتر (μm) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود 7μm است. میکروسکوپ نوری حداقل تا 2000 آنگستروم قابل استفاده است. مثلا میتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکی از مولکولهای 1 تا آنگستروم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند.

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 که در عرض اتفاق می‌افتد.

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، (برای مثال 83Kcal/mol برای پیوند C _ C). 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.

ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها
ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سه نوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی ، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA ، تشکیل ساختمان سه بعدی پروتئینها ، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشف مولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهای بیولوژیکی و پروسه‌های درون مولکولی ، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سه پیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهای الکترواستاتیک ، پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای واندروالسی آنها از نظر ژئومتری ، قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، این پیوندها به مقدار زیادی از طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

[Marichka]

طي قرن گذشته ، شيميدان ها در درك و استفاده از مفهوم پيوند كووالانسي استاد شده اند . آن ها صدها واكنش شيميايي ابداع كرده اند كه اين پيوند بسيار محكم را كه نتيجه ي اشتراك الكتون بين دو اتم است ، بنيان مي نهند يا آن را دچار بازآرايي مي كنند . آن ها دانش خود را به كار گرفته اند تا در آفرينش هر چيزي ، از پاد زيست ها گرفته تا پلاستيك ها ، با طبيعت به رقابت برخيزند.


هر چند شيميدان ها ، به طور معمول واكنش هاي شيميايي را در مفهوم شكستن و تشكيل پيوندهاي قوي كووالانسي بيان مي كنند، اما در سال هاي اخير توجه آن ها به پيوندهاي ظريف تري جلب شده است كه در شكل گيري كمپلكس هاي مولكولي بزرگ نقش اصلي را بر عهده دارند . اين پيوندها كه بهتر است آن ها را نيروها يا برهم كنش هاي ناكووالانسي بناميم . پيوندهاي هيدروژني ، نيروهاي وان دروالس ، برهم كنش هاي پاي، پل هاي نمكي و نيروهاي آبگريز را شامل مي شوند . در اين بر هم كنش ها بدون آن كه الكتروني مبادله شود ، اتم ها و در واقع مولكول ها به سوي يك ديگر جذب مي شوند. هر چند اين پيوندها به تنهايي ضعيف هستند اما مجموعه ي آن ها چسب قدرتمندي را پديد مي آورد كه مي تواند مولكول ها را به شدت به يك ديگر بچسباند .

پيوندهاي كووالانسي اساس پويايي حيات را تشكيل مي دهند . پيام رساني سلول ، جابه جايي گزينشي يون ها و مولكول ها از خلال غشاي سلول ، واكنش هاي آنزيمي ، شكل گيري كمپلكس هاي مولكولي بزرگ نظير ريبوزوم ها (كارخانه هاي توليد پروتئين ) و ليپوپروتيين ها (حاملان چربي در بدن ) ، انقباض ماهيچه ها و ذخيره ، بازيابي و تكثير اطلاعات ژنتيكي بدون ميانجي گري پيوندهاي ناكووالانسي غير ممكن است . اين پيوندها ويژگي ديگري نيز به جانداران و اجزاي سازنده آن ها بخشيده اند : خود – گردآوري1 .

خود – گردآوري سازمان يابي خود به خودي اجزا به صورت الگوها يا ساختارهاي منظم است . طي تقسيم سلول اجزاي سلول همانند سازي مي شوند و به صورت سلول جديدي گرد هم مي آيند . ما مي دانيم كه سلول زنده كيسه اي است داراي تعداد زيادي واكنشگر شيميايي و تعداد زيادي حسگر2 محيطي كه اجازه مي دهد گرما و برخي مواد شيميايي از خلال غشاي آن جابه جا شوند . به علاوه ، ما مي دانيم سلول، ساختاري بسته و خود – همانند ساز3 است كه با محيط انرژي مبادله مي كند و با آن سازگار مي شود . چگونه حيات از مجموعه اي از واكنش هاي شيميايي برمي خيزد؟ خود – گردآوري ممكن است رشته نخي باشد كه سادگي نسبي واكنش هاي شيميايي را با پيچيدگي سلول خود – همانند ساز، پيوند مي زند.

بنابراين درك فرآيند خود – گردآوري به درك دقيق تر حيات كمك مي كند . به قول ژان ماري لن4 «خود – سازمان يابي ، نيروي پيش برنده اي است كه به تكامل جهان زنده از ماده ي غير زنده انجاميده است ." به علاوه ، خود – گردآوري يكي از راهبردهاي عملي براي ساختن ساختارهاي نانو5 است .

[Marichka]

ويروس ها به طور معمول از يك پوشش پروتييني ساخته شده اند كه قطعه اي DNA يا RNA را در برمي گيرند . هنگام توليد ذره هاي ويروسي ، پروتيين هاي پوشش ويروس با فرآيند خود – گردآوري گرد هم مي آيند و كپسول توخالي ، متقارن و بسيار زيبايي را مي سازند . اين كپسول آن قدر پايدار است كه هم درون بدن جاندار و هم بيرون بدن آن ساختار خود را حفظ مي كند . از طرف ديگر ، اين كپسول آن قدر شكننده و حساس است كه هنگام ورود به سلول هدف ، از هم مي پاشد و محتويات خود (ماده ي ژنتيك ) را به درون سلول آزاد مي كند .

اكنون ماده ي ژنتيك ويروس امكانات سلول را در اختيار خود مي گيرد تا خود را همانند سازي كند و به علاوه با توجه به اطلاعات نهفته در آن ، پروتيين هاي پوشش ويروس ساخته مي شوند . سپس پروتيين هاي پوشش ويروس به طور خودكار گرد هم مي آيند و كپسول ويروس را مي سازند . البته هنگام گردهم آيي ، ماده ي ژنتيك ويروس درون كپسول به دام مي افتد.

ديويد آت وود7 و همكارانش در مركز تحقيقات علوم مولكولي اتاوا در كانادا ، پس از بررسي ساختار بلوري ويروس ها توانستند مولكول هاي كوچكي را بسازند كه به صورت كره اي توخالي گرد هم مي آيند. بررسي اين كره ها ،كه از 6 زير واحد يكسان و بسيار متقارن ساخته شده اند ، بافن بلور نگاري8 نشان داد هر كره حدود 1510 آنگستروم مكعب فضاي خالي دارد .

ساختن چنين مولكول هاي توخالي با روش هاي معمول در شيمي آلي بسيار دشوار است . به علاوه ، اين ساختارهاي حفره دار و بسيار بزرگ ، حتي در حضور زير واحدهاي بسيار مشابه ، تنها با زيرواحدهاي نظير خود گردآوري مي شوند . آت وود معتقد است روزي چنين كپسول هايي را مي توان براي تخليه ي دارو به درون اهداف مورد نظر (براي نمونه ،سلول هاي سرطاني ) و كمك به جدا سازي مولكول هاي بزرگ بر اساس اندازه يا شكل ، به كار گرفت .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Marichka]

DNA بسپاري شامل چهار نوع نوكلئوئيد است . اين ابر مولكول به صورت مارپيچ دو رشته اي آرايش يافته است كه دو نوع پيوند ناكووالانسي آن را پايدار مي سازند: پيوند هيدروژني (از قرار گيري يك اتم هيدروژن ميان دو اتم الكترونگاتيو مانند اكسيژن و نيتروژن ، حاصل مي شود) و بر هم كنش هاي آبگريز (از كنار هم قرار گرفتن مولكول هاي چربي دوست جهت به حداقل رساندن تماس خود با آب ايجاد مي شود).

در مولكول DNA ، پيوندهاي هيدروژني دو رشته را به سوي يك ديگر مي كشانند، حال آن كه حلقه هاي آبگريز بازهاي اين اسيد نوكلييك ، همانند تعداد زيادي سكه روي هم انباشه مي شوند و رشته ها را محكم و پايدارتر مي سازند . اين روي هم انباشتگي با برهم كنش هاي بين ابرهاي الكتروني پاي كه بالا و پايين اين حلقه ها قرار دارند ، پايدارتر مي شود.

ايوان هوك9 و همكارانش در مركز تحقيقات شيمي و زيست شناسي تالنس فرانسه ، سال گذشته نخستين بسپار مصنوعي را توليد كردند كه در محلول ، به صورت مارپيچ دو رشته اي گرد هم مي آيد . آنان كار خود را با دو زير واحد بسيار مشابه 2 و 6- پيپريدين دي كربوكسيليك اسيد و 2و 6- دي آمينو پيپريدين آغاز كردند كه مي توانند با پيوند كووالانسي به صورت يك رشته به هم متصل شوند . بسپار حاصل ، در محلول رقيق به صورت مارپيچ آرايش مي يابد. بسياري از بسپارها ، چه طبيعي و چه مصنوعي ، مارپيچ هاي تك رشته اي مشابهي را مي سازند . اما اين بسپار به رشته ي دومي جفت مي شود و يك مارپيچ دو رشته اي شبيه مارپيچ دو رشته اي DNA به وجود مي آورد .

وان كيدروسكي10 روشي را براي خود همانند سازي اوليگونوكلئوتيدهاي مصنوعي ابداع كرده است . در اين روش اوليگونوكلئو تيدها روي بستر جامدي تثبيت مي شوند. سپس اين الگوها به قطعات مكمل كه در محلول وجود دارد پيوند مي يابند. اين قطعات به كمك واكنش هاي شيميايي به هم متصل مي شوند . در نهايت نسخه همانند سازي شده از روي الگو ، آزاد و بار ديگر روي بستر تثبيت مي شود و خود به عنوان الگوي تازه اي به كار گرفته مي شود . به اين ترتيب ، از اثر مهاري فرآورده ها بر واكنش جلوگيري مي شود . دانشمندان معتقدند ادامه اين آزمايش ها به توليد ابر مولكول هاي شبه DNA ، خواهد انجاميد كه توان خود همانند سازي دارند.

[Marichka]

استخوان ها از مجموعه اي از سلول هاي زنده ساخته شده اند كه در زمينه اي سخت و آهكي جاي گرفته اند . اين زمنيه ، از رشته هاي پروتئئني كلاژن و بلورهاي هيدروكسي آپاتيت Ca5(PO4CO3)3 تشكيل شده است . رشته هاي پروتييني كلاژن از زير واحدهاي رشته اي كوچك تري ساخته مي شوند كه سلول ها ي استخواني آن ها را به فضاي بين سلولي ترشح مي كنند .

اين زيرواحدها ، در اين محيط گرد هم مي آيند و رشته هاي كابل مانند كلاژن را مي سازند . سپس بلورهاي هيدروكسي آپاتيت با اين رشته ها ، كمپلكس هاي عظيمي را مي سازند. اين كمپلكس ها كه مي توان آن ها را «ابر كابل هاي كلاژني» ناميد، بافت زمينه ي استخوان را مي سازند.

جفري هارت جرنيك11 و الي ابنياش12 مولكول هاي آلي دو قسمتي ساخته اند كه به طور خودكار خود را به صورت رشته هاي كابل مانندي گردآوري مي كنند . وقتي آن ها اين رشته ها را در محلولي از يون هاي كلسيم ، فسفات و يون هاي هيدروكسيد قرار دادند ، آن ها به صورت كمپلكس هاي كلاژن و هيدروكسي آپاتيت استخوان ، گرد هم آمدند. دانشمندان معتقدند تلاش در اين زمينه به توليد استخوان هاي ساختگي خواهد انجاميد . اين استخوان ها در پزشكي كاربردهاي زيادي خواهند داشت .

[Marichka]

هر چند هميشه تفاوت هاي بين كاتاليزگرهاي ابرمولكولي و كاتاليزگرهاي «عادي » (آنزيم هاي جانداران ) آشكار نيست (به ويژه زماني كه يون هاي فلزي در ساختار كاتاليزگر حضور دارند) يكي از عرصه هايي كه شيمي ابر مولكول ها مي تواند در آن نقش مهمي ايفا كند ، كاتاليزكردن گزينشي است . تشخيص گزينشي سوبسترا و پايدار ساختن حالت گذار كه در آنزيم هاي جهان زنده ديده مي شود ، الهام بخش شيميدان ها در اين زمينه بوده است .

لوييجي ماندوليني14 و همكارانش نوعي ابر مولكول كاتاليزگر را گزارش كرده اند كه سه خصوصيت ويژه ي آنزيم ها را از خود نشان دهد : اختصاصي عمل كردن ، پايدار كردن حالت گذار و «عدد تبديل »15 بسيار بالا . اين «يورانيل سالينوفان » افزودن گروه هاي تيول را به موقعيت هاي 1 و 4 كتون هاي سير نشده در موقعيت هاي آلفا و بتا، در دماي اتاق تسهيل مي كند .

نولت16 و همكارانش مدل سيتوكروم P450 (يكي از آنزيم هاي مهم در متابوليسم داروها ) را ساخته اند . اين مدل به عنوان اكسيد كننده از اكسيژن بهره مي گيرد ، به عنوان مركز كاتاليزگر از متالوپورفيرين استفاده مي كند ، يك عامل كاهنده به عنوان دهنده ي الكترون دارد و براي نگه داشتن همه ي اجزا در كنار يك ديگر ، درون غشاي مصنوعي جاي داده شده است .

روش عمل آنزيم:

[Marichka]

نخستين كارهايي كه در زمينه ي شيمي ابر مولكول ها صورت گرفت ، روي تشخيص مولكولي متمركز شده بود . منظور از تشخيص مولكولي ، شناسايي گزينش مولكول هاي سوبسترا (مهمان ) به وسيله ي گيرنده هاي ساختگي (ميزبان ) است . اساس فرآيندهاي تشخيص گزينشي در جانداران ، الهام بخش شيميدان ها در طراحي نظام هاي مشابهي در دنياي شيمي بوده است . شيمي ابر مولكول ها ، به چنان سطحي از كنترل دست پيدا كرده است كه گيرنده هاي "اترتاجي "13 با توان گزينش پادزيست والينومايسين برابري مي كنند.

والينومايسين را نوعي قارچ توليد مي كند تا از خود در برابر باكتري ها حفاظت كند . اين پادزيست محلول در چربي در غشاي باكتري ها قرار مي گيرد و همانند دريچه هاي اختصاصي به طور گزينشي به يون هاي پتاسيم اجازه رفت و آمد مي دهد . در نتيجه ، تعادل يون ها در باكتري به هم مي خورد و همانند تيوپي كه پنجر شده است ، ادامه فعاليت براي باكتري غير ممكن مي شود .

گيرنده ها ي اترتاجي وقتي در غشاي مصنوعي ، نقش مشابهي ايفا مي كنند.گيرنده هاي آنيوني نيز ساخته شده اند كه به طور ترجيحي -H2PO4 را از محيط داراي -HSO4 يا - Cl انتخاب مي كنند . عمل اين گيرنده هاي مصنوعي به عمل پروتيين هاي طبيعي جانداران شباهت دارد كه به يون هاي فسفات متصل مي شوند .

به تازگي محققان حتي توانسته اند براي گزينش درشت مولكو هاي زيستي بسيار پيچيده ، نظير سيتوكروم C ، نيز گيرنده هاي مصنوعي بسازند . اين گيرنده ها با قدرتي همانند سيتوكروم C اكسيد از طبيعي ، به اين مولكول پيچيده متصل مي شوند . از اين نوع گيرنده ها مي توان براي طراحي و كشف دارو استفاده كرد . به علاوه از آن ها مي توان براي تشخيص گزينش ماده مورد تجزيه به وسيله ي حسگرها و تفكيك مواد از طريق مبادله ي غشايي بهره گرفت .

برهم كنش هاي ميزبان – ميهمان براي ساختن كارآمدتر ميزابان هاي درشت حلقه نيز سودمندند . براي نمونه ، اترهاي تاجي را نمي توان به آساني ساخت ، زيرا بر هم كنش هاي بين مولكولي با حلقه اي شدن درون مولكولي مقابله مي كنند . با وجود اين ، وقتي يك ميهمان مكمل (الگو ) در محيط آماده سازي اين ساختارها وجود داشته باشد، برهم كنش هاي ناكووالانسي بين مولكول هاي خطي و اين الگو از درشت شدن حلقه ها پشتيباني مي كنند . بنابراين ، شيمي ابر مولكول ها در ساختن تركيب هايي با پيوندهاي كووالانسي نيز موثر است .

[Marichka]

جداسازي مخلوط هاي پروتئيني پيچيده با قدرت تفكيكي و قابليت تكرارپذير بالا, براي انجام موفقيت آميز پروتئوميكس بسيار پراهميت است. در ساليان اخير ترکيب الکتروفورز دو بعدي, طيف سنجي جرمي, و ابزار بيوانفورماتيک در مقياس بسيار وسيعي براي تحقيقات پروتئوميکس به کار گرفته شده است. با استفاده ي گسترده از الکتروفورز دو بعدي, محدوديت هاي اين روش به تدريج مشخص شده اند. اين محدوديت ها عبارتند از:

با اين روش نمي توان پروتئوم را به طور کامل آناليز کرد. پروتئين هاي ظاهر شده بر روي يک ژل فقط نماينده قسمتي از تمام پروتئين هاي موجود در نمونه هستند. به طور کلي آن پروتئين هايي که در ژل ظاهر مي شوند پروتئين هايي با فراواني بالا در نمونه هستند. پروتئين هايي که در تعداد نسخه هاي کم حضور دارند با روشهاي رنگ آميزي موجود نمايان نمي شوند. علاوه بر اين پروتئين هاي بسيار بزرگ, بسيار کوچک, بازي و پروتئين هاي هيدروفوبيک نيز در شرايط معمول آشکار نمي شوند. يکي از مشکلات اصلي در الکتروفورز دو بعدي پروتئين هاي غشايي با هيدروفوبيسيته بسيار زياد هستند که در روشهاي محلول سازي رايج به صورت محلول در نمي آيند.

دقت تعيين مقدار کمي نقاط به خصوص در رنگ آميزي نقره زياد نيست, چرا که محدوده ي ديناميک اين رنگ آميزي وسيع نبوده و همينطور خصوصيت رنگ پذيري پروتئين ها با يکديگر متفاوت است. کوماسي آبي براي اندازه گيري مقدار پروتئين ها مناسب تر است اما حساسيت آن کم است.

اتوماتيک کردن آين روش بسيار سخت است و به همين دليل روشي با ظرفيت آناليز زياد نيست.

براي رفع اين محدوديت ها, روشهاي ابداعي زيادي براي الکتروفورز دو بعدي ايجاد شده است. براي مثال استفاده از دترجنتهاي قوي تر, جزء به جزء کردن نمونه, استفاده از IPG با محدوده ي pH باريک, رنگ هاي فلورسانت و حتي روباتها براي بريدن و هضم آنزيمي ژل ها. به علاوه پيشرفتهاي زيادي نيز در ابداع و توسعة روشهايي جايگزين براي جداسازي پروتئينها در پروتئوميكس بدست آمده است, اما هنوز هيچکدام نتوانسته اند جايگزين قابل رقابتي براي الكتروفورز دوبعدي باشند. دليل اين امر خصوصيات ويژه ي اين روش است که عبارتند از:

� غناي اطلاعات نهفته در داده هاي بدست آمده از الکتروفورز دو بعدي - اطلاعات مختلفي از نقاط ظاهر شده بر روي ژل الکتروفورزبدست مي آيد. از جمله نقطه ي ايزوالکتريک, وزن مولکولي و کميت نسبی آن. در ترکيب با طيف سنجي جرمي هر نقطه را مي توان تعيين هويت و ويژگي نمود. با توجه به ظهور چندين صد نقطه بر روي يک ژل به حجم زياد اين اطلاعات مي توان پي برد.

امکان جداسازي و تعيين پروتئين هايي با تغيير بعد از ترجمه - در اغلب مواقع, پروتئين هايي که بعد از ترجمه تغيير يافته اند به صورت دسته نقاطي که به صورت يک توده عمودي يا افقي هستند در ژل الکتروفورز دو بعدي ظاهر مي شوند. اين پروتئين هاي تغيير يافته به سهولت با طيف سنجي جرمي قابل تشخيص هستند.

قابليت تفکيک زماني و مکاني مراحل آناليز پروتئوم - مي توان الکتروفورز دو بعدي را در يک آزمايشگاه تحقيقاتي انجام داد و بعد از انتخاب نقاط پروتئيني مورد علاقه, آنها را در زماني ديگر در مرکزي خدماتي, تعيين هويت کرد. به علاوه ژلهاي خشک شده ي الکتروفورز دو بعدي را مي توان سالها نگاهداري کرد و سپس با طيف سنجي جرمي آناليز نمود. بدين ترتيب مي توان بايگاني کم حجم و پر ارزشي را در اختيار داشت.

سهولت و ارزاني نسبي � انجام آن در مقايسه با ديگر روشها از سهولت بسيار بيشتري بر خوردار است و اغلب آزمايشگاه ها با تکنيک هاي رايج الکتروفورز يک بعدي آشنايي دارند. همچنين قيمت تجهيزات و مواد در مقايسه با ديگر روشها بسيار ارزانتر است.

به هر حال پيشرفت هاي اخير به شدت توانايي هاي الکتروفورز دو بعدي را براي آناليزر پروتئوم افزايش داده است و به نظر مي آيد فعلا", و البته تا آينده اي نه چندان دور, الکتروفورز دو بعدي تکنيک اصلي در جداسازي پروتئين ها در پروتئوميکس باقي بماند.

پيوست
پروتئوميكس: علمي كه به بررسي پروتئين هاي سنتز شده موجود زنده به عنوان منبع اطلاعات در مورد موجود زنده و نحوه ي سازوكار بدن آن مي پردازد.