بیومولکولها

مطالعه پروسه های شیمیائی در موجودات زنده یا مربوط به آنها در بیوشیمی صورت می گیرد. چهار دسته اصلی مولکولها در بیوشیمی که بیومولکولها نامیده می شوند، کربوهیدراتها، پروتئینها، لیپیدها و نوکلئیک اسیدها هستند که در ادامه بصورت مقدماتی با آنها آشنا می شویم.

کربوهیدراتها

کربوهیدراتها ترکیباتی متشکل از عناصر کربن، هیدروژن و اکسیژن هستند که از نظر ساختاری می توان آنها را پلی هیدروکسی آلدهیدها یا پلی هیدروکسی کتونها درنظر گرفت. بعبارتی در کربوهیدراتها تعداد زیادی گروه هیدروکسی یا  در حضور گروه کربونیل () وجود دارد. اغلب اوقات کربوهیدراتها را می توان بصورت هیدراتهای کربن (کربن+ آب) با فرمول عمومی  در نظر گرفت. کربوهیدراتها ساکاریدها نیز نامیده می شوند و به چهار دسته مونو ساکاریدها، دی ساکاریدها، اولیگوساکاریدها و پلی ساکاریدها طبقه بندی می شوند. مونوساکاریدها ساده ترین کربوهیدراتها هستند که بر اثر هیدرولیز (گسست بوسیله آب) کربوهیدراتهای ساده تر نتیجه نمی دهند. دی ساکاریدها بر اثر هیدرولیز دو مونوساکارید، اولیگوساکاریدها بر اثر هیدرولیز 3 تا 10 مونوساکارید و پلی ساکاریدها بر اثر هیدرولیز بیشتر از 10 مونوساکارید تولید می کنند. مونوساکاریدها و دی ساکاریدها بعنوان شکرها نیز درنظر گرفته می شوند. بعنوان مثال برای مونوساکاریدها میتوان گلوکز و فروکتوز (هر دو با فرمول مولکولی ) را در نظر گرفت که ساختارهای آنها بدون رعایت شیمی فضایی در ادامه رسم شده است:

از دی ساکاریدها می توان ساکارز (شکری که در خانه ها استفاده می شود) با فرمول  را در نظر گرفت که بر اثر هیدرولیز یک گلوکز و یک فروکتوز تولید می کند:

فروکتوز  گلوکز  آب  ساکارز

از پلی ساکاریدها می توان سلولز با فرمول  را در نظر گرفت که بر اثر هیدرولیز کامل تعداد زیادی گلوکز تولید می کند:

بیش از 200 نوع مونوساکارید مختلف شناسایی شده است که به دو دسته آلدوزها و کتوزها طبقه بندی می شوند. در آلدوزها مثل گلوکز گروه کربونیل بصورت آلدهید و در کتوزها مثل فروکتوز بصورت کتون است.

گروه عاملی هیدروکسی () و کربونیل می توانند بصورت زیر همی استال (برای آلدهیدها) و همی کتال (برای کتونها) در مرحله اول و استال (برای آلدهیدها) یا کتال (برای کتونها) در مرحله دوم نتیجه دهند:

در مونوساکاریدها، گروههای عاملی هیدروکسی و کربونیل در یک مولکول می توانند با هم به منظور تشکیل یک همی استال واکنش دهند که در اینحا یک حلقه تشکیل خواهد شد. بعبارتی ساکاریدها را می توان هم بصورت زنجیری و هم بصورت حلقوی داشت. بعنوان مثال ممکن است برای گلوکز واکنش زیر را داشته باشیم (که البته در آن شیمی فضایی رعایت نشده است):

دقت داشته باشید که در واکنش بالا گروه هیدروکسی موجود بر روی کربن پنجم زنجیر (که شماره اول شماره گذاری مربوطه به کربن گروه آلدهید می رسد) با گروه آلدهیدی همی استال بصورت حلقوی داده است.

دو مونوساکارید می توانند در واکنش تشکیل استال یا کتال که همراه با حذف یک مولکول آب است، شرکت کنند و یک دی ساکارید بوجود آورند. بعبارتی حذف مولکول آب و تشکیل استال یا کتال باعث پیوند خوردن مونوساکاریدها بهم می شود و دی ساکاریدها را ایجاد می کند که می تواند ادامه پیدا کند و اولیگو ساکاریدها و پلی ساکاریدها را نتیجه دهد. بعنوان مثال می توان تشکیل دی ساکارید ساکاروز از مونوساکاریدهای گلوکز و فروکتوز را در نظر گرفت (که البته در آن شیمی فضایی رعایت نشده است):

آمینواسیدها و پروتئینها

همانطور که از نام آمینواسیدها نیز پیداست، ترکیباتی شامل گروه آمین و گروه کربوکسیلیک اسید هستند. می توان آنها را براساس موقعیت گروه آمین نسبت به گروه کربوکسیلیک اسید طبقه بندی نمود. در صورتیکه کربنهای متصل به کربن گروه کربوکسیلیک اسید را به ترتیب نزدیکی آنها  و  و  و....... بنامیم، در α-آمینواسیدها گروه آمین بر روی کربن α، در β- آمینواسیدها گروه آمین بر روی کربن β و ... قرار دارد. بعبارتی داریم:

- آمینواسیدها	β- آمینواسیدها	α-آمینواسیدها

در بدن موجودات زنده α- آمینواسیدها نقش بسیار مهمتری در مقایسه با دیگر آمینواسیدها دارند. از این رو در بیوشیمی منظور از آمینو اسیدها معمولا همان α- آمینواسیدها هستند. α-آمینواسیدهای مهم در بیوشیمی بصورت زیر هستند:

که البته بعلت واکنش اسید- باز بین بخش اسیدی یعنی گروه اسید کربوکسیلیک () و بخش بازی یعنی گروه آمین () بصورت زیر در می آیند:

در ساختار قبلی  یک زنجیر جانبی است که از یک آمینو اسید به آمینو اسید دیگر متفاوت است و می تواند نقش مهمی در تعیین خواص آمینواسید داشته باشد.

در اثر واکنش بخش آمینی یک آمینواسید با بخش اسید کربوکسیلیک یک آمینواسید دیگر آمیدها می توانند بوجود آیند و آمینواسیدها در اثر آن بهم پیوند می خورند که در اینجا از آن بعنوان پیوند پپتیدی یاد می شود. نمایش کلی تشکیل یک پیوند پپیتدی می تواند بصورت زیر باشد:

به کمک پیوند پیتیدی آمینواسیدها می توانند بطور زنجیروار بهم متصل شوند و پپتیدها را بوجود آورند. پپتیدها را می توان براساس تعداد آمینواسیدهای سازنده به دی پپتیدها (متشکل از دو آمینواسید)، تری پپتیدها (متشکل از سه آمینواسید)، تترا پپتیدها (متشکل از چهار آمینواسید) و ... طبقه بندی نمود. پلی پپتیدها پپتیدهایی هستند که شامل تعداد زیادی آمینواسید می باشند. پروتئینها پلی پپتیدهای طبیعی هستند که بیش از  واحد آمینواسید را شامل می شوند. اغلب پروتئینها شامل 100 تا 300 آمینواسید بعنوان واحدهای سازنده هستند. پروتئینها نقش حیاتی در بدن موجودات زنده ایفا می کنند.

لیپیدها

لیپیدها را می توان بیومولکولهایی درنظر گرفت که در مقایسه با دیگر بیومولکولها مثل کربوهیدراتها، پروتئینها و نوکلئیک اسیدها در حلالهای غیرقطبی یا با قطبیت ضعیف بیشتر از حلال آب حل می شوند. دسته بندی لیپیدها متنوع است و بررسی تک تک آنها از حوصله این بحث خارج است. من جمله لیپیدها اسیدهای چرب و چربی ها هستند که قبلا بطور مقدماتی با آنها آشنا شدیم.

نوکلئوتیدها و نوکلئیک اسیدها

نوکلئوتیدها واحدهای سازنده نوکلئیک اسیدها مثل  و  هستند. نوکلئوتیدها شامل سه بخش باز نیتروژندار، قند پنج کربنه و گروه فسفات هستند که بازهای نیتروژندار متداول در نوکلئوتیدها آدنین، سیتوزین، گوانین، تیمین و یوراسیل هستند. بعنوان مثال ساختار یک نوکلئوتید بصورت زیر است:

بطورکلی ساختار یک نوکلئوتید بصورت زیر است:

بخش فسفات یک نوکلئوتید با بخش قندی یک نوکلئوتید دیگر می تواند ترکیب شود تا بوسیله آن نوکلئوتیدها بهم پیوند خورند و نوکلئیک اسیدها را بوجود آورند. نوکلئیک اسیدها معمولا بصورت دو رشته ای هستند که در آنها باز نیتروژندار یک نوکلئوتید در یک رشته با باز نیتروژندار نوکلئوتید مقابل در رشته دیگر پیوند هیدروژنی می دهد. برای تشکیل چنین پیوند هیدروژنی هایی در مقابل هر باز نیتروژندار، بازهای نیتروژندار بخصوصی که مکمل آن می توانند در نظر گرفته شوند، بایستی حضور داشته باشند. بعنوان مثال در مقابل تیمین بایستی آدنین حضور داشته باشد. بعنوان مثال ساختار یک نوکلئیک اسید می تواند بصورت زیر باشد:

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||