کتاب بهرام

مولکول‌های بیولوژیکی (Biomolecules) به مجموعه‌ای از مولکول‌ها اطلاق می‌شود که در تمامی موجودات زنده نقش‌های حیاتی ایفا می‌کنند. این مولکول‌ها عمدتاً به ساختارها و فرآیندهای سلولی مرتبط هستند و از لحاظ شیمیایی بسیار متنوع‌اند. مولکول‌های بیولوژیکی به‌طور کلی به سه گروه اصلی تقسیم می‌شوند: پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، و لیپیدها و کربوهیدرات‌ها.

در ادامه، به بررسی انواع مولکول‌های بیولوژیکی و ویژگی‌های آنها خواهیم پرداخت.

1. پروتئین‌ها

پروتئین‌ها یکی از مهم‌ترین و پیچیده‌ترین مولکول‌های بیولوژیکی هستند که در سلول‌ها نقشی اساسی دارند. پروتئین‌ها از واحدهایی به نام آمینو اسیدها ساخته می‌شوند. این واحدها از طریق پیوندهای پپتیدی به هم متصل شده و زنجیره‌های بلند را تشکیل می‌دهند.

مولکول‌ها در طبیعت به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: مولکول‌های بیولوژیکی و مولکول‌های غیر بیولوژیکی. هر کدام از این گروه‌ها نقش‌های بسیار مهمی در فرآیندهای شیمیایی و زیستی دارند. در ادامه، مهم‌ترین انواع مولکول‌ها را با لحاظ کردن مولکول‌های بیولوژیکی بررسی می‌کنیم.

1. مولکول‌های بیولوژیکی

مولکول‌های بیولوژیکی نقش اصلی در فرآیندهای زندگی دارند و بیشتر شامل ترکیبات آلی می‌شوند که در موجودات زنده حضور دارند. این مولکول‌ها می‌توانند پیچیده و دارای ساختارهای پیچیده‌تری باشند. مهم‌ترین دسته‌ها عبارتند از:

1.1 پروتئین‌ها

پروتئین‌ها از زنجیره‌های طولانی آمینواسیدها تشکیل می‌شوند و ساختار و عملکردهای مختلفی دارند. پروتئین‌ها به عنوان آنزیم‌ها، هورمون‌ها، و اجزای ساختاری سلول‌ها عمل می‌کنند.

مولکول‌های بیولوژیکی با سایر مولکول‌ها از چند جنبه تفاوت دارند. این تفاوت‌ها در ساختار، عملکرد و پیچیدگی مولکول‌ها نمایان می‌شود. در ادامه به برخی از این تفاوت‌ها اشاره می‌کنم:

1. ساختار پیچیده‌تر

• مولکول‌های بیولوژیکی مانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها، لیپیدها و نوکلئیک اسیدها (DNA و RNA) از ساختمان پیچیده‌ای برخوردارند. این مولکول‌ها معمولاً از ترکیب واحدهای ساده‌تر (مثل اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها، قندها و چربی‌ها) تشکیل می‌شوند و به شکل‌های پیچیده‌تری در می‌آیند.

• مولکول‌های غیر بیولوژیکی معمولاً ساده‌تر هستند و ممکن است از یک یا دو نوع اتم (مثلاً آب H₂O یا دی‌اکسید کربن CO₂) تشکیل شده باشند.

2. عملکرد خاص و تخصصی

ریبونوکلئیک اسید (RNA) یکی از مولکول‌های بیولوژیکی حیاتی در سلول‌ها است که نقش مهمی در فرآیندهای بیولوژیکی مانند سنتز پروتئین‌ها و انتقال اطلاعات ژنتیکی ایفا می‌کند. RNA از نوکلئوتیدها ساخته شده است و در بسیاری از فرآیندهای سلولی از جمله رونویسی، ترجمه و تنظیم فعالیت‌های ژنتیکی دخیل است.

1. ساختار RNA

RNA مشابه DNA (دی‌اکسی‌ریبونوکلئیک اسید) است، اما تفاوت‌هایی دارد که در عملکرد آن اهمیت زیادی دارند:

• نوکلئوتیدها: RNA از نوکلئوتیدهایی تشکیل شده است که شامل یک قند ریبوز (ریبوز به جای دئوکسی‌ریبوز در DNA) و یک گروه فسفات هستند. این نوکلئوتیدها به چهار نوع تقسیم می‌شوند:

  • آدنین (A)
  • گوانین (G)
  • سیتوزین (C)
  • اوراسیل (U) به جای تیمین (T) که در DNA یافت می‌شود.

مواد غیر آلی (Inorganic compounds) به موادی گفته می‌شود که از ترکیب عناصر غیرکربنی و معمولاً فلزات و غیرفلزات به وجود می‌آیند. این مواد معمولاً فاقد پیوندهای کربن-کربن (C-C) هستند و در طبیعت به‌طور گسترده‌ای در انواع ترکیبات معدنی یافت می‌شوند. برخلاف ترکیبات آلی که معمولاً بر پایه کربن هستند، ترکیبات غیر آلی در انواع مختلفی از مواد و ساختارها وجود دارند.

ویژگی‌های مواد غیر آلی:

1. ترکیب‌های پیچیده: این مواد می‌توانند ترکیبات پیچیده‌ای شامل فلزات، گازهای مختلف، یا ترکیبات دیگر غیرکربنی باشند.
2. پایداری حرارتی بالا: مواد غیر آلی معمولاً در دماهای بالا پایداری بیشتری نسبت به مواد آلی دارند.
3. عدم وابستگی به کربن: برخلاف مواد آلی که بر اساس کربن تشکیل می‌شوند، ترکیبات غیر آلی معمولاً فاقد کربن هستند.
4. حالت‌های مختلف: مواد غیر آلی می‌توانند در حالت‌های مختلف مانند جامد، مایع یا گاز باشند.

مواد آلی به ترکیبات شیمیایی اطلاق می‌شود که عمدتاً از عناصر کربن (C)، هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N) و سایر عناصر مانند گوگرد (S) و فسفر (P) تشکیل شده‌اند. این مواد معمولاً از موجودات زنده یا فرآیندهای زیستی به دست می‌آیند و در طبیعت به وفور یافت می‌شوند. شیمی آلی شاخه‌ای از شیمی است که به مطالعه این ترکیبات می‌پردازد.

ویژگی‌های مواد آلی

1. وجود کربن: اکثر ترکیبات آلی دارای اتم‌های کربن هستند که با دیگر عناصر مانند هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن ترکیب می‌شوند. پیوندهای کربن-کربن و کربن-هیدروژن در ساختارهای مختلف مواد آلی نقش دارند.

2. ساختار پیچیده: ترکیبات آلی معمولاً ساختارهای پیچیده‌ای دارند و می‌توانند شامل زنجیره‌های بلند کربنی (مانند پلیمرها) یا حلقه‌های کربنی (مانند بنزن) باشند.

قند (Sugar) یک نوع کربوهیدرات ساده است که به‌عنوان منبع اصلی انرژی برای بدن انسان و سایر موجودات زنده عمل می‌کند. قند در طبیعت به‌طور گسترده‌ای یافت می‌شود و در انواع مختلف غذاها و نوشیدنی‌ها وجود دارد. در این مقاله، به بررسی ویژگی‌ها، انواع، کاربردها و تأثیرات بهداشتی قند خواهیم پرداخت.

1. تعریف قند 

قندها ترکیبات شیمیایی هستند که از کربن (Carbon)، هیدروژن (Hydrogen) و اکسیژن (Oxygen) تشکیل شده‌اند. این ترکیبات به‌عنوان منابع انرژی سریع‌الاثر برای بدن عمل می‌کنند. در علم شیمی، قندها به‌عنوان کربوهیدرات‌های ساده  یا مونوساکاریدها (Monosaccharides) و دوساکاریدها (Disaccharides) شناخته می‌شوند.

سیلیسیوم (Silicon) یک عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی با نماد Si و عدد اتمی 14 قرار دارد. این عنصر یکی از رایج‌ترین و مهم‌ترین عناصر در طبیعت و صنایع مختلف است. در اینجا اطلاعات جامع و کاملی در مورد سیلیسیوم آورده شده است:

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی سیلیسیوم:

1. ساختار اتمی:

   • سیلیسیوم یک شبه‌فلز است که در گروه 14 جدول تناوبی قرار دارد.
   • این عنصر دارای 14 پروتون و 14 الکترون است.
   • ساختار الکترونی آن به صورت [Ne]3s²3p² است که نشان‌دهنده دو الکترون در لایه سوم است.

2. ویژگی‌های فیزیکی:

   • سیلیسیوم در دمای اتاق به صورت یک جامد شکننده و خاکی است.
   • رنگ آن به صورت خاکی و مایل به خاکی است.
   • دمای ذوب سیلیسیوم 1414 درجه سانتی‌گراد و دمای جوش آن 3265 درجه سانتی‌گراد است.

آلومینیوم یک عنصر شیمیایی با نماد Al و عدد اتمی 13 است که به دلیل خواص منحصر به فرد خود در صنایع مختلف بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز سبک، مقاوم در برابر خوردگی و با خواص مکانیکی عالی، یکی از پرمصرف‌ترین فلزات در دنیا به شمار می‌آید.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آلومینیوم

1. رنگ و ظاهر: آلومینیوم در حالت خالص سفید نقره‌ای است و در برابر نور و رطوبت تغییر رنگ نمی‌دهد.

2. چگالی و وزن: آلومینیوم یک فلز سبک است که چگالی آن حدود 2.7 گرم بر سانتیمتر مکعب می‌باشد، به همین دلیل در صنایع هوافضا و خودروسازی بسیار پرکاربرد است.

3. نقطه ذوب و جوش: نقطه ذوب آلومینیوم 660 درجه سلسیوس و نقطه جوش آن 2470 درجه سلسیوس است.

آهن (Fe) یکی از فلزات پایه و از مهم‌ترین عناصر در طبیعت است که کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف، به ویژه در صنعت ساخت و ساز و تولید ابزارآلات دارد. این عنصر به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای که دارد، نقش مهمی در زندگی روزمره انسان‌ها ایفا می‌کند. در اینجا به ویژگی‌ها، کاربردها، فرآیند استخراج و نقش آهن در بدن انسان پرداخته خواهد شد.

ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آهن:

1. عدد اتمی: آهن با عدد اتمی 26 در جدول تناوبی قرار دارد.
2. جرم اتمی: 55.845 گرم بر مول.
3. حالت فیزیکی: در دمای معمولی، آهن یک فلز جامد است.
4. رنگ: آهن به صورت طبیعی خاکی یا نقره‌ای رنگ است که در اثر اکسیداسیون (زنگ‌زدگی) رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز پیدا می‌کند.
5. چگالی: 7.87 گرم بر سانتیمتر مکعب.