کتاب بهرام

اسیدهای آمینه (Amino Acids)

اسیدهای آمینه (Amino Acids) مولکول‌های بنیادی (Fundamental Molecules) هستند که پروتئین‌ها (Proteins) را تشکیل می‌دهند و نقش‌های حیاتی در بدن موجودات زنده (Living Organisms) ایفا می‌کنند. در ادامه به بررسی ساختار، انواع، عملکرد و اهمیت اسیدهای آمینه می‌پردازیم.

1. ساختار اسیدهای آمینه

هر اسید آمینه از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• گروه آمینی (Amino Group): شامل یک نیتروژن (Nitrogen) و دو هیدروژن (Hydrogen) است.
• گروه کربوکسیل (Carboxyl Group): شامل یک کربن (Carbon)، دو اکسیژن (Oxygen) و یک هیدروژن است.
• زنجیره جانبی (Side Chain): این بخش خاص هر اسید آمینه است و ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی آن را تعیین می‌کند.

چندین نظریه دربارهٔ منشأ مولکول‌های کوچکی که باعث آغاز حیات در زمین اولیه شدند، وجود دارد. بر اساس این نظریه‌ها، این مولکول‌های کوچک ممکن است از طریق شهاب‌سنگ‌های مارکیسون به زمین آمده یا در چاه‌های گرمابی در عمق دریاها یا به دلیل آزمایش میلر–یوری به واسطهٔ برخورد رعد و برق در اتمسفر اولیهٔ زمین شکل گرفته باشند.

داده‌های تجربی کمی دربارهٔ نخستین مولکول‌های «خودتکثیرکننده» وجود دارد. به عنوان مثال، آر ان ای می‌تواند اولین مولکول خودتکرارکننده باشد، زیرا قادر است به طور همزمان اطلاعات ژنتیکی را ذخیره کرده و واکنش‌های شیمیایی را فعال کند (بر اساس فرضیه دنیای آر ان ای).

به جوش آمدن آب  در دمای صد درجه سانتیگراد به دلایل فیزیکی و شیمیایی زیر اتفاق می‌افتد:

1. تبخیر و تبدیل حالت : وقتی که آب به دمای صد درجه سانتیگراد می‌رسد، انرژی حرارتی کافی برای شکستن نیروهای جذبی بین مولکول‌های آب وجود دارد. این باعث می‌شود که مولکول‌های آب از حالت مایع به حالت گازی (بخار آب) تبدیل شوند.

2. فشار بخار: در دمای صد درجه، فشار بخار آب به اندازهٔ فشار جوی (۱ اتمسفر) می‌رسد. این به این معنی است که در این دما، فشاری که بخار آب به محیط اطراف فشار می‌دهد، برابر با فشار جوی می‌شود. به همین دلیل، آب در دمای صد درجه به جوش می‌آید و بخار آب از سطح آب آزاد می‌شود.

تشکیل موجودات زنده از مواد غیر زنده به عنوان یکی از موضوعاتی است که تاکنون مورد بحث و بررسی علمی قرار گرفته است. این فرآیند به عنوان آزمایشگاهی مهم برای درک زندگی و تکامل در زمانهای اولیه زمین، یکی از بزرگ‌ترین معضلات دانشمندان محسوب می‌شود.

در شرایط آزمایشگاهی، برخی از شرایط محیطی زندگی که در طبیعت گزارش شده‌اند، احیای مواد غیر زنده را امتحان کرده‌اند. به عنوان مثال، ایجاد شرایط مانند جو حاوی گازهایی مانند متان، آمونیاک، آب، و انرژی مانند نور یا گرما، ممکن است منجر به ایجاد ترکیبات اولیه زیستی مانند آمین‌ها و نوکلئوتیدها شود.

یکی دیگر از روش‌ها، استفاده از شرایطی که در زمینه‌های زیر سطحی گرم دریاها وجود دارد.

در شرایطی که در زیر سطح دریاها وجود دارد، شرایطی که می‌تواند شبیه به شرایطی باشد که در زمان اولیه زمین وجود داشته است، ایجاد شده است. این شرایط شامل فشار بالا، حرارت مداوم، و وجود مواد آلی ساده مانند آمین‌ها و نوکلئوتیدها هستند. در آزمایشگاه، انجام آزمایش‌ها با ایجاد شرایطی شبیه به این محیط‌ها، منجر به تولید ترکیبات اولیه زیستی گردیده‌اند.

مواد آلی و مواد غیر آلی تفاوت‌های مهمی دارند:

1. ترکیب شیمیایی:
- مواد آلی: این مواد شامل کربن هستند و معمولاً شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد و عناصر دیگری می‌شوند.
- مواد غیر آلی: این مواد عمدتاً شامل عناصر مانند فلزات (مانند آهن، آلومینیوم، سیلیسیم و غیره) و ترکیبات معدنی هستند که اکثراً شامل کربن نیستند.

2. واکنش‌پذیری:
- مواد آلی: این مواد معمولاً واکنش‌پذیرترند و می‌توانند با فرآیندهای شیمیایی و بیولوژیکی پیوندهای شیمیایی بسیار پیچیده‌ای بسازند.
- مواد غیر آلی: این مواد در بسیاری از موارد کمتر واکنش‌پذیر هستند و معمولاً تحت شرایط شیمیایی سخت تر به تغییر و تبدیل می‌پذیرند.

3. وجود در طبیعت:
- مواد آلی: این مواد اساساً در موجودات زنده یافت می‌شوند و بخش اساسی از ساختار و فعالیت زیستی هستند.

در شرایط آزمایشگاهی یا در داخل ستاره‌ها، تبدیل یک عنصر به عنصر دیگر (مثلاً مس به طلا) به دو روش اصلی انجام می‌شود:

فیوژن هسته‌ای (ترکیب هسته‌ها):

در داخل ستاره‌ها، انرژی و دمای بسیار بالا باعث می‌شود که اتم‌ها به هم نزدیک شوند و هسته‌های آن‌ها ترکیب شوند. این فرآیند به ویژه برای تولید عناصر سنگین‌تر از هیدروژن (مانند هلیوم، کربن، اکسیژن، و غیره) اتفاق می‌افتد.

در شرایط آزمایشگاهی نیز، از طریق شتاب‌دهنده‌های پرانرژی مانند شتاب‌دهنده‌های هسته‌ای یا لیزرهای پرانرژی، می‌توان هسته‌های دو عنصر را به هم نزدیک کرده و آن‌ها را با هم ترکیب کرد. این فرآیند به عنوان سنتز عناصر شناخته می‌شود.

شکافتن هسته‌ها (اشعه‌زایی):

 در دو حالت اساسی یک عنصر می‌تواند به عنصر دیگری تبدیل شود:

1. تبدیل هسته‌ای (Nuclear Transformation): این نوع تبدیلات در هسته‌ی اتمی اتفاق می‌افتد و ممکن است به دلیل واکنش‌های هسته‌ای یا تجزیه‌ی رادیواکتیو رخ دهد. این تبدیلات شامل تجزیه‌ی رادیواکتیو، پرتوزایی بتا، پرتوزایی آلفا، تبدیل پروتون به نوترون یا برعکس و سایر واکنش‌های هسته‌ای می‌شود.

2. تبدیل شیمیایی (Chemical Transformation): این نوع تبدیلات در واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهد که به تغییر ترکیبات مولکولی یا اتصالات اتمی در مولکول‌ها منجر می‌شود. این شامل واکنش‌های شیمیایی مثل اکسیداسیون، کاهش، انتقال پروتون، اتصالات کووالانت، توزیع آب واکنش‌های هیدروژن است.

بنابراین، تبدیلات هسته‌ای و شیمیایی دو مکانیسم اصلی هستند که عناصر را به عناصر دیگری تبدیل می‌کنند.

حیات بر پایه کربن به نوعی از حیات اطلاق می‌شود که بر پایه مولکول‌های کربنی ساخته شده است. این نوع حیات شامل بیشتر موجودات زنده زمینی می‌شود، از جمله باکتری‌ها، گیاهان، قارچ‌ها، حیوانات و حتی انسان‌ها.

کربن به عنوان یک عنصر شیمیایی کلیدی در حیات زمینی عمل می‌کند، زیرا به واسطه خواص خاص خود (مثل توانایی ایجاد پیوندهای شیمیایی متنوع و تشکیل زنجیره‌های مولکولی طولانی) به ساختارها و واکنش‌های زیستی اجازه می‌دهد. مولکول‌های زیستی معمولاً شامل کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن هستند، با ترکیباتی از جمله کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک.

از آنجا که زندگی بر پایه کربن برای زمینی‌ها بسیار شایع است، در مطالعات فضایی نیز به دنبال شرایطی هستیم که ممکن است این نوع حیات در آن‌ها وجود داشته باشد، اما باید توجه داشت که زندگی بر پایه کربن تاکنون تنها نمونه مشاهده شده ما از حیات است.

اشکال حیات در کیهان می‌تواند بسیار متنوع و متفاوت از آنچه که ما روی زمین می‌شناسیم باشد. با توجه به محدودیت‌های فعلی دانش ما و عدم وجود شواهد واضح از موجودات فضایی، اغلب تصورات ما بر اساس تئوری‌ها و فرضیات علمی استوار است. در ادامه چند نوع احتمالی از اشکال حیات که ممکن است در جای دیگر وجود داشته باشند، آورده شده‌اند:

1. حیات بر پایه کربن (Carbon-based life)
این نوع حیات مشابه حیات زمینی است که بر پایه مولکول‌های کربن و آب ساخته شده است. این نوع حیات می‌تواند شامل باکتری‌ها، گیاهان، حیوانات و حتی موجودات هوشمند باشد.

2. حیات بر پایه سیلیکون (Silicon-based life)