داغ ترین ها
  • ایران
  • 1398/8/21
  • آخرین به‌روزرسانی 22:23
زیست شناسی
کربن عنصر حیات
شروع مبحث زیست شناسی با بررسی کربن به عنوان عنصر پایه گذار حیات

امروز با مقاله (بررسی کربن به عنوان عنصر پایه گذار حیات و نقش آن در مولکول های زیستی و زیست شناسی) در خدمت شما هستیم 

اگه براتون جالب باشه, قرار باحال ترین آموزش زیست شناسی شروع بشه.

امروز می خواییم در مورد پیوند کووالانسی ، یونی و هیدورژنی حرف بزنیم. همینطور اوربیتال های الکترون و قاعدهٔ هشت‌تایی و این که همه اینا چه ربطی به فرد دیوانه ای به اسم گیلبرت لوییس داره.

کربن عنصر پایه گذار حیات

فکر می کنم اینجا هستین چون به زیست شناسی علاقه دارین و اگه هستین کارتون درست. کلیت زیست شناسی در مورد تولید مثل و نمردن هست و هر کسی که اینجا اومده به تولید مثل و نمردن علاقه داره .

من این دوره زیست شناسی رو متفاوت تر از همه دوره هایی که تا حالا داشتید بهتون یاد میدم

به عنوان مثال تو اول کلاس نمی یام توضیح بدم که بقیه کلاس قرار چیکار کنم و شروع می کنم تدریس رو از همین الان

یه استاد خوبی داشتم که می گفت برای فهمیدن واقعی هر مطلبی باید یه ذره  از پیچیده گی های پایه ای اون مطلب رو بفهمید. اون پیچیدگی قبل زیست شناسی  شیمی هست، البته اگه بیوشیمی دان هستید می گید که این بخش بیوشیمی هست. به هر حال ما باید یکم شیمی بدونیم تا از زیست شناسی سر دربیاریم.

و دوست عزیزم  اینجا  جایی هست که ما شروع می کنیم من مجموعه ای از مولکوهای زیستی هستم به اسم صابر حسینی. ترکیبات آلی دسته ای از ترکیبات هستن که تو خودشون کربن دارند و کربن یه خوشگل جذاب تو جدول تناوبی هست، که به مجرد موندن علاقه نداره. در ادامه وقتی صحبت از کوچیکی کربن میشه منظورم این که به عنوان یه اتم نسبت اتم های دیگه کوچیک تر. و 6 تا پروتون و 6 تا نوترون داره که کل وزن اتمیش 12 میشه به همین خاطر کربن زیاد جا نمی گیره.

 بنابراین کربن می تونه خودش رو به فرم های عجیب دایره ای صفحه ای، مارپیجی، دو و سه پیوندی وارد کنه و خیلی از کارهایی دیگه ای رو می تونه بکنه که اتم های بزرگتر و کلف تر نمی تونن بکنن. در واقع تو دنیای اتم یه ژیمیناستیک کار المپیکی هست. این همه کار جالب رو به خاطر کوچیک بودنش میتونه بکن.

همونطور که گفتم کربن مهربون و این چیز جالبی هست که در مورد یه اتم میشه گفت. مثل اتم های دیگه نیست که هرکاری می کنن تا الکترون های اوربیتال هاشون رو پر کنن.کربن می دونه که تنها و مجرد بودن چطور هست و مثل فلور کلر و سدیم که حاضرن برای الکترون هر کاری بکنن نیست. عنصری مثل کلر رو اگه تنفس کنید داخل شما رو نابود می کنه. سدیم هم دیوانه هست. اگه تو آب بندازیش منفجر میشه. کربن اما نه  اینطور نیست  الکترون بیشتر می خواد اما حاظر نیست به خاطرش چیزی یا کسی رو بکشه.

کربن مثل یه موش گنده می تونه پیوند بشکنه و ایجاد کنه ، کینه هم به دل نگیره. کربن 4 تا الکترون نیاز داره پس خیلی لاشی بنابراین با هر چیزی که اطرافش باشه پیوند برقرار می کن و چون به 4 الکترون نیاز داره همزمان با 2 و 3 حتی 4 تا از اونا پیوند برقرار می کنه. کربن علاقه داره که با انواع خیلی مختلفی از مولکول ها پیوند برقرار کنه مثل هیدورژن اکسیژن فسفر نیتروژن و سایر مولکول های کربنی و میتونه این کار رو به صورت های بینهایتی انجام بده. این خاصیتش بهش این اجازه رو میده که عنصر هسته مرکزی ساختارهای پیچیده و مولکول های زیستی ای باشه که ماها رو شکل میده.

چون کربن ترکیب کاملی از کوچیک بودن بخشنده بودن و  لاشی هست زندگی کلا بر روی این عنصر استوار شده، در واقع کربن پدیده آورنده زیست و حیات هست. اونقدر پایه ای هست که  تصور حیاتی که بر مبنای کربن نیست برای دانشمندان خیلی سخت هست.

حیات بر روی زمین به این خاطر میسر شد که کربن همواره تو حالت دی اکسید کربن  در حال چرخش تو اتمسفر هست .

کربن خودش 6 پروتون 6 نوترون و 6 الکترون داره. اتم ها لایه های الکترونی دارن و نیاز دارن این لایه ها رو پر کنن تا یه اتم خوشحال باشن.

کربن 6 تا الکترون داره دوتا برای لایه اول پس تا اینجا کاملا خوشحال و 4 تا از 8 تا نیاز داره تا لایه دوم رو پر بکنه.

کربن پیوندی رو تشکیل میده که ما میگیم کووالانسی. این زمانی هست که اتم ها با هم الکترون به اشتراک میذارن.

متان که به نوعی ساده ترین ساختار کربنی هست که کربن 4 تا از الکترون هاش رو تو لایه بیرونی دومش با 4 تا اتم هیدورژن به اشتراک میذاره و اتم های هیدروژن فقط یک الکترون دارن و می خوان که اولین اوربیتال اس خودشون رو پر کنن، کربن 4 تا الکترونش رو با 4 تا هیدورژن به اشتراک میذاره و اون 4 تا هیدورژن هرکدوم یه الکترون با کربن به اشتراک میذارن پس همه خوشحالن.

تو شیمی و زیست شناسی این ساختاری هست که بهش ساختار لویس نکته ای می گن .

گیلبرت لویس کسی که متوجه ساختار لویس نکته ای شد و نویسنده کتاب اسیدها وبازها هست.

35 بار نامزد جایزه نوبل شده بود و این بیشترین تعداد نامزدی هست که کسی تو کل تاریخ داره و تعداد زمانی که برده مثل بقیه آدما تو دنیا هست، هیچ وقت . لویس اصلا از این ماجرا خوشش نمی یومد، مثل بازیکن فوتبالی که کلی پنالتی داشت که هیچ کدومش رو گل نکرده بود.

اون ممکنه تاثیرگذارترین شیمیدان تاریخ باشه که  فوتون رو برای اولین بار مطرح کرد و دیدگاهمون رو درمورد اسیدها و بازها متحول کرد. و اولین مولکول آّب سنگین رو تولید کرد و اولین نفری بود که پیوند کووالانسی رو تصویر کرد.

گیلبرت لویس در حالی که تو آزمایشگاهش روی ترکیبات سیانید کار می کرد تو تنهایی مرد البته بعد از داشتن ناهار با همکار کاریزماتیک و موفق ترش که جایزه نوبل رو برده بود. کسی که روی پرژه منهتن کار کرده بود.

خیلی ها اعتقاد دارن که خودش رو با ترکیبات سیانیدی که روشون کار می کرد کشته، اما پزشک قانونی بدون این که زیاد روش تحقیق بکنه گفت که حمله قلبی بوده.

همه اینا رو گفتم که بهتون بگم ساختار نقطه ای لویس که باهاش ساختار اتم ها رو تصویر می کنیم، چیزی هست که توسط یه نابغه دیوانه ساخته شده. یه مطلب علمی خلاصه شده نبوده که همیشه وجود داشته.

یه ابزاری بوده که توسط یه آدم در موردش فکر شده و اونقدر مفید بوده که ماها همچنان داریم ازش استفاده می کنیم.

تو زیست شناسی خیلی از ساختارها رو میشه با ساختار نقطه ای لوییس نشون داد. این ساختارها نشون میدن که چطور اتم ها با هم ارتباط قرار می کنن و مولکول ها رو به وجود میارن.

یکی از قوانین تجربی تو ساختن این نمودارها اینه که، عناصری که باهاشون کار می کنیم با هم عکس العمل نشون میدن، به نوعی که هر اتم تو لایه آخر الکترونی بیرونی خودش صاحب هشت تا الکترون میشه. به این میگن قاعدهٔ هشت‌تایی.

چون اتم ها علاقه دارن که لایه الکترونی شون رو 8 تایی کنن تا خوشحال باشن.

اکسیژن 6 تا الکترون داره و برای این که 8 تایی بشه دوتا الکترون می خواد. برای همین هست که ما آب رو داریم.اکسیژن با کربن هم میتونه پیوند برقرار کنه اما کربن 4 تا می خواد برا همین دوتا پیوند دوتایی با دوتا اتم اکسیژن برقرا می کنه که دی اکسید کربن رو میده ، اون گاز مزاحم پدیده گرم شدن جهانی و البته همونی که حیات رو زمین ممکن کرده.

نیتروژن 5 تا الکترون تو لایه  الکترونی خارجیش داره. حالا این الکترون ها رو می خواییم بشماریم. چهار تا مکان(اوربیتال) داریم که هر کدومش دوتا اتم می خواد و مثل آدمای توی اتوبوس که ترجیح میدن که پیش هم نشینن، شوخی نمی کنم واقعا نمی خوان دوتایی بشن تا وقتی که مجبور نشدن. پس برای بیشترین خوشحالی نیتروژن با 3 تا هیدروزن پیوند برقرار میکنه که آمونیاک رو میده یا با دوتا هیدورژن که به یه گروه دیگه ای از اتم ها چسبیدن و گروه آمین رو می سازن و اگر اون گروه آمینه به کربنی که با یه گروه کربوکسیل اسید پیوند برقرار کرده پیوند برقرار کنه یه آمینو اسید دارید...شنیدین دیگه تا حالا.

گاهی الکترون ها به صورت برابر تو پیوند کووالانسی به اشتراک گذاشته شدن مثل او2 که بهش پیوند غیرقطبی میگن. اما اغلب یکی از شرکت کننده ها حریص تر هست مثل ترکیب آب. مولکول های اکسیژن الکترون ها رو به سمت خودشون می کشن و الکترون ها بیشتر زمانشون رو با اون ها میگذرونن تا هیدروژن. این باعث ایجاد یه مقدار بار مثبت اطراف هیدروژن و یه مقدار بار منفی اطراف اکسیژن. وقتی چیزی بار داشته باشه می گیم قطبی هست.این قطب مثبت و منفی داره پس این یه پیوند کووالانسی قطبی هست.

حالا بیایید در مورد یه پیوند کاملا متفاوت دیگه حرف بزنیم.پیوند یونی و اون زمانی هست که به جای به اشتراک گذاشتن الکترون اتم ها کاملا و با کمال میل الکترون اهدا می کنن یا از اتم های دیگه می گیرن و به عنوان یه اتم باردار خوشحال زندگی می کنن ، چیزی به اسم اتم باردار وجود نداره و اگه اتم بار داشته باشه یون تلقی میشه.

اتم ها به صورت عمومی ترجیح میدن که بی بار باشن ولی بی باری در مقابل اوکتِت کامل شدن چیز مهمی نیست.

اتم ها گاهی برای اوکتِت شدن فداکاری می کنن ، مشهود ترین یونی که هر روز می بینیم نمک هست، سدیم  کلراد. نمک با وجود دلچسب بودنش همونطور که قبلا گفتم از دوتا ماده شیمیایی خطرناک تشکیل شده، سدیم و کلر.

کلر هالوژن هست عنصری که برای اوکتِت  شدن به یه الکترون نیاز داره و سدیم یه آهن آلکالین هست یعنی یدونه الکترون تو لایه الکترونی آخرش داره.  بنابراین سدیم و کلر چنان به اوکتِت شدن نزدیک هستن که حاضرن هرچیزی رو تو مسیرشون نابود کنن تا اوکتِت  شن کامل بشه. البته هیچ خروجی بهتری هم وجود نداره.

بنابراین اگه کلر و سدیم رو به هم نزدیک کنیم تا باهم دوستی کنن اون ها بلافاصله الکترون ها رو جابه جا می کنن تا سدیم الکترون اضافه رو نداشته باشه و کلر اوکتِت  کامل بشه.

اون ها تبدیل به سدیم مثبت و کلر منفی میشن و بارشون اونقدر زیاد که بهم می چسبن و ما به این بهم چسبدین رو پیوند یونی می گیم. اگه شما دوتا دوست دیوانه داشته باشید ایده خوبی هست که بهم معرفی شون کنید تا دیگه شما رو اذیت نکنن و با هم ترکیب بشن مثل همین داستان برا سدیم و کلر که دیگه نمی خوان چیزی رو نابود کنن فقط می خوان دلچسب هم باشن.

البته تغییرات شیمایی مثل این مسله مهمی هست به یاد بیارین سدیم و کلری که می تونن شما رو بکشن الان تبدیل به یه چیز خوشمزه شدن ، حالا می خوایم در مورد آخرین پیوندمون تو شیمی حرف بزنیم و اون پیوند هیدروژنی هست.

آب که یادتون میاد امیدوارم از یادتون نرفته باش از اونجایی که آب تو پیوند کووالانسی قطبی گیر کرده و هیدروژن با مقدار کمی بار مثبت و اکسیژن با مقدار کمی بار منفی شارژ شده. بنابراین وقتی مولکول های آب دارن اطرف ما حرکت می کنن ما فکر می کنیم که مایع بی نقص هستن در واقع اونا بهم دیگه گیر کردن  و سمت اکسیژن به سمت هیدورژن چسبیده و تو یه جای دیگه سمت هیدورژن به اکسیژن.

شما خودتون می تونید این رو ببینید اگه یه لیوان رو پر آب بکنید بالای لیوان آب ،آب ها بهم چسبیدن

این در واقع پیوند کوالانسی قطبی هست که آب ها رو بهم چسبونده و نمیذاره از بالا آب زمین بریزه این پیوند های هیدرژنی ضعیف تو خیلی از ساختارهای شمیایی وجود دارن و فقط تو آب اتفاق نمی یوفتن. نقش مهمی رو تو پروتیئن ها بازی می کنن که مواد شیمیایی هستن که تقریبا کل بدن رو مار رو ساختن.

نکته پایانی این که پیوند ها  حتی پیوند های کووالانسی و یونی حتی با دسته بندی های خودشون با قدرت های متفاوتی هستن و وقتی می خواییم اون ها رو با خطوط کوچیک بنویسیم این خطور میتونه یه پیوند کووالانسی خیلی قوی باشه یا خیلی ضعیف رو نشون بده.

گاهی پیوندهای یونی از پیوندهای کووالانسی قوی تر هست اما این اکثر اوقات مسله نیست و قدرت پیوند کووالانسی به شدت متغییر هست.

چطور این پیوند ها به وجود میان برای حیات و زندگی ما مهم هست. ایجاد و شکستن این پیوندها در واقع کلید زندگی هست . همینطور کلید مرگ برای مثال وقتی یه مقدار فلز سدیم رو بخورید.

این رو به یاد داشته باشید که ما تو زیست شناسی به جلو حرکت می کنیم

حتی جذاب ترین فردی که دیدین مجموعه ای از مولکول های زیستی هست که داخل یه کیسه آبی داره حرکت می کنه.

لطفا برامون کامنت بذارید.
ارائه شده توسط آکادمی وگا و گروه وگا

وگا پنجمین ستاره پر نور آسمانمون هست

به اشتراک گذاری این مطلب!

دیدگاه ها

ارسال دیدگاه