ساختار شیمیایی
همانگونه که مى‌دانید، کوچک‌ترین واحد سازنده‌ی ماده اتم نام دارد. اتم‌ها به هم مى‌پیوندند و مولکول‌ها را پدید مى‌آورند.
مواد بدن موجودات زنده به دو گروه عمده تقسیم مىشوند: مواد معدنى و مواد آلى.
مواد معدنى: موجودات غیرزنده از مواد معدنى تشکیل شدهاند؛ اما موجودات زنده، بعضى مواد معدنى موجود در طبیعت را به صورت مواد آلى در مى‌آورند. مواد معدنى مهم بدن موجودات زنده عبارت‌اند از:
آب یکى از مهمترین مواد معدنى موجود در طبیعت و نیز در بدن موجودات زنده است. مقدار آب موجود در بدن موجودات زنده به طور متوسط بین ۶۵ تا ۹۵ درصد وزن بدن است.
کربن دى‌اکسید (CO2) و اکسیژن (O2) نیز از مواد معدنى مهمى هستند که پیوسته بین موجودات زنده و محیط مبادله مىشوند.
ترکیبات معدنى دیگر، مانند کلریدها، کربنات‌ها، فسفات‌ها و غیره نیز در ساختار بعضى بخش‌هاى بدن موجودات زنده وجود دارند و به انجام بسیارى از واکنش‌هاى زیستى بدن کمک مى‌کنند.
مواد آلى: مواد آلى موادى هستند که معمولاً به وسیله‌ی وجودات زنده ساخته مىشوند و در همه‌ی آن‌ها کربن به صورت عنصر اصلى وجود دارد.
در پیکر موجودات زنده ترکیب‌هاى آلى گوناگونى وجود دارند که همگى آن‌ها را مى‌توان در چند گروه جاى داد. چهار گروه از مهمترین ترکیب‌هاى آلى پیکر موجودات زنده عبارت‌اند از:
هیدرات‌هاى‌کربن، لیپیدها، پروتئین‌ها و اسیدهاى نوکلئیک.
شکل ۲- الف) چند ماده‌ی معدنى، ب) چند ماده‌ی آلى. یک نوع ماده‌ی معدنى نیز در شکل ب یافت مى‌شود، آن را پیدا کنید.
هیدراتهاى کربن: در ساختار هیدراتهاى کربن، هیدروژن، اکسیژن و کربن به کار مى‌رود. نشاسته، قند و شکر و پنبه، هیدرات کربن هستند. هیدراتهاى کربن را در سه گروه اصلى جاى مى‌دهند: مونوساکاریدها، دى‌ساکاریدها و پلى‌ساکاریدها.
مونوساکاریدها: کوچک‌ترین هیدراتهاى کربن هستند. معروف‌ترین آن‌ها گلوکز است که کار بسیار مهمى در سلول‌ها انجام مى‌دهد، چون سوخت رایج بسیارى سلول‌ها گلوکز است، یعنى سلول براى به دست آوردن انرژى لازم براى انجام واکنش‌هاى زیستى، گلوکز را مى‌سوزاند.
دى‌ساکاریدها: از ترکیب دو نوع مونوساکارید با یکدیگر به وجود مى‌آیند، معروف‌ترین دى‌ساکاریدها ساکارز است که آن را به صورت قند یا شکر مصرف مى‌کنیم.
پلى‌ساکاریدها: معمولاً از ترکیب تعداد زیادى گلوکز ساخته مىشوند. نشاسته یکى از پلى‌ساکاریدهاى خوراکى است. یکى دیگر از پلى‌ساکاریدهاى مهم طبیعت، سلولز است که براى ما غذا به شمار نمى‌آید؛ اما غذاى بسیارى از گیاهخواران را تشکیل مى‌دهد. پنبه، تقریباً سلولز خالص است، خش مهمى از کاغذِ کتاب شما نیز سلولز است. بخش اصلى دیواره‌ی سلول‌هاى گیاهى، سلولز است.
گلیکوژن یکى از پلی‌ساکاریدهایى است که بسیار شبیه به نشاسته است، نشاسته مخصوص سلول‌هاى گیاهى و گلیکوژن مخصوص سلول‌هاى جانورى و قارچ‌هاست. گلیکوژن در سلول‌هاى کبدى و ماهیچه‌اى ما به مقدار فراوان وجود دارد و منبع ذخیرهاى گلوکز به شمار مى‌آید.
فعالیت
شکل ۲- انواع هیدراتهاى کربن
۱- با توجه به طرح‌هاى بالا تفاوت و شباهت مونوساکاریدها، دى‌ساکاریدها و پلى‌ساکاریدها را شرح دهید.
۲- تفاوت‌ها و شباهت‌هاى ساختارى پلى‌ساکاریدها را در طرح بالا مشخص کنید.
فعالیت
الف) یک گرم نشاسته را در لوله‌ی آزمایش بریزید و ۱۰ میلی‌لیتر آب به آن اضافه کنید.
ب) آن را روى چراغ الکلى یا گاز با احتیاط گرم کنید.
ج) بگذارید ماده گرم شده، کمى سرد شود.
د) یک قطره محلول یددار (مانند لوگول) به آن اضافه کنید.
۱- چه تغییرى در رنگ نشاسته در آب، مشاهده مى‌کنید؟ از این تغییر چه نتیجه‌اى مى‌گیرید؟
۲- چگونه مى‌توانید به وجود نشاسته در سیب زمینى پى ببرید؟
۳- آیا در سیب درختى نیز نشاسته وجود دارد؟
لیپیدها: لیپیدها نیز مانند هیدراتهاى کربن از عناصر هیدروژن، اکسیژن و کربن ساخته شدهاند، اما نسبت این عناصر با یکدیگر در لیپیدها در مقایسه با نسبت آن‌ها در هیدراتهاى کربن بسیار متفاوت است. روغن‌ها و چربى‌ها، همگى لیپید هستند.
یکى از ویژگى‌هاى لیپیدها این است که هیچ کدام از آن‌ها در آب حل نمى‌شوند. ساختار معروف‌ترین نوع لیپیدها در شکل ۳-٢ نشان داده شده است.
این نوع لیپیدها که ترى‌گلیسرید نامیده مىشوند از ترکیب سه مولکول اسید چرب و یک مولکول گلیسرول حاصل مىشوند.
هر ترى‌گلیسرید پس از تجزیه به مولکول‌هاى سازنده‌ی آن تبدیل مى‌شود.
لیپیدها بخش مهمى از غشاهاى سلولى را مى‌سازند و به علاوه براى تولید انرژى در سلول، مصرف مىشوند.
شکل ۳- یک ترى‌گلیسرید
پروتئین‌ها: پروتئین‌ها علاوه بر هیدروژن، اکسیژن و کربن، دو عنصر دیگر نیز در ساختار خود دارند: نیتروژن و در بعضى از آن‌ها گوگرد. هر پروتئین از تعداد زیادى آمینو اسید که با یکدیگر ترکیب شدهاند، ساخته شده است.
شکل ۴ـ پروتئین‌ها از واحدهایى به نام آمینواسید ساخته شدهاند
پروتئین‌ها نقش‌هاى عمده‌اى در بدن دارند پروتئینى به نام هموگلوبین در خون، مسئول انتقال گازهاى تنفسى است؛ پروتئین‌هاى ماهیچه، کشش و انقباض ماهیچه را سبب مىشوند. بعضى پروتئین‌ها نقش آنزیمى دارند و از این نظر براى ادامه‌ی زندگى سلول‌ها بسیار مهم‌اند.
فعالیت
الف) کمى سفیدهی تخم مرغ را گرم کنید.
ب) کمى شیر در لیوان بریزید و به آن مقدارى آب لیمو یا سرکه اضافه کنید.
۱- تغییرات حاصل در هر یک از آزمایش‌ها را با دقت مشاهده کنید.
۲- اکنون آزمایش را بر عکس انجام دهید، یعنى روى سفیدهی تخم مرغ آب لیمو یا سرکه بریزید و شیر را گرم کنید. از این آزمایش چه نتیجه‌اى درباره‌ی ویژگى‌هاى پروتئین‌ها مى‌گیرید؟
آنزیم‌ها: آنزیم‌ها بیشتر واکنش‌هاى درون سلول‌ها را راه مى‌اندازند و از این نظر اهمیت فراوان دارند. براى پى بردن به کار و اهمیت آنزیم‌ها به مثال زیر توجه کنید.
سوزاندن گلوکز در آزمایشگاه به انرژى اولیه‌اى نیاز دارد. یعنى نخست باید گرماى گلوکز را به اندازه‌اى بالا ببریم تا سوختن را آغاز کند، یا مثلاً براى سوزاندن چوب کبریت نخست لازم است ماده‌ی منفجره نوک کبریت را شعله‌ور سازیم. مواد در دماى معمولى آزمایشگاه و بدون دادن گرماى لازم به آن‌ها نمى‌سوزند. براى سوزاندن گلوکز در درون سلول‌ها، امکان افزایش دماى سلول تا حد سوختن در خارج از بدن، وجود ندارد، بنابراین، آنزیم‌ها در دماى معمولى بدن، چنین واکنش‌هایى را راه مى‌اندازند. انجام این واکنش‌ها، در بدن، بدون حضور آنزیم‌ها امکا‌ن‌پذیر نیست.
به طور کلى آنزیم‌ها به انجام واکنش‌هاى شیمیایى سرعت مى‌بخشند، اما خود در این واکنش‌ها مصرف نمى‌شوند و تغییرى نمى‌یابند. درون هر سلول در هر لحظه صدها نوع آنزیم در حال فعالیت‌اند. براى بیشتر واکنش‌هایى که در سلول انجام مى‌شود، حداقل وجود یک آنزیم ضرورى است.
فعالیت
آنزیم‌ها، واکنش‌هاى زیستى را راه مى‌اندازند. آنزیم‌ها پروتئینى هستند و همانگونه که در آزمایش با سفیدە‌ی تخم مرغ مشاهده کردید، گرماى زیاد به آن‌ها آسیب مى‌رساند. نمودار زیر سرعت یک واکنش آنزیمى در دماهاى مختلف را نشان مى‌دهد.
۱- در چه دماهایى واکنش بیشترین و کمترین سرعت را داشته است؟
۲- چرا سرعت واکنش در دماى بالاتر از ۴۵ درجه کاهش مى‌یابد؟
۳- دماى بدن انسان در حالت تب ممکن است به بیش از ۴۰ درجه برسد، چرا این دما براى بدن مضر است؟
نوکلئیک اسید: درباره‌ی این مواد آلى در مقاله‌ای دیگر، مطالبى خواهید آموخت.
پرسش و تحقیق
۱- جدول زیر را کامل کنید:
| ردیف | ماده‌ی آلی | واحد‌های سازنده |
| ۱ | سلولز | |
| ۲ | گلیکوژن | |
| ۳ | آمینو اسید | |
| ۴ | تری‌گلسیرید |
۲- در این شکل طرح ساده‌اى از یک آنزیم مى‌بینید. به جاى علامت‌هاى سؤال در شکل ب، کلمات مناسب قرار دهید.
۳- با توجه به شکل‌هاى مربوط به سؤال ۲، توضیح دهید چرا آنزیم‌ها عمل اختصاصى دارند.
۴- پژوهشگران شیمى و زیست‌شناسى آب را ماده‌اى استثنایى مى‌دانند. درباره‌ی خواص آب تحقیق کنید و به کلاس گزارش دهید.
۵- چرا ساکارز و نشاسته را در یک گروه از ترکیب‌هاى شیمیایى قرار داده‌اند؟
۶- چرا پروتئین‌ها را ترکیب‌هاى مهمى به حساب مى‌آورند؟
