بیوشیمی کشاورزی - PDF

**بیوشیمی کشاورزی** **دکتر حمزه ایزدی** استاد گروه گیاهپزشکی دانشگاه ولی‌عصر رفسنجان **\ مقدمه** **بیوشیمی یعنی مطالعه مواد در سطح مولکولی** Biochemisstry= Chemistry of living organisms, the study of biology at the molecular level **بیوشیمی یعنی شیمی موجودات زنده و به‌عبارت دیگر شیمی زندگی. ب...

**بیوشیمی کشاورزی** **دکتر حمزه ایزدی** استاد گروه گیاهپزشکی دانشگاه ولی‌عصر رفسنجان **\ مقدمه** **بیوشیمی یعنی مطالعه مواد در سطح مولکولی** Biochemisstry= Chemistry of living organisms, the study of biology at the molecular level **بیوشیمی یعنی شیمی موجودات زنده و به‌عبارت دیگر شیمی زندگی. بیوشیمی اساس زندگی را تشکیل می‌دهد به همین دلیل ما به مطالعه بیوشیمی می‌پردازیم.** نود و دو عنصر در طبیعت وجود دارد. همه عناصر نام و علامت شیمیایی مخصوص به خود را دارند. اتم‌ها اجزای سازنده‌ی عناصر هستند. کوچکترین جز کامل یک ماده اتم‌ها می‌باشند و نمی‌توان آن‌ها را شکست و تغییر داد. هر اتم دارای پروتون با بار مثبت و نوترون با بار خنثی و الکترون با بار منفی است. الکترون در اطراف نوترون‌ها و پروتون‌هاست. مولکول وقتی تشکیل می‌شود که دو یا چند اتم با هم پیوند برقرار کنند. این پیوندها براساس ساختمان الکترونی اتم‌ها برقرار می‌شوند. مولکول‌ها می‌توانند از اتم‌های یکسان و یا متفاوت ساخته شوند. دو یا چند عنصر ترکیبات (Compounds) را تشکیل می‌دهند. مثل آب و دی اکسید کربن و\.... همه چیز از مواد ساخته شده‌اند و مواد از اتم‌ها ساخته شده‌اند. اکسیژن دارای 8 الکترون، 8 پروتون و 8 نوترون و هیدروژن دارای 1 الکترون و 1 پروتون است. از بین 92 عنصر کربن، هیدروژن، نیتروژن، فسفر، گوگرد، سدیم، پتاسیم، منزیم و کلسیم و اکسیژن از عناصر زندگیی می‌باشند و عمده‌ی مواد را تشکیل می‌دهند. عناصر در واقع خالص‌ترین فرم یک ماده هستند.  ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------- شکل 1- ساختمان اتم http://www.wpclipart.com/science/atoms\_molecules/periodic\_tables/periodic\_table\_of\_the\_elements.png شکل 2- جدول تناوبی عناصر **عناصر پر مصرف Macronutrients** عناصری که به میزان زیاد مورد نیاز موجودات زنده‌اند مانند هیدروژن، کربن، اکسیژن، نیتروژن عناصر پرمصرف یا ماکرونوترینت نامیده می‌شوند. زندگی برای بقا به 25 عنصر نیاز دارد که 4 عنصر کربن، نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن از این 25 عنصر بیش از 96 درصد بدن موجودات زنده را تشکیل می‌دهند. چهار عنصر دیگر وجود دارد که بقیه‌ی 4 درصد زندگی را تشکیل می‌دهند و عبارتند از فسفر، گوگرد، پتاسیم، کلسیم. **عناصر کم مصرف Micronutrients** مهم‌ترین عناصر کم مصرف عبارتند از روی، سدیم، کلر، آهن، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منزیم، ید، سولفور **ویژگی‌ها و نحوه‌ی پیوند شدن و اثر الکترون‌ها در پیوند بین اتم‌های مختلف**: رفتارهای شیمیایی اتم‌ها به وسیله‌ی الکترون مشخص می‌شود. الکترون‌هایی که در آخرین پوسته‌ی اتم قرار دارند در تعیین رفتارهای اتم مهم می‌باشند و تعداد این الکترون‌ها در تعیین رفتار اتم تاثیر گذار است. پوسته‌ی آخر را که تعیین کننده‌ی تعداد پیوندهای اتم است پوسته‌ی والانسی یا Valence shell می‌گویند. اتم‌هایی که تعداد الکترون‌های لایه‌ی آخر آن‌ها بیش‌تر است پیوند بیش‌تری تشکیل می‌دهند. جدول تناوبی عناصر بر اساس افزایش تعداد پروتون منظم شده است. عناصر در یک گروه دارای الکترون‌های پوسته‌ی آخر مشابهی هستند و در نتیجه ویژگی‌های شیمیایی یکسانی دارند. در جدول تناوبی از چپ به راست به طور منظم به تعداد الکترون‌ها و پروتون‌های هر عنصر افزوده می‌شود. عناصری که در یک ستون قرار می‌گیرند دارای والانس مشابهی هستند و خواص شیمیایی یکسانی دارند و الکترون‌های لایه آخر آن‌ها یکسان می‌باشد ولی به طور کلی تعداد الکترون‌های مشابهی ندارند) عناصری که دریک ردیف قرار دارند تعداد پوسته‌های یکسانی دارند  -------------------------------------------------------------------------------------------- Moving from left to right, each element has a sequential addition of electrons (& protons) Elements in the [same row] have the same [number of shells] والانس عبارت است از تعدادالکترون‌هایی که برای پر کردن آخرین پوسته اتم لازم است. به دلیل وجود موارد استثنا، تعریف عمومی‌تر والانس عبارت است از تعداد الکترون‌های یک اتم که پیوند تشکیل می‌دهند و یا تعداد پیوندهایی که یک اتم تشکیل می‌دهد مثلا اتم کربن دارای 6 الکترون است و نحوه قرار گرفتن الکترون‌های آن به‌صورت 1s22s22p2 می‌باشد و عدد والانس آن 4 می‌باشد. --------------------------------------------------------------- -- http://www.anselm.edu/homepage/jpitocch/genbio/electshell.JPG --------------------------------------------------------------- -- تعداد نوترون + تعداد پروتون =عدد حجمی هر اتم. فراوانی عدد اتمی فراوانی ایزوتوپ‌ها را نشان می دهد ایزوتوپ‌ها: وقتی یک عنصر نوترون می‌گیرد و یا نوترون از دست می‌دهد ایزوتوپ تشکیل می‌دهد. مثلا هیدروژن اگر یک نوترون بگیرد به دوتوریم ولی اگر 2 نوترون بگیرد به ترتیوم تبدیل می‌شود.  کربن دوازده 6 نوترون دارد و کربن چهارده 8 نوترون دارد. از ایزوتوپ کربن 14می‌توان برای تعیین عمر فسیل‌ها استفاده کرد چون این ایزوتوپ در بسیاری از موجودات وجود دارد. از ایزوتوپ‌های ردایو اکتیو می‌توان در پزشکی و کشاورزی و \.... استفاده کرد. نیمه عمر عبارت است از زمانی که طول می‌کشد تا نصف یک ماده تجزیه شود و به فرم دیگری در آید. هر ماده‌ایی دارای نیمه عمر خاص خود می‌باشد **واکنش های شیمیایی** : اتم ها تمایل دارند که فضای خالی پوسته والانسی خود را از نظر ظرفیت الکترونی تکمیل کنند و یا این که پوسته‌ی آخر را از الکترون خالی کنند. دلیل بروز واکنش‌های شیمیایی بین اتم‌ها همین ویژگی و تمایل اتم‌ها است. در نتیجه واکنش‌های شیمیایی پیوندها بوجود می آیند. -- -- -- -- اوربیتال: فضای خالی اطراف هسته که بیش‌ترین احتمال حضور یک یا دو الکترون در آنجا وجود دارد. **انواع پیوندها:** الف) پیوندهای هیدروژنی: این پیوندها بین مولکول‌های قطبی تشکیل می‌شوند. در واقع این پیوندها بین اتم هیدروژن با بار مثب و اتم‌های با بار منفی مانند نیتروژن، اکسیژن و فلور ایجاد می‌شوند. خاصیت قطبی آب جاذبه‌ایی را بین مولکول‌ها به وجود می‌آورد. هرکجا پیوند O-H وجود داشته باشد پیوند هیروژنی وجود دارد. این پیوندها نسبت به پیوندهای واندروالسی قوی‌تر هستند **ب) واکنش‌های آب‌دوست و آب‌گریز Hydrophobic & hydrophilic interactions** واکنش‌های آب‌دوست بین موادی تشکیل می‌شوند که هر دو در تشکیل پیوند هیدروژنی شرکت دارند در حالی که واکنش‌های آب‌گریز بین موادی تشکیل می‌شوند که هر دو نمی‌توانند در تشکیل پیوند هیدروژنی شرکت داشته باشند. گروهای شیمیایی شرکت کننده در این نوع پیوند دارای ماهیت غیرقطبی است مانند گروه متیل یا CH~3~ که در آن تمام پیوندهای اطراف کربن اشال شده‌اند و بنایراین یک گروه غیرقطبی به‌حساب می‌آید و در نتیجه یک مولکول قطبی مانند آب نمی‌تواند با آن پیوند تشکیل دهد. این گروه غیرقطبی در شبکه مولکول‌های آب ناپایداری ایجاد می‌کند و لذا نامطلوب به‌حساب ‌می‌آید و تمایل به دیگر مولکول‌ها و حلال‌های غیرقطبی دارند. این مولکول‌های آب‌گریز در درون آب به هم پیوسته و تشکیل [میسل](https://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%85%DB%8C%D8%B3%D9%84) می‌دهند. متقابلاً آب بر روی سطوح هیدروفوب *زاویه‌تماس* بسیار بزرگی به خود می‌گیرد و به شکل قطره‌های کروی درمی‌آید. مثال‌هایی از مولکول آب‌گریز شامل [نفت](https://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%86%D9%81%D8%AA)، [آلکن‌ها](https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A2%D9%84%DA%A9%D9%86)، [روغن](https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D9%88%D8%BA%D9%86) و [چربی](https://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%86%D8%B1%D8%A8%DB%8C) می‌شوند. از مواد هیدروفوب در صنعت به عنوان شوینده چربی (درکنار مواد لیپوفیل)، جداکننده‌های نفت از آب و برای زدودن ذرات غیرقطبی از سطوح قطبی استفاده می‌شود. **ج) نیروهای واندروالس Van der Waals forces** نیروهای الکتریکی نسبتا ضعیفی هستند که مولکول‌های خنثی را به هم نزدیک می‌کنند. در واقع نیروهایی بین مولکولی هستند و مولکول‌های غیرقطبی با بار الکتریکی نامساوی همدیگر را جذب می‌کند. این نیرو نتیجه جذب مولکول‌ها بر اساس بار نامساوی اطراف آن‌هاست است. Van der Waals forces are relatively weak electric forces that attract neutral molecules to one another in gases, in liquefied and solidified gases, and in almost all organic liquids and solids. The forces are named for the Dutch physicist Johannes van der Waals, who in 1873 first postulated these intermolecular forces in developing a theory to account for the properties of real gases. Solids that are held together by van der Waals forces characteristically have lower melting points and are softer than those held together by the stronger ionic, covalent, and metallic bonds. **پیوندهای کوالانسی قطبی:** در این پیوندها بین دو اتم جفت الکترون‌ها به طور نامساوی به اشتراک گذاشته می‌شوند. مثلا اکسیژن نسبت به هیدروژن الکترون‌ها را بیش‌تر به سمت خود می‌کشد در نتیجه الکترونگاتیوی اکسیژن بیش‌تر است و پیوندی که به وجود می‌آید قطبی است. در واقع پیوند قطبی نتیجه‌ی اشتراک نامساوی الکترون است و مولکول حاصل قطبی است مانند آب. **پیوندهای یونی:** در پیوندهای یونی کاتیون‌های با بار مثبت الکترون از دست می‌دهند و آنیون‌های با بار منفی الکترون می‌گیرند. در پیوندهای یونی انتقال الکترون صورت می‌گیرد. در واقع پیوندهای بین اتم‌ها یا کوالانسی و یا یونی هستند. در پیوند کوالانسی الکترون به اشتراک گذاشته می‌شود ولی پیوند یونی بر اساس انتقال الکترون است. پیوندهای کوالانسی مولکول‌ها را تشکیل می‌دهند و بسیار پایدار هستند. مثلا دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن مولکول آب را به‌وجود می‌‌آورند. در پیوندهای کوالانسی دو اتم می‌توانند بیش از یک جفت الکترون را به اشتراک بگذارند. در نتیجه باندهای دوگانه به وجود می‌آیند (اگر دو جفت الکترون به اشتراک بگذارند) و اگر سه جفت الکترون را به اشتراک بگذارند باندهای سه گانه را بوجود می‌آورند. ----------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------ پیوند هیدروژنی پیوند کووالانسی http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Graphics/VanderWaals1.gif  نیروهای واندوالس پیوند یونی ----------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------ **\ ** **آب و ویژگی‌های منحصر به فرد آن‌:** بیش از 70 درصد کره‌ی زمین را آب تشکیل می‌دهد. سه درصد از آب‌های کره‌ی زمین آب‌های شیرین هستند و 97 درصد بقیه را آب‌های شور اقیانوس‌ها می‌باشند. عمده‌ی آبهای شیرین به شکل یخ هستند. خون انسان و آب دریاها دارای غلظت نمک تقریبا یکسانی هستند. پس زندگی از آب دریاها شروع شده است. Image result for water in world میزان آب در قسمت‌های مختلف کره زمین **آب موجود در کره‌ی زمین از کجا آمده است؟** حدود 5/4 میلیون سال قبل و در اثر انفجارهای خورشید مواد حاصل از این انفجارها سرد و متمرکز شدند و کره‌ی زمین را به‌وجود آوردند، با گذشت زمان، زمین سرد شد و مواد با تراکم کم از جمله گازهای اکسیژن و هیدروژن به سطح کره‌ی زمین راه یافتند در حالی که مواد با تراکم بیشتر به عمق زمین رفتند. فاصله‌ی زمین از خورشید مناسب است پس آب می‌تواند به شکل مایع بر روی زمین وجود داشته باشد. دو تئوری عمده در رابطه با نحوه‌ی تشکیل آب در کره‌ی زمین وجود دارد: 1. تئوری از درون به بیرون یا The "Inside-Out" model: بر اساس این تئوری وقتی که زمین تشکیل شد مقدار کمی آب به مواد معدنی متصل شده بود به تدریج این آب‌ها در اثر آتش‌فشان‌ها به سطح کره‌ی زمین راه یافتند؛ 2. تئوری از بیرون به درونThe "Outside-In" model : بر اساس این تئوری زمین بدون وجود آب تشکیل شده و در اثر بمباران به‌وسیله شهاب سنگ‌ها و ستاره‌های دنباله‌دار آب وارد کره‌ی زمین شده است. **دلیل مطالعه آب:** 1. زندگی در آب تشکیل شده است به طوری که هم در درون یک سلول و هم در بیرون آن آب وجود دارد پس زندگی بدون آب غیر ممکن است؛ 2. آب برای تمام فرم‌های زندگی ضروری است و هیچ زندگیی بدون آب وجود ندارد. از نظر وزنی بیش از 70 درصد موجوادت زنده را آب تشکیل می‌دهد و ممکن است بیش از 90 درصد وزنشان را هم آب تشکیل دهد. 3. دلایل بسیار زیادی وجود دارد که نشان می‌دهد زندگی از درون آب منشا گرفته است و موجودات خشکی‌زی امروزی نیز آب را درون بدن خود حمل می‌کنند. مثلا مغز انسان دارای 70 درصد آب می‌باشد، شش‌های انسان دارای بیش از 90 درصد آب هستند و حدود 83 درصد خون انسان را آب تشکیل می‌دهد. 4. هر موجود زنده مثل یک انسان بالغ باید حداقل 5/2 لیتر آب در روز بنوشد تا زنده بماند که این آب به دو طریق تامین می‌شود: 1- آب متابولیکی یا آب همراه با مواد غذایی؛ 2-آبی که مستقیما می‌خوریم. 5. بسیاری از حواس موجودات زنده مثل حس بویایی، چشایی و حواس دیگر نیاز به آب دارند تا بتوانند تبادلات گازی را انجام دهند و باید در محیط مرطوب باشند.  **میزان آب در اندام‌های بدن انسان** **ویژگی های منحصر به فرد آب:** این ویژگی‌ها شامل ویژگی‌های فیزیکی وشیمیایی است که زندگی را بر روی کره ی زمین ممکن کرده است. تقریبا بیش از 70-95 درصد سلول‌ها را آب تشکیل می‌دهد و نزدیک به 75 درصد کره‌ی زمین را آب پوشانده است. آب به سه فرم مایع، جامد و گاز وجود دارد. زندگی در آب تکامل یافته است و آب در کره‌ی ماه، مریخ و در ستاره‌های دیگر هم وجود دارد و در خارج از کهکشان راه شیری هم ممکن است آب وجود داشته باشد. آب یک مولکول قطبی است و دارای بارهای مثبت و منفی می‌باشد که هر دوی این بارها ضعیف هستند. دو اتم هیدروژن با پیوندهای کوالانسی به یک اتم اکسیژن متصل می‌شوند. علاوه بر ویژگی قطبی بودن آب، بارهای مثبت و منفی به شکل نامتقارن اطراف آن پراکنده شده‌اند و در نتیجه مولکول‌های آب مانند یک آهن‌ربای کوچک عمل می‌کنند. دلایل ویژگی آهن‌ربایی آب وجود باندهای هیدروژنی است. مولکول‌های آب با همدیگر پیوندهای هیدروژنی تشکیل می‌دهند و به دلایل وجود بارهای مثبت و منفی و تمایل این بارها به هم مولکول‌های چسبنده‌ی آب به وجود می‌آیند که این ویژگی چسنبده بودن باعث می‌شود که ویژگی‌های خاصی برای آب به وجود آید: 1. آب بیش‌تر مواد موجود در کره‌ی زمین را در خود حل می‌کند و این عمل را بیش از هر حلال دیگری انجام می‌دهد و مهم‌ترین حلال است؛ 2. آب می‌تواند مقادیری گرما جذب کند بدون این‌که دمای آن و یا فاز آن تغییر کند پس گرمای نهان تبخیر بالایی دارد؛ 3. وقتی آب یخ می‌زند تراکم آن از زمانی که مایع است کمتر می‌شود؛ 4. آب دارای ویژگی چسپندگی یا adhesive است و همین باعث چسبیدن آب به سطوحی مانند شیشه، فلز و پلاستیک و باعث ویژگی مویینگی می‌شود؛ 5. آب دارای ویژگی چسبندگی بین مولکولی یا cohesive است و همین ویژگی باعث می‌شود که کشش سطحی آب بسیار بالا باشد. شکل مولکول آب و پراکندگی بارهاC:\\Users\\shaghayegh\\Desktop\\download.jpg **ویژگی‌های یخ:** چون تراکم یخ از تراکم آب کمتر است، یخ ماده جامدی است که در آب شناور باقی می‌ماند. اکثر مواد در حالت جامد دارای تراکم بیشتری نسبت به حالت مایع هستند اما آب برعکس است و بیش‌ترین تراکم را در دمای 4 درجه‌ی سانتی‌گراد دارد. تراکم کم یخ باعث ویژگی‌های زیر می‌شود: شناور ماندن یخ در آب که باعث می‌شود دریاها و اقیانوس ها به طور عمیق یخ نزنند. یخی که در سطح آب تشکیل می‌شود در واقع شرایط را برای بقا موجودات زنده‌ی درون آب در طی سرمای زمستان فراهم می کند. اگر یخ در آب ته نشین می‌شد برکه‌ها، دریاچه‌ها و حتی اقیانوس‌ها به طور شدید و عمیق یخ می‌زدند و در نتیجه زندگی در آن‌ها از بین می رفت و حتی در تابستان فقط چند سانتی‌متر بالایی یخ آب می‌شد؛  Image result for water and ice density --------------------------------------------------------------- ----------------------------------------  تراکم مولکولی آب و یخ **گرمای نهان تبخیر بالای آب باعث** مولکول‌های آب به دلیل داشتن گرمای نهان تبخیر بالا در مقابل تغییرات دما مقاومت نشان می‌دهند. در واقع انرژی زیادی نیاز است تا تغییرات کمی در دمای آب ایجاد شود و همچنین زمان زیادی نیاز است تا دمای آب پایین آید. به همین دلیل آب دمای کره‌ی زمین را متعادل و مناسب برای رشد انواع موجودات زنده و گیاهان کرده است. آّب در دمای صفر درجه یخ می‌زند و بین صفر تا صد معمولا مایع است و در صد درجه به بخار تبدیل می‌شود. برای بخار شدن آب مدت زمان بیشتر ولی برای یخ زدن مدت زمان کمتری نیاز است. ویژگی گرمای نهان تبخیر بالای آب باعث می‌شود موجوداتی مثل پستانداران بتوانند گرمای بالای محیط را تحمل کنند و فعالیت عرق کردن در آن‌ها رخ می‌دهد. موجودات زنده برای از دست دادن گرمای بدن به گرمای نهان تبخیر آب متکی هستند. گرمای نهان تبخیر میزانی از گرماست که مایع باید جذب کند و از حالت مایع به گاز تبدیل شود. وقتی که مایع در حال بخار شدن است سطح آن خنک می شود (خنک شدن در اثر تبخیر Heat of vaporization). گرمای نهان تبخیر بالای آب باعث می‌شود: 1. دمای کره‌ی زمین متعادل شود؛ 2. در میحط‌های آبی تغییرات دمایی خیلی کم شود و دما تقریبا ثابت بماند؛ 3. از گرم شدن بیش از حد موجودات زنده جلوگیری شود. **کشش سطحی بالای آب High surface tension** کشش سطحی در واقع یک مقیاس است که بیانگر میزان سختی شکستن سطح مایع است. آب دارای بیش‌ترین کشش سطحی است و همین کشش سطحی بالا باعث می‌شود که آب به شکل قطره در آید و این کشش سطحی مربوط به پیوستگی کوهیژن مولکولی بالای آب است و کوهیژن نتیجه پیوندهای هیدروژنی است. به پیوندهای هیدروژنی بین مولکول‌های آب کوهیژن یا پیوستگی بین مولکولی گفته می‌شود و این باعث می‌شود آب ویژگی چسپندگی داشته باشد و کشش سطحی آب را باعث می‌شود در نتیجه یک حشره می‌تواند روی آب راه برود و ما می‌توانیم آب را به وسیله‌ی یک نی بالا بکشیم. پیوندهای هیدروژنی بین مولکول‌های آب و سطوح دیگر را ادهیژن می‌گویند. این پیوندها به آب ویژگی کاپیلاری یا مویینگی می‌دهند و آب می‌تواند روی سطوح حرکت کند و باعث می‌شود آب بتواند شکل ظرف را به خود بگیرد و باعث می‌شود سطح آب دارای گودی شود. همین ویژگی باعث می‌شود آب بتواند در آوندهای درخت حرکت کند. Image result for specific latent heat of vaporization of water ----------------------------------------------------------------------------------------------  گرمای نهان تبخیر بالای آب آب به دلیل ویژگی قطبی بودن بهترین و موثرترین حلال موجود در طبیعت است. مولکول‌های قطبی آب یون‌های با بار مثبت و منفی را احاطه کرده و با حل کردن آن‌ها یک محلول تشکیل می‌دهند. حلال solvent ، محلول solation، و آنچه که در حلال حل می‌شود solute نامیده می‌شود. اگر حلال آب باشد محلول را Aqueous یا محلول آبی می‌گویند. آب بهترین محیط برای مهم‌ترین واکنش‌های شیمیایی از جمله متابولیسم است. مواد را براساس واکنشی که باآب برقرار می‌کنند به دو دسته تقسیم می‌کنند: 1. مواد آب‌دوست یا هیدروفیل موادی هستند که تمایل به حل شدن و پیوند با آب دارند و معمولا ترکیبات قطبی هستند؛ 2. مواد آب‌گریز یا هیدروفوب موادی هستند که تمایل یه واکنش با آب ندارند و غیر قطبی هستند مانند انواع روغن‌ها. Image result for solute solvent and solution ---------------------------------------------------------------------  **بی‌رنگ بودن آب:** بی‌رنگ بودن آب باعث می‌شود که نور به راحتی از آب عبور کند. نور از بافت‌هایی که دارای آب هستند هم به راحتی عبور می‌کند. آب به‌دلیل بی‌رنگ بودن اجازه می‌دهد نور از محیط‌های آبی عبور داشته باشد و فتوسنتز را در آن‌ها امکان پذیر می‌کند. دلیل این که اقیانوس‌ها آبی رنگ هستند این است که با برخورد نور خورشید به سطح آب نور جذب شده منعکس گشته و یا از آب عبور می‌کند. طیف قابل دیدن نور یعنی رنگ‌های زرد و قرمز به راحتی جذب آب می‌شوند در حالی که نور آبی از سطح آب منعکس می‌شود و به همین دلیل و در اثر برخورد نور آبی به چشم انسان سطح دریاها آبی به‌نظر می‌رسد. قسمت عمده انرژی خورشید که به سطح آب اقیانوس‌ها می‌رسد در چند متری سطح اقیانوس جذب می‌شود. به طور معمول نور فقط تا عمق حدود 1000 متر می‌تواند در آب نفوذ کند در حالی که اقیانوس‌ها هزاران متر عمق دارند و درنتیجه قسمت عمده‌ی عمق اقیانوس‌ها تاریک باقی می‌ماند. در این قسمت‌ها زندگی وابسته‌ی به منابع دیگری از انرژی است. علاوه بر نور صدا نیز از آب عبور می‌کند. سرعت حرکت صدا در آب 5 برابر سرعت حرکت آن در هواست و همین انتشار صدا در آب شرایط لازم برای ارتباط بسیاری از موجودات دریایی از طریق صدا را فراهم می‌کند. **تجزیه‌ی ترکیبات یونی در آب: یونیزه شدن آب و مفهوم pH** ترکیبات مانند Nacl در آب تجزیه شده و یون‌های [Na^+^]{.math.inline} و [Cl^−^]{.math.inline} را به وجود می‌آورند این عمل یعنی یونیزه شدن آب منجر به پیدایش مفهوم pH شده است. در اثر یونیزاسیون آب یون [*H*^+^]{.math.inline} از آن جدا شده و یون [OH^−^]{.math.inline} (هیدروکسیل) را باقی می‌گذارد. اگر غلظت یون [*H*^+^]{.math.inline} برابر با غلظت یون [OH^−^]{.math.inline} باشد آب خنثی یا Neutral است در حالی که اگر غلظت یون [*H*^+^]{.math.inline} بیش‌تر از [OH^−^]{.math.inline} باشد آب حالت اسیدی دارد واگر غلظت یون [*H*^+^]{.math.inline} کمتر از [OH^−^]{.math.inline} باشد آب حالت قلیایی یا بازی خواهد داشت. آب خالص در دمای اتاق دارای غلظت برابری از یون [*H*^+^]{.math.inline} و [OH^−^]{.math.inline} منفی است. pH ابزار یا روشی برای اندازه گیری غلظت یون هیدروژن است و نحوه‌ی تعیین میزان اسیدی یا بازی بودن محلول را مشخص می‌کند. میزان آن از 0-14 متغییر است. تمام موجودات زنده به تغییرات pH حساس هستند. اسید دارای غلظت بالاتری از یون [*H*^+^]{.math.inline} و باز دارای غلظت بالاتری از یون [OH^−^]{.math.inline} است. در هر حال غلظت [*H*^+^]{.math.inline} در غلظت [OH^−^]{.math.inline} مساوی است با [1 × 10^14^]{.math.inline} بدین ترتیب pH عبارتست از: \[H+\]\[OH-\] = 1.0 x 10 ^-14^ pH = -log\[H+\] \[H+\] = 1.0 x 10^-pH^ pOH= -Log \[[OH^−^]{.math.inline} \] غلظت [*H*^+^]{.math.inline}= [1 × 10^ − *PH*^]{.math.inline} PH=7 خنثی می‌باشد و از 7 تا 14 بازی و از 7-1 اسیدی می‌باشد. مثلا آب‌لیمو دارای pH=2 بارانpH=5، سرکه pH=4، خون انسان pH=7.5، پاک کننده‌های شیمیایی pH=10 Image result for ph concept **محلول بافر و نقش آن در تنظیم محیط سلول:** در سلول pH حدود 7 ثابت باقی می‌ماند. نکته مهم این است که pH در شکل مولکول اثر گذار است و شکل مولکول وظیفه‌ی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد در نتیجه pH بر وظیفه سلول اثر گذار است. بافر ذخیره‌‌ای از یون [*H*^+^]{.math.inline} است که قادر به دادن یون [*H*^+^]{.math.inline} وقتی که غلظت این یون پایین است و گرفتن یون [*H*^+^]{.math.inline} وقتی غلظت آن بالا می‌رود می‌باشد. بافر وظیفه‌ی حفظ و نگه‌داری pH محیط داخلی بدن در یک محدوده‌ی مشخص را بر عهده دارد و جلوگیری از تغییرات شدید pH را فراهم می کند. معمولا pH بدن در 6-8 به وسیله بافرها نگه‌داشته می‌شود و بافرها از بروز تغییرات شدید در میزان pH جلوگیری می‌کنند. بافر مخلوطی از ترکیب دهنده‌ی [*H*^+^]{.math.inline} و گیرنده‌ی [*H*^+^]{.math.inline}که اسید ضعیف و یا باز ضعیف هستند می‌باشد. بافر با پذیرش یون[*H*^+^]{.math.inline} از محلول وقتی غلظت این یون بالاست و نیز با دادن یون[*H*^+^]{.math.inline} وقتی غلظت آن در محلول پایین است مانع بروز تغییرات شدید در غلظت یون[*H*^+^]{.math.inline} شده و بدین ترتیب از تغییرات pH جلوگیری می‌کند. مثالی از بافرها بی‌کربنات است [*H*~2~CO~3~]{.math.inline} به عنوان اسید ضعیف با دادن [*H*^+^]{.math.inline} به[HCO~3~^−^]{.math.inline} و یون [*H*^+^]{.math.inline} تبدیل می‌شود. **\ ویژگی های اتم کربن:** اتم کربن واحد ساختمانی زندگی را تشکیل می‌دهد. تقریبا تمام فرم‌های زندگی بر روی اتم کربن تشکیل شده و از اتم کربن ساخته شده‌اند. سلول به عنوان واحد زندگی دارای 72 درصد آب و 25 درصد ترکیبات کربنی مثل چربی‌ها، قندها، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک است و حدود 3 درصد مواد معدنی دارد. بیوشیمی، شیمی مطالعه ترکیبات کربنی است. اتم کربن واحد سازنده‌ی تمام ترکیبات آلی است و دارای ویژگی پیوندی خاصی است به طوری که می‌تواند 4 پیوند کوالانسی پایدار تشکیل دهد و ترکیبات مختلفی مانند متان، اتان، اتیلن و ترکیبات پیچیده‌تری مانند هیدروکربن‌ها، اسیدهای چرب و پروتئین‌ها را به وجود آورد. http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/wp-content/uploads/2010/02/c-atom\_e.gif ------------------ ساختمان اتم کربن ------------------ هیدروکربن‌ها ترکیبی از کربن و هیدروژن هستند و غیرقطبی یا نان‌پولار می‌باشند، در آب حل نمی‌شوند و آب‌گریز هستند، پایداری بالایی دارند و در دمای محیط به شکل گاز می­باشند، زیرا تمایل جذب بین مولکولی آن‌ها خیلی کم است. متان به‌عنوان ساده‌ترین این ترکیبات شناخته شده است. با افزایش تعداد اتم‌های کربن و هیدورژن در زنجیره‌ی هیدروکربن‌ها ترکیبات مختلفی فرم می‌گیرند به عنوان مثال اتان، پروپان، بوتان و\....  ------------------------ انواع هیدروکربن‌ها **ایزومر** مولکول‌های با فرمول یکسان اما با ساختمان متفاوت را ایزومر می‌گویند که دارای ویژگی‌های شیمیایی متفاوت و درنتیجه وظایف بیولوژیکی متفاوتی هستند. ایزومرهای هندسی از نظر نحوه‌ی قرار گرفتن اتم‌ها در اطراف باند دوگانه با هم تفاوت دارند. انان‌تیومرزها از نظر پراکنش فضایی اتم‌ها در اطراف کربن نامتقارن باهم تفاوت دارند. در نتیجه‌ی این پراکنش متفاوت مولکول‌هایی ایجاد می‌شود که تصاویر آیینه‌ایی هستند و شبیه دست راست وچپ انسان تصویر راست‌گر و چپ‌گر نامیده می‌شوند و نمی‌توان آن‌ها را بر روی هم منطبق کرد.  **تاثیر شکل بر وظیفهStructure affects function** تفاوت‌های ساختمانی مولکول‌ها نقش مهمی در وظایف متفاوت آن‌ها ایفا می‌کنند به‌عنوان مثال اسید آمینه‌ی آلانین به شکل L آلانین در ساختمان پروتئین وجود دارد ولی ایزومر فضاییD آن در ساختمان پروتئین‌ها یافت نمی‌شود. Image result for d and l alanine **گروه­های عاملی یا Functional groups** به طور کلی 6 گروه شیمیایی در بیوشیمی دارای اهمیت هستند این گروه‌ها عبارتنداز: هیدروکسیل، کربوکسیل، کربونیل، آمینو، سولفیدریل و فسفات. این گروه‌های عمل همگی هیدروفیل هستند و حلالیت مواد آلی در آب را افزایش می‌دهند. این گروهها قسمتی از مولکول‌های آلی هستند که در واکنش‌های شیمیایی آن موثر می‌باشند و ویژگی‌های خاصی را به مولکول‌های آلی می‌دهند. واکنش‌پذیری این ترکیبات را تحت تاثیر قرار می‌دهند و همان طور که قبلا گفته شد باعث هیدروفیلیک شدن هیدروکربن‌ها می‌شوند و حلالیت آن‌ها را در آب افزایش می‌دهند. جایگزینی اتم‌ها یا گروه‌های دیگر در اطراف اتم کربن باعث بوجود آمدن گروه‌های عمل و تغییر در و ظایف مولکول می‌شود مثلا [*c*~2*H*~6~~]{.math.inline} اتان است و چنان‌چه یک اتم هیدروژن با یک گروه هیدروکسیل جایگزین شود اتانول به‌وجود می‌آید، اتان غیرقطبی و گاز است در حالی که اتانول قطبی و مایع است. همچنین فعالیت‌های زیستی این دو ماده نیز باهم متفاوت هستند. ---------------------------------------------  --------------------------------------------- **گروه هیدروکسیل OH:** کلیه‌ی مواد آلی که دارای گروه هیدروکسیل هستند الکل می‌باشند و نام آن‌ها معمولا به OL ختم می‌شود مانند اتانول. گروه کربونیل: در این گروه اتم اکسیژن با پیوند دوگانه به اتم کربن متصل می شود. اگرC=O در انتهای مولکول باشد ترکیب آلدهید و اگر در وسط مولکول باشد ترکیب کتون نامیده می‌شود.  گروه کروکسیل -COOH: اتم کربن در این گروه با پیوند دوگانه به اکسیژن و با پیوند یگانه به گروه 0H متصل می‌شود. ترکیبات دارای این گروه اسید هستند. مانند آمینو اسید، فتی اسید گروه آمینو [NH~2~]{.math.inline} : در این گروه دو اتم هیدروژن به اتم نیتروژن متصل شده‌اند. ترکیبات دارای گروه آمین آماین نامیده می‌شوند مانند آمینو اسیدها [NH~2~]{.math.inline} در واقع مانند باز عمل می‌کند و یون هیدروژن را از محیط جذب می‌کند.  گروه سولفیدریل SH: در این گروه اتم هیدروژن به گوگرد متصل شده است و ترکیبات دارای این گروه تیول نامیده ‌می‌شوند. این گروه باعث استحکام ساختمان پروتئین‌ها می‌شود. گروه فسفات [PO~4~]{.math.inline} : در این گروه اتم فسفر با 4 اتم اکسیژن پیوند برقرار می‌کند و از این طریق اتم‌های اکسیژن به کربن متصل می‌شود. هرچه تعداد اکسیژن‌ها بیش‌تر باشد بار منفی بیش‌تر بوده و واکنش‌پذیری بیش‌تر می‌شود. این ترکیبات ناقل انرژی بین مولکول‌های آلی هستند مانند ATP،GTP.  **\ ** **مولکول‌های بزرگ: واحدهای ساختمانی زندگی Macromolecules: building blocks of life** مولکول‌های بزرگ از به هم پیوستن مولکول‌های آلی کوچک‌تر تشکیل شده‌اند. چهار گروه اساسی این مولکول‌ها عبارتند: لیپیدها، کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک **پلیمرها** پلیمرها مولکول‌های بلندی هستند که از تکرار واحدهای سازنده یا مونومرها در یک زنجیره به وجود آمده‌اند. مونومرها در طول یک زنجیره تکرار شده و پلیمرها را به وجود آورده‌اند. مونومرها از طریق پیوندهای کوالانسی به‌هم پیوسته‌اند. با عمل حذف آب یا Dehydration، عمل سنتز پلیمرها صورت می‌گیرد. به عبارت دیگر با حذف آب می‌توان مونومرها را به‌هم متصل کرد و پلیمر را ایجاد نمود. در این مسیر یک مونومر به عنوان دهنده‌ی گروه هیدروکسیل و دیگری دهنده [*H*^+^]{.math.inline} عمل می‌کند. این واکنش‌ها به انرژی و آنزیم نیاز دارند. واکنش‌های منجر به تولید پلیمرها را Dehydration synthesis or condensation reaction می‌گویند برای شکستن پلیمرها عملیات برعکس سنتز نیاز است به عبارت دیگر باید به واکنش آب را اضافه نمود تا در حضور آنزیم و طی عملیات هیدرولیز با آزاد شدن انرژی ترکیب شکسته شود. در واقع این همان فعالیت هضم غذا می‌باشد. این واکنش‌ها را هیدرولیز می‌گویند. +-----------------------------------------------------------------------+ | واکنش دهیدریشن و تشکیل پلیمر | +-----------------------------------------------------------------------+ | | +-----------------------------------------------------------------------+ | واکنش هیدرولیز و شکستن پلیمر | | | | http://pediaa.com/wp-content/uploads/2017/08/Difference-Between-Dehyd | | ration-Synthesis-and-Hydrolysis-Comparison-Summary.png | +-----------------------------------------------------------------------+ مقایسه واکنش‌های هیدرولیز و سنتز پلیمرها **کربوهیدرات‌ها Carbohydrates** کربوهیدرات‌ها بیشتر ساختمان آلی تمام گیاهان را تشکیل می‌دهند ضمن این که در ساختمان سلول‌های حیوانی نیز حضور دارند. این ترکیبات در گیاهان طی واکنش‌های فتوسنتز ساخته می‌شوند. در این واکنش‌ها، انرژی نورانی خورشید به‌وسیله کلروفیل جذب شده و به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود. این انرژی ساخته شدن گلوکز از آب و دی‌اکسید کربن را حمایت می‌کند. به‌طور ساده کربوهیدرات یعنی کربن هیدراته یاکربن دارای آب زیرا بسیاری از آنها را می‌توان با فرمول ساده (CH20)n نشان داد. البته این فرمول بسیار ساده شده است زیرا تعدادی از کربوهیدرات‌ها تغییر یافته و دارای گروه‌های آمین، سولفات و یا فسفات هستند. به‌طور کلی می‌توان گفت که کربوهیدرات‌ها گروهی از ترکیبات آلی هستند که قندها و ترکیبات وابسته را در بر می‌گیرند. از نظر شیمیایی کربوهیدرات‌ها آلدئیدها و یا کتون‌های با چند گروه هیدروکسیل polyhydroxy aldehydes and ketones هستند و یا ترکیباتی هستند که آلدئیدها و کتون‌ها را طی واکنش‌های هیدرولیز می‌سازند. بر این اساس کربوهیدرات‌ها در بردارنده قندهای ساده یا Sugars نشاسته، سلولز، صمغ، پکتین‌ها، ساپونین‌ها، لکتین، گلیکوژن، کتین و \... می باشند. کربوهیدرات‌ها گروه بسیار متنوعی از مولکول‌های آلی هستند که در تمام فرم‌های زندگی وجود دارند و به عنوان فراوان‌ترین ماده سازنده ساختمان سلول‌های گیاهی و جانوری شناخته می‌شوند.  **وظایف کربوهیدرات‌ها** 1. وظیفه‌ی مهم کربوهیدرات‌ها ذخیره‌ی انرژی است. کربوهیدرات‌ها مهم‌ترین منبع قابل استفاده انرژی هستند. تقریبا تمام جانوران به کربوهیدارت‌ها به عنوان منبع آنی انرژِی وابسته می‌باشند؛ 2. این ترکیبات به‌عنوان اجزا ساختمانی در دیواره‌ی سلولی گیاهان، قارچ‌ها و جلد بدن بندپایان اهمیت دارند؛ 3. کربوهیدرات‌ها به عوان ماده خام در سنتز بسیاری از ترکیبات مانند شیر که از گالاکتوز و گلوکز ساخته شده، به‌کار می‌روند؛ 4. کربوهیدرات‌ها در کنترل ژنتیکی رشد و نمو نیز موثر هستند به طوری که ریبونوکلئیک اسید یا RNA و دئوکسی ریبونوکلئیک اسید یا DNA که مهمترین ترکیبات ژنتیکی هستند دارای قند ریبوز می‌باشند؛ 5. بعضی از کربوهیدرات‌ها وظیفه حفاظت گیاه در مقابل آلودگی را بر عهده دارند مانند پلی‌فنول‌ها و ساپونین‌ها. **تقسیم‌بندی کربوهیدرات‌ها** عناصر سازنده‌ی کربوهیدرات‌ها 3 عنصر کربن، هیدروژن و اکسیژن می‌باشند. اجزای کوچک‌تر یا مونومر کربوهیدرات‌ها مونوساکاریدهایی مثل گلوکز که دارای ساختمان حلقوی است می‌باشند. کربوهیدرات‌ها مولکول‌های حامل انرژی هستند و را به 3 دسته‌ی کلی مونوساکاریدها، دی‌ساکاریدها و پلی‌ساکاریدها تقسیم‌ می‌شوند. قندها را می‌توان بر اساس پیچیدگی ساختمان شیمیایی به 4 دسته‌ به شرح زیر تقسیم کرد: 1. مونوساکاریدها یا تک‌قندی‌ها که از یک واحد سازنده مانند گلوکز و فروکتوز تشکیل شده‌اند؛ 2. دی‌ساکاریدها یا دوقندی‌ها مانند سوکورز، لاکتوز و مالتوز؛ 3. اولیگوساکاریدها که بین دو تا ده واحد سازنده دارند مانند رافینوز؛ 4. پلی‌ساکاریدها یا چندقندی‌ها که بیش از ده واحد سازنده یا مونومر دارند مانند گلیکوژن، نشاسته، سلولز و کیتین. https://files.askiitians.com/cdn1/images/2014725-175445850-8711-carbohydrates-classification.jpg واحدهای سازنده‌ی کربوهیدرات‌ها را به طور معمول قند یا sugar می‌گویند که به OSE ختم می‌شوند و بر اساس تعداد اتم‌های کربن به سه گروه تقسیم می‌شوند: 1. هگزوز: قندهای با 6 اتم کربن هگزوز نامیده می‌شوند مثل گلوکز. 2. پنتوز: قندهای دارای 5 اتم کربن پنتوز نامیده می‌شوند مانند ریبوز 3. تریوز: قندهای با 3 اتم کربن تریوز نامیده می‌شوند مانند گلسیرآلدهید. کربوهیدرات‌هایی که دارای گروه کربونیل هستند به دو فرم آلدهید و کتون ممکن است وجود داشته باشند. فرم آلدهید آن‌ها را آلدوز و فرم کتون آن‌ها را کتوز می‌نامند. از آلدوزها می‌توان به گلسیرآلدهید که قند تریوز با فرمول[*O*~3~*H*~6~*C*~3~]{.math.inline} است و ریبوز که یک قند با فرمول[*H*~10~*O*~5~*C*~5~]{.math.inline} است و گلوکز و گالاکتوز که هر دو قندهای هگزوز هستند با فرمول [*C*~6~*H*~12~*O*~3~]{.math.inline} اشاره کرد. از گروه کتوزها که دارای گروه کربونیل در قسمت‌های داخلی مولکول هستند و نوعی کتون به حساب می‌آیند می‌توان به قند سه کربنه‌ی دی‌هیدروکسی استون و قند 5 کربنه‌ی ریبولوز و قند 6 کربنه‌ی فروکتوز اشاره کرد. معمولا قندهای با 6 و 5 اتم کربن در حالت محلول به شکل حلقه‌ایی در می‌آیند. اتم‌های کربن در حلقه‌ی تشکیل شده به شکل زیر نام‌گذاری می شوند. انرژی در پیوند کربن -- کربن ذخیره می شود. بیشتر شش قندی‌ها به غیر از فروکتوز که یک کتون است به فرم آلدئید وجود دارند. بیشترمنوساکاریدها به فرم پنتوز و هگزوز هستند، حالت کریستال دارند، در آب حل می‌شوند و معمولا مزه شیرین دارند، درقندهای پنتوز و هگزوز معمولاحلقه پنج یا شش کربنه از پایداری بالا برخوردار است.    نحوه‌ی تشکیل دی‌ساکاریدی مانند مالتوز از دو مولکول گلوکز به شکل زیر است. اتم‌های کربن 1و4 با هم پیوند می‌دهند و یک مولکول آب از دست می‌رود. واکنش از نوع واکنش‌های از دست دادن آب یا Dehydration است. چون فروکتوز 5 کربنه است پیوند بین اتم کربن 1و2 تشکیل می‌شود. **disaccharide** **monosaccharides** ------------------ -- --------------------- مالتوز دو مولکول گلوکوز مونوساکاریدها را قندهای ساده و یا قندهای مونومریک نیز می‌کویند. این قندها واحدهای سازنده سایر کربوهیدرات‌ها هستند و فرمول ساده (CH2OH)n برای آنها قابل استفاده است به شرط این که n برابر و یا بزرگتر از 3 باشد. تریوزها یا کربوهیدرات‌های با سه اتم کربن ساده‌ترین مونوساکاریدها هستند اگرچه مونوساکاریدهای با 2 تا 10 اتم کربن نیز ساخته شده و یا به‌طور طبیعی وجود دارند. اولیگوساکاریدها دربردارنده قندهایی است که از 2-10 واحد سازنده ساخته شده‌اند. این واحدهای سازنده با پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل شده‌اند. بنابر این اولیگوساکاریدها حداکتر دارای 10 مونومر هستند. این مونومرها ممکن است مشابه و یا متفاوت باشند. مثال‌هایی از اولیگوساکاریدها به شرح زیر است: دوقندی‌ها یا دی‌ساکاریدها که از دو مونومر ساخته شده‌اند مانند سوکورز، مالتوز و سلوبیوز سه‌قندی‌ها یا تری‌ساکاریدها که از سه مونومر ساخته شده‌اند مانند رافینوز raffinose چهار قندی‌ها یا تتراساکاریدها که از چهار مونومر ساخته شده‌اند مانند stachyose پنج قندی‌ها یا پنتاساکاریدها که از پنج مونومر ساخته شده‌اند مانند verbascose دی‌ساکاریدها یا دوقندی‌ها ساده‌ترین و از نظر بیولوژیکی مهم‌ترین اولیگوساکاریدها هستند و مهمترین آنها عبارتند از: واحدهای سازنده دی‌ساکارید --------------------- ------------- Glucose + Fructose Sucrose Glucose + Galactose Lactose Glucose + Glucose Trehalose Glucose + Glucose Maltose Glucose + Glucose Cellobiose Glucose + Glucose Gentiobiose همان‌طوری که از نام این قندها مشخص است از دو مونوساکارید ساخته شده‌اند و فرمول عمومی آنها C12H22O11 است که نشان دهنده حذف یک مولکول آب با پیوند دو مونوساکارید به‌هم‌دیگر است. با نگاهی به جدول بالا مشخص می‌شود که گلوکز مهم‌ترین مونوساکاریدی است که در ساختمان همه دوقندی‌ها وجود دارد. همچنین با نگاه به مالتوز، سلوبیوز، تری‌هالوز و چنیتوبیوز معلوم می‌شود که فقط گلوکز در ساختمان این دو قندی‌ها وجود دارد. حال این سوال مطرح است که چگونه دو مولکول گلوکوز می‌توانند چهار دو قندی متفاوت را به‌وجود آورند. پاسخ به این پرسش به دو موضوع بستگی دارد اول آیا این که این واحدهای سازنده چگونه و با کربن‌های شماره چند به‌همدیگر وصل می‌شوند. دو قند ساده یا مونومر که ممکن است مشابه و یا متفاوت باشند با اتصال به هم‌دیگر یک دوقندی را تشکیل می‌دهند. تفاوت این دوقندی‌ها به موارد زیر بستگی دارد: 1. دو مونومر شرکت کننده و شکل فضایی آنها (واحدهای سازنده در فرم آلفا هستند و یا بتا) 2. کربن‌هایی که در تشکیل پیوند شرکت می‌کنند. نکته مهم دیگر نحوه قرار گرفتن دو مونومر است و نهایتا نحوه قرار گرفتن گروه هیدروکسیل بر روی کربن شماره 1 هر یک از مونومرها. دی ساکارید با پیوند بین کربن شماره 1 گلوکز آلفا و کربن شماره 4 دیگر گلوکز فرم آلفا مالتوز نام دارد و پیوند بین این دو گلوکز α --1, 4 glycosidic نام دارد. اگر قند سمت چپ در فرم بتا باشد پیوند از نوع بتا خواهد بود و دوقندی سلوبیوز خواهد بود. لاکتوز یا قند شیر ساختمانی شبیه سلوبیوز دارد ولی قند سمت چپ به‌جای گلوکز گالاکتوز است. ساختمان تعدادی از دوقندی‌ها به شرح زیر است.  https://www.easybiologyclass.com/wp-content/uploads/2017/12/Formation-of-O-Glycosidic-Bond-Linkage.jpg **سوکروز یا قند نیشکر Sucrose (Cane Sugar)** سوکروز یک دوقندی است که از پیوند دو مولکول α-D --glucose گلوکز وD --fructose - ß ساخته شده است. این قند در نیشکر و چغند قند یافت می‌شود و مهمترین منبع شکر است. سوکروز هم‌چنین در میوه‌های رسیده و سبزیجات وجود دارد. این قند اگرچه راست‌گرد است ولی از آنجایی که فاقد گروه آزاد کتون و یا آلدئید است ویژگی احیاکنندگی ندارد. در اثر هیدرولیز سوکروز به دو قند چپ‌گرد گلوکز و فروکتوز می‌شکند. چون هیدرولیز سوکروز باعث تغییر وضعیت راست‌گرد به چپ‌گرد می‌شود، واکنش وارونگی یا inversion نامیده شده و مخلوط گلوکز و فروکتوز قند معکوس یا invert sugar نام دارد. این پروسه توسط زنبور عسل برای تبدیل سوکروز شیره گیاهی به عسل مورد استفاده قرار می‌گیرد.  **مالتوز یا قند جوانه جو Maltose (Malt Sugar)** مالتوز در بردارنده دو مولکول α -- D -- glucose است که به‌وسیله پیوندهای α - 1, 4 linkage به هم متصل شده‌اند. در کربن شماره یک اتم هیدروژن در موقعیت آلفا قرار دارد. علت نام‌گذاری این دوقندی این است که مالتوز در سطح تجاری از نشاسته و به‌وسیله مالت که از جوانه‌زنی جو به‌دست می‌آید و دارای یک آنزیم هیدرولیز کننده نشاسته است ساخته می‌شود. مالتوز یک قند احیاکننده است. https://image.slidesharecdn.com/disaccharides-120824055956-phpapp01/95/disaccharides-5-728.jpg?cb=1345788097 **سلوبیوز** این دوقندی از ترکیب دو مولکول β -- D glucose که با پیوند β -- 1, 4 به هم متصل شده‌اند، تشکیل شده است و از هیدرولیز سلولز به دست می‌آید.. این نوع پیوند ویژه مولکول‌های سلولز است و به‌وسیله آنزیم‌های پستانداران نمی‌شکند ولی آنزیم‌های باکتری‌ها و قارچ‌ها و نیز اسید قادر به شکستن آن است. این دوقندی به شکل آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود بلکه فقط به صورت ترکیبی از پلی‌مرهای گلوکز وجود دارد. خواص شیمیایی و ساختمانی آن همانند مالتوز می‌باشد، محلول اسیدی، سلوبیوز را به دو مولکول گلوکز تبدیل می‌کند. ---------------------------------------------------------------------------------------------------  --------------------------------------------------------------------------------------------------- **لاکتوز یا قند شیر** این دی‌ساکارید از دو مولکول α -- D --glucose و β --D- galactose تشکیل شده است. آنزیم لاکتاز قادر به شکستن پیوند بین دو مولکول گلوکز است. این دوقندی از قندهای احیا کننده است و فقط 6/1 شیرینی سوکروز را دارد. لاکتوز دارای اهمیت غذایی زیادی است زیرا وزن خشک بیش از نیمی از شیر را تشکیل می‌دهد و در طبیعت به‌جز در شیر یافت نمی‌شود. http://images.tutorvista.com/cms/images/44/lactose.PNG **چندقندی‌ها یا پلی‌ساکاریدها** کربوهیدرات‌های با بیش از 10 مونوساکارید را پلی‌ساکارید می‌گویند. پلی‌ساکاریها پلی‌مر مونوساکاریدها هستند که در آنها واحدهای سازنده به‌وسیله پیوندهای گلیکوزیدی (استالی) به‌همدیگر پیوند خورده‌اند. پلی‌ساکاریدها را گلای‌کان glycans نیز می‌گویند و به دو دسته تقسیم می‌شوند: 1. هوموگلیکان‌ها homoglycans پلی‌ساکاریدهای با یک نوع مونوساکارید مانند نشاسته، سلولز، گلیکوژن، انیولین، کیتین و.. ؛ 2. هتروگلیکان‌ها heteroglycans چندقندی‌های با بیش از یک نوع مونوساکارید یا واحد سازنده مانند پکتین‌ها و موکوپلی‌ساکاریدها. 3. پلی‌ساکاریدهایی که از واحد سازنده یا مونومر گلوکز ساخته شده‌اند glucans نام دارند 4. پلی‌ساکاریدهای دارای هر یک از مونومرهای فروکتوز و یا مانوز و یا زایلوز به‌ترتیب fructans, mannans and xylans نامیده می‌شوند. **نشاسته Starch** نشاسته قند ذخیره‌ای گیاهان است که از واحدهای گلوکز ساخته شده است و یک هموگلایکان‌به حساب می‌آید. نشاسته مخلوطی از دو نوع مولکول amylose and amylopectin است. آمیلوز زنجیره بلندی از واحدهای سازنده یا گلوکز است که به‌وسیله پیوندهای α -- 1, 4 به‌هم پیوند خورده‌اند در حالی که آمیلوپکتین دارای مخلوطی از پیوندهای α -- 1, 4و α -- 1, 6 در قسمت‌های جانبی می‌باشد. این شاخه‌های جانبی در طول زنجیره و بعد از حدود 25 پیوند α -- 1, 4 ایجاد می شوند. نشاسته‌های با منابع مختلف در نسبت آمیلوز و آمیلوپکتین و اندازه مولکول‌ها با هم اختلاف دارند. در مجموع آمیلوپکتین حدود 70% نشاسته را تشکیل می‌دهد. ساختمان آمیلوز را می‌توان مالتوز توسعه یافته با یک گروه قند در انتها در نظر گرفت. آمیلوپکتین نیز همانند مالتوز دارای زنجیره‌ای از گلوکز است به علاوه انشعاباتی از این واحدها روی زنجیر اصلی به کربن شماره 6 متصل شده است.  ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Chemical structure of amylose as described in the text ساختمان نشاسته **سلولز** سلولز فراوان‌ترین ماده در سلسله گیاهی و مهم‌ترین جزئ ساختمانی دیواره سلولی گیاهان است. این چند قندی از 2000-900 مونومر گلوکز ساخته شده و یک پلیمر گلوکان است که مونومرهای آن یعنی D -- glucose با پیوندهای β -- 1, 4 به‌همدیگر پیوند خورده‌اند. در ساختمان سلولز 6 اتم کربن گلوکز در موقعیت ترانس قرار دارند و لذا مولکول سلولز به شکل موی رشته‌های پهن یا microfibril می‌باشند. پنبه از مهمترین منابع سلولز خالص می‌باشد. سلولز قابل هضم به‌وسیله سیستم گوارشی پستانداران نیست و در آب غیرقابل حل می‌باشد.  --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- cellulose structure RF.jpg **گلیکوژن** این پلی‌ساکارید فرم ذخیره‌ای کربوهیدرات‌ها در حیوانات و نیز دیواره سلولی قارچ‌هاست. واحد سازنده گلیکوژن D-glucose است که با پیوند α - 1, 4 به هم پیوند خورده‌اند و دارای پیوندهای جانبی α - 1, 6 همانند آمیلوپکتین موجود در نشاسته می‌باشند. البته با این تفاوت که مولکول گلیکوژن بزرگ‌تر بوده و پیوندهای جانبی در طول زنجیره به تعداد زیادی وجود دارند و درنتیجه مولکول گلیکوژن چند شاخه به‌نظر می‌رسد. وظیفه پلی ساکاریدها 1. برای ساخته شدن پلی ساکاریدها به میزان انرژی کمی نیاز است و به راحتی می‌شکنند و انرژی آزاد می‌کنند و مهم‌ترین منبع ذخیره‌ی انرژی هستند مانند نشاسته در گیاهان و گلیکوژن در جانوران 2. پلی‌ساکاریدها به عنوان ماده‌ی سازنده در دیواره‌ی سلولی گیاهان به شکل سلولز و در قارچ‌ها و بندپایان به شکل کیتین و جود دارند. 3. در پلی‌ساکاریدها ساختمان مولکولی مونومر وظیفه‌ی آن‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد به‌عنوان مثال در نشاسته و در سلولز واحد سازنده گلوکز است اما در نشاسته به فرم آلفا و در سلولز به فرم بتا می‌باشد لذا وظیفه‌ی این دو ماده کاملا متفاوت می‌باشد. چون به دو فرم متفاوت هستند پس وظایف متفاوتی هم دارند.  بسیاری از کربوهیدرات‌ها اگرچه دارای تعداد مشابهی اتم و گروه‌های مشابه هستند ولی رفتارها و وظایف متفاوتی را بروز می‌دهند. به عبارتی فرمول مولکولی یکسانی دارند ولی فرمول ساختمانی آنها متفاوت است. به عنوان مثال C6H12O6 شانزده نوع متفاوت قند ساده را تشکیل می‌دهد. دلیل وجود فرمول ساختمانی متفاوت نحوه منطم شدن گروه‌های عمل در اطراف ساختمان فضایی مولکول می‌باشد. این پدیده را stereoisomerism یا ایزومر فضایی و قندهای مختلفی را که بدین‌ترتیب به دست می‌آید stereoisomers می‌گویند. گلوکز، مانوز و گالاکتوز مثالی از این وضعیت می‌باشند. با نگاه به ساختمان این ترکیبات متوجه می‌شویم که مانوز و گالاکتوز با گلوکز فقط در موقعیت یک گروه OH در کربن شماره 2 مانوز و 4 گالاکتوز با تفاوت دارند.  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/DL-Mannose.svg/200px-DL-Mannose.svg.png ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------  **انانتیومرها Enantiomers** انانتیومرها ترکیباتی با فرمول شیمیایی یکسان هستند ولی به دو فرم وجود دارند به طوری که یکی تصویر آیینه‌ای دیگری است. این ویژگی در مورد مونوساکاریدها عمومیت دارد زیرا این ترکیبات تمایل به داشتن بیش از یک اتم کربن نامتقارن یا کایرال هستند و این موضوع سبب ایجاد دو ایزومر فضایی می‌شود. مثال این ویژگی دو مونوساکارید Threose and Erythrose **است.** این ترکیبات را با D برای راست‌گرد یا Dextrorotatory و L برای چپ‌گرد یا Levorotatory نشان می‌دهند. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/DL-Threose.svg/361px-DL-Threose.svg.png --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  **لیپیدها** لیپیدها از منابع مهم ذخیره‌ی انرژی هستند. عناصر سازنده لیپیدها عبارتند از کربن، هیدروژن و اکسیژن. لیپیدها به شکل‌های مختلف وجود دارند. چربی‌ها یا لیپیدها بیشتر در حلال‌های آلی حل می‌شوند تا آب و در یک تقسیم بندی به 4 دسته تقسیم می‌شوند: 1. لیپیدهای غیرقطبی مانند چربی‌ها و روغن‌ها که به‌عنوان منبع ذخیره انرژی مهم هستند 2. لیپیدهای آمفیفیلیک Amphiphilic lipids مانند فسفولیپیدها و استیرول‌ها که بیشتر در ساختمان غشا سلولی نقش دارند. 3. استیروئیدها به‌عنوان پیش‌ماده سازنده بسیاری از هورمون‌ها مهم هستند 4. بعضی از لیپیدها مانند ویتامین K نقش کوفاکتور برای آنزیم‌ها را دارند. گلیسرول‌ها و فتی‌اسیدها یا اسیدهای چرب از جمله واحدهای سازنده‌ی لیپیدها می‌باشند. فتی‌اسیدها یا اسیدهای چرب ساده‌ترین نوع لیپیدها هستند که به ندرت به‌شکل آزاد در طبیعت یافت می‌شوند و بیشتر جزئی از سایر لیپیدها می‌باشند. فتی‌اسیدها کربوکسیلیک اسید با یک زنجیره بلند هیدروکربنی هستند و اگرچه انتهای اسیدی انها قطبی است ولی دم غیرقطبی هیدروکربنی آنها سبب غیرقابل حل بودن انها در آب شده است. فتی‌اسیدها را می‌توان به 2 دسته‌ تقسیم کرد: 1. اشباع یا saturated در چربی‌ها اشباع تمام اتم‌های کربن به هیدورژن متصل هستند و پیوندهای دوگانه کربن- کربن وجود ندارد. این چربی‌ها دارای زنجیره‌ی بلند و مستقیم و صاف هستند (یعنی انشعاب ندارد) در دمای محیط به شکل جامد و بیشتر چربی‌های حیوانی را تشکیل می‌دهند. فرمول عمومی اسیدهای چرب اشباع عبارت است از CnH2n + 1COOH  2. غیراشباع unsaturated. چربی‌های غیراشباع دارای باندهای دوگانه بین اتم‌های کربن در زنجیر فتی اسید (اسید چرب) هستند و در دما محیط به شکل مایع می‌باشند مانند چربی‌ها گیاهی و ماهی‌ها و روغن‌های گیاهی. اسیدهی چرب غیراشباع به دو دسته تقسیم می‌شوند: 1. اسید چرب Monounsaturated که یک پیوند دو گانه دارند مانند پالمیتیک اسید با 16 کربن که نقطه ذوب آن صفر درجه سانتی‌گراد است و در کره یافت می‌شود. اولئیک اسید با 18 کربن و نقطه ذوب 13درجه سانتی‌گراد است و در روغن ذرت و روغن زیتون یافت می‌شود. 2. اسیدهای چرب با بیش از یک پیوند دوگانه یا\ Polyunsaturated یا polyethenoid acids مانند لینولئیک اسید با 18 اتم کربن در روغن سویا و آفتابگردان یافت می‌شود و دو 4 پیوندهای دوگانه دارد و نقطه ذوب آن 9- درجه سانتی‌گراد است؛ لینولنیک اسید با 18 اتم کربن، 3 پیوند دوگانه دارد و نقطه ذوب آن 17- درجه سانتی‌گراد است و در ذرت وجود دارد.. آراکیدونیک اسید با 20 اتم کربن، 4 پیوند دوگانه دارد و نقطه ذوب 50- درجه سانتی‌گراد است و در پروستوگلاندین‌ها که گروهی از چربی‌ها هستند یافت می‌شوند. https://pmj.bmj.com/content/postgradmedj/85/1000/84/F2.large.jpg اسیدهای چرب آب‌گریزند. گروه‌های عملی که در ساختمان چربی‌ها وجود دارند عبارتند از: هیدروکسیل، کربونیل، کربوکسیل، آمین و سولفیدریل. لیپیدها به شکل چربی، روغن، موم (واکس)، غلاف میلینی در سیستم عصبی و به شکل دیواره‌ی سلولی در ساختمان سلول‌ها وجود دارند. همان‌طور که اشاره شد از کربن هیدروژن و اکسیژن ساخته شده‌اند و دارای زنجیره بلند هیدروکربنی هستند. چربی‌ها، فسفولیپیدها و استروئیدها از گروه‌های مهم لیپیدها هستند. در هر حال لیپیدها پلیمر تشکیل نمی‌دهند و مولکول‌های بزرگ آن‌ها از واحدهای کوچک‌تر تشکیل شده است و در زنجیره‌ی آن‌ها تکرار واحدها معمولا وجود ندارد. گلیسرول با گروه عمل هیدروکسیل و فتی اسید با گروه عمل کربوکسیل و همچنین با داشتن گروه متیل از اهمیت فراوانی در ساختمان لیپیدها برخوردار هستند. گلیسرول یک الکل 3 کربنه است که با فتی‌اسید ترکیب شده و اسیدهای چرب مانند پالمیتیک اسید و انواع اسیدهای چرب دیگر را به وجود می‌آورد. فتی‌اسید دارای زنجیر طویلی از هیدروکربن است که دارای گروهCOOH در قسمت سر می‌باشد واکنش از نوع dehydration یا از دست دادن آب است و در حضور آنزیم انجام می‌گیرد.  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/Sn-Glycerol.png ------------------------------------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------------- ساختمان اسید چرب اشباع و غیراشباع ساختمان گلیسرول تری‌اسیل گلیسرول از جمله چربی‌های ساختمانی است که از سه مولکول اسید چرب و گلیسرول تشیکل شده است. اسیدهای چرب و گلیسرول بین گروه‌های COOH و OH پیوند استری تشکیل می‌دهند و تری‌اسیل گلیسرول یا مولکول‌های چربی را تشکیل می‌دهد. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------  http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/images/triacgl.gif ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------- آنزیم در تشکیل پیوندهای استری نقش دارد. در هر حال چربی‌ها ترکیباتی با زنجیره‌ی هیدروکربنی بلند هستند که هیدروفوبیک و غیرقطبی هستند مهم‌ترین وظایفی که برای چربی‌ها می‌توان در نظر گرفت عبارتند از: 1. ذخیره‌ی انرژی به طوری که میزان ذخیره‌ی انرژِی آن‌ها حدود 2 برابر کربوهیدرات‌ها است 2. چربی‌ها عنوان یک پوشش محافظ نقشی مهمی در تحمل دماهای پایین در جانوران مختلف ایفا می‌کنند 3. به‌عنوان واکس در پوشش بیرونی بدن موجب آب‌گریز شدن بدن می‌شوند 4. در جدا کردن بافتهای بدن نقش دارند. **نام‌گذاری اسیدهای چرب Naming of Fatty Acids (Nomenclature)** مهمترین سیستم نام‌گذاری اسیدهای چرب Genevan System است که در آن نام اسید چرب بر اساس نام هیدروکربن آن نام‌گذاری می‌شود و پسوند -- oic به‌جای --eآخر در نام هیدروکربن قرار می‌گیرد. به‌عنوان مثال اسیدچرب با زنجیره هیدروکربنی بوتان نام بوتانوئیک اسید می‌گیرد. Butan/e becomes butan/oic acid و متان می‌شود متانوئیک اسید Methane becomes methanoic acid البته در مورد اسیدهای چرب غیر‌اشباع با یک پیوند دوگانه به‌جای پسوند -- oic از -- enoic استفاده می‌شود مانند Octadecanoic acid برای اسیدهای چرب غیراشباع با دو و یه پیوند دوگانه به‌ترتیب از dienoic و trienoic استفاده می‌شود مانند Octadecanodienoic acid و Octadecanitrienoic acid. نام‌گذاری کربن‌ها از کربن گروه کربوکسیل (کربن شمار 1) صورت می‌گیرد. کربن بعد از کربن گروه کربوکسیل کربن شماره 2 یا کربن آلفا و کربن شماره 3 کربن بتا و کربن گروه متیل انتهایی کربن امگا **ω-**carbon نام دارد که دورترین کربن از گروه کربوکسیل است. ------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------  http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/83/Fatty\_Acid.png/220px-Fatty\_Acid.png ------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------ روش دیگر نام‌گذاری اتم‌های کربن بین کربن گروه متیل و نزدیک‌ترین کربن به باند دوگانه را با استفاده از علامت --n است. این روش برای تعیین فرمول اسید چرب و نیز تعیین محل و تعداد باندهای دوگانه به‌کار می‌رود.  Numenculature 2.jpg --------------------------------------------  Numenculature 4.jpg  Saturated.jpg  **موقعیت سیس و ترانس CIS and Trans Configurations** اسیدهای چرب غیراشباع با چند باند دوگانه دارای ایزومرهایی بر اساس موقعیت یک اتم یا گروه در اطاف باند دوگانه هستند. این ایزومرها را با موقعیت‌های سیس و ترانس یا *cis* and *trans* configurations بیان می‌کنند. به‌طور کلی وقتی که اتم‌های هیدروژن در یک سمت باند دوگانه باشد سیس و اگر در دو طرف (مقابل هم‌دیگر) باند دوگانه باشد ترانس نامیده می‌شود. در بیشتر اسیدهای چرب غیراشباع طبیعی بانددوگانه دارای موقعیت سیس است. اگرچه در لیپیدهای باکتری‌ها اسیدهای چرب غیراشباع با موقعیت ترانس نیز یافت می‌شود. http://homepage.smc.edu/wissmann\_paul/humanbiology/pic3.jpg  -------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Isomers\_of\_oleic\_acid.png  http://www.emeraldinsight.com/content\_images/fig/0170950206002.png در یک تقسیم‌بندی دیگر می‌توان لیپیدها را به سه گروه تقسیم کرد: 1. لیپیدهای ساده Simple Lipids که استر اسیدهای چرب با انواعی از الکل‌ها هستند مانند چربی که استر اسید چرب و گلیسرول است، روغن و موم یا واکس؛ 2. لیپیدهای پیچیده یا Compound Lipids که استر اسید چرب و الکل هستند ولی دارای گروه‌های دیگر نیز می‌باشد. مانند فسفولیپیدها، گلیکولیپیدها که دارای کربوهیدرات هستند، آمینولیپیدها و \... 3. لیپیدهای مشتق شده Derived Lipids این لیپیدها در نتیجه هیدرولیز لیپیدهای ساده و یا لیپیدهای پیچیده به‌دست می‌آیند و دارای حلقه هیدروکربنی و یک زنجیره جانبی بلند هیدروکربنی می‌باشند. این لیپید شامل اسیدهای چرب، گلیسرول، الکل، استیروئیدها، ایزوپرونوئیدها، پروستاگلاندین‌ها و...می‌باشند. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------  ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- **امگا فتی‌اسید و اسیدهای چرب ضروری** اسیدهای چرب امگا در 3 گروه امگا 3 و امگا 6 و امگا 9 تقسیم بندی می‌شوند. اگرچه اسیدهای چرب امگا 3 شناخته شده‌تر هستند ولی هر سه گروه برای سلامت انسان مفید می‌باشند. امگا 3 شناخته شده‌ترین اسید چربی است که شامل آلفالینولنیک اسد (Alpha Linolenic Acid) یا ALA و (eicosapentaenoic acid) یا EPA و (docosahexaenoic acid) یا DHA می‌باشد. اسید چرب ALA در نگه‌داری کلسترول و فشار خون در یک حد نرمال اهمیت دارد و همچنین نقش مهمی در حفظ و حمایت از سیستم ایمنی بدن و باروری افراد دارد. بهترین منبع برای این اسید چرب کانولا، روغن سویا و روغن نارگیل است. اسیدهای چرب ضروری آن دسته از اسیدهای چربی هستند که حتما بایستی در غذای انسان وجود داشته باشند و بدن انسان قادر به ساختن آن‌ها نیست. ART13\_01.JPG 00000013Armold\_IRCD\_102700 B61EDCAF:  **فسفولیپیدها** فسفولیپدها از یک مولکول گلسیرول و دو مولکول اسید چرب و گروه PO^-4^ ساخته شده‌اند. انتهای فتی‌اسیدی آن‌ها آب‌گریز یا هیدروفوب و سر فسفاتی آن‌ها آب‌دوست یا هیدروفیل است بنابر این دارای رفتار دوگانه می‌باشند و سر هیدروفیلیک آن‌ها به مولکول‌های آب وصل می‌شود در حالی که دم آب‌گریز آن‌ها از آب فاصله می‌گیرد و لذا به شکل حباب‌هایی در می‌آیند. این ترکیبات حالت دو لایه یا Bilayer ایجاد می‌کنند. فسفولیپیدها یک مرز و مانعی در آب تشکیل می‌دهند و بیرون و درون سلول را از همدیگر جدا می‌کنند. در غشای سلولی از اهمیت بسیار زیادی برخوردارند و دو لایه هستند. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ساختمان فسفولیپید  ساختمان دو لایه تشکیل شده به‌وسیله فسفولیپید ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- **استروئیدها:** استروئیدها گروه دیگری از چربی‌ها هستند که از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به کلسترول، هورمون‌های جنسی و هورمون‌های پوست‌اندازی در حشرات اشاره کرد. در ساختمان کلسترول اتم‌های کربن با 4 حلقه‌ی مشخص وجود دارند. کلسترول دارای 27 اتم کربن است و ساختمان آن به شکل زیر است. استروئیدهای مختلف حاصل اتصال گروهای عمل متفاوت به حلقه‌ها هستند. کلسترول از اجزای مهم سلول‌های حیوانی است و به‌عنوان پیش‌ماده در ساخت تمام استروئیدها از جمله هورمون‌های جنسی مهره‌داران و هورمون‌های پوست‌اندازی بندپایان شرکت دارد. حجم بالای کلسترول در خون موجب بروز بیماری‌های قلبی و عروقی می‌شود. وجود کلسترول در غشای سلولی موجب انعطاف‌پذیری و حالت مرطوب داشتن دیواره‌ی سلولی می‌شود. هم‌چنین کلسترول به‌عنوان پیش ماده هورمون‌های جنسی مانند پروژسترون و تستسترون باعث بروز دو شکلی جنسی در مهره‌داران می‌شود. کلسترول در متابولیسم کربوهیدرات‌ها و بروز رفتارهای جنسی نیز نقش دراد. اسفینگولیپیدها گروه دیگری از چربی‌های ساختمانی و مهم‌ترین جزء دیواره سلولی هستند که در ساختمان آن‌ها اسید چرب و اسفینگوزین وجود دارد. در غشا سلول عصبی یافت می‌شوند و برخی به عنوان عامل تشخیص در سطح سلول وجود دارند.  **واکس ها یا موم ها** واکس‌ها استر اسیدهای چرب با زنجیره‌ی بلند 14 تا 36 کربن با الکل‌های با زنجیره‌ی بلند 16 تا 30 کربن می‌باشند و نقطه ذوب آن‌ها حدود 60 تا 100 درجه است. در پلانکتون‌ها فرم ذخیره‌ی انرژی را تشکیل می‌دهند و در حشرات، گیاهان و پرندگان نقش آب‌گریز کردن بدن را دارند. از واکس ها در براق سازی نیز استفاده می شود.  گروهی از لیپیدها که نقش ساختمانی دارند و در غشای سلولی به‌کار می‌روند، حالت دوگانه یا آمفی‌پاتیک دارند، این لیپیدها دارای سر آب‌دوست و انتهای آب‌گریز هستند. مثال این چربی‌ها گلیسروفسفولیپیدها هستند که از یک مولکول گلیسرول و 2 مولکول فتی‌اسید و فسفات تشکیل شده‌اند و مهم‌ترین جز غشای سلولی موجودات زنده را تشکیل می‌دهند. معمولا در ساختمان گلیسروفسفولیپیدها یک اسید چرب اشباع و یک اسید چرب غیراشباع مانند پالمیتیک اسید وجود دارد. **مقایسه چربی‌ها و کربوهیدارت‌ها از نظر ذخیره انرژی :** 1. کربوهیدرات‌ها در مقایسه با لیپدها سریع‌تر هضم شده در نتیجه انرژی آن‌ها خیلی سریع آزاد می‌شود؛ 2. کربوهیدرات‌ها در آب محلول هستند بنابراین جابجایی آن‌ها به محل ذخیره و از محل ذخیره به محل مصرف خیلی راحت است؛ 3. لیپیدها در مقایسه با کربوهیدرات‌ها میزان انرژی بیش‌تری ذخیره می‌کنند و لذا ذخیره لیپیدها در مقایسه کربوهیدرات‌ها سبک‌تر است؛ 4. لیپیدها در آب غیرمحلول هستند و لذا مشکلات اسمزی برای سلول ایجاد نمی‌کنند. واحدهای سازنده چربی‌ها گلیسرول که یک الکل سه کربنه است با فتی‌اسید طی واکنش‌های دهایدریشن و با کمک آنزیم ترکیب می‌شود. اسید چرب دارای زنجیر هیدروکربنی بلند با گروه کربوکسیل در ناحیه سر است. وکنش بین اکسیژن کربن شماره یک گلیسرول و گروه کربوکسیل سر اسید چرب صورت می‌گیرد و پیوند استری اسید چرب و گلیسرول را با حذف یک مولکول آب به هم وصل می‌کند. در ساختمان تری‌گلیسرید سه مولکول اسید چرب به یک مولکول گلیسرول متصل می‌شود.  https://d2jmvrsizmvf4x.cloudfront.net/mne5osybQSiTTd1qXDL9\_b4-lipid-41-728.jpg **\ ** **پروتئین‌ها** پروتئین‌ها مولکول‌هایی چند منظوره هستند. عمده‌ی غذای ما غذای پروتئینی است. مانند گوشت، کالباس، سوسیس، شیر، حبوبات، گوشت سفید، تخم مرغ، سخت پوستان، بندپایان\...در غذایی که می‌خوریم کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، آب، لیپیدها، موادمعدنی، ویتامین‌ها و موادغیرقابل هضم وجود دارد. اجزای تشکیل دهنده‌ی پروتئین‌ها عبارتند از: کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و در بعضی مواقع گوگرد یا سولفور. در برخی از پروتئین‌ها ممکن است فسفر و یا ید هم وجود داشته باشد. پروتئین‌ها در تمام سلول‌های زنده حیوانی و گیاهی یافت می‌شوند و با تمام فعالیت‌های زندگیی درارتباط تنگاتنگ می‌باشند. هر گونه از موجودات زنده دارای پروتئین‌های ویژه خود می‌باشد و هر ارگانیسمی نیز دارای انواعی از پروتئین‌ها در سلول‌ها و بافت‌های خود است. به همین دلیل تنوع بسیار بالایی از پروتئین‌ها در طبیعت وجود دارد. **ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی پروتئین‌ها** 1. مزه: پروتئین خالص معمولا بی‌مزه است اگرچه مزه غالب اسیدهای آمینه تلخ است؛ 2. بو: پروتئین خالص بی‌بو است ولی در اثر حرارت پروتئین قهوه‌ای و زغالی شده و بوی مو و یا پر سوخته می‌دهد؛ 3. وزن مولکولی: مولکول‌های پروتئین معمولا ساختمان پیچیده داشته و سنگین هستند؛ 4. حلالیت: تمام پروتئین‌ها ویژگی کلوئیدی دارند و حلالیت آنها در آب متغییر است به‌طوری که بعضی مانند کراتین غیر قابل حل در آب هستند در حالی که آلبومین کاملا در آب قابل حل است. پروتئین‌های قابل حل را می‌توان با افزودن نمک‌هایی مانند کلرید سدیم و یا سولفات آمونیوم ته‌نشین کرد؛ 5. تمام پروتئین‌ها دارای تعدادی گروه آزاد آمین و کربوکسیل هستند که در قسمت انتهایی و یا در قسمت‌های جانبی اسیدهای آمینه قرار دارند. در نتیجه، همانند اسیدهای آمینه، پروتئین‌ها نیز ویژگی آمفوتریک دارند یا زویتریون هستند. یعنی بر اساس نوع گروه‌های عمل موجود در مولکول، هم دارای بار مثبت و هم دارای بار منفی می‌باشند. همچنین پروئتین‌ها دارای ویژگی بافری هستندو دارای isoelectric point (pI) هستند که عبارت است از واحدی از pH که در آن مولکول هیچ بار الکتریکی حمل نمی‌کند و به‌عبارتی بار مثبت و منفی برابر است. در واقع بار خالص یک مولکول تحت تاثیر pH محیط اطراف آن می‌تواند با گرفتن و یا از دست دادن پروتون (H^+^) مثبت‌تر و یا منفی‌تر شود؛ 6. تمام پروتئین‌ها می‌توانند شکل طبیعی خود را از دست داده و یا دناچوره شوند. Denaturation به‌طور دقیق عبارت است از هرگونه تغییر غیرآنزیمی در ساختمان ویژه یک پروتئین که منجر به تغییر در ویژگی‌های شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی آن می‌شود. **وظایف پروتئین‌ها** - نقش ساختمانی: پروتئین‌ها در پوست، مو، استخوان وناخن‌ها وجود دارند؛ - کاتالیز: پروتئین‌ها به عنوان آنزیم در فعالیت‌های بیوشیمیایی بدن نقش اساسی دارند؛ - حرکت: پروتئین‌ها به شکل‌های آکتین Actin و میوزین Myosin در ساختمان ماهیچه‌ها شرکت دارند؛ - انتقال مواد: پروتئین‌ها به شکل هموگلوبین در خون وظیفه‌ی انتقال اکسیژن را بر عهده دارند و همچنین در دیواره‌ی سلولی به شکل‌های مختلفی وجود داشته و در انتقال مواد به داخل و بیرون سلول نقش دارند. هورمون‌ها که در انتقال پیام و بروز رفتارها اهمیت دارند دارای ساختمان پروتئینی هستند. ازجمله‌ی هورمون‌ها می‌توان به انسولین، استروژن، پروژسترون و\...اشاره کرد. - حفاظت: پروتئین‌ها به عنوان آنتی‌ژن وآنتی‌بادی در مقاوم‌سازی بدن نسبت به عوامل خارجی موثر هستند. همچنین نقش مهمی در انعقاد خون ایفا می‌کنند؛ - ذخیره: پروتئین‌?