شيمي زيستي

[Borna66]

روشهاي آماده سازي نمونه براي الكتروفورز

محلول سازي

در نظر گرفتن ماهيت نمونه, در انتخاب راهکار مناسب براي محلول ساختن پروتئين هاي موجود در نمونه بسيار مهم است. در صورتيکه نمونه مورد نظر از منابع سلولي يا بافتي استخراج شود اولين قدم ليز سلولها و خارج ساختن محتواي پروتئيني آنهاست. روشهاي متفاوت مکانيکي و شيميايي درليز و متلاشي ساختن سلولها به کار گرفته مي شود. اين روشها ممکن است روش هاي ملايمي چون شکست ديواره ي سلولهاي باکتريايي توسط آنزيم لايزوزايم "Lysozyme", يا روشهاي خشني چون استفاده از پِرِس فرانسوي "French Press" براي متلاشي ساختن سلولهاي مخمري باشد.

به هر حال در روش مطلوبِ محلول سازي براي الكتروفورز دو بعدي بايد تمام پيوندهاي غيركوالانت در كمپلكسهاي پروتئيني شكسته شده و تجمع هاي پروتئيني به پلي پپتيدهاي منفرد و محلول تبديل شوند. به علاوه روش محلول سازي بايد اجازه ي خارج ساختن موادي نظير نمكها، ليپيدها، پلي ساكاريدها، و اسيدهاي نوكلئيك را كه مي توانند باعث اختلال درجداسازي توسط الكتروفورز دوبعدي شوند، بوجود آورد. درنهايت پروتئينهاي نمونه بايد درحين روند الكتروفورز دوبعدي محلول باقي بمانند. به همين دلايل محلول شدن نمونه يكي از عوامل بسيار حساس براي جداسازي پروتئينها توسط الكتروفورز دو بعدي است .

در اين قسمت ابتدا به روشهاي متداول در ليز و متلاشي ساختن سلولها به منظور استخراج محتواي پروتئيني آنها مي پردازيم. سپس اجزاي موثر در روند محلول سازي را مورد بررسي قرار خواهيم داد.
3-3-1- روشهاي متلاشي ساختن سلولها

روشهاي متلاشي ساختن سلولها به منظور استخراج محتواي پروتيني آنها, دامنه وسيعي از روش هاي فيزيکي و شيميايي ملايم تا خشن را در بر مي گيرد. ممکن است ليز سلولي به طور مستقيم در تماس با بافر محلول سازي صورت پذيرد يا در مواردي ممکن است از امواج مافوق صوت "Sonication" براي اين منظور استفاده شود. حتي در برخي موارد ترکيبي از روشهاي مختلف براي نيل به استخراج کامل پروتئين هاي نمونه استفاده مي گردد.

متلاشي ساختن نمونه ها بايد در سرما صورت پذيرد و نمونه مورد نظر در حين اين روند بايد روي يخ نگهداري شود. براي حفظ نمونه ي پروتئيني از عملکرد پروتئازهاي آزاد شده در حين متلاشي ساختن سلولها بايد تمهيداتي در نظر گرفته شود. يکي از روش هاي معمول متلاشي ساختن مستقيم سلولها در محلولهاي ليز کننده اي است که سريعا" پروتئازها و ديگر فعاليت هاي آنزيمي را متوقف کنند, اين محلولها عموما" داراي مواد دناتوره کننده ي قدرتمندي هستند.

بافرهاي محلول سازي

بافرهاي محلول سازي ممکن است به تنهايي يا در ترکيب با روشهاي ديگر متلاشي سازي سلولي به کار گرفته شوند. براي انجام جداسازي مناسب در بعد اول, نمونه هاي پروتئيني بايد بايد کاملا" غير توده اي و به صورت محلول باشند. اين امر براي تمامي انواع نمونه ها در هر مرحله اي از آماده سازي ضروري است. براي اين منظور معمولا", در ترکيب بافرهاي محلول سازي از يک يا دو معرف کائوتروپيک, دترجنت, معرف احيا کننده, و آمفولايت استفاده مي شود.

در اين قسمت به معرفي اين اجزا و نقش آنها در محلول ساختن و آماده سازي نمونه براي انجام الکتروفورز دو بعدي مي پردازيم.
3-3-2-1- معرفهاي کائوتروپيک

بسياري از پروتئين ها در اشکال طبيعي (Native) داراي چندين شكل فضايي مختلف هستند و به همين دليل ممکن است در الکتروفورز دو بعدي الگوهاي پيچيده اي ايجاد کنند. اين وضعيت تفسير نمايه هاي دو بعدي را دچار مشکل خواهد کرد. براي ساده تر کردن نمايه دو بعدي و حذف اثر شکل فضايي در ايجاد نقاط متعدد مربوط به يک پروتئين و ايجاد شکلي منفرد از آن, برهم زدن شکل طبيعي (Denaturing) توسط معرفهاي کائوتروپيک انجام مي شود.

اوره مهمترين عامل كائوتروپيك در آماده سازي نمونه براي الکتروفورز دو بعدي است که معمولاً با غلظت 8 مولار استفاده مي شود. اوره از دو طريق مستقيم و غير مستقيم باعث بر هم زدن شکل طبيعي و باز شدن تاخوردگي (Unfolding) مولکولهاي پروتئيني مي شود. مولکولهاي اوره مستقيما" جذب گروه هاي آب دوست (Hydrophill) و قطبي در سطح پروتئين ها مي شوند. اين مولکولهاي جذب شده به گروه هاي قطبي, اثر دفعي بر يکديگر دارند. بر اثر اين نيروي دفعي موجود در سطح, مولکول پروتئين باز شده و متورم مي گردد. همين امر گروه هاي آب گريز در سطوح داخلي پروتئين را در معرض محيط خارجي قرار مي دهد. ورود آب و اوره به محيط داخلي پروتئين سبب ايجاد بي ثباتي و برهم زدن شکل طبيعي پروتئين مي شود.

از طرف ديگر, اوره از طريقي غير مستقيم و با تغيير در ساختار و ديناميک آب مي تواند در برهم زدن شکل طبيعي پروتئين نيز موثر باشد. حضور مواد غير قطبي باعث اختلال در شبکه ي پيوندهاي هيدروژني بين مولکولهاي آب شده و ايجاد فضايي خالي در بين مولکولهاي آب مي نمايد, اين کاهش نامطلوب در انتروپي با فشار مولکولهاي آب به مولکولهاي آب گريز جبران مي شود تا کمترين فضاي ممکن را اشغال نمايند. اين پديده به اثر آب گريزي (Hydrophobic effect) موسوم است. اوره در غلظت هاي بالا, 8-6 مولار, نيروهاي موثر در متراکم کردن ساختمان پروتئين ها به خصوص اثر آب گريزي را کاهش مي دهد. بدين ترتيب به طور غير مستقيم قسمت هاي مرکزي آب گريز را در معرض و دسترسي عوامل محيطي قرار مي دهد.

زماني كه به شرايط كائوتروپيكي قوي نياز باشد ، تركيبي از تيواوره 2 مولار و اوره 8-5 مولار مورد استفاده قرار مي گيرد. تيواوره در مقايسه با اوره ماده ي دناتوره كننده ي بسيار قوي‌تري است. اما نمي توان آن را به تنهايي مورد استفاده قرار داد، چراكه حلاليت بسيار كمي در آب دارد. اين ماده در محلول غليظ اوره حلاليت بيشتري دارد. به همين دليل مخلوط هاي اوره ـ تيواوره قدرت محلول كنندگي بهتري را از خود نشان مي دهند. به علاوه اين تركيب قادر به جلوگيري از فعاليت آنزيمهاي پروتئوليتيك نيز هست كه در حضور اوره به تنهايي هم ممکن است فعّال باقي بمانند.

درجة خلوص اوره بسيار مهم است و بايد از حرارت دادن آن, به دليل تشكيل ايزوسيانات كه از تجزيه اوره حاصل مي شود، خودداري کرد. ايزوسيانات باعث كرباميلاسيون پروتئين ها و تشكيل نقاط غيرواقعي در الگوي نهايي دو بعدي مي شود. محلول حاوي اوره پايدار نيست و از ذوب و انجماد مكرر محلول حاوي اوره بايد خودداري كرد. از طرفي ديگر, اگرچه استفاده از تيواوره در نمونه باعث افزايش در بروز نقاط پروتئيني در نقشه پروتئيني مي شود اما ايجاد رگه هاي (Streaking) عمودي و نقاط مبهم و نامشخص در ناحية اسيدي ژل را نيز سبب مي شود كه هنوز راه حل مناسبي جهت حذف اين زوايد پيدا نشده است.

[Borna66]

نتايج نويد بخش واکسن ژنتيکى مقابله با آلرژى
آزمايش هاى اوليه يک واکسن ضد آلرژى که پژوهشگران علوم پزشکى به کمک شيوه هاى مهندسى ژنتيک طراحى کرده اند،به نتايج اميدوارکننده اى منجر شده است .
نشريه بولتن بيوتکنولوژى ،وابسته به دفتر همکاريهاى فناورى و رياست جمهورى ،در شماره ۹۵ خود افزود : در جريان اين آزمايش ها،که در اتريش ، سوئد و فرانسه انجام شد،اين واکسن به طور چشمگيرى از حساسيت افراد مورد آزمايش به گرده گياهان کاست


اين گروه از پژوهشگران مىگويد،هم اکنون سرگرم توسعه واکسن هاى ژنتيکى ديگرى براى مقابله با انواع ديگر آلرژى هاست .
نتايج اين تحقيقات در نشريه "اقدامات آکادمى ملى علوم "منتشر شده است .
بنا به تخمين ها هم اکنون يک چهارم جمعيت جهان از نوعى آلرژى رنج مىبرند، که برخى از آنها مانند "آسم " ،جان بيماران را تهديد مىکند.
آلرژى اساسا ناشى از واکنش افراطى سيستم دفاعى بدن به ماده اى است که در واقع بىخطر است .
کار واکسن هايى که براى مقابله با بيماريهايى مانند سرخک يا فلج اطفال تجويز مىشود، اين است که سيستم دفاعى بدن را تحريک کنند.اما واکسن آلرژى بايد عکس آن را انجام دهد وبه گفته سرپرست اين گروه از پژوهشگران از دانشکده پزشکى وين ،شعله سيستم دفاعى بدن را پايين بکشد.
تيم تحقيقاتى به کمک مهندسى ژنتيک نمونه اى از گرده درخت غان را طراحى کرده است که در بدن افراد مبتلا به آلرژى ،پادتن هايى توليد مىکند که از شدت واکنش سيستم دفاعى بدن مىکاهد.


اين محصول همچنين از شدت واکنش سيستم دفاعى بدن به برخى از انواع ديگر گرده هاى آلرژى زا مىکاهد.
البته شيوه هايى براى درمان آلرژى که از همين اصول استفاده مىکند وجود دارد اما با اين که اين شيوه ها مىتواند کاملا موثر باشد اما گاه عوارض جانبى جدى به همراه دارد.
پژوهشگران دانشگاه وين به کمک مهندسى ژنتيک موفق شده اند ضمن حفظ تاثيراين شيوه هاى درمانى ،عوارض جانبى آنها را حذف کنند.
آنها همچنين نمونه هايى از ساير مواد الرژى زا را ساخته اند و قصد دارنداين مساله را که آيا اين مواد نيز به عنوان واکسن قابل استفاده هستند يا خير ،بررسى کنند.

[Borna66]

قدمت نسخ خطی به کمک علم ژنتيک تعيين ميشود
محققان دانشگاه کمبریج موفق به ابداع شیوه‌ای برای تعیین قدمت و منشا دقیق نسخه‌های خطی قدیمی شده‌اند.
نسخه‌های خطی قدیمی اغلب روی پوست حیوانات نوشته می‌شده‌اند و محققان دانشگاه کمبریج با آزمایش نمونه Dna پوست، می‌توانند قدمت و منشا نسخه خطی را

مشخص کنند.
دکتر کریستوفر هو، استاد بیوشیمی دانشگاه کمبریج که سرپرستی این پروژه تحقیقاتی را به عهده داشته است، می‌گوید «با آزمایش نمونه Dna می‌توان

گونه جانوری که پوست متعلق به آن است را مشخص کرد. به این ترتیب اگر

برای مثال شما کتابی داشته باشید که در مورد منشا آن مطمئن نباشید،

می‌توانید با آزمایش Dna صفحات مختلف آن به اصالتش پی ببرید.
به گفته دکتر هو، این شیوه می‌تواند در مورد تمامی نسخ خطی به کار رود.
دکتر هو امیدوار است با تکمیل و بهبود این تکنیک، بتوان از آن برای

مشخص کردن منشا و اصالت بسیاری از نسخه‌های خطی که منشایی نامعلوم

دارند استفاده کرد.

[Borna66]

متعادل سازي بعدهاي الكتروفورز
مقدار اضافه کردن نمونه

براي بدست آوردن بهترين قدرت تفكيك, بيشترين تعداد نقاط و كمترين رگه ها درژل, مقدار پروتئيني كه بر روي يك نوار "IPG" اضافه مي شود از اهميت زيادي برخوردار است. مناسب ترين مقدار نمونه اي که به نوار "IPG" اضافه مي شود با در نظر گرفتن عواملي نظير هدف مورد نظر, طول نوار يا فاصله جداسازي, ماهيت و تعداد پروتئين هاي موجود در نمونه, شيب ‍pH ، و نيز روش رنگ آميزي مورد نظر, انتخاب مي شود.

براي مثال در صورتيکه نمونه اي حاوي مخلوط پيچيده اي از پروتئين ها باشد, بايد بر اساس هدف تجربه, مقدار اضافه کردن را انتخاب کرد؛ اگر هدف بررسي پروتئين هايي با فراواني کم باشد, بالطبع بايد مقدار نمونه بيشتري را اضافه نمود. در صورتيکه هدف بدست آوردن يک ژل زيبا و تميز براي درج در مقاله يا ارائه به صورت تصويري باشد, نشان دادن پروتئين هايي با فراواني بيشتر و اجتناب از ظهور رگه ها از اهميت بيشتري برخوردار خواهد بود, در نتيجه مي توان مقادير کمتري از نمونه را به نوار "IPG" اضافه نمود. يا در زمانيکه از نوارهايي با محدوده ي pH کوچک استفاده مي شود, مي توان مقادير بيشتري از نمونه را به کار برد چرا که بعد از "IEF" فقط پروتئين هايي با pI داخل اين محدوده در نوار باقي ميمانند و در بعد دوم ظاهر مي شوند.

به هر حال, ميزان نمونه اي که اضافه شود مي توانــد از چنــدين ميکروگرم تا چند ميــلي گرم متغيــر باشــد.

اگر غلظت پروتئيني نمونه ناشناخته باشد, براي دستيابي به تخميني حدودي و سريع از غلظت نمونه, مي شود با تهيه رقت هاي متوالي از نمونه و نيز از يك محلول پروتئيني استاندارد با غلظت مشخص, آنها را روي غشا نيتروسلولز نقطه گذاري كرد و بعد با آمينوبلك يا كوماسي بلو رنگ آميزي كرد. مقايسه شدت رنگ رقت هاي استاندارد با نمونه, محک قابل قبولي براي تخمين حدودي از غلظت نمونه خواهد بود.

درعمل بهترين زمان فوكوسينگ موردنياز براي رسيدن به بهترين كيفيت و تكرارپذيري, زماني است كه تمام پروتئين هاي داخل نمونه در pI خود متمرکز شده باشند. در "IEF" معمولا" واحد ساعت ولت که حاصل ضرب ولتاژ اعمال شده در زمان بر حسب ساعت است, مورد استفاده قرار مي گيرد. اگر ساعت ولت "IEF" به اندازة كافي نباشد, معمولاً رگه هاي افقي در نمايه ي دو بعدي ظاهر مي شوند. از طرف ديگر بايد از فوكوس شدن بيش از حد نيزخودداري شود, چرا که در "IPG", برخلاف متد كلاسيك "O’Farell", فوكوسينگ بيش از حد منجر به مهاجرت پروتئينها به سمت كاتد نمي شود, بلکه اين امر منجر به تراوش بيش از حد آب درسطح ژلهاي IPG ناشي از انتقال فعال آب مي شود كه به اين پديده جريان الكترواندوسموتيك معكوس مي گويند. در نتيجه نمايه واقعي ژل تخريب و دستخوش تغيير مي گردد, رگه هاي افقي در انتهاي بازي ژل پديدار شده و احتمالاً برخي از پروتئينها نيز از دست مي روند. براي حل اين مشكل علاوه بر کاهش زمان فوکوسينگ بايد حتما" سطح "IPG" در حين فوکوسينگ از روغن معدني پوشيده باشد.

به هر حال زمان فوكوسينگ بهينه بصورت تجربي براي هر نمونه ي پروتئيني و با در نظر گرفتن ميزان پروتئين اضافه شده, محدودة pH بكار گرفته شده و حتي طول انتخاب شده براي نوارهاي "IPG", تعيين مي شود.
4-6- انتخاب شيب pH براي ايزوالكتروفوكوسينگ با IPG

معمولاً براي آناليز اوليه ي يك نمونه ي جديد از شيب pH با محدوده ي وسيع،10-3، استفاده مي شود. در بسياري از نمونه ها استفاده از شيب pH 10-3 باعث از دست دادن قدرت تفكيك در محدوده ي pH 7-4 مي شود، محدوده اي که نقطة ايزوالكتريك بسياري از پروتئينها در آن قرار دارد. براي غلبه نسبي بر اين مشكل استفاده از "IPG" با شيب pH غيرخطي 10-3 توصيه مي شود .كه در آن ناحيه ي pH 7-4 داراي شيب کمتري در مقايسه با شيب ناحيه ي 10-7 است. با اين کار نه تنها جداسازي خوبي در ناحية pH 7-4 خواهيم داشت, بلکه اغلب پروتئين هاي بازي نيز به خوبي از همديگر تفكيك مي شوند. استفاده از نوار "IPG" با شيب pH 7-4 حتي منجر به جداسازي بهتر پروتئين ها در اين ناحيه مي شود. نوارهاي "IPG" تجاري براي اين محدوده هاي pH قابل خريداري هستند. البته مي توان از "IPG" هاي دست ساز در آزمايشگاه نيز استفاده كرد كه بيشتر پروتئينهاي سلولي را براي بسياري از انواع نمونه ها تحت پوشش قرار دهد.

در نمونه هاي پيچيده نظير نمونه هايي كه از سلولهاي اوكاريوتيك گرفته مي شوند، انجام الكتروفورز دوبعدي بر روي يك شيب pH با محدودة گسترده, فقط درصد كمي از كل پروتئوم را نشان مي دهد چراكه قدرت تفكيك فضايي ناكافي است و همين مسئله نمايان سازي پروتئينهايي كه داراي نسخه هاي كمتري هستند را درحضور گونه هايي که فراواني بيشتري دارند، با مشكل مواجه مي کند. يك راه براي غلبه بر مشكل محدودة ديناميك بالا و گوناگوني پروتئينهايي که در بافتهاي اوكاريوتيك بيان مي شوند از پيش جز به جز کردن نمونه ها است. راه بسيار موثر ديگر استفاده از چندين نوار "IPG" با محدوده هاي کوچک(واحد pH 5/1-1) است، به طوري كه اين محدوده ها همديگر را بپوشانند. اين روش به ژلهاي درشتنما Zoom Gels يا ژلهاي كامپوزيت يا ژلهاي ساب پروتئوميكس موسوم است. در نهايت افزودن فاصله جداسازي تا 24 سانتيمتر هم مي تواند براي حل مشکل فوق مورد استفاده واقع شود.

"IPG" هاي با محدوده هاي کوچک و نيز"IPG" با pH 7-4 با هر دو شيوة بارگيري نمونه توسط پياله هاي بارگيري و نيز بارگيري در حين خيساندن ژل سازگار هستند. اين ژلها براي نمونه هايي با غلظت در حد ميکرو ايده آل هستند, اما نياز به افزايش زمان فوكوسينگ دارند.

نمايه هاي دوبعدي مجازي كه از روي توالي هاي ژنومي محاسبه شده‌اند، نه تنها نشان مي دهند كه اغلب پروتئينهاي يك سلول ليزشده داراي pI بين pH 9-4 هستند، بلكه بيانگر اين نکته اند كه تعداد قابل توجهي از پروتئينها با pI بالاتر از pH 12 نيز وجود دارند. مثلا" پروتئينهاي نوكلئار يا ريبوزومي پروتئينهاي شديدا" بازي با pI نزديك به هم هستند,. اين پروتئين ها با استفاده از IPG هاي با محدودة كوچك pH: 12-10يا pH 12-9 قابل جدا شدن هستند. در الكتروفورز دوبعدي كلاسيك که از آمفولايت استفاده مي شد, پروتئينهاي بازي فقط توسط "NEPHGE" از همديگر جدا مي شدند، اما اينک به راحتي با استفاده از "IPG IEF" جداسازي مي شوند. براي اين منظور استفاده از محدوده ي کوچک pH 12-10 يا pH 12-9 توصيه مي شود.

براي بدست آوردن تكرارپذيري بالا در الکتروفورز دوبعدي, مراحل بهينه سازي مختلفي با توجه به pH و تركيب ژل مورد استفاده قرار مي گيرند. براي مثال در زمان استفاده از "IPG" هاي بازي به منظور جلوگيري از ظهور رگه هاي افقي متعدد در نمايه ي ژل دو بعدي, که ناشي از جريان الكترواندوسموتيك معكوس است، مي توان از يك كاغذ ----- اضافي كه در "DTT" غوطه ور شده بر روي سطح نوار "IPG" درطول الكترود كاتدي استفاده کرد. "DTT" آزاد شده از اين نقطه بر روي نوار, جايگزين "DTT" موجود در ژل مي شود كه به سمت آند در حين IEF مهاجرت مي كند و خارج مي شود. راه حل ديگر براي ممانعت از ايجاد رگه هاي افقي استفاده كردن از "TBP" است. اين عامل احياء كننده ي بدون بار الكتريكي, درحين ايزوالكتروفكوسينگ به سمت آند مهاجرت نمي كند. ديگر روشهاي مقابله با اين مشکل استفاده کردن از اِن، اِن دي متيل آکريل آميد به جاي آكريل آميد , اضافه کردن ايزوپروپانل به محلول مخصوص خيساندن "IPG"، همچنين بارگيري نمونه در آنود توسط پياله بارگيري، و استفاده از روغن معدني براي پوشاندن نوارهاي "IPG" در زمان ايزوالکتروفوکوسينگ است.
4-7- متعادل سازي بين بعدهاي الكتروفورز:

بعد از "IEF" نوارهاي "IPG" را مي توان فوراً به بعد دوم انتقال داد. در عين حال مي توان اين نوارها را بين دو ورقة پلاستيكي و در80- درجه سانتي گراد به مدت چندين ماه نگهداري كرد. قبل از جداسازي دربعد دوم بايد ژلهاي الكتروفوكوس شده متعادل شوند. اين کار براي ورود "SDS" به ژل و واكنش كامل پروتئين ها با "SDS" صورت مي گيرد به طوري که مهاجرت پروتئين ها از "IPG" به "SDS-PAGE" امکان پذير گردد.

براي اين كار نوارهاي ژل "IEF" به مدت 15 دقيقه در بافر تريس 50 ميلي مولار که حاوي 2% "SDS" ، 1% "DTT", 6 مولار اوره و 30% گليسرول است, قرار داده مي شوند. اوره و گليسرول براي كاهش اثرات الكترواندوسموتيك بكار برده مي شوند كه عدم بكار بردن آنها منجر به كاهش انتقال پروتئين از بعد اول خواهد شد. پس از اين كار, متعادل سازي 15 دقيقه ي ديگر در محلولي مشابه كه حاوي 5% آيودواستامايد به جاي "DTT" است, ادمه مي يابد . اين مرحله براي آلكيله كردن گروه هاي SH در پروتئين هاي محلول و ممانعت از ايجاد پيوندهاي دي سولفيدي بين آنها در حين الکتروفورز صورت مي پذيرد. مقدار اضافي آيودواستامايد نيز در آلکيله کردن "DTT" هاي آزاد مصرف مي شود. در صورت حضور"DTT" هاي آزاد در نوار ژل, آنها در طي بعد دوم داخل ژلهاي "SDS-PAGE" مهاجرت مي كنند و منجر به ايجاد آلودگيهايي مي شوند كه به عنوان رگه هاي نقطه اي شناخته شده اند و پس از رنگ آميزي با نيترات نقره قابل مشاهده هستند (شکل 4-7) .

روش جايگزين ، انجام متعادل سازي در يك مرحله است كه در آن "DTT" موجود در بافر متعادل سازي با 5 ميلي مولار "TBP" جايگزين مي شود, چون "TBP" داراي بار الكتريكي نيست و در طي "SDS-PAGE" نيز مهاجرت نمي كند.

نوارهاي "IPG" پس از متعادل سازي بايد کاملا" خشك شوند, يعني گوشة آنها بر روي كاغذ ----- به مدت 1 دقيقه نگه داشته مي شود تا قبل از اينكه به بعد دوم بروند, مايع اضافي از آنها گرفته شود.

نکته قابل توجه اين است که با استفاده از روش رايج متعادل سازي, يعني استفاده از "DTT" و آيودواستامايد, ممکن است دو نوع مشتق آلکيله از سيستئين به وجود آيد, يکي کربوکسي آميدو متيل – سيستئين ناشي از عملکرد آيودواستامايد در حين متعادل سازي و ديگري سيستئين – پروپيونامايد ناشي از واکنش با آکريل آميد مونومر باقي مانده در ژل " . SDS-PAGE" درحين بعد دوم. در صورت استفاده از آکريل آميد براي آلکيلاسيون, تنها يک مشتق آلکيله از سيستئين (سيستئين پروپيوناميد) در الکتروفورز دو بعدي به وجود خواهد آمد. اين مسئله به عنوان يک مزيت در تعيين هويت با طيف سنجي جرمي تلقي مي گردد, چرا که با حذف امکان ايجاد مشتق هاي آلکيله متفاوت از سيستئين در يک پروتئين, از سردرگمي در حين تعيين هويت ممانعت به عمل مي آورد

[Borna66]

بیوشیمی
دید کلی
اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) ، جزئیات سنتز پروتئین از ژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدی و مکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتئینی ، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسم وابسته بهم و مکانیسمهای تبدیل انرژی و گسترش تکنولوژی Recombinant DNA (نوترکیبی DNA) از دستاوردهای برجسته بیوشیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولی باعث تنوع موجودات زنده شده است.

تمامی ارگانیسمها از باکتریها مانند اشرشیاکلی تا انسان ، از واحدهای ساختمانی یکسانی که به صورت ماکرومولکولها تجمع می‌یابند، تشکیل یافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبونوکلئیک اسید (RNA) و پروتئین در تمامی ارگانیسمها به صورت یکسان صورت می‌گیرد. آدنوزین تری فسفات (ATP) ، فرم عمومی انرژی در سیستمهای بیولوژیکی ، از راههای مشابهی در تمامی جانداران تولید می‌شود.

تاثیر بیوشیمی در کلینیک
مکانیسمهای مولکولی بسیاری از بیماریها ، از قبیل بیماری کم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم ، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیت آنزیمها در تشخیص کلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال ، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است که آیا بیمار اخیرا سکته قلبی کرده است یا نه؟بررسی DNAدر تشخیص ناهنجاریهای ژنتیکی ، بیماریهای عفونی و سرطانها نقش مهمی ایفا می کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسط مهندسی ژنتیک ایجاد شده است، امکان تولید پروتئینهایی مانند انسولین و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بیوشیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. در کشاورزی نیز از تکنولوژی DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفاده می‌شود.

گسترش سریع علم و تکنولوژی بیوشیمی در سالهای اخیر ، محققین را قادر ساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در مورد بیولوژی و علم پزشکی جواب بدهند. چگونه یک تخم حاصل از لقاح گامتهای نر و ماده به سلولهای عضلانی ، مغز و کبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورت سلولها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترل می‌شود؟ علت سرطان چیست؟ مکانیسم حافظه کدام است؟ اساس مولکولی اسکیزوفرنی چیست؟

مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی
وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقش بیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.



مدل فضا پرکن (Space _ Filling)
این نوع مدل ، خیلی واقع بینانه و مصطلح است. اندازه و موقعیت یک اتم در مدل فضا پرکن بوسیله خصوصیات باندها و شعاع پیوندهای واندروالسی مشخص می‌شود. رنگ مدلهای اتم طبق قرارداد مشخص می‌شود.

مدل گوی و میله (ball _ and _ Stick)
این مدل به اندازه مدل فضا پرکن ، دقیق و منطقی نیست. برای اینکه اتمها به صورت کروی نشان داده شده و شعاع آنها کوچکتر از شعاع واندروالسی است.

مدل اسکلتی (Skeletal)
ساده‌ترین مدل مورد استفاده است و تنها شبکه مولکولی را نشان می‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمی‌شوند. این مدل ، برای نشان دادن ماکرومولکولهای بیولوژیکی از قبیل مولکولهای پروتئینی حاوی چندین هزار اتم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فضا
در نشان دادن ساختمان مولکولی ، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحد آنگستروم ()، بطور معمول برای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، طول باند C _ C ، مساوی 1،54 آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک ، از قبیل کربوهیدراتها و اسیدهای آمینه ، بطور تیپیک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، از قبیل پروتئینها ، 10 برابر بزرگتر هستند. برای مثال ، پروتئین حمل کننده اکسیژن در گلبولهای قرمز یا هموگلوبین ، دارای قطر 65 آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی 10 برابر بزرگتر می‌باشند. ماشینهای سنتز کننده پروتئین در سلولها یا ریبوزومها ، دارای 300 آنگستروم طول هستند. طول اکثر ویروسها در محدوده 100 تا 1000 آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی 100 برابر بزرگتر هستند و در حدود میکرومتر (μm) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود 7μm است. میکروسکوپ نوری حداقل تا 2000 آنگستروم قابل استفاده است. مثلا میتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکی از مولکولهای 1 تا آنگستروم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند.

زمان لازم برای انجام واکنشهای بیوشیمیایی
راکسیونهای شیمیایی در سیستمهای بیولوژیکی به وسیله آنزیمها کاتالیز می‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه () به محصول تبدیل می‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند میکروثانیه (). بسیاری از تغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال ، باز شدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یک میکروثانیه طول می‌کشد. جابجایی یک واحد (Domain) از پروتئین با حفظ واحد دیگر ، تنها در چند نانوثانیه () اتفاق می‌افتد. بسیاری از پیوندهای غیر کووالان مابین گروههای مختلف ماکرومولکولی در عرض چند نانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیری نیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن ، تغییر در ساختمان ترکیبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسین می‌باشد که در عرض اتفاق می‌افتد.

انرژی
ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژی برای حیات ، خورشید است. برای مثال ، انرژی فوتون سبز ، حدود 57 کیلوکالری بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP ، فرمول عمومی انرژی ، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه 12 کیلوکالری بر مول می‌باشد. برعکس ، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول ، خیلی کم و در حدود 0،6 کیلوکالری بر مول در 25 درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدار انرژی ، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیه پیوندهای کووالانسی مورد نیاز است، (برای مثال 83Kcal/mol برای پیوند C _ C). بدین خاطر ، شبکه کووالانسی بیومولکولها در غیاب آنزیمها و انرژی پایدار می‌باشد. از طرف دیگر ، پیوندهای غیر کووالانسی در سیستمهای بیولوژیکی بطور تیپیک دارای چند کیلوکالری انرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافی است. یک واحد جایگزین در انرژی ، ژول می‌باشد که برابر 0،239 کالری است.

ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها
ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سه نوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی ، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA ، تشکیل ساختمان سه بعدی پروتئینها ، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشف مولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهای بیولوژیکی و پروسه‌های درون مولکولی ، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سه پیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهای الکترواستاتیک ، پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای واندروالسی آنها از نظر ژئومتری ، قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، این پیوندها به مقدار زیادی از طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند.
__________________

[Borna66]

اسید آمینه چيست؟ و چه كاربردي دارد؟

دیدکلی
پروتئینها ، زنجیره‌های خطی یا پلیمرهایی هستند که از ترکیب اسیدهای آمینه حاصل می‌شوند. اسید آمینه‌ها ، حروف الفبایی پروتئینها را تشکیل می‌دهند و چون امکانات بالقوه نامحدودی در طرز توالی و طول زنجیره اسید آمینه‌ها در تولید پروتئینها وجود دارد، از اینرو انواع بی‌شماری از پروتئینها نیز می‌توانند وجود داشته باشند.

اختلاف هر اسید با سایر اسیدهای آمینه ، در زنجیره جانبی هر یک از اسیدهای آمینه است. اسیدهای آمینه در آغاز تشکیل زمین ، به همراه سایر مواد آلی پیدا شدند. اسیدهای آمینه‌ای که در حضور پرتوهای فرابنفش بوجود آمدند، گوناگونی بسیار داشته‌اند. اما به دلایلی ناشناخته تنها بیست اسید آمینه ، آن هم از نوع L ، در یاخته زنده کاربرد پیدا کرد.






ساختار اسیدهای آمینه
هر اسید آمینه ، از یک کربن نامتقارن به نام کربن آلفا تشکیل یافته است که با چهار گروه مختلف کربوکسیل (COOH) اتم هیدروژن ، گروه آمینه بازی (NH2-) و یک زنجیره غیر جانبی (R-) پیوند برقرار می‌کند. ریشه R ممکن است یک زنجیره کربنی و یا یک حلقه کربنی باشد. عوامل دیگری مانند الکل ، آمین ، کربوکسیل و نیز گوگرد می‌توانند در ساختمان ریشه R شرکت کنند. زنجیره جانبی خود چندین اتم کربن دارد و آنها را به ترتیبی که از کربن آلفا ، فاصله می‌گیرند، با حروف بتا (β) ، گاما (γ) و دلتا (δ) نشان می‌دهند.

اگر در حالی که عامل COOH روی کربن آلفا قرار داد عامل NH2 روی کربنهایی غیر آلفا قرار گیرد. نوع اسید آمینه به β ، γ یا δ تغییر خواهد کرد. اسیدهای آمینه آزاد به مقدار بسیار ناچیز در سلولها وجود دارند. بیشتر اسیدهای آمینه آلفا در سنتز پروتئین شرکت می‌کنند، در صورتی که اسیدهای آمینه بتا ، گاما و دلتا واسطه‌های شیمیایی هستند. بیشتر اسیدهای آمینه در PH هفت به صورت دو قطبی در می‌آیند یعنی گروه NH2 پروتون می‌گیرد و گروه COOH هیدروژن خود را از دست می‌دهد و به صورت –COO- در می‌آید.

ایزومری در اسیدهای آمینه
مطابق قرار داد اگر ساختمان فضایی یک اسید آمینه را در نظر بگیریم، چنانچه عامل NH2 که به کربن آلفا متصل است در طرف چپ باشد، می‌گوییم که این اسید آمینه از نوع L است و هرگاه عامل NH2 در طرف راست کربن آلفا قرار گیرد، گوییم که این اسید آمینه از نوع ∆ است. برخلاف قندهای طبیعی که از نوع دلتا هستند، اسیدهای آمینه طبیعی همگی از نوع L می‌باشند. ایزومرها را انانتیومر می‌گویند.






انواع اسیدهای آمینه
منو اسیدهای آمینه
گلیکوکول (Gly):گلیکوکول که گلیسین نیز نامیده می‌شود و تنها اسید آمینه‌ای است که فاقد کربن ناقرینه است و در ساختمان پروتئینهایی مانند کلاژن ، الاستین و رشته ابریشم به مقدار فراوان وجود دارد.


آلانین (Ala): در تمام پروتئینها فراوان است.


والین (Val): اسید آمینه ضروری برای انسان است و به مقدار کم در بیشتر پروتئینها یافت می‌شود.


لوسین (Leu): اسید آمینه ضروری برای انسان بوده و در بیشتر پروتئینها به مقدار زیاد وجود دارد.


ایزولوسین (Ile): اسید آمینه ضروری برای انسان است که به مقدار کمتر از اسیدهای آمینه دیگر پروتئینها وجود دارد. ایزولوسین دو کربن ناقرینه دارد.
اسید آمینه الکل‌دار
سرین (Ser): اسید آمینه‌ای است که در رشته‌های ابریشم بسیار فراوان بوده و در ساختمان چربیها و پروتئینهای مرکب نیز شرکت می‌کند.


تره اونین (Thr): اسید آمینه الکل‌داری است که برای انسان ضروری بوده و مانند ایزولوسین یک کربن ناقرینه اضافی دارد.
اسیدهای آمینه گوگرددار
سیستئین (Cys): این اسید آمینه نقش مهمی در ساختمان فضایی پروتئینها بر عهده دارد زیرا عامل تیول (SH-) دو مولکول سیستئین در یک زنجیره پلی پپتیدی و یا دو مولکول سیستئین در دو زنجیره پلی پپتیدی با از دست دادن هیدروژن پیوند کوالان می‌سازند و در نتیجه دو مولکول سیستئین تبدیل به اسید آمینه دیگری به نام سیستئین می‌گردند.


متیونین (Met): متیونین از اسیدهای آمینه ضروری برای انسان است که مقدار آن در پروتئینها نسبتا کم است.
دی اسیدهای منو آمینه
اسیدهای آمینه‌ای هستند که دارای یک آمین و دو عامل کربوکسیل هستند و به اسید آمینه اسیدی مشهورند.

اسید آسپارتیک (Asp): در پروتئینها به مقدار زیاد یافت می‌شود. اسیدیته این اسید آمینه زیاد است.


اسید گلوتامیک (Glu): مقدار آن در پروتئین زیاد است و نقش مهم آن انتقال عامل آمین در واکنشهای بیوشیمیایی است.
اسیدهای آمینه آمیدی
این ترکیبات روی ریشه R دارای یک عامل آمیدی هستند. این اسیدهای آمینه در سنتز پروتئینها شرکت نموده و نقش مهمی را در انتقال آمونیاک دارا هستند.

گلوتامین (Gln)
آسپاراژین (Asn)






اسیدهای آمینه دی آمین
این اسیدهای آمینه دارای یک عامل آمین اضافی هستند.

لیزین (Lys): این اسید آمینه برای انسان ضروری بوده و در بیشتر پروتئینها مخصوصا در بعضی از پروتئینها مانند هیستونها به مقدار فراوان دیده می‌شود. لیزین در سنتز کلاژن نیز شرکت می‌کند. ولی پس از تشکیل کلاژن ، لیزین به دلتا هیدروکسی لیزین تبدیل می‌شود.


آرژنین (Arg): این اسید آمینه در پروتئینهایی مانند هیستون و پروتامین بسیار فراوان است. آرژنین بسیار بازی است. گروه انتهای این اسید آمینه را که شامل سه ازت می‌باشد، گوانیدین می‌نامند.
اسیدهای آمینه حلقوی
بعضی از این اسیدهای آمینه به علت دارا بودن حلقه بنزنی ، عطری (آروماتیک) نامیده می‌شوند و برخی دیگر دارای یک حلقه هترو سیلیک هستند.

فنیل آلانین (phe): از اسیدهای آمینه ضروری برای انسان بوده و در پروتئینها به مقدار فراوان یافت می‌شوند. در ساختمان این اسید آمینه یک حلقه بنزنی و یک زنجیر جانبی آلانین شرکت دارد.


تیروزین (Thr): این اسید آمینه به مقدار فراوان در پروتئینها دیده می‌شود. حلالیت آن در آب کم است. تیروزین را پاراهیدروکسی فنیل آلانین هم می‌نامند. زیرا از اکسیداسیون فنیل آلانین حاصل می‌شود.


تریپتوفان (Trp): اسید آمینه ضروری برای انسان است که به مقدار کم در پروتئینها وجود دارد.


هیستیدین (His): این اسید آمینه در تمام پروتئینها به مقدار اندکی وجود دارد و فقط مقدار آن در هموگلوبین نسبتا زیاد است.


پرولین (Pro): اسید آمینه‌ای است که در پروتئینهایی مانند کلاژن و رشته‌های ابریشم به مقدار فراوان دیده می‌شود. این اسید آمینه نقش مهمی در ساختمان فضایی پروتئینها به عهده دارد. در حقیقت پرولین که از حلقه ایمین مشتق می‌شود، یک اسید ایمینه است. در کلاژن تعدادی از پرولینها به هیدروکسی پرولین تبدیل می‌شود.
اسیدهای آمینه ضروری
از نظر تغذیه ، اسید آمینه‌ها را به دو دسته ضروری و غیر ضروری تقسیم می‌کنند. اسیدهای آمینه ضروری ، اسیدهای آمینه‌ای هستند که سلولها قادر به سنتز نیستند، در صورتی که اسیدهای آمینه غیر ضروری توسط سلولها از سایر مواد ساخته می‌شوند. نوع اسیدهای آمینه ضروری در نزد گونه‌های مختلف جانداران متفاوت است

[Borna66]

بیماری آلزایمر
علائم این بیماری با از دست دادن قدرت حفظ اطلاعات بخصوص حافظه موقت در دوران پیری آغاز شده و به تدریج با از دست دادن قدرت تشخیص زمان، افسردگی، از دست دادن قدرت تکلم، گوشه گیری و سرانجام مرگ در اثر ناراحتی‌های تنفسی به پایان می‌رسد. مرگ پس از ۵ تا ۱۰ سال از بروز علائم اتفاق می‌افتد، اما بیماری حدود ۲۰ سال قبل از ظهور علائم آغاز شده است. این بیماری با از دست رفتن سیناپس‌های نورون‌ها در برخی مناطق مغز، نکروزه شدن سلول‌های مغز در مناطق مختلف سیستم عصبی، ایجاد ساختارهای پروتئینی کروی شکلی بنام پلاک‌های پیری (sp) در خارج نورون‌های برخی مناطق مغز و ساختارهای پروتئینی رشت‌های بنام Nft در جسم سلولی نورون‌ها، مشخص می‌شود.

پروتئنهای آمیلوئیدی
در بیماری آلزایمر ساختارهای پروتئینی کروی شکلی در خارج نورون‌های برخی مناطق مغز و ساختارهای پروتئینی رشته‌ای در جسم سلولی نورون‌ها، تشکیل می‌شود. این ساختارهای پروتئینی که به آنها اجسام آمیلوئیدی گفته می‌شود، در اثر برخی تغیرات در پروتئوم سلول‌های عصبی وبهم خوردن تعادل و تغییر در میزان و یا ساختار پروتئین‌های پرسینیلین، آپولیپوپروتئینe، سینوکلئین، و پپتید آمیلوئیدبتا، ایجاد می‌شود. یکی از مهمترین پروتئین‌هایی که در ایجاد آلزایمر نقش دارد، پروتئین پیش ساز آمیلوئید (app ) نام دارد، این پروتئین در سلول‌های دستگاه عصبی بیان می‌شود و در اتصال سلول‌ها بهم، تماس سلول‌ها و اتصال به ماتریکس خارج سلولی و اسکلت سلولی نقش دارد. پروتئین App بوسیله سه نوع آنزیم پروتئولیتیک پردازش می‌شود. آنزیم‌های آلفا، بتا و گاما- سکرتاز، به ترتیب پروتئین App را در اسیدهای آمینه ۶۷۸، ۶۷۱ و ۷۱۱برش می‌دهند. با اثر آنزیم‌های گاما و بتا سکرتاز بر پروتئین App، به ترتیب، پپتیدهایی بنام آمیلوئیدبتا۴۰ (دارای ۴۰ اسید آمینه)وآمیلوئیدبتا۴۲ (دارای ۴۲ اسیدآمینه)ایجاد می‌شوند. در حالت عادی مقدار این قطعات در سلول‌ها کم است و به سرعت تجزیه می‌شود اما اگر در پروتئوم سلول‌های عصبی این تعادل برهم بخورد و مقدار این قطعات افزایش یابد، ساختارهای پروتئینی کروی و درنتیجه آلزایمر ایجاد می‌شود. در بیماران مبتلا به سندروم داون ( تریزومی ۲۱) میزان بیان پروتئین App افزایش می‌یابد و علائمی شبیه آلزایمر مشاهده می‌شود که می‌تواند به علت افزایش مقدار پپتید آمیلوئید بتا۴۲ باشد زیرا ژن پروتئین App بر روی کروموزوم ۲۱ قرار دارد.
__________________

[Borna66]

ددت و تاثیر آن بر محیط زیست
نگاه کلی
تا قبل از سال‌های 1970 که استفاده از ددت در اکثر کشورهای پیشرفته ممنوع اعلام شد، ددت یک حشره‌کش ایده‌آل بنظر می‌رسید. برای انسان سمی نبود، اما برای حشرات بسیار سمی و کشنده بود. پیش از ددت اکثر حشره‌کش‌ها از ترکیبات آرسنیک بودند که بسیار سمی و پردوام و برای انسان خطرناک بودند.

در جنگ جهانی اول ، بیش از 5 میلیون نفر بعلت تیفوس جان سپردند که برای جلوگیری از چنین مصیبتی نیروهای متمدن که از اهمیت ددت برای نابود کردن حشرات ناقل امراض در هوای گرم آگاه بودند، با سمپاشی اردوگاه‌های نظامی و اردوگاه اسیران بوسیله ددت ، از شیوع تیفوس و مالاریا و سایر امراض که بوسیله حشرات انتقال می‌یابد، جلوگیری کردند.

تاریخچه
ددت بعنوان حشره‌کش در سال 1939 توسط پاول مولر ، شیمیدانی که در زمینه توسعه مواد شیمیایی برای مبارزه با حشرات کشاورزی فعالیت می‌کرد، کشف شد. مولر در سال 1948، جایزه نوبل در طب و فیزیولوژی را بخاطر اینکه جان بسیاری از انسانها را پس از جنگ بوسیله ددت نجات داد، دریافت کرد. پس از پایان جنگ جهانی دوم ، از ددت برای استفاده‌های بهداشتی در مناطقی با آب و هوای گرم استفاده شد.

همچنین بطور گسترده در کشورهای پیشرفته بعنوان حشره‌کش در باغها ، مزارع پنبه و سبزیجات استفاده شد. تا اینکه بدلیل مقاوم شدن برخی حشرات در مقابل ددت و استفاده بی‌رویه کشاورزان در مزارع برای افزایش تاثیر آن و پیدا شدن ترکیبات سمی ددت در بافت چربی پرندگان و ماهی‌ها نگرانیهای وسیعی میان مردم و دولتها در مورد استفاده از ددت پدید آمد تا سرانجام در سال 1973، سازمان حفاظت از محیط زیست تمام کاربردهای ددت را بجز مصارف ضروری برای بهداشت عمومی ممنوع کرد.




ساختار ددت
ددت یا پارا - دی‌کلرو ‌دی‌فنیل ‌تری‌کلرواتان ، از نظر ساختاری یک اتان استخلافی است. در یکی از اتمهای کربن ، هر سه اتم هیدروژن بوسیله اتم‌های کلر جانشین شده‌اند در حالیکه در اتم دیگر کربن ، دو اتم از سه اتم هیدروژن بوسیله حلقه فنیل (بنزن) استخلاف یافته‌اند و در هر حلقه ، یک اتم کلر در موقعیت پارا یعنی درست در مقابل اتم کربن حلقه که واحد اتان متصل است، قرار دارد.

خواص شیمیایی ددت
ددت جزء حشره‌کش‌های آلی کلردار است. این آفت‌کش‌های کلردار دارای چندین خاصیت مشترک هستند.



پایداری در برابر تجزیه شدن یا تخریب شدن در محیط زیست


انحلال‌پذیری بسیار کم در آب ، مگر اینکه ترکیب آنها حاوی اکسیژن یا نیتروژن باشد.


انحلال‌پذیری بالا در محیط‌های زیست هیدروکربن مانند بافت چربی جانوران


سمیت نسبتا بالا برای حشرات و سمیت کم برای انسان


فشار بخار ددت پایین و در نتیجه ، سرعت تبخیر آن کم است. در برابر نور و مواد شیمیایی در محیط زیست واکنش‌پذیری کمی دارد و انحلال‌پذیری آن در آب بسیار کم است. در حلالهای آلی بخوبی حل می‌شود. ددت در فرایند سوخت و ساز بسیاری از گونه‌های حیوانی با حذف شدن HCl شرکت می‌کند و مشتقی از اتن به نام دی کلرو دی‌فنیل دی‌کلرو اتن (DDE) را بوجود می‌آورد که بسیار مقاوم و از لحاظ زیستی تخریب ناپذیر است.

مکانیسم اثر ددت
مکانیسم اثر ددت بیشتر ناشی از شکل مولکولی آن است تا بعلت برهمکنش شیمیایی با گونه‌ای خاص ، ددت و سایر هم رده‌های آن به شکل سه‌بعدی در تونل عصبی حشره ، مانند گره قرار می‌گیرند. این تونل بر حسب ضرورت ، تحریکها را از طریق یون‌های سدیم منتقل می‌کند اما وقتی مولکول ددت این تونل را باز نگه می‌دارد، یک ردیف پیوسته از تحریکهای عصبی که آغازگر آنها است باعث انقباض عضلات حشره و تشنج و مرگ آن می‌شود.

جایگزین‌های ددت
به علت آلودگی محیط زیست و تجمع ددت در بافتهای حیوانی و مقاوم شدن حشرات در برابر ددت (با تبدیل ددت به DDE و غیر فعالسازی آن) ، مصرف آن بجز برای مصارف بهداشتی ضروری ممنوع شده است. اما دانشمندان ترکیباتی ساخته‌اند که اندازه و شکل آنها مشابه ددت است و همان خواص حشره‌کشی را دارد، با این تفاوت که در حد قابل قبولی از لحاظ زیستی تخریب‌پذیرند و در موجودات زنده هم بجای تجمع ، دفع می‌شوند. بهترین نمونه این ترکیبات متوکسی کلر است که بطور گسترده در مصارف خانگی و کشاورزی برای مهار پشه و مگس بکار می‌رود.
__________________

[Borna66]

كربوهيدرات ها و انسولين
تا 30 سال پيش اغلب پزشكان فكر ميكردند كه انسولين هورموني بسيار مفيد است و هر چه سطح آن در بدن بيشتر باشد شخص سالمتر است. اما تحقيقات جرالد ريون از استانفورد نشان داد كه بالا بودن سطح انسولين موجب افزايش ريسك ابتلا به حملات قلبي ميشود.

او دليل اين امر را انقباض ديواره رگها در نتيجه تاثير انسولين بر آنها دانست. تحقيقات بعدي نشان داد كه انسولين موجب چاقي هم ميشود اين امر به دليل تاثير انسولين بر هيپوتالاموس است . انسولين با تاثير بر هيپوتالاموس موجب ميشود كه شخص احساس گرسنگي كند و همچنين با تاثير بر سلولهاي چربي بافت شكم موجب افزايش ذخيره چربي در آن مي گردد و همچنين با تاثير بر كبد منجر به افزايش توليد چربي در اين بافت ميشود و همه اين موارد به معني چاقي است.

بعد از ان در سال 1978 تحقيقات نشان داد كه بعضي از غذاها نسبت به بعضي ديگر موجب افزايش بيشتر قند خون ميشوند همچنين ميشود غذاها را بر حسب ميزان افزايش دهندگي قند خون نسبت به اين ميزان در شكر خالص مقايسه نمود و آنها را طبقه بندي كرد.

هنگامي كه غذا ميخوريد قند خونتان افزايش يافته و پانكراس براي مقابله با اين امر مقداري انسولين را به جريان خون وارد مينمايد. اينجاست كه اهميت غذايي كه ميخوريد مشخص مي شود زيرا هر چه غذاي خورده شده موجب افزايش بيشتر قند خون شود مقدار انسولين ترشح شده بيشتر و نتيجتا ريسك بروز حملات قلبي بالاتر است.

كربوهيدرات ها زنجيره هاي قندي هستند كه به هم متصل شده اند. اين مواد در اكثر گياهان و همچنين فرآورده هاي گياهي نظير شيريني ها و كلوچه ها يافت مي شوند. آنها را ميتوان به دسته تك قندي ها و دو قندي ها و چند قندي ها تقسيم بندي كرد. در حالت طبيعي معمولا كربوهيدرات ها با دسته ديگر از مواد كه فيبر ناميده ميشوند وجود دارند. فيبرها دسته از مواد هستند كه در بدن جذب نميشوند اما به دليل نقش مهمي كه در بدن ايفا مينمايد از اهميت ويژه اي برخوردارند بطوريكه آنها را جزو موادي كه حتما بايد به ميزان كافي در برنامه غذايي روزانه وجود داشته باشند تقسيم بندي مينمايند. يكي از دلايل اين امر كاهش سرعت جذب قند در داخل روده ها است فيبرها با اين كاهش سرعت موجب ميشوند كه قند ها آهسته آهسته جذب بدن شده و نتيجتا قند خون سريعا بالا نرود و موجب افزايش ناگهاني و زياده از حد انسولين نشود.

امروزه به دليل فرآوري شدن مواد گياهي اكثر محتواي فيبر انها در اين مراحل از بين مي رود مثلا تقريبا تمام محتواي فيبري گندم و برنج در حين مراحل سبوس گيري و آرد سازي از بين ميرود و يا در مورد قند و شكر ملاحظه ميكنيد كه كاملا تمام منابع فيبري از بين رفته اند .

شايد يكي از دلايل افزايش ميزان بروز چاقي و نتيحتا حملات قلبي در جوامع امروزي نيز همين امر باشد. در اين ميان اصلاح عادات غذايي و استفاده بيشتر از سبزيجات و ميوه ها و دانه هاي كامل حبوبات و غلات ميتواند در كاهش بروز اين عوامل مرگ آفرين مفيد و موثر باشد.
__________________

[Borna66]

دی‌ان‌ای یکی از ماکرومولکول‌های زیستی می‌‌باشد که در انتقال داده‌های ژنتیکی نقش دارد. این ماکرومولکول، پلیمری از زیرواحدهای نوکلئوتیدی است.

Dna دارای ساختمانی مارپیچی است و برای اولین بار ساختمان آن را دو دانشمند به نام های جیمز واتسون و فرانسیس کریک را در سال ۱۹۵۳ کشف کردند و به همین دلیل جایزه نوبل دریافت کردند. کارکرد اصلی Dna الگو بودن برای ساخته شدن یک اسید نوکلئیک دیگر به نام Rna است.

Dna ماکرومولکولی است که از هر نظر، برای ایفاء مهم‌ترین نقش خود یعنی انتقال اطلاعات بیولوژیک شایسته است. بعبارتی Dna شاهکار خلقت در ایجاد ماکرو مولکول‌های زیستی بحساب می‌‌آید. همه فواصل و زوایای پیوند، انرژی ها و نوع پیوند عناصر از دقیقترین قوانین فیزیک مولکولی پیروی می‌‌کنند. دانشمندان بارها سعی کرده‌اند با ساخت ماکرومولکول‌های دیگری، بتوانند جایگزینی برای Dna بیابند. اما تاکنون تلاش‌های آنها با شکست روبرو شده است. از دید بسیاری از محققان،dna متکاملترین مولکول ایجاد شده توسط طبیعت می‌‌باشد. مشخصه مهم ملکول Dna، به‌عنوان یک مولکول، هوشمندی آن است. دو رشته Dnaکه از نظر توالی بازها، مکمل یکدیگرمی باشند، می‌‌توانند یکدیگر را شناسایی کرده، پیوند هیدروژنی برقرار کنند و این، آن چیزی است که دانشمندان را قادر ساخته است تا از Dna در واکنشهای شیمیایی استفاده کنند.

Dna دارای سه بخش ساختمانی است: بازهای نوکلئوتیدی آدنین (a) سیتوزین (c) گوانین (g) و تیمین (t) در پله‌های این ماکرومولکول نردبانی قرار دارند. این بازهای نوکلئوتیدی به طور تصادفی در کنار هم قرار ندارند بلکه تیمین به آدنین با پیوند هیدروژنی وصل است و سیتوزین نیز به گوانین با پیوند هیدروژنی اتصال دارد. مولکول های قند دزوکسی ریبوز در دیوارهای این نردبان دیده می شوند و به این مولکول های قند گروه‌های فسفات متصل هستند. فرق بین قند دزوکسی ریبوز در Dna با قند ریبوز در Rna این است که قند دزوکسی ریبوز یک گروه هیدروکسیل از قند ریبوز کمتر دارد.


منبع
پرویزشهبازی-ناصر ملکنیا، بیوشیمی عمومی، تهران: انتشارات دانشگاه تهران، سال۱۳۷۵.