وبلاگ اختصاصی دکتر علیرضا طالبیان

بیوشیمی دندانپزشکی یکی از شاخه های کاربردی علم بیوشیمی است. موضوع این شاخه علمی ، بحث و تحقیق درباره جنبه های شیمیایی حفره دهان انسان است. بیوشیمی پایه و اساس بیولوژی و فیزیولوژی است و فیزیولوژی نیز اساس و پایه پاتولوژی و بیماری شناسی محسوب می شود.

به بیان دیگر با احاطه بر این علم می توان به شناخت بیماری ها و روش های درمان آنها دست یافت. این شاخه علمی جایگاه آکادمیک در دانشکده های دندانپزشکی داخل کشور ندارد و واحدهای مشابه درسی به دانشجویان پزشکی و دندانپزشکی تدریس می شود.

اولین کوشش علمی در زمینه شناساندن این علم به جامعه دانشگاهی کشور در سال 1381 با انتشار کتاب ” بیوشیمی برای دانشجویان دندانپزشکی ” برداشته شد. این کتاب ترجمه و تالیف اینجانب و استاد گرامی آقای دکتر محمود دوستی است. چون سالها از انتشار این کتاب می گذشت در سال 1394 کتاب دیگری در این زمینه ترجمه شد که ارائه کننده جدیدترین نظرات و پژوهش ها در این زمینه است. کتاب ” مباحثی در بیوشیمی دندانپزشکی ” حاصل تلاش اینجانب و خاتنم دکتر ایران پور گورابی و آقای دکتر حسین صالحی است.

در این دوره آموزشی ، مطالب فصول مختلف کتاب به طور کامل تدریس می شود تا عزیزان علاقمند به راحتی بتوانند به مطالعه آنها بپردازند. این کتاب در 7 فصل و 150 صفحه به چاپ رسیده است.

اگر به هنگام مطالعه کتاب به ابهامی برخوردید ، می توانید سوالات خود را از طریق ایمیل (khoshbooa@gmail.com) و یا ارسال دیدگاه خود ( که در پایین صفحات وجود دارد ) با ما درمیان بگذارید. سوالات شما باعث خواهد شد تا در چاپ بعدی ابهامات کمتری در کتاب باقی بماند.

اگر مایل هستید فایل کل کتاب را در اختیار داشته باشید با ما تماس بگیرید. فایل انگلیسی کتاب را نیز می توانید درخواست کنید.

ساختمان اتم : عناصر

ساختمان اتم موضوعی جالب و شگفتی آور است. برای فهم بهتر مفاهیم بیوشیمی اطلاع از ساختمان اتم پایه و اساس محسوب می شود. عناصر از اتم ها ساخته شده اند و اتم نیز به نوبه خود از پروتون ، نوترون و الکترون تشکیل شده است. پروتون ها دارای بار مثبت، الکترو نها دارای بار منفی و نوترون ها بدون بار الکتریکی ( خنثی ) هستند. نوترون ها مانند چسب، پروتون ها را به همدیگر می چسبانند و مانع از این می شوند که بارهای مثبت یکدیگر را دفع کرده و باعث متلاشی شدن هسته اتم گردند.

اگرچه هسته اتم دارای ذرات با بار مثبت است اما چون توسط ذرات با بار منفی برابر ( الکترون ها ) احاطه می شود، فاقد بار الکتریکی است. همچنین اگرچه جرم الکترون ها درمقایسه با جرم هسته اصلاً قابل قیاس نیست اما فعالیت شیمیایی اتم ها تنها به الکترون ها نسبت داده می شوند. در جدول تناوبی عناصر، تعداد پروتون ها که از آن با عدد اتمی یاد می شود، تعیین کننده محل عنصر است.

هسته ی اولین عنصر در جدول تناوبی- هیدروژن – تنها از یک پروتون تشکیل شده است. عنصر دوم- هلیوم – دو پروتون و دو نوترون دارد. سومین عنصر یعنی لیتیوم سه پروتون و سه نوترون دارد و سایر عناصر نیز همچنین اند . (شکل 1.1 )

جرم اتمی که واحد آن دالتون (  Da) است مجموع تعداد نوترون ها و پروتون های موجود در هسته می باشد. جرم اتمی هیدروژن یک دالتون است. هلیوم دارای دو پروتون و دو نوترون است بنابراین جرم اتمی آن جهار دالتون است. لیتیوم سه پروتون و سه نوترون دارد که بنابراین جرم اتمی آن شش دالتون است ( شکل 1.2 ) . همچنین عدد اتمی اکسیژن 8 و جرم اتمی آن 16 است.

ساختمان اتم : ایزوتوپ ها

ایزوتوپ ها عناصری هستند که با داشتن عدد اتمی یکسان تعداد نوترون های آنها متفاوت است. بیشتر ایزوتوپ ها ناپایدارند و اصطلاحا ایزوتوپ رادیواکتیو نامیده می شوند و با آزاد کردن انرژی ، به طور خود به خود به ایزوتوپ پایدار تجزیه می شوند.

به عنوان مثال دوتریوم ایزوتوپی از هیدروژن است که علاوه بر یک پروتون ، یک نوترون نیز داشته با دارا بودن خواص شیمیایی مشابه، جرم اتمی آن دو برابر هیدروژن است ( هیدروژن سنگین ) یعنی جرم آن به جای یک دالتون ، دو دالتون است ( شکل 1.3 ) .

سومین ایزوتوپ هیدروژن که در طبیعت بسیار نادر است تریتیوم نام دارد که دارای یک پروتون و دو نوترون است. تریتیوم از اهمیت زیادی برخوردار است چون رادیواکتیو است ؛ یکی از نوترون های آن ثبات نداشته ذره بتا ( β ) آزاد می کند.

ذرات β شبیه الکترو نهای آزاد هستند و ممکن است دارای بار مثبت و یا منفی بوده که بیشتر، دارای بار منفی هستند. با خارج شدن یک ذره β از تریتیوم ( شکل 1.3 ) یکی از نوترون های تریتیوم به پروتون تبدیل می شود که حاصل آن ایجاد ایزوتوپ پایدار هلیوم ) با دو پروتون و یک نوترون ( است ( شکل 1.3 ) .در جدول 1.1 عناصر رادیواکتیو مهم در زیست شناسی را مشاهده می کنید.

کاربرد ایزوتوپ در بیوشیمی

تا سومین دهه قرن بیستم، از اشعه رادیو اکتیو آزاد شده از تریتیوم صناعی ( مصنوعی ) 3H و کربن 14 (14C) برای پژوهش بر روی واکنشهای بیوشیمیایی استفاده می شد. به این ترتیب که با استفاده از 3H یا 14C گلوکز ، اسیدهای آمینه و سایر ترکیبات شیمیایی ساخته می شد که این اتم ها به صورت اتفاقی یا برنامه ریزی شده در محلهای خاصی از مولکول قرار داده می شدند.

ترکیبات رادیواکتیوی که با استفاده از گلوکز یا اسیدهای آمینه نشان دار ساخته می شدند را به سلول یا برش هایی از بافت یا به کل ارگانیسم وارد می کردند تا سرنوشت این مولکول ها را در شرایط از پیش تعیین شده مشخص می کنند. حاصل این پژوهش ها دستیابی به مسیرهای متابولیکی پروتئین ها، اسیدهای چرب ، اسیدهای آمینه ، و اسیدهای نوکلئیک بود که امروزه کاربردهای فراوانی دارند.

کاربرد ایزوتوپ ها در تعیین سن نمونه های باستانی بسیار جالب توجه است. یکی دیگر از کاربرد های کربن 14 رادیواکتیو ، تعیین طول عمر استخوان ها و دندانهای کشف شده قدیمی است. اشعه های کیهانی پر انرژی به طور مستمر در طبقات فوقانی جو بر نیتروژن 14 ( نیتروژن هفت پروتون و هفت نوترون دارد ) اثر گذاشته، باعث تولید کربن 14 ( که شش پروتون و هشت نوترون دارد) می گردد ( بمباران اتم های نیتروژن توسط نوترون های آزاد ).

کربن 14 که به تازگی تشکیل شده است به سرعت اکسید شده، به دی اکسید کربن 14 (14CO2 ) تبدیل می شود. این ترکیب از طریق فتوسنتز و زنجیره غذایی وارد ساختمان گیاهان و حیوانات می شود. نسبت کربن 14 به کربن غیر رادیواکتیو تقریباً در طول زمان ثابت است.

با مردن گیاهان و حیوانات جذب کربن متوقف شده، کربن موجود در ساختمان آنها با نیمه عمری برابر با 5700 سال تجزیه می شود. با تعیین خاصیت رادیواکتیویته نمونه ای که سن آن مشخص نیست، مقدار کربن 14 باقیمانده را در صورتی که بیش از 40000 سال نگذشته باشد می توان مشخص کرد.

بعد از این زمان، مقدار کربن 14 به قدری کم می شود که قابل انداز ه گیری نخواهد بود. با تعیین نسبت کربن رادیواکتیو به کربن باقیمانده می توان معلوم کرد چه مقدار کربن رادیواکتیو در مقایسه با میزان فعلی ( کربن تغییر نیافته در خلال میلیون ها سال ) تجزیه شده است و به این ترتیب می توان سن استخوان و دندان مورد آزمایش را مشخص کرد.

کاربرد ایزوتوپ ها فراوان است و در درس بعدی به یکی دیگر از آنها خواهیم پرداخت.

ایزوتوپها کاربرد فراوانی دارند. یکی از این کاربردها در تعیین تغییرات آب و هوا است. نوعی ایزوتوپ پایدارکربن – کربن 13 ( دارای شش پروتون و هفت نوترون)- یک در صد اتم های کربن بر روی کره زمین را تشکیل می دهد. این کربن پایدارتر از کربن 12 است. موجودات زنده ترجیحاً از کربن 12 در متابولیسم خود استفاده می کنند.

بنابراین صخره هایی که نسبت کربن 12 به کربن 13 در آنها بیش از اندازه معمول است را می توان اثر انگشت های شیمیایی ( Chemical Fingerprints ) حیات نامید ( الگوی منحصر به فردی از مواد که نشان دهنده وجود مولکول های ویژه در یک نمونه است را اثر انگشت شیمیائی می نامند.)

در بعضی از صخر ه های کهن موجود بر روی کره زمین مانند صخره های جزیره آکیلیا ( Akilia ) در نزدیکی گرینلند اثر انگشت های شیمیایی وجود دارد که ممکن است حاصل کار موجودات زنده باشد. بررسی های دقیقی که با استفاده از دستگاهی موسوم به میکرو پروب یونی انجام گردید، آشکار کرد که نسبت کربن 13 به کربن 12 دو تا پنج در صد کمتر از میزان مورد انتظار بود. احتمال می رود برخی فرایندهای حیاتی باعث افزایش اتم های کربن 12 در صخره شده باشند به طوری که این اتمها در طول بیش از 3700 میلیون سال (7/ 3 گیگا سال { Gyr } ) به طور مشخصی توزیع نشده باشند.

سن صخره های باستانی را با استفاده از میزان تجزیه سایر ایزوتوپها نیز می توان تعیین کرد مانند تجزیه روبیدیوم 87 به استرانسیوم 87 . نیم عمر این تجزیه یک گیگا سال ( 1Gyr ) است. روش محاسبه نیمه عمر روبیدیوم 87 چنین است که مقدار استرانسیوم و روبیدیوم 87 را اندازه گیری کرده، نسبت آن ها را با نسبت استرانسیوم 87 به استرانسیوم پایدار (یعنی استرانسیوم 86 ) در نمونه صخره مقایسه می کنند.

عنصر اکسیژن ، هشت پروتون و هشت نوترون دارد. نوعی ایزوتوپ پایدار اکسیژن که دارای دو نوترون اضافی است در طبیعت یافت می شود. چون آب دارای ایزوتوپ اکسیژن 18 کند تر تبخیر می شود و سریع تر متراکم می گردد ، نسبت اکسیژن 18 به اکسیژن 16 در یخچال های قطب جنوب نشان دهنده تغییرات شدید آب و هوایی در دوران های زمین شناسی است. افزایش اکسیژن 18 نشان دهنده گرم شدن ناگهانی و افزایش اکسیژن 16 نشانگر سرد شدن ناگهانی زمین است.