از وبلاگ حمید رقمی/ اوره، یک ترکیب شیمیایی که می تواند آغازگر حیات بوده باشد!

بسپار/ایران پلیمر نگاهی دقیق تر به داخل سوپ بنیادین:
ترکیب اوره می تواند در “سوپ بنیادین” (Primordial soup) نقش تعیین کننده ای به عنوان یکی از فاکتور های مهم و اثر گذار در ایجاد سنگ بنا های حیات – مانند بازهای دی اِن اِی (DNA bases) و اسیدهای آمینه- دارا بوده باشد.
محققان در لیزر اشعه ایکس (X-ray laser ) با نوعی واکنش شیمیایی از ترکیب اوره مواجه گردیدند که می توانند به عنوان اولین گام برای ایجاد حیات در”سوپ بنیادین ” رخ داده باشد. در این واکنش (ها) ملکول های اوره در اثر تابش های بسیار پر انرژی به رادیکال هایی بسیار واکنش گرا تبدیل گردیده اند. این رادیکال های بسیار فعال، سپس عامل زنجیره ای از واکنش هایی بوده اند که یکی از نتایج آن می تواند ایجاد ساختارهای پایه از DNA بوده باشد. افزون بر این، تست ها و اندازه گیری های انجام شده هم چنین حاکی از آن است که تغییرات ساختاری در اوره به اندازه کافی سریع رخ می دهد، آنگونه که احتمالاً در ” سوپ بنیادین” نیز رخ داده است.
حال اینکه کجا و چگونه حیات در کره زمین آغاز گردیده است، سوالی ست که تا کنون بی جواب مانده است . البته اطلاعاتی در این خصوص کم و بیش وجود دارند که چه ملکول هایی به عنوان سنگ بنا های اولیه، در این “ماجرا” نقش داشته اند. به عنوان مثال می توان به کارهای استنلی میلر (Stanley Miller ) شیمی دان آمریکایی از دانشگاه شیکاگو در سال های دهه 1950 اشاره کرد که در شرایطی مشابه آنچه که به احتمال قوی در ” سوپ بنیادین” وجود داشته است، می توانند بیو ملکول هایی مانند اسیدهای آمینه و “پیش ترکیبات” دی اِن ای (DNA ) ایجاد شوند.
در اینجا و قبل از ادامه مطلب، لازم است به موضوع ” استنلی میلر” (Stanley Miller )، به عنوان یکی از پست های وبلاک از بیش از 15 سال پیش اشاره داشته باشم :
محتوای پست مذکور ( و سایر پست های مربوط به بیش از 10 سال پیش) از وبلاگ حذف شده و (درحال حاضر) فقط شناسه آن پست ها در وبلاگ قابل مشاهده اند.
به ضمیمه های این پست در انتهای مقاله اصلی (در صورت تمایل) توجه کنید !
ادامه مقاله اصلی
اوره (CO(NH2)2 )، کربنیک اسید دی آمید، ملکول نسبتاً ساده ای که بخاطر وجود همزمانِ نیتروژن و کربن در ساختار، می تواند به عنوان یکای ( عربی : واحد ! ! ) تشکیل‌دهنده آمینو اسیدها، پروتئین ها و ترکیبات مهمی مانند بازهای دی اِن اِی ( DNA bases ) مطرح باشد.
به گفته َسونگ یین (Zhong Yin ) و همکاران او در این مطالعات که در انستیتو فدرال فناوری سوئیس در زوریخ*انجام گرفته است ، اوره و واکنش های راه اندازی شده آن به وسیله نورِ ( پرانرژی)، یکی از ستون های اصلی تئوری های (فعلیِ) در ارتباط با آغاز حیات است.
*ETH (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich)
( ETH Swiss Federal Institute of Technology in Zürich; )
در آزمایشات انجام شده توسط گروه پژوهشی فوق، اوره تحت تأثیر نور پر انرژیِ یونیزه کننده قرار داده شد و مالونیک اسید (HOOC-CH2-COOH )، محصول اصلی واکنش بود. این ترکیب می تواند( قاعدتاً) با ملکول های دیگر اوره واکنش کرده و در نهایت به برخی از بازهای دی اِن ای (DNA bases ) منتهی گردد. البته شرط مهم برای شروع و پیشرفت این واکنش، وجود و ادامه دار بودن تابش های پر انرژی است که ادامه ایجاد رادیکال های فعال از اوره را امکان پذیر می کند.
دست اندرکاران این پروژه، اولین مرحله از زنجیره واکنش های ِ اوره را بطور مستقیم از طریق یک جریان باریک با قطر میکرومتری از محلول غلیظ شده (اوره) را با پالس های فوق کوتاه لیزراشعه ایکس(ultra-short pulses of an X-ray laser ) تحت تأثیر قرار دادند. حاصل اولین پالسِ(متراکم) انرژی به عنوان عامل راه اندازی واکنش ها، الکترون های جدا و یونیزه شده ملکول های اوره بودند. سپس و بلافاصله پس از آن، دومین پالس رونتگن به عنوان ابزار اندازه گیری مورد استفاده قرار گرفت. گروه مجریان پروژه، نور را به وسیله رونتگن-اسپکترو متر مورد تجزیه و تحلیل قرار داده و دریافتند که چگونه ملکول های اوره نسبت به یونیزه شدن عکس العمل نشان می دهند. چیزی که در این آزمایشات به عنوان جدید مطرح گردید، امکان قابل مشاهده بودن پروسه های بسیار سریع در یک ملکول در فاز آبی، عنوان شد، در حالی که در گذشته این نوع واکنش ها عمدتاً در فاز گازی قابل مشاهده بودند.

جزئیات تصویر :
انتقال پروتون (Protonentransfer ) و ایجاد رادیکال های فعال جدید
شیمیدان ها ی مرتبط با پروژه موفق شدند، تعیین کننده ترین مراحل از واکنش ها ی ایجاد تغییرات در اوره را مشاهده کنند،
این مراحل از این قرار بودند که چگونه یک ملکول اوره که یک الکترون از دست داده است ، یک پروتون به یک ملکولِ دیگر (یونیزه نشده) اوره منتقل می کند. با انتقال این پروتون، یک رادیکال جدید و همچنین یک یون اوره جدید با بار مثبت ایجاد می گردد. رادیکال ایجاد شده جدید اکنون یک پروتون کم دارد ( پائین تصویر). با این فعل و انفعالات، ملکولها (هردو) بسیار رِاکتیو می شوند، به سرعت با ملکول های دیگر ترکیب شده و (از جمله ) مالونیک اسید ایجاد می کنند
توضیحات (تصویر) از: کوآتور لودگر (Ko. Ludger) از DESY Deutsches Elektronen-Synchrotron* Hamburg
DESY, ist ein Forschungszentrum für naturwissenschaftl. Grundlagenforschung mit Sitz in Hamburg
(German Electron Synchrotron is a national research centre for fundamental science)
با این آزمایش همچنین مشخص گردید که « انتقال پروتون » (Photonentransfer ) بسیار فوق سریع رخ می دهد . این واکنش که در زمانی حدود 150 فمتو ثانیه (Femtosecond )، یعنی تقریباً یک صدو پنجاه بیلیارم ثانیه رخ می دهد. بقدری سریع به وقوع می پیوندد که بر تمام واکنش های دیگری را که از نظر تئوری نیز ممکن می باشند، غلبه می‌کند. به گفته هانس یاکوب وُرنر (Hans Jakob Wörner) از ETH Zürich، ” این موضوع روشن می کند که چرا در یک محلولِ با غلظت بالای اوره، ایجاد رادیکال های از اوره بر هر واکنش دیگری از هر نوع مقدم است” .
اولین گام مهم
با نتایج بدست آمده می توان گفت که ” وجود اوره در« سوپ بنیادین» (احتمالاً ) یکی از پیش شرط های لازم برای ایجاد سنگ بنا های اولیه و بغرنج حیات بوده اند. بخصوص اینکه تابش های بسیار پرانرژی و وجود سرعت های فوق تصوردر واکنش های مرتبط با اوره نیز به وضوح به اثبات رسیده اند.” به عقیده تیم مجری پروژه” می توان با مطالعات و بررسی های بیشتر، مراحل واکنش های بعدی تا ایجاد مالونیک اسید وبازهای دی اِن ای (DNA bases ) را کم و بیش پیش بینی و مشخص نمود.”
از ذکر جزئیات بیشتر فعلاً صرفنظر می گردد ( نگارنده وبلاگ)
منابع :
Wie harnstoff das leben …, Nadja Podbregar ( scinexx.de ) 30. Juni 2023
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich),
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY ,
(Nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06182-6)
* سنکروترون (synchrotron) چیست؟
از ویکی پدیا فارسی:
سنکروترون نوعی شتاب‌دهنده ذرات است که با کمک میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، تابش الکترومغناطیسی تولید می‌کند که در آن ذراتی که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در یک محیط الکترومغناطیسی حرکت می‌کنند و در جهت و مسیر حرکت، نوری منتشر می‌کنند که تابش سینکروترون یا نور سنکروترون نامیده می‌شود. تابش سنکروترن یک امکان توانمند برای مطالعه ساختارمولکولی و تغییرات شکل و ترکیبات سلولی در هنگام واکنش‌های شیمیایی است که در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی و کاربردی در فیزیک، پزشکی، صنعت، زیست‌شناسی، باستان‌شناسی و … کاربرد دارد.
ضمیمه ها :
1- استنلی میلر (Stanley Miller ) ديده از جهان فروبست
ازدوشنبه بیست و یکم خرداد 1386 اینجا
ویرایش جدید:

استنلی میلر (Stanley Miller )شيمي دان آمريكائي ديده از جهان فروبست،
آزمايش معروف او:” سوپ بنیادین “

شيمي دان آمريكائي استنلی میلر Stanley Lloyd Miller در سن 77 سالگي ديده از جهان فروبست. او معروفيت خود را به سبب آزمايش مشهورش با نام ” سوپ بنیادین ” بدست آورد .گزارشات حاكي از آن است كه او با اين آزمايش به راز هستي بقدري نزديك شد كه تا كنون، قبل و بعد از او، هيچكس آنقدر نزديك نشده است. در سال 1953 Miller به عنوان يك دانشجوي رشته شيمي در دانشگاه شيكاگو University of Chicago آزمايش ساده و در عين حال خارق العاده خود را انجام داد. او به كمك بخار آب و تعدادي گاز، شرايط كره زمين در حالات اوليه را ايجاد كرد. وي سپس به وسيله قوس الکتریکی از معجون خود اسيد هاي آمينه ي مختلفي را بوجود آورد، اسيد هاي آمينه اي كه سنگ بناي پروتئين ها هستند و پروتئين هائي كه سنگ بنا هاي “زندگي” هستند !
دستگاه ساخت ميلر متشكل از دو بالن شيشه اي متصل به يكديگر بود، در يكي از بالن ها آب را تا بيش از نقطه جوش آن داغ مي كرد (فشار!) و سپس بخار آبِ حاصل را (درون دستگاه )به گردش در مي آورد. در بالن ديگر كه با گاز هاي هيدروژن، آمونياك، بخارآب و مقداري هم متان پر شده بود، دو الكترود به نوعي تعبيه شده بودند كه با ورود يك جريان برق به آنها، درون بالن يك كمان الكتريكي بوجود مي آمد. به باور استنلی میلر “چيزي و شرايطي مشابه شرايط موجود در آتمسفر اوليه”، در انتهای آزمایش، محصولات فعل و انفعالات رخ داده در يك لوله به شكل U جمع آوري مي گرديد. این محصولات عبارت بودند از (عمدتاً) تار (مشابه قير) 85% ، انواع كربوكسيليك اسيد ها 13% ، نه (9) گونه اسيد آمينه از جمله Glycin 1.05 % ، Alanin 0.85% و مقادير كمتري از Valin, Leucin, Serin, Prolin ، Threonin. ميلر همچنين موفق گرديد با تغيیر مواد اوليه مصرفي در بالن هاي خود، قند و Adenin نيز بدست آورد. قابل اشاره اينكه Adenin يكي از اجزاء ملكول وراثت DNA مي باشد .
آنچه كه در بررسي فعاليت هاي Stanley Miller مهم به نظر مي رسد اين است كه وي براي ساخت “سوپ” مشهورش كه قرار بود به “زندگي” منتهي شود، از مواد غير آلي استفاده مي كرد و معتقد بود كه ميتوان و بايد از مواد غير آلي به مواد آلي رسيد، كاري كه براي اولين بار شيمي دان آلماني Friedrich Wöhler در سال 1828 انجام داد . Wöhler از آمونيوم سيانات -يك تركيب غير آلي- اوره به دست آورد. ( تشریح می شود)
در 15 ماه مه 1953 ، زماني كه ژورنال «Science» براي اولين بار گزارشی از فعالیت ها و دستاوردهای استنلی میلر را منتشر كرد، بلافاصله اکثر روزنامه ها و ساير وسايل ارتباط جمعي آنروز بصورت بسيار گسترده به موضوع پرداختند. آنها بخصوص از “رعد و برق”هاي درون بالن هاي Stanley Miller گزارش كردند و اينكه چگونه در اثر اين “رعد و برق” ها از مواد شيميائي غير آلي و ساده، مواد شيميائي آلي و نسبتاً پيچيده بوجود مي آيند ! !
قابل اشاره اينكه Stanley Miller به سبب كارهاي تحقيقاتي اش تقدير نامه هاي فراواني دريافت كرد و به عضويت آكادمي آمريكائي علوم نيز در آمد. يادش گرامي باد .
یک توضیح :
موضوع سنتز اوره از آمونیوم سیانات در پست دیگری از وبلاگ تشریح گردیده بود و چکیده آن نیز با یک ویرایش مختصر در پایان این پست درج می گردد.
منبع گزارش :
FOCUS-Wissen // 24.05.07
2- آمونيم سيا نات و نقش تاريخي آن در شيمي – دوشنبه نوزدهم دی 1384
( اینجا)

ویرایش جدید:

Friedrich Wöhler :
“من قادرم اوره بسازم ،بدون اينكه…”

در “موزه آلما ن براي علم”(Deutsches Museum fuer Wissenschaft ) نامه اي وجود دارد كه در بخشي ازآن، پاراگراف زير به چشم مي خورد :
” از Friedrich Wöhler به Jakob Berzelius “
” … بايد به شما بگويم كه من موفق گرديدم اوره تهيه كنم، بدون اينكه به كليهِ انسان و يا بطور كلي به هيچ گونه موجود زنده ای اعم از انسان و يا سگ نياز داشته باشم “
ابتدا یک مقدمه کوتاه شیمیایی
سيانيك اسيد HOCN فاقد وجود خارجي است، نمكهاي اين اسيد ولی داراي ثبات نسبي هستند. همچنين نمكهاي تركيب نوع “تيو” مانند آمونيوم تيو سيانات NH4SCN نيز وجود دارند. ايزوسيانيك اسيد HNCO تركيبي است بي ثبات و نمكهاي (فلزي ) اين اسيد يافت نمي شوند و اين در حالي است كه ما در شيمي آلي با “دنيائي” به نام ايزوسيانات مواجه هستيم.
در محدوده شیمی آلی نيز هرگاه و به هر طريق وترفندي قصد تهيه يك سيانات،به عنوان مثال آلكيل سيانات را درسر بپرورانيم ، محصول بدست آمده، فقط نوع “ايزوي” آن يعني يك ايزوسيانات خواهد بود !
اوره
اولين سنتز در سال 1828 توسط شیمی دان آلمانی فریدریش وُهلر( وُ(ه)لر )
همانگونه كه در تصویر مربوطه مشاهده ميشود :
پتا سيم سيا نيد با اكسيد كننده هائي مانند منگنز دي اكسيد به پتاسيم سيانات اكسيد ميشود، محصول واكنش با باريم استات به باريم سيانات و سپس باريم سيانات با آمونيوم سولفات به آمونيوم سيانات تبديل ميشود.
و اما نقش تاريخي آمونيم سيا نات كه ذكر شد :
آمونيم سيا نات يك تركيب غير آلي است که در صورت حرارت دادن به اوره، يعني يك تركيب آلي تبديل ميشود .
اين سنتز كاري بود كه فریدریش وُهلر در سال 1828 براي اولين بار انجام داد و اين نقطه شروع سنتز در شيمي آلي بود !
شيمي آلي(ارگانيك)
واژه “اُرگانيك” از ارگانيسم (زنده )سرچشمه ميگيرد، اگر چه بسياري از مواد آلي فاقد هرگونه رابطه اي با ارگانيسم زنده هستند، همچنين ميتوان ادعا كرد كه حتي قبل از وجود “موجود زنده ” مواد آلي وجود داشته اند.
حوالي سال 1800 ميلادي Joens Jakob Berzelius شيميدان معروف و معلم F. Wöhler ويژگيهاي مشابه اي در مواد آلي شناسائي و ثبت نمود از جمله، مقاومت هاي كم حرارتي، جرم سبكتر در حجم مساوي با مواد غير آلي و… و هم او بود كه براي اولين بار اصطلاح “ارگانيك” را براي مواد آلي بكار برد، زيرا كه تا آنزمان كليه مواد آلي از منابع “زنده” اعم از جانوري و يا گياهي تهيه مي شدند، و از همه جالب تر اينكه او معتقد بود كه مواد آلي به جهت تأثير “نيرو هاي اسرار آميزي “روي برخي از مواد بوجود ميايند .
پايان اين طرز تفكر و اين پندار درست همان سال 1828 بود ،يعني سالي كه از آمونيوم سيانات اوره بدست آمد !
و بالاخره اينكه :
امروزه اوره بطور عمده از تركيب دي اكسيد كربن و آمونياك در فاز گازي و تحت فشار توليد ميگردد ،مصارف آن بسيار است از جمله بعنوان كود شيميائي، ساخت و توليد مواد اوليه مورد نياز در صنعت رنگ و غيره. اولين توليد صنعتي آن در سال 1922 در لودويگز هافن توسط BASF با سيستم پيوسته و با تناژ روزانه 40 تن صورت گرفت .

وبلاگ علوم و تکنولوژی رنگ