جزيء ضخم

صورة توضيحية لبنية البوليببتيد الذي يعد أحد أمثلة الجزيئات الضخمة

الجزيء الضخم أوالجزيء الماكروي أوالجزيء الكبير (بالإنجليزية: macromolecule)‏ هوجزيء ضخم جداً غالباً ما يتم إنتاجه من خلال إحدى اشكال البلمرة. ففي الكيمياء الحيوية على سبيل المثال، يُستخدم المصطلح في مجالات الأربعة بوليمرات الحيوية (المتمثلة في الأحماض النووية، البروتينات، الكربوهيدرات والليبيدات)، بالإضافة إلى الجزيئات غير البوليمرية ذات الكتلة الجزيئية الضخمة والتي منها الدوائر الضخمة (بالإنجليزية: macrocycle)‏. هذا ويُطلق على الجزيئات التأسيسية والتي يتم تجميع الجزيئات الضخمة منها مصطلح المونومرات (مونو(mono) يشير إلى المفرد، ميروس (meros) يشير إلى الجزء= أي تعني الأجزاء المفردة). [1]

الاستخدام

وكان أول من صاغ مصطلح (الجزيء الضخم ) (بالإنجليزية: macromolecule )‏ هوالعالم الكيميائي الحائز على جائزة نوبل هرمان شتاودنغر في العشرينات من القرن العشرين، على الرغم من حتى أول إصداراته في هذا المجال ذكرت فقط (مركبات جزيئية عالية) (بالإنجليزية: high molecular compounds)‏ (والتي تزيد عن 1.000 ذرةً). في حين حمل مصطلح (البوليمر ) في نفس تلك الفترة الزمنية والذي استخدمه يونس ياكوب بيرتسيليوس في عام 1833 معناً مختلفاً عما هوالوضع عليه في يومنا هذا: حيث أنه كان ببساطة صورةً أخرى من صور التماكب مع البنزين والأسيتيلين، كما أنه كانت لها علاقةٌ ضيئلةٌ لها بالحجم.

إلا حتى استخدام المصطلح لوصف جزيئاتٍ ضخمةٍ أسفر عن تنوع الأنظمة. عملى سبيل المثال، في حين يشير فهم الأحياء إلى الجزيئات الضخمة على أنها أربعة جزيئاتٍ ضخمةٍ تشكل الأمور الحية، ففي الكيمياء، يشير المصطلح نفسه إلى تجمعات إثنين أوأكثر من الجزيئات الضخمة الممسوكة أوالمحتجزة معاً بواسطة القوى بين الجزيئية بدلاً من الرابطة التساهمية ولكنها لا تنفصل بسهولةٍ.

إلا أنه وفقا للتعريف القياسيً للإتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، فإن مصطلح جزيء ضخم يُستخدم في فهم البوليمر للإشارة إلى جزيء مفرد واحد فقط. عملى سبيل المثال جزيء بوليمري واحد يتم وصفه غالباً على أنه (جزيء ضخم) أو(جزيء بوليمري) بدلاً من مجرد استخدام لفظ (بوليمر)، والذي يفترض أنه تعبير عن مادةٍ كيميائيةٍ مكونةٍ من جزيئاتٍ ضخمةٍ.

هجريب جزيء البولي فيلين ديندريمر الضخم وفقاً لتقرير مولين وآخرين.

هذا وبسبب أحجامها، لا يمكن وصف الجزيئات الضخمة بصورةٍ ملائمةٍ في ضوء قياس اتحادية العناصر وحدها. حيث حتى هجريب بنية الجزيئات الضخمة الصغيرة، والتي منها على سبيل المثال هوموبوليمر (homopolymers)، يمكن وصفه في ضوء وحدة المونيمر الفرعية الفردية وإجمالي الكتلة الجزيئية. وعلى صعيدٍ آخرٍ، فإن الجزيئات الحيوية الضخمة المعقدة (بالإنجليزية: biomacromolecules)‏ تتطلب وصفاً هجريبياً متعدد الأوجه مثل تسلسل الهياكل المستخدمة لوصف البروتينات.

الخصائص

غالباً ماقد يكون للمواد المكونة من جزيئاتٍ ضخمةٍ مجموعةٍ من الخصائص الفيزيائية غير التقليديةٍ. عملى الرغم من صغرها المتناهي حيث لا تُرى بالعين، فإن البتر الفردية للحمض النووي (دنا) في المحلول يتم تكسيرها ببساطةٍ إلى جزئين بواسطة تقسيم المحلول عبر الهشيم العادي. إلا حتى هذه العملية ليست بجائزةٍ في حالة الجزيئات الصغيرة. كما أكدت طبعة 1964 من كتاب لينوس باولنغ "College Chemistry" حتى الحمض النووي في الطبيعة لاقد يكون أطول من 5.000 ( زوجاً قاعدياً. وغالباً ما يحدث مثل هذا الخطأ بسبب قيام الكيميائيين عن غير قصدٍ وباستمرارٍ عيناتها إلى أجزاءٍ أصغر حجماً. عملى سبيل المثال يمكن تكسير الحمض النووي للكروموسومات في الواقع إلى مئات المليونات من الأزواج القاعدية في الطول.

ومن الصفات الشائعة المميزة للجزيئات الضخمة دون غيرها من الجزيئات الأصغر حجماً، الحاجة إلى المساعدة في حل المحلول. فالكثير يحتاج الأملاح أو أيوناتٍ خاصةٍ ليتم حله في الماء. حيث قد تتشوه البروتينات إذا كان هجريز المذاب عالياً بدرجةٍ كبيرةٍ أومنخفضاً بدرجةٍ تفوق الحد المسموح به.

كما حتى الهجريزات العالية للجزيئات الضخمة في المحلول قد تُغير من معدلات وثابت توازن التفاعل الخاصة بالجزيئات الضخمة الأخرى، وذلك من خلال تأثيرٍ معروفٍ باسم ظاهرة الزحام الجزيئي (بالإنجليزية: macromolecular crowding)‏. ويأتي هذا من خلال كمية مستبعدة (بالإنجليزية: excluded volume)‏ الجزيئات الضخمة للجزيئات الأخرى من قدرٍ ضخمٍ من كمية المحلول، ومن ثم، زيادة الهجريز الفعال (بالإنجليزية: Activity (chemistry))‏ للجزيئات.

أمثلة

من أمثلة الجزيئات الضخمة الحيوية البوليمرات الحيوية (كالكربوهيدرات، البروتينات، والليبيدات) والبوليمرات المصطنعة (البلاستيكيات، الفيبر الصناعي والمطاط).

هذا ومن الأمثلة الأخرى على الجزيئات الضخمة، ولكن غير العضوية منها، الألماس، الغرافيت والرمل. كمه أنه يُطْلَقُ عليها كذلك الجزيئات العملاقة.

انظر أيضاً

جزيء
كتلة جزيئية
مادة كيميائية

المصادر

^ Staudinger, H.; Fritschi, J. Über die Hydrierung des Kautschuks und über seine Konstitution. Helv. Chim. Acta 1922, 5, 785–806.
^ Jensen, William B. (2008). "The Origin of the Polymer Concept". Journal of Chemical Education. 85: 624. doi:10.1021/ed085p624.
^ van Holde, K.E. Principles of Physical Biochemistry Prentice Hall: New Jersey, 1998 ISBN 0-13-720459-0
^ Jenkins, A. D.; et al. (1996). "Glossary of Basic Terms in Polymer Science" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 68: 2287. مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 سبتمبر 2009. Explicit use of et al. in: |author= (مساعدة)
^ Roland E. Bauer, Volker Enkelmann, Uwe M. Wiesler, Alexander J. Berresheim, Klaus Müllen (2002). "Single-Crystal Structures of Polyphenylene Dendrimers". Chemistry: A European Journal. 8: 3858. doi:10.1002/1521-3765(20020902)8:17<3858::AID-CHEM3858>3.0.CO;2-5. صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفون (link)
^ Minton AP (2006). "How can biochemical reactions within cells differ from those in test tubes?". J. Cell. Sci. 119 (Pt 14): 2863–9. doi:10.1242/jcs.03063. PMID 16825427. مؤرشف من الأصل في 26 يونيو2009.

وصلات خارجية

ملخص مختصر للفصل الخامس/ Campbell & Reece, 2002
ملاحظات محاضرةٍ على هجريب ووظيفة الجزيئات الضخمة.
منطق تقديمي (مجاني) حول الجزيئات الضخمة من مقرراتٍ قائمةٍ على الإنترنت.
الجزيئات الضخمة! بقلم أوليسيس ماجي ، مجلة (ISSA) شتاء 2002-2003, رقم دولي معياري للدوريات 1540-9864. نسخة إلكترونية لملف بي دي إف مفقود. تم استرجاعه فيعشرة مارس 2010. الموضوع مبني على كتاب "فهم البوليمر التدخلي: Staudinger، Carothers، ونشأة كيمياء الجزيئات الضخمة" تأليف: ياسوفوروكوا.