دورة مكثفة في الكيمياء العضوية

جاكوب ماغولان هنا لتغيير مفهومكم للكيمياء العضوية. فى حديث منفتح مملوء برسوم ملفتة للنظر، يعلمنا الأساسيات بينما نكسر الصورة النمطية بأن الكيمياء العضوية شيء يُخاف منه.

أريدكم أن تسألوا أنفسكم،

ما هو شعوركم عندما تسمعون
كلمة " الكيمياء العضوية؟"

ماذا يتبادر إلى الذهن؟

هناك دورة تقدم في كل جامعة تقريبًا،

وتسمى الكيمياء العضوية،

وهي عبارة عن مقدمة مجهدة ومكثفة للموضوع،

وفيض من المحتوى الذي يربك الطلبة،

وعليكم أن تأخذوها إذا أردتم
أن تصبحوا أطباء أو أطباء أسنان

أو أطباء بيطريين.

وهذا هو السبب في أن الكثير من الطلبة
يرون هذا العلم مثل هذا ...

كعائق في طريقهم،

ويخشونها ويكرهونها

ويسمونها دورة الاستبعاد.

يا له من شيءٍ قاسٍ لمادة
أن تُحدث ذلك في الشباب،

وتخلصهم منها.

وانتشر هذا التصور خارج
الحرم الجامعي منذ فترة طويلة.

وهناك قلق عالمي حول هاتين الكلمتين.

أنا أحب هذا العلم،

وأعتقد أن هذا الموقف الذي وضعناه فيه

غير مبرر.

فهو ليس جيدًا للعلوم، وليس جيدًا للمجتمع،

ولا أعتقد أنه يجب أن يكون على هذا النحو.

ولا أعني أن هذا المقرر يجب أن يكون سهلًا،
لا ينبغي ذلك.

ولكن نظرتكم لهاتين الكلمتين
"الكيمياء العضوية"

لا ينبغي أن تُعرّف من خلال تجارب الطلبة
الذين تم إعدادهم مسبقًا قبل دخول كلية الطب

الذين يمرون بوقت قلق جدًا من حياتهم.

لذا أنا هنا لأنني أعتقد

أن المعرفة الأساسية
للكيمياء العضوية قيّمة،

وأعتقد أنها سهلة الوصول للجميع،

وأود أن أثبت ذلك لكم اليوم.

هل تسمحون لي بالمحاولة؟

الجمهور: نعم!

جاكوب ماغولن: حسنًا، لنبدأ.

(ضحك)

هنا لدي واحدة من "أيبي بنز"
المبالغ في سعره.

داخله دواء يسمى الإبينفرين.

يمكن للإبينفرين أن يعيد نبض القلب،

أو يمكن أن يوقف رد فعل تحسسي يهدد الحياة.

حقنة من هذا هنا بإمكانها أن تفعل ذلك.

سيكون الأمر بمثابة تحويل مفتاح الإشعال

في آلية المقاومة أو الفرار في جسدي.

يرتفع معدل نبضات قلبي وضغط دمي
بحيث يمكن للدم أن يندفع إلى عضلاتي.

لكانت عيني تتسعان.
لكنتُ أشعر بموجة من القوة.

إن الإبينفرين الفارق بين الحياة والموت
للعديد من الناس.

هذا كمعجزة صغيرة يمكنكم
الاحتفاظ به في أصابعكم.

هنا التركيبة الكيميائية للإبينفرين.

هذا ما تبدو عليه الكيمياء العضوية.

تبدو كخطوط وأحرف ...

لا معنى لذلك عند معظم الناس.

أود أن أريكم ماذا أرى عندما أنظر للصورة.

أرى كائنًا فيزيائيًا

يملك أجزاء عميقة ودائرية،

وهو يتحرك.

نحن نسمي هذا مركب أو جزيء،

وهو 26 ذرة يتم خياطتها معًا
بواسطة روابط ذرية.

إن هذا الترتيب المميز للذرات
يعطي الإبينفرين هويته،

ولكن لم يشاهد أحد هذا،

لأنه صغير جدًا،

لذلك سنطلق على هذا انطباع فني،

وأود أن أشرح لكم مدى ضآلته.

هنا، لدي أقل من نصف مليغرام منه
مذوب في الماء.

أي كتلة حبة رمل.

عدد جزيئات الإيبنفرين هنا واحد كوينتيليون.

وهو 18 صفر.

هذا الرقم يصعب تصوره.

سبعة مليارات منا على هذا الكوكب؟

ربما 400 مليار نجم في مجرتنا؟

ولستم قريبين بعد من الرقم.

إذا أردتم الوصول للرقم الصحيح

عليكم أن تتخيلوا كل حبة رمل

على كل شاطئ، تحت كل المحيطات والبحيرات،

ثم تقليص كلًا منهم حتى يتناسب هنا.

الإيبنفرين صغير جدًا ولن نراه أبدًا،

ولن نتمكن من ذلك إطلاقًا بواسطة أي مجهر،

ولكننا نعلم كيف يبدو،

لأنه يُظهر نفسه خلال بعض الآلات المتطورة

ذات الأسماء الفاخرة

مثل "أطياف الرنين المغناطيسي النووي."

لذا سواءً كان مرئيًا أم لا، نحن نعرف
هذا الجزيء بشكل جيد.

نعلم أنه مصنوع من أربعة أنواع
مختلفة من الذرات،

الهيدروجين والكربون
والأكسجين والنيتروجين.

هذه هي الألوان التي نستخدمها لهم عادةً.

كل ما هو موجود في عالمنا
مصنوع من كرات صغيرة

نسميها ذرات.

هناك حوالي المئات
من هذه المكونات الأساسية،

وجميعهم مصنوعون من ثلاثة جسيمات أصغر:

بروتونات ونيوترونات وإلكترونات.

ونقوم بترتيب هذه الذرات
في هذا الجدول المألوف.

ونعطي كل واحدٍ منها اسم ورقم.

لكن الحياة كما نعلمها لا تحتاج إلى كل هذا،

فقط مجموعة أصغر منهم.

وهناك أربع ذرات على وجه الخصوص
تقف منفصلة عن البقية

باعتبارها اللبنات الأساسية للحياة،

وهي نفسها الموجودة في الإيبنفرين:

الهيدروجين والكربون والنيتروجين والأكسجين.

الآن ما سأقوله لكم هو الجزء الأكثر أهمية.

عندما تتصل هذه الذرات لتشكيل جزيئات،

فإنهم يتبعون مجموعة قواعد.

الهيدروجين يصنع رابطة،

والأكسجين يصنع رابطتان،

والنيتروجين يصنع ثلاثة روابط

والكربون يصنع أربع روابط.

هذا كل شيء.

هونك ... واحد، اثنين، ثلاثة، أربعة.

إذا تستطيع العد لأربعة وتهجي كلمة "هونك،"

ستبقى طوال حياتك تتذكرها.

(ضحك)

الآن لدي أربعة أطباق بهذه المكونات.

نستطيع استخدامها لبناء الجزيئات.

لنبدأ بالإبينفرين.

الآن، هذه الروابط التي بين الذرات،
مصنوعة من إلكترونات.

تستخدم الذرات الإلكترونات كأذرع
للوصول إلى جيرانها.

كالمصافحة، هناك إلكترونين في كل رابطة،

وكالمصافحة، فإنهما ليسا دائمين.

إذ باستطاعتهم ترك ذرة والتمسك بأخرى.

وهذا ما نطلق عليه التفاعل الكيميائي،

وهو عندما تقوم الذرات باستبدال شريكها
وصناعة جزيئات جديدة.

يتكون العمود الفقري للإبينفرين غالبًا
من ذرات الكربون،

وهذا شائع.

الكربون هو مادة البناء الأساسية للحياة،

لأنه يصنع عددًا جيدًا من المصافحات

مع قوة القبضة الصحيحة فقط.

لذلك نحن نعرف الكيمياء العضوية
بأنها دراسة جزيئات الكربون.

الآن، إذا قمنا ببناء أصغر الجزيئات
التي يمكن أن نفكر في اتباعها لقواعدنا،

فإنها تسلط الضوء على قواعدنا،
ولديهم أسماء مألوفة:

الماء والأمونيا والميثان، H2O و NH3 و CH4.

الكلمات "هيدروجين" و "أكسجين"
و "نيتروجين" ...

نستخدم نفس الكلمات

لتسمية هذه الجزيئات الثلاث
كل منهما لديها ذرتان.

إنها لا تزال تتبع القواعد،

لأن لديهم ثلاثة روابط بينهم.

لهذا السبب يطلق على الأكسجين O2.

يمكنني أن أريكم الاحتراق.

هنا ثاني أكسيد الكربون، CO2.

أعلاه، لنضع الماء والأكسجين،
وجانبه بعض الوقود القابل للاشتعال.

ويتكون هذا الوقود
من هيدروجين وكربون فقط.

ولذلك نطلق عليهم الهايدروكربونات.
نحن مبدعون للغاية.

(ضحك)

لذا عندما تتصطدم هذه بجزيئات الأكسجين،

كما يحدث في المحرك، أو حفلات الشواء،

فإنها تطلق الطاقة وتعيد تجميعها،

وينتهي الأمر بكل ذرة كربون في وسط CO2،

متمسكا باثنين من الأكسجين،

ويصبح كل الهيدروجين أجزاء من الماء،

والجميع يتبع القواعد.

وهي ليست اختيارية،

وهي ليست اختيارية للجزيئات الكبيرة،

كهذه الثلاثة.

هذا هو الفيتامين المفضل لدينا

يجلس جانب الدواء المفضل لدينا،

(ضحك)

والمورفين هو واحد من أهم القصص
في التاريخ الطبي.

إذ يعد أول انتصار حقيقي للأدوية
على الألم الجسدي،

وكل جزيء له قصة،

وجميعها منشورة.

إنها مكتوبة من قبل علماء،
واطلع عليها علماء آخرون،

لذا لدينا بيانات في المتناول
لعمل هذا على الورق،

وأحتاج أن أعلمكم كيف يمكنكم عمل ذلك.

لذا نضع الإيبيرفين على الصفحة،

ثم نستبدل كل الكرات بأحرف بسيطة،

ثم الروابط الموجودة على مستوى الصفحة،

تصبح خطوطًا،

والروابط التي تشير للأمام والخلف،

تصبح مثلثات صغيرة،

إما ثابتة أو متقطعة للدلالة على العمق.

لا نقوم برسم هذه الكربونات.

نحن نوفر الوقت بإخفائهم.

وهي ممثلة بواسطة زوايا بين الروابط،

ونحن نخفي الهيدروجين المرتبط بالكربون.

نعلم أنهم هناك

وكلما ظهر لنا الكربون.

وآخر أمر يتم القيام به هو الروابط
بين OH و NH.

نحن نقوم فقط بالتخلص منها
لجعلها أكثر نظافة،

وهذا كل ما في الأمر.

وهذه هي الطريقة المهنية لرسم الجزيئات.

هذا ما ترونه على صفحات ويكيبيديا.

الأمر يتطلب القليل من الممارسة،

لكن اليوم هذا هو الإبينفرين.

وهذا يطلق عليه أيضًا أدرينالين.
إنهم واحد ونفس الشيء.

إنه يصنع في الغدد الكظرية.

يسبح هذا الجزيء في أجسامكم الآن.

إنه جزيء طبيعي.

وسيعطيكم ال "أيبي بن" كوينتيليون
سريع ومزيد منها.

(ضحك)

نستطيع استخراج الإبينفرين

من الغدد الكظرية للأغنام أو الماشية،

ولكن لا تأتي هذه الأشياء من هنا.

نحن نصنع هذا الإبينفرين في مصنع

بواسطة خياطة الجزيئات الأصغر
التي تأتي غالبًا من البترول.

وهذا 100% اصطناعي.

وهذا الكلمة "اصطناعي،" تجعل بعضنا
يشعر بعدم الارتياح.

فهي ليست ككلمة "طبيعي،"
التي تجلعنا نشعر بالأمان.

ولكن لا يمكن التمييز بين هذين الجزيئين.

نحن لا نتحدث عن سيارتين قادمتين
من خط تجميع.

يمكن أن يكون على السيارة خدش،

ولا يمكن خدش ذرة.

هذان متطابقان بشكل سيريالي،
غالبًا حس رياضي.

في هذا النطاق الذري، الرياضيات
تلمس الواقع بطريقة عملية.

وجزيء من الإيبينفرين ...

ليس له ذاكرة عن أصله.

وهذا مجرد ما هو عليه،

وما إن تحصلون عليه،

فإن كلمتا "طبيعي" و "اصطناعي"
لا يعنيا شيئًا مهمًا،

والطبيعة تجمع هذا الجزيء كما نفعل،

بإستثناء أن الطبيعة تقوم به بشكل أفضل منا.

قبل وجود حياة على الأرض،

كانت الجزيئات صغيرة وبسيطة:

ثاني أكسيد الكربون وماء ونيتروجين،

فقط أشياء بسيطة.

لكن تغير هذا بظهور الحياة.

جلبت الحياة المصانع الحيوية
التي تعمل بأشعة الشمس،

وداخل هذه المصانع، جزيئات صغيرة
تتصادم مع بعضها البعض

وتصبح كبيرة:
كربوهيدرات وبروتينات وأحماض النووية،

العديد من المخلوقات المذهلة.

الطبيعة هي الكيمياء العضوية الأصلية،

وبناؤها يملأ أيضًا السحاب
بغاز الأكسجين الذي نتنفسه،

هذا الأكسجين عالي الطاقة.

جميع هذه الجزيئات مليئة بالطاقة الشمسية.

تخزنها مثل البطاريات.

لذا فإن الطبيعة مصنوعة من مواد كيميائية.

ربما باستطاعتكم مساعدتي
لاستعادة هذه الكلمة، "كيميائي،"

لأنها سرقت منا.

إنها لا تعني سام، ولا ضار،

ولا تعني من صنع الإنسان أو غير طبيعي.

تعني فقط "أشياء،" حسنًا؟

(ضحك)

لا يمكنكم الحصول على فحم
خالٍ من المواد الكيميائي.

هذا سخيف.

(ضحك)

وأود إضافة كلمة أخرى.

كلمة "طبيعي" لا تعني "آمن،"

وجميعكم تعلمون هذا.

الكثير من المواد الكيميائية الطبيعية
شديدة السمية،

والأخرى لذيذة،

وبعضها مزيج من الاثنين ...

(ضحك)

سامة ولذيذة.

الطريقة الوحيدة لمعرفة إذا ما كان
الشيء ضار

باختباره،

ولا أعنيكم بهذا يا رفاق.

فنحن لدينا علماء سموم محترفين.

وهم مدربون تدريبًا جيدًا،

ويجب عليكم الوثوق بهم كما أفعل.

الجزيئات الطبيعية
موجودة في كل مكان،

بما في ذلك الجزيئات التي تحللت

إلى هذا المزيج الأسود الذي يدعى بترول.

ونقوم نحن بتصفية هذه الجزيئات.

ولا يوجد أي شيء غير طبيعي فيهم.

نقوم بتنقيتهم.

الآن، اعتمادنا عليهم من أجل الطاقة ...

يعني أن كل كربون يتحول إلى جزيء
من ثاني أكسيد الكربون.

هو ذلك الغاز الدفيء الذي يفسد مناخنا.

ربما بمعرفة هذه الكيمياء
سيصبح من السهل تقبل الواقع

لبعض الناس، لا أعلم،

ولكن هذه الجزيئات ليست مجرد وقود أحفوري.

ولكنها أيضًا أرخص المواد الخام المتاحة

للقيام بشيء ما نسميه توليف.

نحن نستخدمهم كقطع من لعبة الليغو.

وقد تعلمنا كيف نقوم بربطهم أو فصلهم
عن بعض بتحكم كبير.

وفعلت الكثير من هذا بمفردي،

وما زلت أعتقد أنه مدهش حتى أنه ممكن.

ما نقوم به نوع من تجميع الليغو

بواسطة إلقاء صناديق منها إلى الغسالات،

لكن الأمر ناجح.

نستطيع صنع جزيئات طبق الأصل من الطبيعة،
مثل الإبينفرين،

أو نستطيع خلق صناعتنا من الصفر،
كهذين الاثنين.

واحد من هذا يسكن أعراض
تصلب الأنسجة المتعدد؛

والآخر يعالج نوع من سرطان الدم
الذي نسميه لمفوما الخلايا التائية.

إن جزيء ذو الحجم والشكل صحيح،
بمثابة مفتاح في قفل،

وعندما يتناسب، فإنه يتداخل
مع كيمياء المرض.

هكذا تعمل الأدوية.

طبيعي أو اصطناعي،

جميعهم مجرد جزيئات تحدث لتتلائم
بشكل مريح في مكان ما مهم.

لكن الطبيعة أفضل بكثير منا في صناعتهم،

لذا تبدو أكثر إثارة للإعجاب من خاصتنا،

مثل هذه.

وهذا يطلق عليه فانكومايسين.

أعطت هذا الوحش المهيب اثنين من ذرات الكلور

ليلبسهم كزوج من الأقراط.

وجدنا الفانكومايسين في بركة الطين
في غابة في بورنيو عام 1953.

وهو مصنوع من البكتيريا.

لا يمكننا تركيب هذا في مختبر
بتكاليف بسيطة.

إنه أمر معقد للغاية، ولكن نستطيع
الحصول عليه من مصدره الطبيعي،

ونحن نفعل ذلك، لأنه أحد
أقوى المضادات الحيوية لدينا.

ويتم الإبلاغ عن جزيئات جديدة كل يوم.

نصنعهم أو نجدهم في كل زاوية من هذا الكوكب.

ومن هنا تأتي الأدوية،

ولهذا فإن أطباؤكم يتمتعون بقوى مذهلة ...

(ضحك)

لعلاج الأمراض المميتة وكل شيء آخر.

أن تكون طبيبًا اليوم هو بمثابة
أن تكون فارسًا في درعٍ لامع.

يقاتلون في المعارك بشجاعة ورباطة جأش،

ولكن أيضًا بمعدات جيدة.

لذلك دعونا لا ننسى دور الحدّاد
في هذه الصورة،

لأن بدون الحدّاد، ستبدو الأمور
مختلفة قليلًا ...

(ضحك)

لكن هذا العلم أكبر من الطب.

إنها الزيوت والمذيبات والنكهات
والأنسجة وجميع أنواع البلاستيك،

والوسائد التي تجلس عليها الآن ..

جميعها مصنوعة، ومعظمها من الكربون،

وهذا ما يجعلها كلها كيمياء عضوية.

هذا علم غني.

لقد تركت الكثير اليوم:

الفسفور والكبريت والذرات الأخرى،

ولماذا ترتبط جميعها بهذه الطريقة

وتتطابق

والإلكترونات غير المرتبطة،

والذرات المشحونة،

وردود الفعل وآلياتها، وتستمر مرارًا،

ويستغرق التصنيع وقتًا طويلًا للتعلم.

لكني لم آتي إلى هنا لأعلمكم يارفاق
الكيمياء العضوية...

أردت فقط أن أبين لكم،

وكان لدي الكثير من المساعدة اليوم
من شاب صغير يدعى ويستون دورلاند،

وقد رأيتموه بالفعل.

إنه طالب جامعي في مجال الكيمياء،

وصادف أنه كان جيدًا أيضًا
في رسومات الحاسوب.

(ضحك)

لذا صمم ويستون جميع الجزيئات المتحركة

التي رأيتموها اليوم.

لقد أردنا أن نظهر من خلال استخدام
مثل هذه رسومات

مساعدة شخصٍ ما التحدث
عن هذا العلم المعقد.

لكن هدفنا الرئيسي كان فقط أن نبين لكم

أن الكيمياء العضوية ليست شيئًا يُخاف منه.

إنها، في جوهرها، نافذة

يبدو العالم الطبيعي من خلالها أكثر ثراءً.

شكرًا لكم.

(تصفيق)