زنگ تفریح 234، در سال 2009 ونکاترامان راماکریشنان (Venkatraman 'Venki' Ramakrishnan) جایزه نوبل شیمی را برای کشف طرز عملکرد ریبوزوم‌ها نصیب خود کرد. روشی که او استفاده کرد روشی است که به بسیاری از دانشمندان دیگر مانند ماریس ویلکینز (Mauris Wilkins)، لینوس پائولینگ (Linus Pauling) و دوروتی هودکین (Dorothy Hodgkin) برای بردن جایزه نوبل کمک کرد. به این روش کریستالوگرافی یا بلورشناسی می‌گویند.
کریستال چیست؟
جواب این سوال اولین مطلبی هست که باید بدانیم. شاید شما فکر کنید که کریستال به معنی اشیای براق و شیشه شکل هست که برای ساختن جواهرات مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما دانشمندان از این کلمه برای چیزهای دیگری استفاده می‌کنند. اگر یک ماده جامد، اتم‌ها و مولکول‌هایش را به هر حالت دلخواهی تنظیم کند، این ماده بی‌شکل (amorphous) نامیده میشود. اگر اتم‌ها یا مولکول‌ها بر اساس یک الگوی متداول چیده شوند، مانند آجرهای یک خانه، این ماده کریستال نامیده میشود.
این آزمایش را خودتان انجام دهید. مقدار زیادی شکر را در آب در حال جوشش حل کنید تا همه‌ی آن حل شود. حالا بگزارید تا این شربت سرد شود، و یک ذره شکر را در آن بیندازید. در چند ساعت، می‌بینید که شکر رشد کرده و به یک تکه درشت و شیشه‌ای تبدیل میشود. این یک کریستال شکر است. می‌توانید این آزمایش را با نمک هم انجام دهید.
چه چیزی کریستال را مهم می‌کند؟
ساختار یک مولکول در یک شکل کریستالی بصورت ساختار طبیعی خودش در نظر گرفته میشود. این ساختار همان ساختاری است که در آنزیم هضم کننده غذایتان، DNA ذخیره کننده اطلاعات، ریبوزوم تولید کننده پروتئین‌ها و ... وجود دارد. بنابراین اگر ساختار کریستالی یک مولکول را بدانیم، می‌توانیم تشخیص دهیم که این مولکول چه کاری انجام می‌دهد و چگونه این کار را انجام می‌دهد.
کلاژن پروتئینی بسیار مهم برای سلامتی پوست، مفاصل و عضلات بدن ما است. امروزه دکترها می‌دانند که چگونه کلاژن در حقیقت باعث انعطاف مفاصل ما و کشش پوست ما میشود. این امر به این دلیل است که امروزه می‌دانیم که ساختار کریستالی کلاژن چگونه است. این کشف توسط جی. ان. راماچاندران (G. N. Ramachandran) و جی. کارتا (G. Kartha) از دانشگاه مدراس در سال 1954 صورت گرفت.
چگونه دانشمندان از این روش استفاده می‌کنند؟
علم یافتن ساختار کریستال، کریستالوگرافی نامیده میشود. این یک روش ساده است، ولی تنها دانشمندان حرفه‌ای می‌توانند این کار را انجام دهند. فرض می‌کنیم یک ماده مانند شکر داریم و می‌خواهیم طرز کار آن را بفهمیم. ابتدا یک کریستال از آن می‌سازیم. این کریستال باید یک کریستال خوب باشد، که کاملا شفاف و شیشه‌ای باشد. سپس آن را به یک اتاق اشعه X انتقال می‌دهیم، و آن را روی یک میز گردان کوچک قرار می‌دهیم. سپس یک اشعه X بسیار نازک به آن تابانده میشود. این لیزر از داخل آن عبور کرده و بر روی یک فیلم اشعه X می‌افتد. سپس کریستال را کمی چرخانده و یک عکس دیگر از آن می‌گیرید. این کار را آن قدر انجام می‌دهید تا کریستال یک دور کامل چرخانده شود.
سپس تمام این عکس‌های اشعه X تولید شده و یک کامپیوت آن‌ها را پردازش می‌کند. در این پردازش از یک حقه ریاضی مخصوص به نام ترادیسه فوریه (Fourier Transform یا FT) استفاده میشود. این حقه یک حقه پیچیده است که تنها کامپیوترها و کارشناسان ریاضی که آن‌ها را ساخته‌ان می‌توانند آن را درک کنند. چیزی که FT می‌گوید این است که اتم‌ها با توجه به یکدیگر چگونه در یک مولکول جای گرفته‌اند. سپس ما می‌توانیم یک مدل فیزیکی با استفاده از گوی و میله بسازیم. برای مثال، تصویری که در بالای صفح می‌بینید، ساختار پنیسیلین است که توسط دوروتی هادکین کشف شد.
 |
ویژگی کریستالوگرافی در چیست؟
کریستالوگرافی علمی است که توضیح می‌دهد که چرا یک الماس بسیار درخشنده و محکم است. این علم به ما می‌گوید که چرا یاقوت‌ها قرمز و زمردها سبز رنگ هستند. این علم برای نانوتکنولوژی بسیار مهم است، و برای کشف چگونگی کارکرد داروها. دانشمندان از این روش برای شناخت چگونگی تولید الماس مصنوعی در آزمایشگاه استفاده کرده‌اند. شما گرافیت (که در مغز مداد وجود دارد) را بردارید و آن را در فشار خیلی خیلی بالا به دمای 3000oC برسانید. اتم‌های کربن خود را به شکلی تنظیم می‌کنند که به شکل کریستال یک الماس در می‌آیند. اگر این کار را به درستی انجام دهید، این الماس به خوبی الماسی خواهد بود که در اعماق زمین بصورت طبیعی یافت میشود.
بسیاری از دانشمندان در هند کریستاگرافر هستند، و آن‌ها بسیاری از معماهای طبیعت را با این روش حل کرده‌اند. اگر علم را به عنوان شغل آینده خود می‌خواهید انتخاب کنید، حتما علاقه خواهید داشت که یک کریستالوگرافر شوید!