في هذا الدرس ، سنناقش علمًا مهمًا للغاية ، له العديد من الأدوار الكبيرة في حياتنا اليومية. هذا العلم يسمى الكيمياء الحيوية. لقد لعبت الكيمياء الحيوية دورًا كبيرًا في العلوم الطبية والصحية والزراعة والصناعة والبيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة. إنه علم مهم للغاية ، لأن أي شيء له علاقة بصحتنا العامة أو تغذيتنا أو طبنا ، له جذوره.
سنتعلم:
- ما هي الكيمياء الحيوية؟
- ماذا تدرس الكيمياء الحيوية؟
- ما هي الجزيئات الحيوية ووظائفها؟
- ما هي التفاعلات البيوكيميائية؟
- ما هو التمثيل الغذائي؟
- تطبيقات الكيمياء الحيوية.
- فروع الكيمياء الحيوية.
ما هي الكيمياء الحيوية؟
علم الأحياء هو علم طبيعي يدرس الحياة والكائنات الحية. الكيمياء هي دراسة المادة والتغيرات التي تمر بها المادة. العلم الذي يجمع بين هذين العلمين المهمين هو الكيمياء الحيوية ، والتي تسمى أيضًا كيمياء الحياة. هذا هو السبب في أن الكيمياء الحيوية تحتاج إلى معرفة سابقة بالكيمياء الأساسية وعلم الأحياء. الكيمياء الحيوية هي دراسة العمليات الكيميائية داخل الكائنات الحية والمتعلقة بها. تقع الكيمياء الحيوية في مكان ما في منتصف الكيمياء (التي تدور حول الذرات) والبيولوجيا (التي تدور حول الخلايا). الكيمياء الحيوية هي مجال الجزيئات الحيوية الكبيرة التي تتكون من آلاف أو أكثر من الذرات ، مثل الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية ( DNA و RNA) . يتعلق الأمر باستكشاف تفاعلاتهم والتفاعلات الكيميائية التي تظهر في كل كائن حي. تسمى التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية التفاعلات الكيميائية الحيوية. يُشار إلى مجموع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائن الحي باسم التمثيل الغذائي . يشمل التمثيل الغذائي تفاعلات تقويضية ، والتي تطلق الطاقة ، أو تفاعلات مفرطة النشاط ؛ والتفاعلات الابتنائية ، التي تمتص الطاقة ، أو ردود الفعل التحسسية. تعمل الإنزيمات (معظمها بروتينات) على تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية.
قد تكون بداية الكيمياء الحيوية قد تميزت باكتشاف أول إنزيم ، دياستاز في عام 1833 بواسطة أنسيلمي باين. على الرغم من أن مصطلح "الكيمياء الحيوية" يبدو أنه قد استخدم لأول مرة في عام 1882 ، إلا أنه من المقبول عمومًا أن العملة الرسمية للكيمياء الحيوية حدثت في عام 1903 بواسطة Carl Neuberg (الكيميائي الألماني).
يُطلق على العلماء الذين تم تدريبهم في الكيمياء الحيوية اسم علماء الكيمياء الحيوية. يدرس علماء الكيمياء الحيوية الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والبروتينات ، والدهون ، والكربوهيدرات. إنهم يدعمون فهمنا للصحة والمرض ، ويقدمون أفكارًا وتجارب جديدة لفهم كيفية عمل الحياة ، ويساهمون بمعلومات مبتكرة في الثورة التكنولوجية ، ويعملون جنبًا إلى جنب مع الكيميائيين والفيزيائيين والمتخصصين في الرعاية الصحية والعديد من المتخصصين.
ماذا تدرس الكيمياء الحيوية؟
باعتبارها تخصصًا فرعيًا لكل من علم الأحياء والكيمياء ، تركز الكيمياء الحيوية على العمليات التي تحدث على المستوى الجزيئي. تدرس الكيمياء الحيوية الخصائص الكيميائية للجزيئات البيولوجية المهمة ، مثل البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون. كما يبحث في كيفية تواصل الخلايا مع بعضها البعض ، على سبيل المثال أثناء النمو أو مقاومة المرض. يحتاج علماء الكيمياء الحيوية إلى فهم كيفية ارتباط بنية الجزيء بوظيفته ، مما يسمح لهم بالتنبؤ بكيفية تفاعل الجزيئات. تهتم الكيمياء الحيوية بالتفاعلات الكيميائية التي تشارك في عمليات مختلفة مثل التكاثر والتمثيل الغذائي والنمو والوراثة. ترتبط الكيمياء الحيوية ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا الجزيئية (دراسة الآليات الجزيئية للظواهر البيولوجية).
الجزيئات الحيوية ووظائفها
الجزيء الحيوي هو أي جزيء موجود في الكائنات الحية ، بما في ذلك الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية ، وكذلك الجزيئات الصغيرة مثل المستقلبات الأولية والمستقلبات الثانوية والمنتجات الطبيعية. هم مهمون لبقاء الخلايا الحية.
- الكربوهيدرات هي جزيئات حيوية مكونة من الكربون والماء. تستخدم الكائنات الحية الكربوهيدرات كطاقة يمكن الوصول إليها لتغذية التفاعلات الخلوية وللدعم الهيكلي داخل جدران الخلايا. هذا هو سبب أهمية الكربوهيدرات.
- الدهون هي سلاسل طويلة من جزيئات الكربون والهيدروجين. تشمل الأنواع الرئيسية الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات. تؤدي الدهون وظائف مختلفة في الخلايا. هم مسؤولون عن تخزين الطاقة ، والإشارات ، ويعملون كمكونات هيكلية لأغشية الخلايا. الشكل الأكثر شيوعًا للدهون الموجودة في الطعام هو الدهون الثلاثية.
- البروتينات هي جزيئات كبيرة ، تتكون من سلسلة طويلة أو أكثر من بقايا الأحماض الأمينية. هناك 20 نوعًا مختلفًا من الأحماض الأمينية التي يمكن دمجها لصنع بروتين. تلعب البروتينات العديد من الأدوار الحاسمة في الجسم. يقومون بمعظم العمل في الخلايا. كما أن البروتينات مطلوبة لوظيفة أعضاء وأنسجة الجسم وهيكلها وتنظيمها. البروتين هو لبنة مهمة لبناء العظام والعضلات والغضاريف والجلد والدم.
- الأحماض النووية هي الجزيئات البيولوجية الضخمة الضرورية لجميع أشكال الحياة المعروفة. مصطلح الحمض النووي هو الاسم العام للحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) والحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي). تتكون من نيوكليوتيدات. يتكون النيوكليوتيد من ثلاثة مكونات: القاعدة النيتروجينية ، وسكر البنتوز ، ومجموعة الفوسفات. ترتبط وظائف الأحماض النووية بتخزين المعلومات الوراثية والتعبير عنها ، فهي ترمز المعلومات الجينية للكائنات الحية.
في بعض الأحيان ، يمكن أن يحتوي جزيء حيوي واحد على مكونات من فئتين رئيسيتين ، مثل بروتين سكري (كربوهيدرات + بروتين) أو بروتين دهني (دهون + بروتين).
بالإضافة إلى الفئات الرئيسية للجزيئات الحيوية ، هناك العديد من الجزيئات العضوية الصغيرة نسبيًا التي تتطلبها الخلايا لوظائف محددة جدًا ؛ مثل المساعدة في وظيفة الإنزيمات أو المساعدة في مسارات التمثيل الغذائي.
تطبيقات الكيمياء الحيوية
يتم تطبيق الكيمياء الحيوية في مجالات مختلفة ، بما في ذلك الطب ، وصناعة الأدوية ، والزراعة ، وعلوم الأغذية ، وعلم الوراثة ، إلخ.
- الاختبار - الحمل ، وفحص سرطان الثدي ، والفحص الجيني قبل الولادة ، واختبارات الدم ، وما إلى ذلك ، ويمكن إجراء العديد من الاختبارات الأخرى. غالبًا ما يتم تطبيق الاختبارات البيوكيميائية على عينات من المصل والبلازما والبول. في هذا الاختبار يتم قياس مستويات مواد كيميائية معينة ومقارنة النتائج بتلك التي تمثل فردًا سليمًا. يمكن أن تساعد الزيادة أو النقص في أي مكون (مكونات) معينة في تحديد عملية المرض. مع التشخيص المختبري ، يتم إنقاذ العديد من الأرواح.
- علم الغذاء - الكيمياء الحيوية هي كل شيء عن الجزيئات البيولوجية الأربعة: البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية. يتكون الطعام من هذه الأشياء ، لذلك هناك العديد من تطبيقات الكيمياء الحيوية في علوم الغذاء.
- صناعة المستحضرات الصيدلانية - تعتمد على الكيمياء الحيوية لأنه يجب دراسة التركيب الكيميائي للجسم بالعلاقة مع المواد الكيميائية التي نضعها في أجسامنا عند استخدام الأدوية. تم تطوير بعض الأدوية فقط بسبب أبحاث الكيمياء الحيوية.
- علم الوراثة - الكيمياء الحيوية فريدة من نوعها في توفير التدريس والبحث في الهندسة الوراثية.
- الزراعة - يقوم علماء الكيمياء الحيوية في الزراعة بفحص التربة والأسمدة. الأهداف الأخرى هي تخزين المحاصيل ، وتحسين زراعة المحاصيل ، ومكافحة الآفات.
فروع الكيمياء الحيوية
مجال دراسة الكيمياء الحيوية واسع. فيما يلي بعض فروع الكيمياء الحيوية:
- الكيمياء الحيوية الحيوانية . إنه فرع من فروع الكيمياء الحيوية يدرس حول بنية ووظيفة المكونات الخلوية - البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية - والجزيئات الحيوية الأخرى في الحيوانات.
- الكيمياء الحيوية النباتية . إنها دراسة الكيمياء الحيوية للكائنات ذاتية التغذية مثل التمثيل الضوئي والعمليات الكيميائية الحيوية الأخرى الخاصة بالنبات.
- البيولوجيا الجزيئية. علم الأحياء الجزيئي هو فرع من فروع علم الأحياء يتعلق بالأساس الجزيئي للنشاط البيولوجي في الخلايا وفيما بينها ، بما في ذلك التخليق الجزيئي ، والتعديل ، والآليات ، والتفاعلات.
- بيولوجيا الخلية. تدرس بيولوجيا الخلية (أيضًا البيولوجيا الخلوية أو علم الخلايا) بنية الخلية ووظائفها ، والمعروفة أيضًا باسم الوحدة الأساسية للحياة.
- علم المناعة. يغطي علم المناعة دراسة أجهزة المناعة في جميع الكائنات الحية.
- علم الوراثة. يهتم هذا الفرع بدراسة الجينات والتنوع الجيني والوراثة في الكائنات الحية.
- علم الإنزيمات. علم الإنزيمات هو دراسة الإنزيمات ، الجزيئات البيولوجية (البروتينات عادةً) التي تسرع بشكل كبير معدل جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الخلايا.
دعونا نلخص!
- الكيمياء الحيوية هي دراسة العمليات الكيميائية داخل الكائنات الحية والمتعلقة بها.
- هذا العلم بين الكيمياء والبيولوجيا.
- تدرس الكيمياء الحيوية الخصائص الكيميائية للجزيئات البيولوجية المهمة ، وهيكلها ، ووظائفها ، وتفاعلاتها ، إلخ.
- الجزيء الحيوي هو أي جزيء موجود في الكائنات الحية والجزيئات الحيوية مهمة جدًا لبقاء الخلايا الحية.
- الفئات الرئيسية للجزيئات الحيوية هي البروتينات والكربوهيدرات والدهون والأحماض النووية.
- تسمى التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية التفاعلات الكيميائية الحيوية.
- تسرع الإنزيمات التفاعلات الكيميائية الحيوية.
- يُشار إلى مجموع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الكائن الحي باسم التمثيل الغذائي.
- يتم تطبيق الكيمياء الحيوية في مجالات مختلفة ، بما في ذلك الطب ، وصناعة الأدوية ، والزراعة ، وعلوم الأغذية ، وعلم الوراثة ، إلخ.
- بعض فروع الكيمياء الحيوية هي الكيمياء الحيوية الحيوانية ، الكيمياء الحيوية النباتية ، البيولوجيا الجزيئية ، البيولوجيا الخلوية ، علم المناعة ، علم الوراثة ، علم الإنزيمات ، إلخ.
