در این درس، یک علم بسیار مهم را مورد بحث قرار می دهیم، که نقش های بزرگ بسیاری در زندگی روزمره ما دارد. این علم بیوشیمی نام دارد. بیوشیمی نقش زیادی در علوم پزشکی و بهداشت، کشاورزی، صنعت، زیست شناسی مولکولی، ژنتیک ایفا کرده است. این یک علم بسیار مهم است، زیرا هر چیزی که به سلامت عمومی، تغذیه یا پزشکی ما مربوط باشد، ریشه در آن دارد.
خواهیم آموخت:
- بیوشیمی چیست؟
- بیوشیمی چه چیزی را مطالعه می کند؟
- بیومولکول ها و عملکرد آنها چیست؟
- واکنش های بیوشیمیایی چیست؟
- متابولیسم چیست؟
- کاربردهای بیوشیمی
- شاخه های بیوشیمی
بیوشیمی چیست؟
زیست شناسی یک علم طبیعی است که به مطالعه حیات و موجودات زنده می پردازد. شیمی مطالعه ماده و تغییراتی است که ماده متحمل می شود. علمی که این دو علم بسیار مهم را گرد هم می آورد، بیوشیمی است که به آن شیمی حیات نیز می گویند. به همین دلیل است که بیوشیمی به دانش قبلی شیمی پایه و زیست شناسی نیاز دارد. بیوشیمی مطالعه فرآیندهای شیمیایی درون موجودات زنده و مرتبط با آنها است. بیوشیمی جایی در میانه شیمی (که در مورد اتم ها است) و زیست شناسی (که در مورد سلول ها است) قرار دارد. بیوشیمی حوزه زیست مولکول های بزرگی است که از هزاران یا بیشتر اتم مانند کربوهیدرات ها، لیپیدها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک ( DNA و RNA) تشکیل شده اند. این در مورد بررسی فعل و انفعالات آنها و واکنش های شیمیایی است که در هر موجود زنده ظاهر می شود. واکنش های شیمیایی که در داخل موجودات زنده اتفاق می افتد، واکنش های بیوشیمیایی نامیده می شوند. مجموع تمام واکنش های بیوشیمیایی موجود در یک ارگانیسم متابولیسم نامیده می شود. متابولیسم شامل واکنش های کاتابولیک است که آزاد کننده انرژی یا واکنش های اگزرگونیک هستند. و واکنش های آنابولیک که جذب انرژی یا واکنش های اندرگونیک هستند. آنزیم ها (بیشتر آنها پروتئین هستند) واکنش های بیوشیمیایی را سرعت می بخشند.
آغاز بیوشیمی ممکن است با کشف اولین آنزیم، دیاستاز در سال 1833 توسط آنسلم پاین مشخص شده باشد. اگرچه اصطلاح "بیوشیمی" ظاهراً برای اولین بار در سال 1882 استفاده شده است، اما به طور کلی پذیرفته شده است که ضرب سکه رسمی بیوشیمی در سال 1903 توسط کارل نوبرگ (شیمیدان آلمانی) اتفاق افتاد.
دانشمندانی که در زمینه بیوشیمی آموزش دیده اند، بیوشیمیست نامیده می شوند. بیوشیمیست ها DNA، RNA، پروتئین ها، لیپیدها، کربوهیدرات ها را مطالعه می کنند. آنها از درک ما از سلامت و بیماری حمایت می‌کنند، ایده‌ها و آزمایش‌های جدیدی برای درک چگونگی کارکرد زندگی ارائه می‌کنند، اطلاعات نوآورانه‌ای را به انقلاب تکنولوژیک کمک می‌کنند، و در کنار شیمیدان‌ها، فیزیکدانان، متخصصان مراقبت‌های بهداشتی و بسیاری از متخصصان دیگر کار می‌کنند.
بیوشیمی چه چیزی را مطالعه می کند؟
بیوشیمی به عنوان زیرشاخه‌ای از زیست‌شناسی و شیمی، بر فرآیندهایی که در سطح مولکولی اتفاق می‌افتند تمرکز دارد. بیوشیمی خواص شیمیایی مولکول های مهم زیستی مانند پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها را مطالعه می کند. همچنین نحوه ارتباط سلول ها با یکدیگر را بررسی می کند، به عنوان مثال در طول رشد یا مبارزه با بیماری. بیوشیمی دانان باید بدانند که ساختار یک مولکول چگونه با عملکرد آن ارتباط دارد و به آنها اجازه می دهد تا نحوه تعامل مولکول ها را پیش بینی کنند. بیوشیمی به واکنش‌های شیمیایی مربوط می‌شود که در فرآیندهای مختلفی مانند تولید مثل، متابولیسم، رشد، وراثت نقش دارند. بیوشیمی ارتباط نزدیکی با زیست شناسی مولکولی (مطالعه مکانیسم های مولکولی پدیده های بیولوژیکی) دارد.
بیومولکول ها و عملکرد آنها
بیومولکول هر مولکولی است که در موجودات زنده وجود دارد، از جمله درشت مولکول‌های بزرگ مانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک و همچنین مولکول‌های کوچک مانند متابولیت‌های اولیه، متابولیت‌های ثانویه و محصولات طبیعی. آنها برای بقای سلول های زنده مهم هستند.
- کربوهیدرات ها بیومولکول هایی هستند که از کربن و آب تشکیل شده اند. موجودات زنده از کربوهیدرات ها به عنوان انرژی قابل دسترس برای سوخت واکنش های سلولی و برای حمایت ساختاری در داخل دیواره سلولی استفاده می کنند. به همین دلیل است که کربوهیدرات ها بسیار مهم هستند.
- لیپیدها زنجیره های بلندی از مولکول های کربن و هیدروژن هستند. انواع عمده آن شامل چربی ها و روغن ها، موم ها، فسفولیپیدها و استروئیدها است. لیپیدها عملکردهای مختلفی را در سلول ها انجام می دهند. آنها مسئول ذخیره انرژی، سیگنال دهی هستند و به عنوان اجزای ساختاری غشای سلولی عمل می کنند. رایج ترین شکل چربی موجود در غذا تری گلیسیرید است.
- پروتئین ها درشت مولکول هایی هستند که از یک یا چند زنجیره طولانی از باقی مانده اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. 20 نوع مختلف اسید آمینه وجود دارد که می توان آنها را برای ساخت پروتئین ترکیب کرد. پروتئین ها نقش های حیاتی زیادی در بدن دارند. آنها بیشتر کار را در سلول ها انجام می دهند. همچنین پروتئین ها برای عملکرد، ساختار و تنظیم اندام ها و بافت های بدن مورد نیاز هستند. پروتئین یک واحد سازنده مهم استخوان ها، ماهیچه ها، غضروف، پوست و خون است.
- اسیدهای نوکلئیک درشت مولکول های بیولوژیکی ضروری برای تمام اشکال شناخته شده حیات هستند. اصطلاح اسید نوکلئیک نام کلی DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) و RNA (اسید ریبونوکلئیک) است. آنها از نوکلئوتیدها تشکیل شده اند. یک نوکلئوتید از سه جزء تشکیل شده است: یک پایه نیتروژنی، یک قند پنتوز و یک گروه فسفات. عملکرد اسیدهای نوکلئیک مربوط به ذخیره و بیان اطلاعات ژنتیکی است، آنها اطلاعات ژنتیکی موجودات را رمزگذاری می کنند.
گاهی اوقات یک مولکول زیستی می تواند حاوی اجزایی از دو کلاس اصلی مانند گلیکوپروتئین (کربوهیدرات + پروتئین) یا لیپوپروتئین (لیپید + پروتئین) باشد.
علاوه بر کلاس‌های اصلی بیومولکول‌ها، مولکول‌های آلی نسبتاً کوچک زیادی وجود دارند که برای عملکردهای بسیار خاص مورد نیاز سلول‌ها هستند. مانند کمک به عملکرد آنزیم ها یا کمک به مسیرهای متابولیک.
کاربردهای بیوشیمی
بیوشیمی در زمینه های مختلفی از جمله پزشکی، صنعت داروسازی، کشاورزی، علوم غذایی، ژنتیک و غیره کاربرد دارد.
- آزمایش - بارداری، غربالگری سرطان سینه، آزمایش ژنتیکی قبل از تولد، آزمایش خون و غیره و بسیاری آزمایشات دیگر را می توان انجام داد. آزمایش‌های بیوشیمیایی اغلب بر روی نمونه‌های سرم، پلاسما و ادرار اعمال می‌شوند. در این آزمایش سطوح مواد شیمیایی خاص اندازه گیری شده و نتایج با آنهایی که نماینده یک فرد سالم هستند مقایسه می شود. افزایش یا کاهش هر جزء(های) خاص می تواند به شناسایی روند بیماری کمک کند. با تشخیص آزمایشگاهی، جان بسیاری از افراد نجات می یابد.
- علوم غذایی - بیوشیمی همه چیز در مورد 4 ماکرومولکول بیولوژیکی است: پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک. غذا از آن چیزها تشکیل شده است، بنابراین کاربردهای زیادی از بیوشیمی در علوم غذایی وجود دارد.
- صنعت داروسازی - متکی به بیوشیمی است زیرا ترکیب شیمیایی بدن باید در ارتباط با مواد شیمیایی که هنگام استفاده از داروها در بدن خود می‌گذاریم مورد مطالعه قرار گیرد. برخی از داروها فقط به دلیل تحقیقات بیوشیمی ساخته شده اند.
- ژنتیک - بیوشیمی در ارائه آموزش و تحقیق در مهندسی ژنتیک بی نظیر است.
- کشاورزی - در کشاورزی، بیوشیمی دانان خاک و کودها را بررسی می کنند. اهداف دیگر ذخیره سازی محصول، بهبود کشت محصول و کنترل آفات است.
شاخه های بیوشیمی
رشته تحصیلی بیوشیمی گسترده است. در زیر برخی از شاخه های بیوشیمی ذکر شده است:
- بیوشیمی جانوری . این شاخه ای از بیوشیمی است که در مورد ساختار و عملکرد اجزای سلولی - پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها، اسیدهای نوکلئیک - و سایر مولکول های زیستی در حیوانات مطالعه می کند.
- بیوشیمی گیاهی . این مطالعه بیوشیمی موجودات اتوتروف مانند فتوسنتز و سایر فرآیندهای بیوشیمیایی خاص گیاهی است.
- زیست شناسی مولکولی. زیست شناسی مولکولی شاخه ای از زیست شناسی است که به اساس مولکولی فعالیت بیولوژیکی در داخل و بین سلول ها، از جمله سنتز، اصلاح، مکانیسم ها و برهمکنش های مولکولی مربوط می شود.
- زیست شناسی سلولی. زیست شناسی سلولی (همچنین زیست شناسی سلولی یا سیتولوژی) ساختار و عملکرد سلول را مطالعه می کند که به عنوان واحد اساسی حیات نیز شناخته می شود.
- ایمونولوژی. ایمونولوژی مطالعه سیستم ایمنی در همه موجودات را پوشش می دهد.
- ژنتیک این شاخه به مطالعه ژن ها، تنوع ژنتیکی و وراثت در موجودات می پردازد.
- آنزیم شناسی. آنزیم‌شناسی مطالعه آنزیم‌ها، مولکول‌های بیولوژیکی (معمولاً پروتئین‌ها) است که به طور قابل‌توجهی سرعت عملاً تمام واکنش‌های شیمیایی را که در سلول‌ها انجام می‌شود، افزایش می‌دهند.
بیایید خلاصه کنیم!
- بیوشیمی مطالعه فرآیندهای شیمیایی درون موجودات زنده و مرتبط با آنها است.
- این علم بین شیمی و زیست شناسی است.
- بیوشیمی خواص شیمیایی مولکول های مهم زیستی، ساختار، عملکرد، برهمکنش ها و غیره را مطالعه می کند.
- بیومولکول هر مولکولی است که در موجودات زنده وجود داشته باشد و بیومولکول ها برای بقای سلول های زنده بسیار مهم هستند.
- کلاس های اصلی بیومولکول ها پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک هستند.
- واکنش های شیمیایی که در داخل موجودات زنده اتفاق می افتد، واکنش های بیوشیمیایی نامیده می شوند.
- آنزیم ها واکنش های بیوشیمیایی را تسریع می کنند.
- به مجموع تمام واکنش‌های بیوشیمیایی در یک ارگانیسم متابولیسم گفته می‌شود.
- بیوشیمی در زمینه های مختلفی از جمله پزشکی، صنعت داروسازی، کشاورزی، علوم غذایی، ژنتیک و غیره کاربرد دارد.
- برخی از شاخه های بیوشیمی عبارتند از: بیوشیمی جانوری، بیوشیمی گیاهی، زیست شناسی مولکولی، زیست شناسی سلولی، ایمونولوژی، ژنتیک، آنزیم شناسی و غیره.
