ในบทนี้ เราจะพูดถึงวิทยาศาสตร์ที่สำคัญมากอย่างหนึ่ง ซึ่งมีบทบาทสำคัญหลายอย่างในชีวิตประจำวันของเรา วิทยาศาสตร์นี้เรียกว่า ชีวเคมี ชีวเคมีมีบทบาทอย่างมากในด้านการแพทย์และวิทยาศาสตร์สุขภาพ การเกษตร อุตสาหกรรม อณูชีววิทยา พันธุศาสตร์ เป็นวิทยาศาสตร์ที่สำคัญมาก เพราะสิ่งใดก็ตามที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพโดยทั่วไป โภชนาการ หรือการแพทย์ ล้วนมีรากฐานมาจากสิ่งนั้น
เราจะเรียนรู้:
- ชีวเคมีคืออะไร?
- ชีวเคมีเรียนอะไร?
- สารชีวโมเลกุลคืออะไรและมีหน้าที่อย่างไร?
- ปฏิกิริยาทางชีวเคมีคืออะไร?
- เมแทบอลิซึมคืออะไร?
- การประยุกต์ใช้ชีวเคมี.
- สาขาชีวเคมี.
ชีวเคมีคืออะไร?
ชีววิทยา เป็นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่ศึกษาชีวิตและสิ่งมีชีวิต เคมี คือการศึกษาเกี่ยวกับสสารและการเปลี่ยนแปลงของสสาร วิทยาศาสตร์ที่รวบรวมศาสตร์ที่สำคัญทั้งสองนี้เข้าด้วยกันคือ ชีวเคมี ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเคมีแห่งชีวิต นั่นคือเหตุผลที่ชีวเคมีต้องการความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเคมีและชีววิทยาพื้นฐาน ชีวเคมีคือการศึกษากระบวนการทางเคมีภายในและเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต ชีวเคมีอยู่ตรงกลางระหว่างเคมี (ซึ่งเกี่ยวกับอะตอม) และชีววิทยา (ซึ่งเกี่ยวกับเซลล์) ชีวเคมีเป็นโดเมนของสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยอะตอมหลายพันอะตอมขึ้นไป เช่น คาร์โบไฮเดรต ลิพิด โปรตีน กรดนิวคลีอิก ( DNA และ RNA) เป็นการสำรวจปฏิสัมพันธ์และปฏิกิริยาเคมีที่ปรากฏในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิตเรียกว่าปฏิกิริยาทางชีวเคมี ผลรวมของปฏิกิริยาทางชีวเคมีทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตเรียกว่า เมแทบอลิซึม เมแทบอลิซึมรวมถึงปฏิกิริยาแคตาบอลิซึม ซึ่งเป็นการปลดปล่อยพลังงานหรือปฏิกิริยาที่กระตุ้นภายนอก และปฏิกิริยาอะนาบอลิกซึ่งเป็นปฏิกิริยาดูดพลังงานหรือปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิก เอนไซม์ (ส่วนใหญ่เป็นโปรตีน) เร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี
จุดเริ่มต้นของชีวเคมีอาจเกิดจากการค้นพบเอนไซม์ตัวแรก ไดแอสเทส ในปี พ.ศ. 2376 โดย Anselme Payen แม้ว่าคำว่า "ชีวเคมี" ดูเหมือนจะถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปี พ.ศ. 2425 แต่ก็เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าการสร้างชีวเคมีอย่างเป็นทางการเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2446 โดย Carl Neuberg (นักเคมีชาวเยอรมัน)
นัก วิทยาศาสตร์ที่ได้รับการฝึกฝนด้านชีวเคมีเรียกว่านักชีวเคมี นักชีวเคมีศึกษา DNA, RNA, โปรตีน, ไขมัน, คาร์โบไฮเดรต พวกเขาสนับสนุนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสุขภาพและโรค ให้แนวคิดและการทดลองใหม่ๆ เพื่อทำความเข้าใจวิธีการทำงานของชีวิต ให้ข้อมูลที่เป็นนวัตกรรมเพื่อการปฏิวัติทางเทคโนโลยี และทำงานร่วมกับนักเคมี นักฟิสิกส์ บุคลากรทางการแพทย์ และผู้เชี่ยวชาญอื่นๆ อีกมากมาย
ชีวเคมีเรียนอะไร?
ในฐานะที่เป็นสาขาวิชาย่อยของทั้งชีววิทยาและเคมี ชีวเคมีมุ่งเน้นไปที่กระบวนการที่เกิดขึ้นในระดับโมเลกุล ชีวเคมีศึกษา คุณสมบัติทางเคมีของโมเลกุลทางชีวภาพที่สำคัญ เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก คาร์โบไฮเดรต และไขมัน นอกจากนี้ยังพิจารณาว่า เซลล์สื่อสารกันอย่างไร เช่น ในระหว่างการเจริญเติบโตหรือการต่อสู้กับความเจ็บป่วย นักชีวเคมีจำเป็นต้องเข้าใจว่าโครงสร้างของโมเลกุลเกี่ยวข้องกับการทำงานของมันอย่างไร ทำให้พวกเขาสามารถคาดการณ์ได้ว่าโมเลกุลจะมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร ชีวเคมีเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การสืบพันธุ์ เมแทบอลิซึม การเจริญเติบโต การถ่ายทอดทางพันธุกรรม ชีวเคมีมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอณูชีววิทยา (การศึกษากลไกระดับโมเลกุลของปรากฏการณ์ทางชีววิทยา)
สารชีวโมเลกุลและหน้าที่
สารชีวโมเลกุลคือโมเลกุลใดๆ ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต รวมทั้งโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิพิด และกรดนิวคลีอิก ตลอดจนโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น สารเมตาโบไลต์ปฐมภูมิ สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิ และผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ มีความสำคัญต่อการอยู่รอดของเซลล์ที่มีชีวิต
- คาร์โบไฮเดรต เป็นสารชีวโมเลกุลที่ประกอบด้วยคาร์บอนและน้ำ สิ่งมีชีวิตใช้คาร์โบไฮเดรตเป็นพลังงานที่เข้าถึงได้เพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาของเซลล์และเพื่อสนับสนุนโครงสร้างภายในผนังเซลล์ นั่นคือเหตุผลที่คาร์โบไฮเดรตมีความสำคัญมาก
- ลิพิด เป็นสายโซ่ยาวของโมเลกุลคาร์บอนและไฮโดรเจน ประเภทหลักๆ ได้แก่ ไขมันและน้ำมัน ไข ฟอสโฟลิพิด และสเตียรอยด์ ลิปิดทำหน้าที่ต่างกันในเซลล์ มีหน้าที่เก็บพลังงาน ส่งสัญญาณ และทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ รูปแบบของไขมันที่พบมากที่สุดในอาหารคือไตรกลีเซอไรด์
- โปรตีน เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนตกค้างหนึ่งสายหรือมากกว่า มีกรดอะมิโน 20 ชนิดที่สามารถรวมกันเพื่อสร้างโปรตีนได้ โปรตีนมีบทบาทสำคัญหลายอย่างในร่างกาย พวกเขาทำงานส่วนใหญ่ในเซลล์ นอกจากนี้ โปรตีนยังจำเป็นต่อการทำงาน โครงสร้าง และการควบคุมอวัยวะและเนื้อเยื่อของร่างกายอีกด้วย โปรตีนเป็นส่วนประกอบสำคัญของกระดูก กล้ามเนื้อ กระดูกอ่อน ผิวหนัง และเลือด
- กรดนิวคลีอิก เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบที่รู้จัก คำว่ากรดนิวคลีอิกเป็นชื่อโดยรวมของ DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) และ RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก) ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยองค์ประกอบสามส่วน ได้แก่ เบสไนโตรเจน น้ำตาลเพนโทส และหมู่ฟอสเฟต หน้าที่ของกรดนิวคลีอิกเกี่ยวข้องกับการจัดเก็บและการแสดงออกของข้อมูลทางพันธุกรรม พวกมันเข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต
บางครั้งสารชีวโมเลกุลหนึ่งสามารถประกอบด้วยส่วนประกอบจากสองประเภทหลัก เช่น ไกลโคโปรตีน (คาร์โบไฮเดรต+โปรตีน) หรือไลโปโปรตีน (ลิพิด+โปรตีน)
นอกเหนือจากกลุ่มชีวโมเลกุลที่สำคัญแล้ว ยังมีโมเลกุลอินทรีย์ที่ค่อนข้างเล็กจำนวนมากที่เซลล์ต้องการสำหรับการทำงานที่เฉพาะเจาะจงมาก เช่นช่วยในการทำงานของเอ็นไซม์หรือช่วยในวิถีเมแทบอลิซึม
การประยุกต์ใช้ชีวเคมี
ชีวเคมีถูกนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ ได้แก่ การแพทย์ อุตสาหกรรมยา การเกษตร วิทยาศาสตร์การอาหาร พันธุศาสตร์ เป็นต้น
- การทดสอบ - การตั้งครรภ์ การตรวจคัดกรองมะเร็งเต้านม การตรวจพันธุกรรมก่อนคลอด การตรวจเลือด ฯลฯ และการทดสอบอื่นๆ อีกมากมายสามารถทำได้ การทดสอบทางชีวเคมีมักใช้กับตัวอย่างซีรัม พลาสมา และปัสสาวะ ในการทดสอบนี้มีการวัดระดับของสารเคมีเฉพาะและผลลัพธ์เปรียบเทียบกับสารเคมีที่เป็นตัวแทนของบุคคลที่มีสุขภาพดี การเพิ่มหรือลดองค์ประกอบเฉพาะใดๆ สามารถช่วยระบุกระบวนการของโรคได้ ด้วยการตรวจวินิจฉัยทางห้องปฏิบัติการ ช่วยชีวิตคนจำนวนมากได้
- วิทยาศาสตร์การอาหาร - ชีวเคมีเป็นเรื่องเกี่ยวกับโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพ 4 ชนิด ได้แก่ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิพิด และกรดนิวคลีอิก อาหารประกอบด้วยสิ่งเหล่านี้ ดังนั้นจึงมีการประยุกต์ใช้ชีวเคมีมากมายในวิทยาศาสตร์การอาหาร
- อุตสาหกรรมยา - อาศัยชีวเคมีเพราะต้องศึกษาส่วนประกอบทางเคมีของร่างกายโดยสัมพันธ์กับสารเคมีที่เราใส่เข้าไปในร่างกายเมื่อใช้ยา ยาบางชนิดได้รับการพัฒนาเพียงเพราะการวิจัยทางชีวเคมี
- พันธุศาสตร์ - ชีวเคมีมีความโดดเด่นในด้านการสอนและการวิจัยทางพันธุวิศวกรรม
- เกษตรกรรม - ในการเกษตร นักชีวเคมีจะตรวจสอบดินและปุ๋ย เป้าหมายอื่นๆ ได้แก่ การเก็บพืชผล การปรับปรุงการเพาะปลูกพืชผล และการควบคุมศัตรูพืช
สาขาชีวเคมี
สาขาวิชาชีวเคมีนั้นกว้าง ต่อไปนี้เป็นสาขาชีวเคมีบางส่วน:
- ชีวเคมีของสัตว์ . เป็นสาขาหนึ่งของชีวเคมีที่ศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของส่วนประกอบของเซลล์ - โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน กรดนิวคลีอิก - และสารชีวโมเลกุลอื่น ๆ ในสัตว์
- ชีวเคมีของพืช . เป็นการศึกษาชีวเคมีของสิ่งมีชีวิตที่มีออโตโทรฟิค เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสงและกระบวนการทางชีวเคมีเฉพาะของพืชอื่นๆ
- อณูชีววิทยา. อณูชีววิทยาเป็นสาขาหนึ่งของชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับพื้นฐานระดับโมเลกุลของกิจกรรมทางชีวภาพในและระหว่างเซลล์ รวมถึงการสังเคราะห์ระดับโมเลกุล การดัดแปลง กลไก และอันตรกิริยา
- ชีววิทยาของเซลล์ ชีววิทยาของเซลล์ (หรือชีววิทยาของเซลล์หรือเซลล์วิทยา) ศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์หรือที่เรียกว่าหน่วยพื้นฐานของชีวิต
- วิทยาภูมิคุ้มกัน. วิทยาภูมิคุ้มกันครอบคลุมการศึกษาเกี่ยวกับระบบภูมิคุ้มกันในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
- พันธุศาสตร์. สาขานี้เกี่ยวข้องกับการศึกษายีน การแปรผันทางพันธุกรรม และกรรมพันธุ์ในสิ่งมีชีวิต
- เอนไซม์วิทยา. เอนไซม์วิทยาคือการศึกษาเกี่ยวกับเอนไซม์ ซึ่งเป็นโมเลกุลทางชีวภาพ (โดยทั่วไปคือโปรตีน) ที่เร่งอัตราปฏิกิริยาเคมีเกือบทั้งหมดที่เกิดขึ้นภายในเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ
สรุป!
- ชีวเคมีคือการศึกษากระบวนการทางเคมีภายในและเกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต
- วิทยาศาสตร์นี้อยู่ระหว่างเคมีและชีววิทยา
- ชีวเคมีศึกษาคุณสมบัติทางเคมีของโมเลกุลทางชีวภาพที่สำคัญ โครงสร้าง หน้าที่ ปฏิสัมพันธ์ ฯลฯ
- สารชีวโมเลกุลคือโมเลกุลใด ๆ ที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตและสารชีวโมเลกุลมีความสำคัญมากต่อการอยู่รอดของเซลล์ที่มีชีวิต
- กลุ่มชีวโมเลกุลที่สำคัญ ได้แก่ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิพิด และกรดนิวคลีอิก
- ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิตเรียกว่าปฏิกิริยาทางชีวเคมี
- เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี
- ผลรวมของปฏิกิริยาทางชีวเคมีทั้งหมดในสิ่งมีชีวิตเรียกว่าเมแทบอลิซึม
- ชีวเคมีถูกนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ ได้แก่ การแพทย์ อุตสาหกรรมยา การเกษตร วิทยาศาสตร์การอาหาร พันธุศาสตร์ เป็นต้น
- ชีวเคมีบางสาขา ได้แก่ ชีวเคมีสัตว์ ชีวเคมีพืช ชีววิทยาระดับโมเลกุล ชีววิทยาเซลล์ ภูมิคุ้มกันวิทยา พันธุกรรม เอนไซม์วิทยา เป็นต้น
