بیوشیمی چیست؟

در این پست درباره علم بیوشیمی میخوانیم

بیوشیمی (Biochemistry) علمی است که به مطالعه واکنش‌های شیمیایی می‌پردازد که درون ارگانیسم‌های انجام می‌گیرند. این علم عناصر مختلف را از دو علم بیولوژی و شیمی با هم ترکیب می‌کند. در اوایل قرن بیستم میلادی دانش مذکور به عنوان یک علم جداگانه به رسمیت شناخته شد. متخصصان بیوشیمی یا بیوشیمیست‌ها بر روی مولکول‌های بزرگی مانند پروتئين‌ها، لیپید‌ها و کربوهیدرات‌ها که در واکنش‌های متابولیسمی ارگانیسم‌های مختلف اهمیت دارند و بر فعالیت‌های سلولی موثر هستند، مطالعه می‌کنند. از سویی دیگر، بیوشیمیست‌ها ساختار و نحوه عملکرد مولکول‌هایی نظیر آنزیم‌ها و DNA را نیز بررسی می‌کنند.

تاریخچه بیوشیمی تحقیقات بیوشیمی از حدود 400 سال گذشته انجام شده است، با این حال اصطلاح بیوشیمی اولین بار، در سال 1903 توسط شیمیدان آلمانی «کارل نوبرگ» (Carl Neuberg) ابداع شده است، از این رو به او لقب پدر این علم داده شد.

مطالعه بیوشیمی در اصل با اختراع میکروسکوپ در سال 1665 توسط «رابرت هوک» (Robert Hooke) آغاز شد. رابرت هوک اولین کسی بود که توانست سلول‌ها را زیر میکروسکوپ مشاهده کند، اما او تنها قادر به ثبت تصاویر سلول‌های مرده در زیر میکروسکوپ خود بود. پس از آن در سال 1674، «آنتون ون لیوونوئک» (Anton van Leeuwenhoek) سلول‌های گیاهی زنده را در زیر میکروسکوپ مشاهده کرد. در همین زمان که دانشمندان برای اولین بار سلول‌ها را دیده بودند، مشتاق مطالعه آن‌ها و کشف بیشتر در مورد فرآیندهایی که در داخل آن‌ها رخ می‌دهند، بودند. در قرن هجدهم، دانشمند فرانسوی «آنتوان لوران لاووازیه» (Antoine Lavoisier) مکانیسم واکنشی برای فتوسنتز را پیشنهاد کرد، فتوسنتز فرایندی است که به وسیله آن گیاهان مواد غذایی خود را از دی اکسید کربن، آب و نور خورشید تهیه کرده و اکسیژن را در این فرآیند آزاد می‌کنند. وی همچنین اولین شخصی بود که روند تنفس سلولی و روند ساخت مولکول حامل انرژی آدنوزین تری فسفات (ATP) در میتوکندری سلول را مورد بررسی قرار داد.

در قرن نوزدهم، یک باور غالب این بود که «پروتوپلاسم» (Protoplasm)، بخش ژله مانند در داخل سلول، تمام فرآیندهای مربوط به تجزیه مولکول‌های غذایی را انجام می‌دهد. در آن زمان اعتقاد بر این بود که شیمی موجودات زنده ذاتاً با موجودات غیرزنده متفاوت است. در سال 1897، «ادوارد بوچنر» (Eduard Buchner) آزمایشی را انجام داد که توانست این دیدگاه را تغییر دهد. او عصاره‌ای از مخمر تهیه کرد که او را «زیماز» (Zymase) نامید. اگرچه زیماز حاوی سلول‌های مخمر زنده‌ای نبود، اما هنوز هم می‌توانست گلوکز را برای تولید دی اکسید کربن و اتانول تخمیر کند. پس از کارهای پژوهشی بوچنر، آنزیم‌ها براساس واکنشی که کاتالیز می‌کردند، نام‌گذاری شدند. به عنوان مثال، DNA پلیمراز، آنزیمی است که DNA را با استفاده از نوکلئوتید‌های و بازهای آلی به صورت رشته‌های طویل پلیمری در می‌آورد. لازم به ذکر است که با گسترش مطالعات در مورد آنزیم‌ها مشخص شد که زیماز مخمر چند آنزیم مختلف است که به صورت هماهنگ با یکدیگر فعالیت می‌کنند. در قرن بیستم پیشرفت‌های زیادی در زمینه مطالعات بیوشیمی انجام شد. «هانس کربس» (Hans Krebs) مکانیسم «چرخه سیتریک اسید» (Citric Acid Cycle) را کشف کرد، این چرخه به عنوان «چرخه کربس» (Krebs Cycle) نیز معروف است. چرخه کربس مجموعه‌ای از واکنش‌هایی است که در طول تنفس سلولی، جایی که گلوکز و اکسیژن به مولکول ATP، دی اکسید کربن و آب تبدیل می‌شوند، انجام می‌گیرد.

در آن زمان، DNA به عنوان ماده ژنتیکی سلول شناخته شده بود و ساختار آن توسط «جیمز واتسون» (James Watson) و «فرانسیس کریک» (Francis Crick) براساس مطالعات پراش پرتو ایکس «روزالین فرانکلین» (Rosalind Franklin) مورد شناسایی قرار گرفته بود. پیشرفت‌های حاصل در زمینه DNA نوترکیب، مهندسی ژن، نشان گذاری رادیو ایزوتوپ‌ها و ساخت میکروسکوپ الکترونی از ادغام مطالعات زیست شناسی و شیمی به وجود آمدند.

کاربرد بیوشیمی علم بیوشیمی در زمینه‌های مختلف زیستی و پزشکی کاربردهای فراوانی دارد که در این بخش به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود: این علم برای شناخت فرایندهای بیولوژیکی که در سلول‌های ارگانیسم‌های مختلف انجام می‌شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مطالعات ویژگی‌های مولکول‌های بیولوژیکی برای اهداف مختلف زیستی و پزشکی از جمله دیگر کاربردهایی است که می‌توان به آن اشاره کرد. به عنوان مثال، یک بیوشیمیت، ممکن است در مورد مولکول‌های کراتین مو و ویژگی‌های آن مطالعه کند و از این مطالعه برای تولید شامپوهایی با کراتین بالا برای بهبود سلامت موها استفاده کند. بیوشیمیست‌ها می‌توانند برای مولکول‌های زیستی مختلف جایگزینی شناسایی کنند. به عنوان مثال، بیوشیمیست‌ها در تولید شیرین کننده‌های مصنوعی کمک می‌کنند.