علم بیوشیمی | چیستی، تاریخچه، کاربرد و گرایشات

همان‌طور که در فصل اول زیست‌شناسی سال دهم درباره مولکول‌های زیستی که پایه و اساس علم بیوشیمی هستند آموختیم، بیوشیمی علم مطالعه فرایندهای شیمیایی در موجودات زنده است. مطالعه ساختار و عملکرد ماکرو مولکول‌ها مثل پروتئین‌ها، دنا و کربوهیدرات‌ها، اجزای سلول مثل هسته، غشا و اندامک‌های سلولی، سوخت‌وساز و متابولیسم و چگونگی عملکرد هورمون‌ها بر عهده بیوشیمی‌دانان است. در ادامه با مجله بیوزوم همراه باشید تا بیشتر با این علم، تاریخچه، کاربردها و شاخه‌های آن آشنا شویم.

علم بیوشیمی چیست؟

در ابتدایی‌ترین حالت، علم بیوشیمی مطالعه فرآیندهای شیمیایی است که در موجود زنده رخ می‌دهد. بااین‌حال، این تعریف ساده حوزه تحقیقاتی بسیار متنوعی را در برمی‌گیرد که تقریباً تمام جنبه‌های زندگی ما را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

شاید بارزترین کاربرد علم بیوشیمی در زندگی روزمره ما در زمینه تحقیقات سلامت باشد. بیوشیمی کلیدی برای درک رو به رشد ما از تعداد بی‌شماری از مسائل سلامتی بوده است. از دیابت گرفته تا تصلب شرایین و سرطان. ابزار بیوشیمی‌دانان، ژن و پروتئین است، آن‌ها اختلالات مسیری را که منجر به بیماری می‌شود شناسایی کرده‌اند و در بسیاری از موارد، راهکارهایی نوآورانه را برای پیشگیری یا درمان اختلالات شناسایی شده ارائه می‌دهند. از آسپرین گرفته تا اینترلوکین‌ها، درمان بیماری‌های انسانی به شدت به علم بیوشیمی متکی است.

تاریخچه بیوشیمی

رویدادهای مهم گذشته در علم بیوشیمی، مربوط به قرار دادن پدیده‌های بیولوژیکی بر اساس برهمکنش‌های شیمیایی محکم بوده است.

بااین‌حال، قبل از اینکه شیمی بتواند به‌اندازه کافی به پزشکی و کشاورزی کمک کند، باید به یک علم ناب تبدیل می‌شد. این اتفاق در دوره‌ای از حدود 1650 تا 1780 میلادی رخ داد که با کار رابرت بویل شروع شد و در کار آنتوان-لوران لاووازیه، پدر شیمی مدرن به اوج رسید.

جان مایو شباهت اساسی بین تنفس یک حیوان و سوختن یا اکسیداسیون مواد آلی در هوا را مشاهده کرد. سپس، زمانی که لاووازیه مطالعات بنیادی خود را در مورد اکسیداسیون شیمیایی انجام داد و ماهیت واقعی این فرآیند را درک کرد، ازنظر کمی نیز شباهت بین اکسیداسیون شیمیایی و فرآیند تنفسی را نشان داد.

فتوسنتز پدیده بیولوژیکی دیگری بود که توجه شیمیدانان اواخر قرن هجدهم را به خود معطوف کرد. نشان دادن این‌که فتوسنتز اساساً معکوس تنفس است، از طریق کار ترکیبی جوزف پریستلی، یان اینگنهوس و ژان سنبیه، نقطه عطفی در توسعه تفکر بیوشیمیایی بود.

باوجوداین اکتشافات اولیه، پیشرفت سریع در علم بیوشیمی باید منتظر توسعه شیمی آلی ساختاری، یکی از دستاوردهای بزرگ علم قرن 19 می‌بود. یک موجود زنده حاوی هزاران ترکیب شیمیایی مختلف است. روشن شدن دگرگونی‌های شیمیایی که این ترکیبات در سلول زنده متحمل می‌شوند، مشکل اصلی علم بیوشیمی است. واضح است که تعیین ساختار مولکولی مواد آلی موجود در سلول‌های زنده باید مقدم بر مطالعه مکانیسم‌های سلولی باشد که به‌موجب آن این مواد سنتز و تجزیه می‌شوند.

مطلب مرتبط: نگاهی بر انواع سلول ، سازندگان حیات

مرزهای دقیق کمی در علم وجود دارد و مرزهای بین شیمی آلی و فیزیک از یک‌سو و بیوشیمی از سوی دیگر همیشه همپوشانی زیادی نشان داده است. بیوشیمی روش‌ها و نظریه‌های شیمی آلی و فیزیک را به کار گرفته و آن‌ها را در مسائل فیزیولوژیکی به‌کاربرده است. اولین سنتز آزمایشگاهی یک ترکیب آلی، یعنی اوره، توسط فردریش ویلر در سال 1828 اتفاق افتاد. در علم بیوشیمی مدرن بدیهی است که قوانین شیمیایی که در مورد مواد بی‌جان اعمال می‌شود در سلول زنده به همان اندازه معتبر هستند.

دو شخصیت برجسته قرن نوزدهم، یوستوس فون لیبیگ و لوئی پاستور، به‌ویژه مسئول نمایش موفقیت‌آمیز کاربرد شیمی در مطالعه زیست‌شناسی بودند. لیبیگ در پاریس شیمی خواند و اطلاعاتی را که از تماس با دانشجویان و همکاران سابق لاووازیه به دست آورده بود به آلمان بازگرداند. او یک آزمایشگاه بزرگ آموزشی و تحقیقاتی را در گیسن تأسیس کرد که یکی از اولین‌ها در نوع خود بود و دانشجویان را از سراسر اروپا به خود جذب کرد.

لیبیگ چرخه‌های شیمیایی بزرگ در طبیعت را توصیف کرد. وی خاطرنشان کرد: اگر گیاهان فتوسنتز کننده نبودند، حیوانات از روی زمین محو می‌شدند، زیرا حیوانات برای تغذیه خود به ترکیبات آلی پیچیده‌ای نیاز دارند که فقط توسط گیاهان قابل سنتز هستند. فضولات حیوان و بدن حیوان پس از مرگ نیز با فرآیند پوسیدگی به محصولات ساده‌ای تبدیل می‌شوند که فقط توسط گیاهان قابل‌استفاده مجدد هستند.

برخلاف حیوانات، گیاهان سبز برای رشد خود فقط به دی‌اکسید کربن، آب، نمک‌های معدنی و نور خورشید نیاز دارند. مواد معدنی باید از خاک به دست آیند و حاصلخیزی خاک به توانایی آن در تأمین این مواد مغذی ضروری برای گیاهان بستگی دارد؛ اما خاک از این مواد با حذف محصولات متوالی تهی شده، بنابراین نیاز به کود دارد. لیبیگ اشاره کرد که آنالیز شیمیایی گیاهان می‌تواند به‌عنوان راهنمای موادی باشد که باید در کودها وجود داشته باشند؛ بنابراین شیمی کشاورزی به‌عنوان یک علم کاربردی متولد شد.

لیبیگ در تحلیل تخمیر، پوسیدگی و بیماری‌های عفونی کمتر خوش‌شانس بود. او شباهت این پدیده‌ها را پذیرفت، اما نپذیرفت که موجودات زنده ممکن است به‌عنوان عوامل ایجادکننده‌ی این پدیده عمل کنند.

در ادامه پاستور این موضوع را روشن کرد. در دهه 1860 پاستور ثابت کرد که مخمرها و باکتری‌های مختلف مسئول انواع تخمیر هستند. او همچنین مزیت روش‌های شیمیایی را در مطالعه این موجودات کوچک نشان داد و بنیان‌گذار علمی بود که باکتری‌شناسی نامیده شد.

ماهیت شیمیایی آنزیم‌ها تا سال 1926 که اولین آنزیم کریستالی خالص (اوره آز) جدا شد، مبهم بود. ثابت شد که این آنزیم و بسیاری دیگر از آنزیم‌هایی که بعدها جدا شدند، پروتئین‌هایی هستند که قبلاً به‌عنوان زنجیره‌های با وزن مولکولی بالا از زیر واحدهایی به نام اسیدهای آمینه تشکیل شده بودند.

معمای اینکه چگونه مقادیر اندکی از مواد مغذی معروف به ویتامین‌ها از بیماری‌هایی مانند بری بری، اسکوربوت و پلاگر جلوگیری می‌کنند، در سال 1935 مشخص شد. ریبوفلاوین (ویتامین B2) بخشی جدایی‌ناپذیر از یک آنزیم است. کار بعدی این مفهوم را اثبات کرد که بسیاری از ویتامین‌ها به دلیل نقش آن‌ها در آنزیم‌ها در واکنش‌های شیمیایی سلول ضروری هستند.

در سال 1929 ماده آدنوزین تری فسفات (ATP) از ماهیچه جدا شد و تحقیقات بعدی نشان داد که تولید ATP با فرآیندهای تنفسی (اکسیداتیو) در سلول مرتبط است. در سال 1940 لیپمان پیشنهاد کرد که ATP شکل رایج تبادل انرژی در بسیاری از سلول‌ها است، مفهومی که اکنون کاملاً مستند شده است. همچنین نشان داده شده که ATP منبع انرژی اولیه برای انقباض عضلانی است.

مطلب مرتبط: تنفس سلولی | بیوشیمی حیات

استفاده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو عناصر شیمیایی برای ردیابی مسیر مواد در بدن حیوانات در سال 1935 توسط دو شیمیدان آمریکایی آغاز شد. این تکنیک یکی از مهم‌ترین ابزارها را برای بررسی تغییرات شیمیایی پیچیده‌ای که در فرآیندهای موجود زنده رخ می‌دهد ارائه کرد. تقریباً در همان زمان، سایر دانشمندان، مکان‌های واکنش‌های متابولیک را با پیشرفت‌های مبتکرانه در مطالعات اندام‌ها، برش‌های بافت، مخلوط‌های سلولی، سلول‌های منفرد و درنهایت اجزای سلولی منفرد، مانند هسته‌ها، میتوکندری‌ها، ریبوزوم‌ها، لیزوزوم‌ها و غشاها شناسایی کردند.

مطلب مرتبط: اندامک های سلولی

در سال 1869 ماده‌ای از هسته سلول‌ها جداشده و اسید نوکلئیک نامیده شد که بعدها آن را اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) نامیدند، اما تا سال 1944 اهمیت DNA به‌عنوان ماده ژنتیکی آشکار نشد. در طی یک دهه پس از آن کشف، ساختار مارپیچ دوگانه DNA توسط واتسون و کریک پیشنهاد شد که مبنایی محکم برای درک اینکه چگونه DNA در تقسیم سلولی و حفظ ویژگی‌های ژنتیکی نقش دارد، ارائه کرد.

پیشرفت‌ها از آن زمان تاکنون، با رویدادهای مهمی مانند اولین سنتز شیمیایی یک پروتئین، نقشه‌برداری دقیق از آرایش اتم‌ها در برخی آنزیم‌ها و روشن شدن مکانیسم‌های پیچیده تنظیم متابولیک، ازجمله عملکرد مولکولی هورمون‌ها ادامه پیدا کرده است.

کاربردهای علم بیوشیمی در زمینه‌های مختلف مثل زیست‌شناسی و پزشکی گسترش پیدا کرده که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره خواهد شد.

کاربرد علم بیوشیمی

یکی از کاربردهای علم بیوشیمی، شناخت فرایندهای بیولوژیکی است که در سلول‌های موجودات مختلف انجام می‌شوند.

از دیگر کاربردهایی بیوشیمی، مطالعه ویژگی‌های مولکول‌های بیولوژیکی برای اهداف مختلف زیستی و پزشکی است.

بیوشیمی‌دانان می‌توانند برای مولکول‌های زیستی مختلف جایگزین تعیین کرده و مثلاً به تولید شیرین‌کننده‌های مصنوعی کمک کنند.

بیوشیمی‌دانان همچنین می‌توانند به سلول‌ها برای تولید محصولات جدید کمک کنند به‌عنوان‌مثال بخشی از فرایند ژن‌درمانی در حوزه بیوشیمی جای می‌گیرد.

شاخه‌های زیادی از علم بیوشیمی وجود داشته که هرکدام تمرکز و حوزه مطالعاتی خاص خود را دارند. در ادامه مروری کوتاه بر برخی از محبوب‌ترین شاخه‌ها آورده شده است.

شاخه‌ها و گرایشات علم بیوشیمی

گرایشات کلی علم بیوشیمی

گرایشات کلی بیوشیمی

1. بیوشیمی سلولی

این شاخه از علم بیوشیمی بر فرآیندهای شیمیایی درون سلول‌ها تمرکز دارد که شامل مطالعه چگونگی تولید انرژی، ذخیره و استفاده از مواد مغذی توسط سلول‌ها و نحوه تولید و حفظ ساختارشان است.

2. بیوشیمی مولکولی

این شاخه از علم بیوشیمی به ساختار و عملکرد بیومولکول‌ها مانند پروتئین‌ها، DNA و کربوهیدرات‌ها می‌پردازد که شامل درک چگونگی انجام واکنش‌های بیوشیمیایی این مولکول‌ها و نحوه تعامل آن‌ها است.

3. بیوشیمی متابولیسم

این شاخه از علم بیوشیمی بر واکنش‌های شیمیایی در بدن برای حفظ حیات تمرکز دارد که شامل مطالعه تولید انرژی، متابولیسم مواد مغذی و سم‌زدایی است.

4. ژنتیک بیوشیمیایی

این شاخه از علم بیوشیمی به بررسی نقش ژن‌ها در فرآیندهای بیوشیمیایی می‌پردازد که شامل درک چگونگی نقش ژن‌ها در سنتز پروتئین‌ها و سایر مولکول‌های زیستی و نحوه عملکرد آن‌ها است.

گرایشات مرتبط با علم بیوشیمی

1. بیوشیمی ساختاری

یکی از گرایشات بیوشیمی، بیوشیمی ساختاری است که هدف آن، حوزه‌ای از علم بیوشیمی در درک معماری شیمیایی ماکرو مولکول‌های بیولوژیکی، به‌ویژه پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) است.

2. بیوشیمی آلی

حوزه‌ای از علم بیوشیمی که بامطالعه ترکیبات آلی (ترکیباتی که پیوندهای کووالانسی کربن-کربن یا کربن-هیدروژن دارند) که به‌طور خاص از موجودات زنده می‌آیند، سروکار دارد. این علم ارتباط نزدیکی با علم بیوشیمی کلاسیک دارد زیرا بیشتر ترکیبات بیولوژیکی دارای کربن هستند.

3. آنزیم شناسی

رفتار کاتالیزورها یا آنزیم‌های بیولوژیکی، کو آنزیم‌ها و کو فاکتورها مانند فلزات و ویتامین‌ها را مطالعه می‌کند؛ بنابراین مکانیسم‌های کاتالیز، فرآیندهای برهم‌کنش حالت گذار کاتالیزوری آنزیم-سوبسترا، فعالیت‌های آنزیمی، سینتیک واکنش، تنظیم و بیان آنزیم، همه از دیدگاه بیوشیمیایی مورد سؤال قرار می‌گیرند.

4. بیوشیمی متابولیسم

حوزه‌ای از علم بیوشیمی که انواع مختلف مسیرهای متابولیک را در سطح سلولی و بافت موجود زنده بررسی می‌کند. متابولیسم مجموعه‌ای از علم و تکنیک‌های اختصاص‌یافته به مطالعه کامل سیستم است که شامل گروهی از مولکول‌ها می‌شود که واسطه‌های متابولیک هستند. این متابولیت‌های اولیه و ثانویه را می‌توان در یک سیستم بیولوژیکی یافت.

5. زنوبیوتیک‌ها

این علم رفتار متابولیکی ترکیباتی را مطالعه می‌کند که ساختار شیمیایی آن‌ها، در متابولیسم منظم یک ارگانیسم خاص، نیست. این ترکیباتی که وارد بدن انسان می‌شوند، ممکن است متابولیت‌های ثانویه سایر ارگانیسم‌ها (مانند مایکوتوکسین‌ها، سم مار و مواد شیمیایی گیاهی) بوده یا در طبیعت وجود نداشته یا ترکیبات نادری باشند.

. ایمونولوژی

یکی از حوزه‌های زیست‌شناسی است که به مطالعه واکنش ارگانیسم به موجودات دیگر مانند باکتری‌ها و ویروس‌ها می‌پردازد. این علم پاسخ و عملکرد ایمنی موجودات زنده را در نظر گرفته و در این زمینه مطالعات چگونگی تولید آنتی‌بادی‌ها ضروری است.

7. مطالعه غدد درون‌ریز

مطالعه ترشحات داخلی به نام هورمون که توسط سلول‌های تخصصی تولیدشده و هدف آن‌ها تأثیرگذاری بر عملکرد سلول‌های دیگر است در این شاخه قرار می‌گیرد. این علم بررسی بیوسنتز، ذخیره‌سازی و عملکرد هورمون‌ها، سلول‌ها و بافت‌های ترشح‌کننده و مکانیسم‌های سیگنال دهی هورمون است.

8. نوروشیمی

حوزه‌ای از علم بیوشیمی در مطالعه مولکول‌های آلی درگیر در فعالیت عصبی است. این اصطلاح اغلب به‌عنوان انتقال‌دهنده‌های عصبی و مولکول‌های دیگر مانند داروهای فعال عصبی مؤثر بر عملکرد عصبی شناخته می‌شود.

9. کموتاکسونومی

مطالعه طبقه‌بندی و شناسایی اجسام بر اساس تفاوت‌ها و شباهت‌های قابل‌اثبات در ترکیب شیمیایی آن‌ها است. ترکیبات موردمطالعه می‌توانند فسفولیپیدها، پروتئین‌ها، پپتیدها، گلیکوزیدها، آلکالوئیدها و ترپن‌ها باشند.

10. اکولوژی شیمیایی

مطالعه ترکیبات شیمیایی با منشأ بیولوژیکی که در تعاملات موجودات زنده نقش دارند. این علم بر تولید و پاسخ مولکول‌های سیگنالینگ (نیمه شیمیایی) و ترکیباتی که بر رشد، بقا و تولیدمثل موجودات دیگر تأثیر می‌گذارند (آللو شیمیایی) تمرکز دارد.

11. ویروس‌شناسی

یکی از حوزه‌های زیست‌شناسی است که به مطالعه بیوسیستم‌های ابتدایی یعنی ویروس‌ها، همچنین طبقه‌بندی و تشخیص، عملکرد و ساختار مولکولی آن‌ها اختصاص یافته است. هدف این علم شناسایی اهداف عملکردی برای داروها و واکسن‌های بالقوه برای جلوگیری از گسترش مستقیم یا پیشگیری است.

12. ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک

حوزه‌ای از علم بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی که به مطالعه ژن‌ها و بیان آن‌ها می‌پردازد. در این دسته از مطالعات از ابزارها و تکنیک‌های قدرتمندی مانند PCR استفاده می‌شود.

13. زیست‌شناسی مولکولی

هدف این رشته، بررسی فرآیندهای در حال وقوع در موجودات زنده از دیدگاه مولکولی است. هدف این علم مطالعه رفتار ماکرو مولکول‌های بیولوژیکی (DNA، RNA، آنزیم‌ها، هورمون‌ها و غیره) در داخل سلول است و عملکرد طبیعی موجود زنده را با این ویژگی‌ها در سطح مولکولی توضیح می‌دهد.

14. زیست‌شناسی سلولی

این علم حوزه‌ای از زیست‌شناسی است که به مطالعه مورفولوژی و فیزیولوژی پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌ها اختصاص‌یافته است. برخی از تکنیک‌های مورداستفاده در زیست‌شناسی سلولی مربوط به تکنیک‌های سیتوشیمیایی، کشت سلول‌های گیاهی، مشاهده با میکروسکوپ نوری و الکترونی، سیتوشیمی ایمنی، هیستوشیمی ایمنی، الایزا یا فلوسایتومتری است.

شاخه‌های اصلی بیوشیمی

1. زیست‌شناسی مولکولی

زیست‌شناسی مولکولی ساختار و عملکرد ماکرو مولکول‌ها را مطالعه می‌کند که مولکول‌های بزرگی هستند و از اتم‌های زیادی تشکیل‌شده‌اند. این مولکول‌ها را می‌توان در همه موجودات زنده یافت و مسئول نحوه عملکرد سلول‌ها هستند. زیست شناسان مولکولی چگونگی تا شدن ماکرو مولکول‌ها و سازمان‌دهی و تعامل آن‌ها با یکدیگر را مطالعه می‌کنند.

2. ژنتیک

ژنتیک، علم مطالعه ساختار ژنتیکی یک موجود زنده، ازجمله ویژگی‌ها، توانایی‌ها و بیماری‌های آن است. ژنتیک اساس زیست‌شناسی مدرن است و به شکل‌گیری درک افراد از زندگی و بیماری‌ها کمک کرده است.

مطلب مرتبط: علم ژنتیک

3. بیوشیمی پروتئین‌ها

پروتئین‌ها بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین مولکول‌های بدن هستند. یک پروتئین از اسیدهای آمینه تشکیل‌شده که در یک زنجیره به هم متصل شده‌اند و اسیدهای آمینه به ترتیبی سازمان‌دهی شده‌اند که عملکرد پروتئین را مشخص می‌کند. پروتئین‌ها برای بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی در بدن ضروری هستند؛ پروتئین‌ها مولکول‌های حیاتی در بدن ما بوده و تقریباً به هر عملکرد بدن از حرکت ماهیچه‌ها، هضم و متابولیسم گرفته تا ایمنی در برابر بیماری‌ها کمک می‌کنند.

4. بیوشیمی DNA

تقریباً همه گونه‌های زنده دارای DNA به‌عنوان ماده ژنتیکی خود هستند. دنا شامل یک زنجیره طولانی از نوکلئوتیدها است که واحدهای ساختار شیمیایی هستند. هر نوکلئوتید حاوی یک قند دئوکسی ریبوز، یک گروه فسفات و یک باز نیتروژنی است. توالی نوکلئوتیدی DNA طرح اولیه پروتئین‌های تشکیل‌دهنده سلول است.

مطلب مرتبط: دی ان ای (DNA) چیست؟ – به زبان ساده

5. بیوشیمی کربوهیدرات‌ها

کربوهیدرات‌ها، درشت مغذی‌هایی هستند که می‌توانند در غذا وجود داشته باشند. کربوهیدرات‌ها به اشکال مختلفی وجود داشته و هرکدام مجموعه‌ای از خواص و پیامدهای سلامتی خاص خود رادارند. کربوهیدرات‌ها از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل‌شده و منبع اصلی انرژی بدن هستند و می‌توان آن‌ها را از غذاهای مختلف به دست آورد. بدن از کربوهیدرات‌ها (گلوکز) برای تولید انرژی استفاده می‌کند.

مطلب مرتبط: کربوهیدرات‌ ها، سوخت اصلی سلول‌

6. بیوشیمی لیپیدها

لیپیدها یک کلاس مولکولی گسترده هستند که شامل چربی‌ها، موم‌ها و استرول‌ها می‌شوند. لیپیدها برای بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی ازجمله تولید و ذخیره انرژی، عملکرد غشای سلولی و تولیدمثل ضروری هستند. لیپیدها از دو نوع مولکول تشکیل‌شده‌اند: اسیدهای چرب و کلسترول.

اسیدهای چرب نوعی مولکول لیپیدی هستند که از یک زنجیره کربنی و یک زنجیره هیدروکربنی تشکیل‌شده‌اند. اکثر اسیدهای چرب غیراشباع هستند، به این معنی که یک یا چند اتم کربن در زنجیره هیدروکربنی فاقد یک اتم هیدروژن هستند. اسیدهای چرب غیراشباع برای سلامت انسان ضروری بوده و برای رشد مو و پوست سالم ضروری هستند و می‌توانند به پیشگیری از بیماری قلبی کمک کنند.

مطلب مرتبط: لیپید، مولکولی هزارچهره

7. بیوشیمی هورمون‌ها

هورمون‌ها مواد شیمیایی هستند که توسط بدن برای کنترل یا تنظیم عملکردهای مختلف آن تولید می‌شوند. هورمون‌ها عملکردهای بدن مانند رشد، متابولیسم، تولیدمثل، خواب، خلق‌وخو، اشتها و درد را کنترل می‌کنند و همچنین نقش اساسی در تنظیم سایر هورمون‌ها دارند.

سطح هورمون در طول زندگی ما تغییر می‌کند. برخی از هورمون‌ها بسته به سن، جنسیت، وضعیت سلامتی، سبک زندگی، وضعیت عاطفی، فصل و زمان روز افزایش یا کاهش می‌یابند.

به بیان ساده، هورمون‌ها پیام‌رسان‌های شیمیایی هستند که از طریق جریان خون حرکت کرده تا به سلول‌های هدف خود برسند. هنگامی‌که آن‌ها به مقصد خود می‌رسند، به گیرنده‌های داخل این سلول‌ها متصل شده و باعث ایجاد یک واکنش زنجیره‌ای می‌شوند که منجر به پاسخ خاصی می‌گردد.

دو نوع اصلی هورمون وجود دارد: هورمون‌های پپتیدی، هورمون‌های استروئیدی.

هورمون‌های پپتیدی از پروتئین‌ها ساخته می‌شوند و نوع کوچکی از هورمون‌ها هستند.

هورمون‌های استروئیدی از منابع گیاهی یا حیوانی ساخته می‌شوند و مهم‌ترین نوع هورمون هستند.

8. بیوشیمی هسته سلول

هسته محل اولیه‌ای است که اطلاعات ژنتیکی در طی میتوز و میوز از سلول‌های مادر به دختر منتقل می‌شود. علاوه بر DNA، پروتئین‌های هسته‌ای نیز نقش اساسی در بیان ژن، تنظیم رونویسی و سازمان‌دهی کروموزوم ایفا می‌کنند.

هسته حاوی اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) و سایر مولکول‌های زیستی مانند هیستون‌ها، ریبوزوم‌ها و RNA های انتقالی است. هسته‌ها توسط غشاء محدودشده‌اند و حاوی اندامک‌های متعددی بوده که بخش‌های تخصصی درون سیتوپلاسم هستند. یک اندامک نیز از انواع درشت مولکول‌ها تشکیل‌شده است.

9. بیوشیمی غشای سلولی

غشای سلولی یک لایه نازک و انعطاف‌پذیر است که سلول را احاطه کرده و به محافظت از آن کمک می‌کند. غشای سلولی شامل یک دولایه از مولکول‌های چربی با پروتئین است. غشای سلولی نیمه‌تراوا بوده و به برخی از مواد اجازه عبور از آن را می‌دهد اما به برخی دیگر نه. غشای سلولی برای حفظ محیط داخلی سلول و تنظیم حرکت مواد به داخل و خارج از سلول ضروری است.

10. بیوشیمی اندامک‌های سلولی

اندامک‌های سلولی ساختارهای ریزی هستند که در سلول‌های همه موجودات زنده یافت می‌شوند. آن‌ها وظایف مختلف سلول را بر عهده داشته و هرکدام نقش خاصی را بر عهده‌دارند. رایج‌ترین اندامک‌های سلولی هسته، میتوکندری، کلروپلاست و دستگاه گلژی هستند.

هسته مرکز کنترل سلول بوده و DNA سلول را در خود جای می‌دهد.

میتوکندری‌ها نیروگاه‌های سلولی بوده و انرژی لازم برای عملکرد سلول را تولید می‌کنند.

کلروپلاست‌ها وظیفه فتوسنتز را عهده‌دار بوده و انرژی خورشید را به غذای سلول تبدیل می‌کنند.

دستگاه گلژی وظیفه بسته‌بندی و تحویل محصولات سلول را بر عهده دارد.

اندامک‌های سلولی برای عملکرد صحیح سلول ضروری بوده و بدون آن‌ها سلول نمی‌تواند زنده بماند.

مطلب مرتبط: اندامک های سلولی

11. بیوشیمی سلول

سلول‌ها واحدهای اساسی زندگی هستند. همه موجودات زنده از سلول تشکیل‌شده و سلول‌ها واحدهای کوچکی از یک موجود زنده هستند که می‌توانند تمام عملکردهای موجود زنده را انجام دهند. سلول از قسمت‌های زیادی تشکیل‌شده است.

غشای سلولی لایه نازکی است که سلول را احاطه کرده و به محافظت از آن کمک می‌کند. غشای سلولی از فسفولیپیدها تشکیل‌شده که مولکول‌هایی دارای سر آب‌دوست و دم آب‌گریز هستند.

سیتوپلاسم ماده ژل‌مانندی است که سلول را پر می‌کند. سیتوپلاسم جایی است که بیشتر واکنش‌های شیمیایی حیات در آن انجام می‌شود.

هسته یک ساختار بزرگ و گرد بوده که در سیتوپلاسم یافت می‌شود. هسته حاوی DNA سلول یا ماده ژنتیکی است و عملکرد سلول را کنترل می‌کند.

سلول همچنین شامل بسیاری از ساختارهای کوچک‌تر به نام اندامک است مثل شبکه آندوپلاسمی که در سنتز پروتئین‌ها نقش دارد.

12. بیوشیمی سرطان

سرطان یک بیماری است که با رشد غیرطبیعی سلول‌ها مشخص می‌شود. درحالی‌که علت دقیق سرطان مشخص نیست، اعتقاد بر این است که بیماری سرطان ناشی از ترکیبی از عوامل ژنتیکی و محیطی است. رشد غیرطبیعی سلول‌ها از تغییر در بیوشیمی آن‌ها ناشی می‌شود. این تغییر در بیوشیمی می‌تواند نتیجه جهش در DNA سلول‌ها بوده یا می‌تواند نتیجه قرار گرفتن در معرض یک ماده سرطان‌زا باشد.

سلول‌های سرطانی سریع‌تر از سلول‌های طبیعی رشد کرده و تقسیم می‌شوند و همچنین احتمال مرگ آن‌ها درزمانی که باید، کمتر است و این امر منجر به تجمع غیرطبیعی سلول‌ها شده که می‌تواند تومور ایجاد کند.

انواع مختلفی از سرطان وجود دارد و بیوشیمی هر نوع منحصربه‌فرد است. بااین‌حال، همه انواع سرطان برخی از ویژگی‌های استاندارد را به اشتراک می‌گذارند. به‌عنوان‌مثال، تمام سلول‌های سرطانی میزان متابولیسم بالایی داشته و برای رشد و تقسیم به انرژی زیادی نیاز دارند. سلول‌های سرطانی حساسیت کمتری به سیگنال‌های مرگ سلولی دارند و اغلب در برابر اثرات داروهای ضد سرطان مقاوم هستند.

تحصیل در رشته بیوشیمی

تعداد زیادی از دانشگاه‌ها، رشته بیوشیمی را به‌عنوان یک‌رشته مجزا در مقاطع تحصیلات تکمیلی ارائه می‌دهند و افراد علاقه‌مند به ادامه تحصیل در بیوشیمی باید در دوره کارشناسی دروس مرتبط بسیاری را بگذرانند. دانش عمومی بالا در زیست‌شناسی و شیمی برای تحصیل در این رشته بسیار مهم است. در حال حاضر در ایران، رشته بیوشیمی به‌صورت یک رشته‌ی مجزا در مقطع کارشناسی ارائه نمی‌شود و علاقه‌مندان می‌توانند از گرایش‌های رشته‌های زیست‌شناسی و شیمی در کارشناسی، وارد رشته بیوشیمی در مقطع ارشد شوند.

برای ادامه تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد رشته بیوشیمی، فارغ‌التحصیلان کارشناسی رشته‌های زیست‌شناسی یا شیمی، نیاز به گذراندن دوره‌های شیمی و دوره‌های زیست‌شناسی دارند. در ادامه دانشجویان کارشناسی ارشد در طول تحصیل در این رشته دوره‌های خاص را می‌گذرانند. علاوه بر این، یک بیوشیمیست موفق نیاز به کسب مهارت در ریاضی و آمار نیز دارد.

مطلب مرتبط: زیست شناسی چیست؟ – به زبان ساده

تفاوت‌های جزئی بین دروس تدریسی در هر دو رشته وجود داشته و دروس در اکثر موارد مشابه هستند. مثلاً در بیوشیمی پایه دانشجویان با اصول پایه علم بیوشیمی و چگونگی و نحوه انجام واکنش‌های بیوشیمیایی و متابولیسمی بدن آشنا می‌شوند، ولی در بیوشیمی بالینی، مباحث بیوشیمی بیشتر از جنبه پزشکی و تشخیص طبی موردمطالعه قرار می‌گیرند.

مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک (IBB) در تهران به دلیل اهمیت رشته بیوشیمی در سال ۱۳۵۴ تأسیس شد و هدف آن تمرکز بر تحقیقات در زمینه بیوشیمی و بیوفیزیک بود. اولین دانشجویان رشته بیوشیمی در سال 1356 در این دانشکده پذیرش شدند و گروه آموزشی بیوشیمی در سال 1381 به‌صورت مستقل کار خود را آغاز کرد.

جمع‌بندی

همان‌طور که اشاره شد علم مطالعه فرآیندهای شیمیایی که درون سلول زنده رخ می‌دهد علم بیوشیمی نامیده می‌شود. علم بیوشیمی ازآن‌جهت که در سطح سلولی و مولکولی فرآیندهای زیستی را بررسی می‌کند در شناخت و توسعه درمان برای بیماری‌های ناشی از اختلالات مسیرهای بیولوژیکی بسیار مهم است. علاوه بر این علم بیوشیمی در صنعت، مثل تولید آنزیم برای مصارف صنعتی نیز نقش دارد. کاربردهای فراوان این علم نشان از اهمیت پیشرفت و گسترش آن برای بهبود شرایط زندگی دارد.