جایگاه بیوشیمی در زیست شناسی

شناخت ماهیت پدیده‌های زیستی و ساختار شیمیایی ماده زنده مستلزم دانشی بوده است که بتواند پاسخگوی کلیه پرسشها و ابهامات موجود در این زمینه باشد. دانش بیوشیمی (زیست شیمی) دانشی است که درباره شیمی زیستی گفتگو می‌کند و امروزه با پیشرفت چشمگیر و گسترش وسیع خود از ارکان اصلی علوم زیستی به شمار می‌آید. برای همین ، بیوشیمی دانشی است چند جانبه که اصول پایه را از چهار دانش زیست شناسی ، شیمی و ریاضی اخذ می‌کند تا بصورت یک دانش کامل در آید.

تاریخچه بیوشیمی

نخستین مطالعات در زمینه بیوشیمی با معرفی شیمی آلی به عنوان دانش مستقل همراه بوده است سنتز آزمایشگاهی بعضی از ترکیبات زیستی مانند اوره توسط وولر (1828) برخی از دانشمندان را بر آن داشت که اختصاصات زیستی را با دانش شیمی توجه کنند وان لیه بیگ نخستین دانشمندی بود که با مطالعه شیمی فیزیولوژی امروز از آنها یاد می‌شود اصل متابولیسم (سوخت و ساز) را به عنوان مجموعه‌ای از فرآیندهای شیمیایی معرفی کرد که طی آن مواد ساخته و یا تخریب می‌شوند. و بعد هوپ سیلر مطالعات خود را بر روی شیمی گویچه‌های سرخ خون متمرکز کرده بود توانست هموگلوبین یعنی ماده سرخ رنگ خون را برای نخستین بار جداسازی و شناسایی کند. اواسط سده هجدهم و سده نوزدهم دوران توسعه دانش بیوشیمی بوده است.

 

مخمرها که تخمیر الکلی را انجام می‌دهد آنزیمها به عنوان کاتالیزورهای زیستی ، اسیدهای آمینه به عنوان واحدهای ساختار پروتئینها از اهم موادی هستند که یکی پس از دیگری بررسی و کشف شده‌اند. شناسایی هورمونها ، لیپیدها ، ویتامینها ، متبلور کردن آنزیمها و کشف چرخه اوره و چرخه کربن توسط کربس و بالاخره کشف ساختار ماده ژنتیکی یافته توسط واتسون و کریک در سال 1953 دانش بیوشیمی را به عنوان ابزاری جدید برای مطالعه جنبه‌هایی از فعالیتهای یاخته‌ای عملکرد فرآیندهای زیستی که منحصرا از علوم زیستی آن زمان امکان پذیر نبود معرفی کرد.

علوم مرتبط با بیوشیمی

با اینکه بیوشیمی به عنوان دانشی مستقل مطرح است ارتباط آن را با شاخه‌های علوم زیستی مانند زیست شناختی یاخته‌ای ، زیست مولکولی ، ژنتیک ، فیزیولوژی و بیوفیزیک نمی‌توان انکار کرد.

موضوعات مورد بحث در بیوشیمی

در بیوشیمی ترکیبات اصلی و اولیه سازنده ماده زنده مورد بحث قرار می‌گیرد انواع عناصر شیمیایی اهمیت عنصر کربن و اتصالات مربوط به آن در زندگی جانوران و جهان زنده نقش آن در ایجاد ترکیباتی با ماهیت کاملا متفاوت از حالت بی‌جان ، انواع پیوندهای شیمیایی مهم از دیگر مسائلی است که مورد بحث می‌گیرد. و همچنین خواص آب و PH و اهمیت آنها در فرآیندهای زیستی مورد توجه قرار گرفته به علاوه نمکها ، اتصال مولکولهای کوچک به یکدیگر و ایجاد رشته مولکولهای زیستی مانند پروتئینها ، لیپیدها ، کربوهیدرتها و اسیدهای نوکلوئیک مورد توجه قرار دارند.

 

عناصر شیمیایی سازنده ماده زنده همان عناصری هستند که در طبیعت بی جان وجود دارند تفاوات عمده ماده زنده با اجسام بی جان در تنوع، تعداد و چگونگی سازمان این عناصر است. عنصر کربن به علت خواص ویژه خود از سایر عناصر مجزا شده بر اساس ساختار ماده زنده را تشکیل می‌دهد این عنصر توانایی ایجاد اتصالات کووالانسی با کربن و سایر عناصر را دارد. وجود پیوندهای یگانه و دوگانه در بین کربنهای مولکول ، چرخشهای درون مولکولی را موجب شده و بدین ترتیب ساختار متنوعی را با ساختار فضایی مختلف ایجاد می‌کند. وجود کربنهای نامتقارن در مولکولهای زیستی ایزومرهای فضایی را بوجود می‌آورد که از نظر ساختار و عمل اهمیت بسیار دارند.

 

پیوندهای شیمیایی مانند پیوندهای هیدروژنی آب گریز و یونی از نیروهای اصلی و مهم در شکل گیری و پایداری درشت مولکولهای زیستی به شمار می‌روند. از بین مولکولهای زیستی آب ارزش خاصی دارد و از بهترین حلالهاست. ساختار ویژه مولکول آب ساختار دو قطبی را بوجود می‌آورد تا توانایی لازم برای ایجاد پیوند هیدروژنی بین مولکولهای آب و سایر ترکیبات را به آن ببخشد به همین دلیل ترکیبات قطبی سریعا در آب حل می‌شوند در حالی که ترکیبات غیرقطبی اشکال اختصاصی به نام میسل را می‌سازند. مولکول آب می‌تواند یونی شده به یونهای +H و -OH تفکیک شود در محلولهای بسیار رقیق غلظت یون +H برابر 1x10-7 مول است و به صورت +LogH- یا PH بیان می‌شود.

 

اسیدها به عنوان ترکیبات دهنده پروتونها و بازها به عنوان ترکیبات گیرنده پروتون تعریف می‌شوند ثابت تفکیک با Log K- بیان شده و به صورت pk نشان داده می‌شود بین PH محلولهای مختلف میزان PK و غلظت ترکیبات دهنده و گیرنده پروتون رابطه‌ای برقرار است که معادله هندرسون - هاسلباخ نامیده می‌شود. علاوه بر عناصر شیمیایی ترکیبات ریز مولکول و درشت مولکولها نیز در ساختار اعمال مختلف ماده زنده شرکت می‌کنند، از چهار ترکیب اصلی درشت مولکولهای زیستی می‌توان از اسیدهای نوکلئیک ، کربوهیدراتها و لیپیدها را نام برد.

خلاصه : شناخت ماهیت پدیده‌های زیستی و ساختار شیمیایی ماده زنده مستلزم دانشی بوده است که بتواند پاسخگوی کلیه پرسشها و ابهامات موجود در این زمینه باشد.

لطفا اندیشه و نظر خود را در قسمت نظرات اعلام کرده و بنویسید.