الكيمياء الحيوية Biochemistry

الكيمياء الحيوية Biochemistry



الكيمياء الحيوية دراسةُ العمليّات الكيميائية التي تجري في جميع الكائنات الحية. يُجري علماء الكيمياء الحيوية البحث في الجزيئات التي توجد في خلايا الحيوانات والنباتات والكائنات الحية الأخرى. ويُوجَدُ العديدُ من العناصر المألوفة، مثل الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين، في مركبات كيميائية داخل أجسام الكائنات الحية. ويحاول العلماءُ تحديد تراكيب مثل هذه المركبات ووظائفها الأحيائية.

تحتوي كل الكائنات الحية على مُركبات تُدعى الكربوهيدرات والدهنيات والحموض النووية والبروتينات. تساعد جزيئات هذه المركبات التراكيب على تكوين البنى المختلفة في الخلية، وتُمكنها من العمل بدقةٍ. وتؤدي بعض المواد غير العضوية مثل المعادن والماء دوراً مهمًا في نمو الخلية وبقائها.




البحوث الكيميائية الحيوية. تغطي هذه البحوث مجموعةً متنوعةً من العمليّات، حيث يُجري العلماء مثلا الدراسات على الجزيئات البروتينية الكبيرة التي تُدْعى الإنزيمات أو الخمائر، التي تُسرع التفاعلات الكيميائية في المادة الحية. تُعزز الإنزيمات الموجودة في جسم الإنسان التغيّرات الكيميائية الضرورية للوظائف الحيوية كالهضم وتقلّص العضلات. ويعين العلماء جزيئات الإنزيم، التي تُنتجها الخلايا ويدرسون الآلية التي تتبعها هذه الجزيئات لتسريع التفاعلات الكيميائية انظر: الإنزيم.

وتُعنى بحوث كيميائية حيوية أخرى بالمواد التي تساعد على تنظيم الأيض، وهي العملية التي تحوّل بها الكائناتُ الحيّة الغذاء إلى طاقة وأنسجة جديدة. ويبحث العلماءُ تحديد الدور الدقيق للحمض النووي في الأيض الذي يدعىDNA (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين). ويدرسون أيضا الهورمونات، التي تُنتجها الأجزاء المختلفة للكائن الحي. والهورمونات موادّ كيميائيةُ تُؤثر على وظائف الجسم المتعددة. ويأْملُ الباحثون معرفة كيف تساعد المراسيل الكيميائية في تنظيم الأيض. انظر: الهورمون؛الأيض.

وقد ساعدت الكيمياء الحيوية من خلال دراسة الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، على توضيح القواعد الجزيئية لقوانين علم الوراثة. وتوجد جزيئات الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين في تراكيب خيطية رفيعة تدعى بالصبغيات أو الكروموزومات في نواة الخلية وتحمل هذه الجزيئاتُ المعلومات الوراثية من جيلٍ من الخلايا إلى آخر، وهكذا تنقل الكائنات الحية الصفات الوراثية إلى نسلها. استخدم علماء الكيمياء الحيوية ماتوصلوا إليه حول الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين في الهندسة الوراثية، لإيجاد جزيئات بروتين جديدة والبدء في إضفاء خصائص جديدة لبعض الكائنات الحية. انظر: الخلية؛ الهندسة الوراثية؛ الوراثة.

وساهم بحث آخر في فهم عملية التركيب الضوئي. وقد توصل البحث إلى الإجابة عن العديد من الأسئلة حول هذه العملية المعقدة، التي تُحول فيها النباتاتُ الخضراء الطاقة الاشعاعية للشمس إلى الطاقة الكيميائيّة للكربوهيدرات. انظر: التركيب الضوئي؛النبات .

وقد وسّعت بحوث الكيمياء الحيوية المعرفة العلميَّة في كثيرٍ من الحقول الأخرى لعلم الأحياء وعلم الطب؛ إذ تساعد معرفة الإنزيمات مثلا، الأطباء في تشخيص أمراض معينة للعظام والكبد. كما أسهمت الكيمياءُ الحيوية أيضا في اكتشاف عدد من المضادات الحيويّة. وتستعمل هذه الأدوية لمعالجة أنواع متعددة من الأمراض؛ لأنها تتمكن من تدمير الجراثيم التي تسبب الالتهاب. ويمكن مستقبلاً أن توفر الكيمياء الحيوية معلومات أفضل عن سبب نمو السرطان. كما يمكن أن تساعد العلماء في إيجاد أدوية أكثر فعالية.

وأفادت أبحاث الكيمياء الحيوية أيضاً الزراعة. فاستعمل المزارعون نتائجها لتطوير المحاصيل ورفع جودتها وتوسيع مدى القدرة على الإنتاج.



الطرق الاستقصائية. يستعمل علماء الكيمياء الحيوية مجموعة متنوعة من الطرق العلمية في دراساتهم. فهم يعتمدون كثيراً على طريقة تقنية تدعى الفصل الكروماتوغرافي لفصل وتشخيص المركبات العضوية انظر: الفصل الكروماتوغرافي. وتفيد هذه الطريقة بشكل خاص في عزل الحموض الأمينية وهي المركبات التي تشكل البروتينات.



الاستشراد طريقة أخرى تُستعملُ لفصل جزيئات البروتين لغرض الفحص الدقيق. يُوفّر الاستشراد وسيلةً فعّالةَ لتحليل التركيب الجزيئي للدم؛ لكشف مرض فقر الدم المنجلي وأمراض معينة أخرى.

ويُستعمل علماء الكيمياء الحيوية غالباً النظائر المشعَّة لدراسة التفاعلات الكيميائية التي تَجري في الكائن الحي. ويضع الباحثون علامةً مميزةً على جزيء لمركب عضويّ معين بإحلال نظير مشع مكان إحدى ذراته، ثم يتتبعون النظير عبر التفاعل الكيميائي مُستخدمين نبائط تكشف النشاط الإشعاعي. وقد ساعدت هذه التقنية علماء الكيمياء الحيوية على تعلُمْ الكثير حول العمليات الأيضية المعقدة التي تَحدُث في الحيوانات والنباتات.