دراسة الكيمياء الحيوية

الكيمياء الحيوية”: هي دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية والتي تتعلق بها. ويمكن تقسيم الكيمياء الحيوية إلى ثلاث مجالات؛ الوراثة الجزيئية والبروتينات والتمثيل الغذائي. وفي العقود الأخيرة من القرن العشرين، نجحت الكيمياء الحيوية في شرح العمليات الحية من خلال هذه التخصصات الثلاثة. وتم اكتشاف وتطوير جميع مجالات علوم الحياة تقريبا، مثل علم النبات والطب وعلم الوراثة، من خلال منهجية وأبحاث الكيمياء الحيوية. وتركز الكيمياء الحيوية على فهم كيفية تأثير الجزيئات البيولوجية على العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية وبين الخلايا، والتي ترتبط بدورها بشكل كبير بدراسة وفهم الأنسجة والأعضاء وبنية ووظيفة الكائن الحي .

علاقة الكيمياء الحيوية بالإنسان

تدرس هذه العلوم المتعلقة بالكيمياء الحيوية المركبات العضوية التي يتكون منها جسم الإنسان، وتشمل:

• الكربوهيدرات هي المصدر الرئيسي للطاقة في جسم الإنسان .
• تلعب البروتينات دورًا مهمًا في تكوين خلايا الجسم البشري .
• الأحماض الأمينية تخزن المعلومات الوراثية للخلايا في الجسم .
• تنقسم الدهون إلى ثلاثة أنواع؛ لأنها تخزِّن الطاقة وتُحضَّر للاستخدام عند الحاجة .

يكمن أهمية دراسة الكيمياء الحيوية في اكتشاف وتطوير منتجات تناسب جسم الإنسان، مثل إنتاج مواد تحلية تعمل مثل الكربوهيدرات الموجودة في جسم الإنسان، أو تطوير منظفات للشعر والجلد، أو حتى اكتشاف طرق علاج الأمراض الوراثية التي تسببها الأحماض الأمينية .

العلوم المرتبطة بدراسة الكيمياء الحيوية

الكيمياء الحيوية (الكيمياء البيولوجية أو البيولوجيا الكيميائية أو كيمياء الأنظمة الحية) هي نظام علمي نشأ في القرن التاسع عشر مع التقدم في الكيمياء العضوية، مما سمح بدراسة الوظائف البيولوجية على المستوى الجزيئي، وتتكون من عدة مجالات، لكل منها هدفه وطرق تحقيقه، ومن أهمها ما يلي

علم الإنزيمات

تتمثل دراسة العوامل الحفازة البيولوجية في البروتينات الإنزيمية (التي يشار إليها بالإنزيمات) والرناوات الحفازة (التي تسمى الريبوزومات)، والتي تعمل على تحفيز التفاعلات الكيميائية في الخلايا .

علم الأحياء الجزيئي

دراسة جزيئات الوسائط الإعلامية (الحمض النووي، الحمض الريبوزي، والبروتينات)، تجرى في حالات الأمراض العصبية

علم الأحياء الهيكلية

يتضمن دراسة الأشكال التي تحتضنها جميع هذه الجزيئات الكبيرة (التي تم وصفها على المستوى الذري) والتفاعلات الجزيئية التي تحكم في تكوين البنى الفوقية الوظيفية، مثل الريبوسومات .

تتشابه هذه المجالات في مجال الكيمياء الحيوية، حيث تهدف كلاهما إلى فهم الطبيعة الجزيئية ووظيفة الكائنات الحية. إذا كنت ترغب في دراسة خصائص المادة الحية على مستوى أعمق من المستوى الذري، فيجب عليك أن تنتقل من مجال علم الأحياء إلى مجال الكيمياء الكمية. وبالتالي، تعتبر الكيمياء الحيوية المستوى النهائي لدراسة الوظائف الحيوية. تتطلب دراسة الظواهر على هذا المستوى الجزيئي معرفة أساسية بالكيمياء، مثل دراسة الدهون في الدماغ ودورها في الوظيفة العصبية والتنفسية، ولا يمكن تجاهل هذه الجوانب .

الكيمياء الحيوية والدم

تعتبر تقييمات الدم من أهم العلامات المستخدمة في تقييم الأدوية النانوية، حيث تشير غالبا إلى تطور المرض أو فعالية وسلامة العلاج، وتتضمن تقييم عدد خلايا الدم وفروقاتها، بالإضافة إلى قياس الإنزيمات والكيمياء الحيوية المرتبطة بالكبد ووظائف الكلى .

فيما يتعلق باستخدام الكيمياء الحيوية لتقييم السلامة، يتم عادة إجراء اختبارات لوظائف الكبد، بما في ذلك إنزيمات الأمينوترانسفيراز (ALT) وإنزيمات الأسبارتات أميناز (AST)، وتقدير تركيز بروتين المصل مثل الجلوبيولين والألبومين، واختبارات لوظائف الكلى، بما في ذلك الكرياتينين ونيتروجين اليوريا في الدم، باستخدام مجموعات قياس الألوان القياسية. ثم يتم تقييم النتائج لمؤشرات السمية من خلال قياس الدهون الثلاثية والكوليسترول والدهون النافعة والضارة وغيرها من الدلالات والإشارات الأخرى. كما يتم تحديد قيمة بعض الإنزيمات الأخرى الموجودة بالدم وقياس وظيفة الصفرا وغيرها من الإنزيمات التي تساعد في تشخيص الحالة المرضية .

الكيمياء الحيوية والطيور

الكيمياء الحيوية هي إحدى أدوات التشخيص الأكثر شيوعًا لتقييم مرض الطيور ، وهذا يعني الحاجة إلى فهم حدودها والاختلافات العديدة مقارنة بالثدييات من أجل الوصول إلى التقييم المناسب ، وفقًا للمبادئ التوجيهية للجمعية الأمريكية لعلم الأمراض السريرية البيطرية (ASVCP) على الفواصل المرجعية، مع اختيار الكيمياء الحيوية الأكثر ملاءمة للتحقيق في شكوكهم السريرية أو لأغراض فحص الصحة العامة .

لم يكن لمعظم التحاليل البيوكيميائية فائدة مرتبطة بالظروف السريرية في الطيور، باستثناء ضعف الأعضاء الذي يحدث بسبب التجارب، ولم تشمل التقارير العلمية سوى عددا محدودا من الأنواع التي قد تختلف الاختلالات البيوكيميائية فيها في الأمراض التي تحدث بشكل تلقائي. يجب الاعتراف بأن لدى أنواع الطيور المختلفة التي تعاني من نفس المرض، مثلما هو الحال في الثدييات، تشوهات كيميائية حيوية مختلفة، وذلك يعتمد على عوامل مختلفة مثل حجم أنشطة الإنزيم في كل عضو ووجود الإنزيمات المقيسة والفروق الفسيولوجية الأخرى مثل تركيزات المحلول الكهربائي ودرجات حرارة الجسم التي تتم فيها أنشطة الإنزيم بأفضل شكل مقارنة بدرجات حرارة الحضانة الثابتة في أجهزة التحليل الآلي .

تطبيقات الكيمياء الحيوية

في أبسط تعريف لها، تهتم الكيمياء الحيوية بدراسة العمليات الكيميائية التي تحدث داخل المواد الحية، ومع ذلك، فإن هذا التعريف البسيط يشمل مجالًا واسعًا من الأبحاث التي تتعلق بجوانب الحياة المختلفة تقريبًا .

حل مشكلة التدهور البيئي

إحدى القضايا العاجلة في مجتمعنا هي التدهور البيئي، ويتم التعامل معها من قبل الكيميائيين الحيويين، وتشمل بعض الأمثلة على الأعمال التي تجرى حاليا لتحسين كفاءة التمثيل الضوئي لزيادة إنتاج النباتات، ومعالجة التربة الملوثة بطرق حيوية، وتطوير مصادر غذائية جديدة، واستخدام المواد الكيميائية لإنتاج الوقود الحيوي، ورسم خرائط جينية للنظم البيئية لرصد التنوع البيولوجي، واعتماد منهجيات لزيادة امتصاص الكربون العضوي، وقد تلعب هذه التقنيات وتقنيات البيوكيمياء الأخرى دورا حاسما في جهودنا لتحقيق وسائل معيشة مستدامة .

مجال البحث الصحي

ربما يكون التطبيق الأكثر وضوحا للكيمياء الحيوية في حياتنا اليومية هو في مجال البحث الصحي. فقد كانت الكيمياء الحيوية مفتاحا لفهمنا لعدد لا يحصى من القضايا الصحية، من السكري إلى تصلب الشرايين إلى السرطان. وقد حددت أدوات علماء الكيمياء الحيوية اختلالات الجينات والبروتينات والمسارات التي تؤدي إلى المرض، وفي كثير من الحالات تشير إلى الوقاية أو العلاج. ويعتمد علاج الأمراض البشرية بشكل كبير على الكيمياء الحيوية، من الأسبرين إلى الإنترلوكين.

البحوث البيوكيميائية

يتم أيضًا تغيير العديد من الجوانب الأخرى الأقل وضوحًا ، في مجتمعنا وتحسينها من خلال البحوث البيوكيميائية ، يتم تحويل الصناعة حيث يتم استخدام الكيمياء البيولوجية لتوليد مواد جديدة ذات خصائص جديدة أو لتحسين كفاءة العمليات القديمة ، يعتمد تطبيق القانون بشكل متزايد على الطب الشرعي القائم على الكيمياء الحيوية لتقديم الأدلة في التحقيقات ، يتقدم علم الآثار بسرعة حيث أن التحقيقات الجينية والنظرية لبقايا أسلافنا تضيء الكثير من التاريخ البشري وما قبل التاريخ .

لا يمكن المبالغة فيأهمية الدور الذي تلعبه الكيمياء الحيوية في حياتنا، فهناك العديد من الاكتشافات المدهشة والتحويلية التي تنتظرنا، ونأمل في استكشاف العديد من الفرص والعروض الممكنة للكيمياء الحيوية .