بیوشیمی

تعریف

بیوشیمی علمی است که در سطح مولکولی به ماهیت موجودات زنده و همچنین کلیه فرآیندهای حیاتی می پردازد.

بنابر این زمینه مطالعاتی این علم تمام موجودات زنده و هدف اصلی آن کشف کلیه فرآیندهای حیاتی در سطح ملکولی می باشد.
بخشی از بیوشیمی که به ساختار و عملکرد بدن انسان توجه بیشتری می نماید، بیوشیمی پزشکی نامیده می شود. بیوشیمی پزشکی خود به دو شاخه عمومی و کلینیکی تقسیم می شود. بیوشیمی عمومی عمدتا به ساختار و خواص ملکولهای تشکیل دهنده (بیوملکولها) و همچنین فرآیندهای حیاتی در حال انجام در بدن انسان می پردازد. بیوشیمی کلینیکی شاخه ای از بیوشیمی پزشکی است که مطالعات خود را بیشتر بر روی مایعات بدن انسان متمرکز نموده و نقش اصلی آن پی بردن به ماهیت طبیعی این مایعات و بررسی نمودن تغییرات آن در شرایط غیر طبیعی است. هدف اصلی بیوشیمی کلینیکی تشخیص اولیه، تایید، برآورد شدت، پیشرفت و پیگیری سیر درمان در بیماریهای مختلف می باشد.
علم بیوشیمی برای رسیدن به اهداف خود نیاز به روشها و تجهیزات مختلفی دارد، و یکی از زمینه های مطالعاتی آن ابداع و توسعه اینگونه امکانات است.گروه بیوشیمی دانشگاه علوم پزشکی شهید صدوقی یزد در سال ۱۳۶۲ همزمان با تاسیس دانشکده پزشکی با دو عضو هیئت علمی، یک کارشناس و ۱۲۰ متر مربع فضای آزمایشگاهی شروع بکار نمود. در ابتدا کارگروه ارائه ۵ واحد بیوشیمی عمومی نظری و یک واحد بیوشیمی عملی برای دانشجویان پزشکی بود. در سال۱۳۶۲ و با تاسیس رشته دندانپزشکی در دانشگاه ۵ واحد بیوشیمی دندانپزشکی و در سال۱۳۷۲با تشکیل مجموعه پیراپزشکی ارائه دروس بیوشیمی رشته های مختلف آن مجموعه نیز بر عهده این گروه گذاشته شد. گروه بیوشیمی با تکمیل کادر و تجهیزات خود در سال ۱۳۷۵ درخواست تاسیس دوره کارشناسی ارشد بیوشیمی نمود و در سال ۱۳۷۹ با در خواست فوق موافقت بعمل آمد. در مهر سال ۱۳۸۰ با پذیرش ۴ نفر دانشجو رسما دوره کارشناسی ارشد بیوشیمی در این گروه راه اندازی و تابحال چهار دوره دانشجو در این مقطع فارغ التحصیل شده اند. در حال حاضر گروه بیوشیمی ۲ نفر دانشیار، ۳ نفر استادیار، ۱ نفر مربی و ۲ نفر کارشناس در اختیار دارد و سالیانه حدود ۵۰ واحد درسی را برای رشته های پزشکی، دندانپزشکی، کارشناسی ارشد بیوشیمی، کارشناسی ارشد سایر رشته ها، کارشناسی و کاردانی علوم آزمایشگاهی، بهداشت، پرستاری، مامائی، اتاق عمل و هوشبری ارائه می نماید. گروه دارای امکانات و تجهیزات پژوهشی قابل توجهی بوده و آماده ارائه خدمات تخصصی تحقیقاتی به محققین در رشته های مختلف علوم پایه و بالینی می باشد. از جمله امکانات و تجهیزات تخصصی این گروه می توان به انواع اسپکتروفوتومترهای معمولی و ماورای بنفش، فلوئوریمتر، امکانات لازم برای اجرای انواع روشهای کروماتوگرافی، امکانات برای اجرای انواع روشهای الکتروفورز، انواع روشهای ایمونوشیمیایی، سانتریفوژ یخچال دار، اولتراسانتریفوژ اشاره نمود.
بیوشیمی علمی با پهنای وسیع و نامحدود است و این علم تمامی علوم پایه ای را در خود جا داده است. تاریخچه این علم به ۱۰۰ سال نمی رسد ولیکن در طول ۵۰ سال اخیر پیشرفت های خیلی چشمگیری در این زمینه صورت گرفته است. بیوشیمی پایه ی ملکولی یک موجود زنده و واکنش هایی که در طول آن رخ می دهد تا فعالیت های آن را مورد بررسی قرار می دهد. امروزه با کشف پروتئین های خاص در درون سلولی کنتیک آنزیمی مورد بررسی قرار می گیرد.


بیوشیمی شامل ۳ رشته است:

Structural Biochemistry بیوشیمی ساختمانی

MEtabolib Biochemistry بیوشیمی متابولیکی

Clinical Biochemistry بیوشیمی کلینیکی

١- ساختمانی: علمی که به بررسی ساختار یک مولکول مثل پروتئین یا لیپید و یا … می پردازد. ٢- متابولیکی: علمی که به بررسی واکنش های متابولیکی و مسیرهایی که مواد مغذی (nutrient) مثل کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها قرار می گیرند را مورد بررسی قرار می دهد. ٣- کلینیکی : علمی که به بررسی علل بروز بیماری می پردازد . امروزه به طور صد در صد مشخص شده است که بیشتر بیماری هایی که داخلی هستند و توسط عوامل خارجی مثل تصادفات بروز نمی کنند پایه بیوشیمیایی دارند مثلاً دیابت.
بیوشیمی ارتباطات بیماری ها را مورد مطالعه قرار می دهد. ۹۰ تا ۹۵ % بیماری ها تحت تاثیر اختلالات مسیرهای بیوشیمی و مهار کننده های شیمیایی ایجاد می شوند. (بیماری هایی در دام و انسان)

واژه ی بیوشیمی از کجا آمده است ؟ از کلمه ی عربی Alchemy آمده است که در عربی به معنای نهفته هاست و در حقیقت همان کیمیا گری است. کیمیا گری: علمی بوده است که در زمان قدیم به صورت مخفی و نهفته صورت می گرفته است. بیوشیمی واکنش های درون سلولی موجود زنده را مورد بررسی قرار می دهند. موجود زنده یک سری ویژگی هایی دارد که از موجود غیر زنده آن را متمایز می کند. در جهان حدود ۱۰۰ عنصر شناخته شده است. از بین این عناصر پیکره موجود زنده تا ۹۵% از H , C , O, N درست شده است . این نحوه و توالی ترکیبی عناصر باعث بوجود آمدن ترکیبات آلی مختلف پیچیده ای در طبیعت شده است که هر موجود را با موجود دیگر متمایز می کند و یا هر ارگان با ارگان دیگری و یا حتی هر سلول را با سلول دیگر متمایز می کند. یکی از ویژگی های موجود زنده این است که با توجه به ساختار پیچیده شیمیایی که در موجود است ارگان و مولکول ها به طور بسیار منظم و مرتب کنار هم قرار گرفته اند و باعث فعالیت های حیاتی درون سلول می شود که در حقیقت در پروتوپلاسم سلولی رخ می دهد و آن ساختار شیمیایی درون پروتوپلاسم است که فعالیت سلول را تعیین می کند. ممکن است که این ترکیبات در موجود غیر زنده هم باشد اما چون آن نظم را ندارد عملکردی هم در کار نیست. پس نظم و ویژگی هایی خاص عناصر یا مولکول های درون پروتوپلاسم موجود زنده را از غیر زنده متمایز می کند. از دیگر ویژگی های موجود زنده این است که هر ارگان یا موجود یا سلول هدف خاصی را دنبال می کند. سومین ویژگی موجود زنده این است که آن ها قادرند مواد مورد نیاز خود را از محیط اطراف بگیرند و بعد از متابولیسم یا هضم مواد، مواد زاید خود را به محیط دفع کنند. موجود زنده از طریق ادرار و مدفوع و یا از طریق تولید شیر و پشم و تخم مرغ مواد را از خود دفع می کند. کاتابولیسم = تولید انرژی و آنابولیسم = مصرف انرژی FMN, GTP, NADH, NADPH, ATP: مواد واسطه ای موجود در تبادل با محیط است اما در تعادل با محیط نیست. چون اگر در حالت تعادل باشد دیگر هیچ واکنشی صورت نمی گیرد و سلول می میرد. حتی در شرایط ایده ال حالت تعادل را نداریم چون راندمان هیچ وقت ۱۰۰% نیست. یکی از مهم ترین ویژگی های موجود زنده همانند سازی است. اصول کلی برای بررسی یک پدیده علمی شامل ۴ مرحله است: ۱- مشاهدات Observation 2- فرضیه: بر پایه مشاهدات صورت می گیرد Hypothesis 3- آزمایش: بر مبنای فرضیه صورت می گیرد. Experiment 4- مشاهدات: نتایج حاصل آزمایشObservation
بیوشیمی پژوهش درباره‌ی فرایندهای شیمیایی است که در بدن جانداران رخ می‌دهد. بیوشیمی‌دان‌ها می‌خواهند ساختار و کارکرد مولکول‌های سازنده‌ی پیکر جاندران را بشناسند تا از این راه بتوان به سازوکار ملکولی هر بیماری پی برد و راه را برای درمان ریشه‌ای آن هموار کرد. این آگاهی در بهره‌برداری بهتر و کارآمدتر از جانداران و ملکول‌های سازنده‌ی آن‌ها نیز به ما کمک می‌کند. از آن‌جا که جهان زنده بسیار گوناگون است و پیکره‌‌ی بیش‌تر جانداران نیز از سلول‌ها و ملکول‌های گوناگونی ساخته شده، زمینه‌های پژوهشی این شاخه از دانش پایه بسیار گسترده است.


پرسش‌های بنیادی بیوشیمی

ساختمان شیمیایی و سه بعدی ملکول‌های زیستی چگونه است؟
ملکول‌های زیستی چگونه بر یکدیگر اثر می‌گذارند؟
سلول‌ها ‌ چگونه ملکول‌های زیستی را می‌سازند و از هم می‌پاشند؟
سلول‌ها چگونه انرژی اندوخته می‌کنند و چگونه آن را به کار می‌برند؟
سازوکارهای سازماندهی ملکول‌های زیستی و تنظیم فعالیت‌هایشان چیست؟
اطلاعات ژنتیکی چگونه اندوخته می‌شود، بروز می‌یابد و جابه‌جا می‌شود؟
زندگی در سطح ملکولی چگونه آغاز شد و به پیش رفت؟
هنگام بیماری چه ملکول‌ها یا چه سازوکارهایی دچار نارسایی می‌شوند؟
راهکارهای بیوشیمیایی درمان بیماری‌ها چیست؟


بنیان‌های بیوشیمی جانداران

سامانه‌های شیمیایی که جاندارن را می‌سازند بسیار پیچیده به نظر می‌رسند، اما چند طرح ساده در همه‌ی آن‌ها دیده می‌شود:
1. جاندران درشت‌مولکول‌های بسیار گوناگونی دارند، اما این ملکول‌های بزرگ از تعداد اندکی مولکول ساده ساخته شده‌اند. این واحدهای ساده در همه‌ی جاندران بسیار همانند هستند. از این رو، چنین برمی‌آید که همه‌ی گونه‌های زندگی سرچشمه‌ی مشترکی دارند.

2. ویژگی‌های یک جاندار را اطلاعات نهفته در DNA آن تعیین می‌کند. این درشت‌ملکول اطلاعاتی دارد که سلول می‌تواند از آن‌ها برای ساختن پروتیین بهره ببرد. بسیاری از پروتیین‌ها آنزیم‌هایی هستند که فعالیت‌های شیمیایی و فیزیکی جاندار را تنظیم می‌کنند.

3. همه‌ی فعالیت‌های شیمیایی که درون جانداران رخ می‌دهد، سوخت‌وساز (متابولیسم) نامیده می‌شود. واکنش‌های سوخت‌وسازی به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند: ساختی (آنابولیک) و سوختی (کاتابولیک). در واکنش‌های سوختی ملکول‌های درشت‌تر از ملکول‌های کوچک‌تر ساخته می‌شوند، اما در واکنش‌های سوختی ملکول‌های درشت‌تر شکسته می‌شوند.
• واکنش‌های ساختی به طور معمول با واکنش‌های تراکمی همراه هستند؛ یعنی، واکنش‌هایی که در آن‌ها واحدهای سازنده به هم می‌پیوندند و ملکول آب آزاد می‌شود.
• واکنش‌های سوختی مانند واکنش‌هایی که در فرایند گوارش رخ می‌دهد، به طور معمول با واکنش‌های آب‌کافتی (هیدرولیز) همراه هستند؛ یعنی، واکنش‌هایی که در آن‌ها ملکول‌های بزرگ در اثر واکنش با آب به ملکول‌های کوچک‌تر می‌شکنند.

4. همه‌ی جانداران به انرژی نیاز دارند که آن‌ را از فرایند تنفس به دست می‌آورند. در این فرایند، ملکول‌های آلی در واکنش‌های اُکسید شدن، به ملکول‌های کوچک‌تری مانند دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌شوند. انرژی به دست آمده از این واکنش‌ها برای راه‌اندازی فرایندهای انرژی‌خواه به کار می‌رود.

5. سرچشمه‌ی همه‌ی انرژی‌های جهان به خورشید باز می‌گردد. انرژی نور خورشید را گیاهان در فرایند فتوسنتز برای ساختن ملکول‌های آلی، مانند قندها، از ملکول‌های ساده‌ای مانند دی‌اکسید کربن و آب به کار می‌گیرند.