الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية

الكيمياء الحيوية

تتضمن الكيمياء الحيوية دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية بهدف نهائي هو فهم طبيعة الحياة من الناحية الجزيئية.

على سبيل المثال ، توجد في كل خلية حية عملية بيولوجية مهمة تسمى التنفس ، وهي تحويل الجلوكوز إلى شكل مفيد من أشكال الطاقة ، ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات).

تكشف دراسة الكيمياء الحيوية عن العديد من العمليات الكيميائية التي ينطوي عليها تحويل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

تعتمد الدراسات البيوكيميائية على توافر التقنيات التحليلية المناسبة وعلى تطبيق هذه التقنيات للتقدم.

من خلال معرفة طبيعة الجزيئات البيولوجية والعلاقات بينها وخاصة البروتينات والأحماض النووية ووظيفة الخلية.

في السنوات الأخيرة ، تم إحراز تقدم كبير في فهمنا لبنية الجينات والتعبير ، وفي تطبيق تقنيات مثل قياس الطيف الكتلي لدراسة بنية البروتين ووظيفته.

كان مشروع الجينوم البشري ، على وجه الخصوص ، حافزًا للتقدم المهم في فهمنا للعديد من الأمراض البشرية.

خاصة السرطان وتحديد الاستراتيجيات التي يمكن استخدامها لمكافحة هذه الأمراض.

اتبع أيضًا:

أقسام الكيمياء الحيوية

يمكن تقسيم الكيمياء الحيوية ، وهي مجال فرعي لكل من علم الأحياء والكيمياء ، إلى ثلاثة مجالات: البيولوجيا الهيكلية ، والإنزيمات ، والتمثيل الغذائي.

خلال العقود الأخيرة من القرن العشرين ، تمكنت الكيمياء الحيوية من شرح العمليات الحية من خلال هذه التخصصات الثلاثة.

يتم استكشاف جميع مجالات علوم الحياة تقريبًا وتطويرها من خلال البحث والمنهجيات البيوكيميائية.

تركز الكيمياء الحيوية على فهم الأساس الكيميائي الذي يسمح للجزيئات البيولوجية بقيادة العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية وبين الخلايا.

والذي بدوره يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدراسة وفهم الأنسجة والأعضاء ، فضلاً عن بنية ووظيفة الكائن الحي.

ترتبط الكيمياء الحيوية ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا الجزيئية ، وهي دراسة الآليات الجزيئية للظواهر البيولوجية.

البيولوجيا الجزيئية

علم الأحياء الجزيئي هو فرع من فروع علم الأحياء الذي يتعامل مع القواعد الجزيئية للنشاط البيولوجي في وبين الخلايا.

بما في ذلك التركيب الجزيئي والتعديل والآليات والتفاعلات ، فإنه يصف المبدأ المركزي للبيولوجيا الجزيئية العملية.

إنه المكان الذي يتم فيه نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ومن ثم ترجمته إلى بروتين.

أو يمكن وصف البيولوجيا الجزيئية بأنها مجال علم الأحياء الذي يدرس تكوين الجزيئات الخلوية وبنيتها وتفاعلاتها.

مثل الأحماض النووية والبروتينات ، التي تقوم بالعمليات البيولوجية اللازمة لعمل وصيانة الخلايا.

وصف ويليام أستبوري علم الأحياء الجزيئي في عام 1961 في مجلة نيتشر بأنه:

ليس أسلوبًا بقدر ما هو نهج ، نهج من وجهة نظر ما يسمى بالعلوم الأساسية ، مع فكرة توجيهية للبحث أسفل المظاهر واسعة النطاق للبيولوجيا الكلاسيكية للمخطط الجزيئي المقابل.

كما أنه مهتم بشكل خاص بأشكال الجزيئات البيولوجية و[…] في الغالب ثلاثي الأبعاد وهيكلية.

هذا لا يعني ، مع ذلك ، أنه ، كمجرد تنقيح للتشكيل ، يجب أن يبحث في التكوين والوظيفة في نفس الوقت.

يغطي العلاج الجيني بعض الأبحاث السريرية والعلاجات الطبية الناشئة عن البيولوجيا الجزيئية.

بينما يُعرف استخدام البيولوجيا الجزيئية أو بيولوجيا الخلايا الجزيئية في الطب الآن باسم الطب الجزيئي.

تلعب البيولوجيا الجزيئية أيضًا دورًا مهمًا في فهم هياكل وإجراءات وأنظمة الأجزاء المختلفة من الخلايا.

والتي يمكن استخدامها لاستهداف الأدوية الجديدة بكفاءة وتشخيص الأمراض وفهم فسيولوجيا الخلية.

نختار لك:

علاقة البيولوجيا الجزيئية بالعلوم البيولوجية الأخرى

تصف القائمة التالية وجهة نظر حول العلاقات متعددة التخصصات بين البيولوجيا الجزيئية والمجالات الأخرى ذات الصلة:

البيولوجيا الجزيئية

• إنها دراسة الأسس الجزيئية لعمليات التكرار والنسخ والترجمة والوظيفة الخلوية.

الكيمياء الحيوية

• إنها دراسة العمليات الكيميائية والحياتية التي تحدث في الكائنات الحية. يركز علماء الكيمياء الحيوية بشكل كبير على دور ووظيفة وهيكل الجزيئات الحيوية.
  • مثل البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية.

علم الوراثة

• إنها دراسة كيفية تأثير الاختلافات الجينية على الكائنات الحية ، ويحاول علم الوراثة التنبؤ بكيفية تأثير الطفرات والجينات الفردية والتفاعلات بين الجينات على التعبير عن النمط الظاهري.
• يتم إعلام فروع علم الأحياء الأخرى من خلال علم الأحياء الجزيئي ، إما عن طريق الدراسة المباشرة لتفاعلات الجزيئات نفسها.
  • مثل بيولوجيا الخلية وعلم الأحياء التطوري ، أو بشكل غير مباشر ، تُستخدم التقنيات الجزيئية لاستنتاج الخصائص التاريخية لمجموعة أو الأنواع.

وهذا ، كما هو الحال في مجالات البيولوجيا التطورية مثل علم الوراثة السكانية ، هناك أيضًا تقليد طويل لدراسة الجزيئات الحيوية “من نقطة الصفر” ، أو جزيئيًا في الفيزياء الحيوية.

تصميم تجريبي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية.

يعتمد التقدم في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، كما هو الحال في جميع العلوم ، على التصميم والتنفيذ الدقيقين.

وتحليل البيانات للتجارب المصممة لمعالجة أسئلة أو فرضيات محددة ، ويتضمن هذا التصميم التجريبي عددًا منفصلاً من الخطوات المطلوبة وهي:

• حدد موضوع التحقيق التجريبي.
• تقييم نقدي للحالة الحالية للمعرفة (“الأدب”) في مجال الموضوع المختار ، والنظر في نقاط القوة والضعف للمنهجيات المطبقة سابقًا والفرضيات الجديدة التي ظهرت من الدراسات.
• قم بصياغة السؤال أو الفرضية التي ستعالجها التجربة المخططة.
• الاختيار الدقيق للنظام البيولوجي (الأنواع ، في الجسم الحي أو في المختبر) لاستخدامها في الدراسة.
• تحديد المتغير المراد دراسته والنظر في المتغيرات الأخرى التي ستحتاج إلى التحكم فيها بحيث يكون المتغير المحدد هو العامل الوحيد الذي سيحدد النتيجة التجريبية.
• يتضمن تصميم التجربة تحليلًا إحصائيًا للنتائج ، وتقييمًا دقيقًا للمواد والأجهزة المستخدمة ، وما يترتب على ذلك من جوانب السلامة المحتملة للدراسة.
• قم بإجراء التجربة بما في ذلك المعايرة والضوابط المناسبة ، مع سجل مكتوب بعناية للنتائج.
• كرر التجربة حسب الضرورة لتحليل النتائج بشكل لا لبس فيه.
• تقييم النتائج ، بما في ذلك تطبيق الاختبارات الإحصائية المناسبة ، على البيانات الكمية عند الاقتضاء.
• قم بصياغة الاستنتاجات الرئيسية التي يمكن استخلاصها من النتائج.
• صياغة فرضيات جديدة وتجارب مستقبلية تنشأ عن الدراسة.

يتم نشر نتائج الدراسات جيدة التصميم والتحليل في نهاية المطاف في المؤلفات العلمية ، بعد الخضوع لمراجعة مستقلة من قبل الأقران.

أحد أكبر التحديات التي يواجهها علماء الكيمياء الحيوية وعلماء الأحياء الجزيئية المحترفون هو مواكبة التطورات الحالية في الأدبيات.

القضايا التي تناولتها الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية

تتداخل البيولوجيا الجزيئية مع الكيمياء الحيوية ، وبطرق عديدة تكمل أهداف هذين التخصصين بعضها البعض.

والنتيجة هي أن كلا المجالين لديهم الآن الفرصة لمعالجة قضايا مثل:

• هيكل ووظيفة مكون البروتين الكلي للخلية (البروتينات) وجميع الجزيئات الصغيرة للخلية (المستقلبات).
• الآليات المشاركة في التحكم في التعبير الجيني.
• تحديد الجينات المرتبطة بمجموعة واسعة من الأمراض التي تصيب الإنسان.
• تطوير استراتيجيات العلاج الجيني لعلاج الأمراض التي تصيب الإنسان.
• توصيف عدد كبير من المستقبلات “اليتيمة” ، التي لا يُعرف دورها الفسيولوجي ونشاطها الطبيعي حاليًا ، موجودة في الجينوم البشري وتستغل لتطوير عوامل علاجية جديدة.
• تحديد دلالات المرض الجديدة لتحسين التشخيص السريري.
• هندسة الخلايا ، وخاصة الخلايا الجذعية ، لعلاج الأمراض التي تصيب الإنسان.
• افهم كيف يعمل الجهاز المناعي لتطوير استراتيجيات وقائية ضد غزو مسببات الأمراض.
• تطوير معرفتنا بالبيولوجيا الجزيئية للنبات لتصميم تحسينات المحاصيل ، ومقاومة مسببات الأمراض ، وتحمل الإجهاد.
• تطبيق تقنيات البيولوجيا الجزيئية على طبيعة وعلاج الأمراض البكتيرية والفطرية والفيروسية.
• تناقش الفصول المتبقية من هذا الكتاب الإستراتيجيات التجريبية الرئيسية والتقنيات التحليلية المستخدمة بشكل شائع لمعالجة مثل هذه المشكلات.

نختار لك: