مقاله درباره بیوشیمی در 28 صفحه با فرمت word و قابل ویرایش

بیوشیمی

بیوشیمی علمی است که درباره ترکیبات و واکنشهای شیمیایی در موجودات زنده بحثمی‌کند.

دید کلی

اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلئیک اسید(DNA)، جزئیات سنتزپروتئین ازژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدی ومکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتئینی ، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسموابسته بهم و مکانیسمهای تبدیل انرژی و گسترش تکنولوژیRecombinant DNA (نوترکیبی DNA)از دستاوردهای برجسته بیوشیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولیباعث تنوع موجودات زنده شده است.
تمامی ارگانیسمها ازباکتریهامانند اشرشیاکلی تا انسان ، ازواحدهای ساختمانی یکسانی که به صورت ماکرومولکولها تجمع می‌یابند، تشکیل یافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبونوکلئیک اسید)(RNA( و پروتئین در تمامی ارگانیسمها به صورت یکسان صورت می‌گیرد. آدنوزینتری فسفات (ATP) ، فرم عمومی انرژی در سیستمهای بیولوژیکی ، از راههای مشابهیدر تمامی جانداران تولید می‌شود.

تاثیر بیوشیمی در کلینیک

مکانیسمهای مولکولی بسیاری از بیماریها ، از قبیلبیماریکم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم ، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیتآنزیمها در تشخیصکلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال ، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است کهآیا بیمار اخیراسکته قلبیکرده است یا نه؟بررسی DNAدر تشخیصناهنجاریهای ژنتیکی ، بیماریهای عفونی وسرطانها نقش مهمیایفا می کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسطمهندسیژنتیک ایجاد شده است، امکان تولید پروتئینهایی مانندانسولین وهورمونرشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بیوشیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. درکشاورزی نیز از تکنولوژی DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفادهمی‌شود.
گسترش سریع علم و تکنولوژی بیوشیمی در سالهای اخیر ، محققین را قادرساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در موردبیولوژیوعلم پزشکیجواب بدهند. چگونه یک تخم حاصل ازلقاح گامتهای نر و ماده بهسلولهای عضلانی،مغزوکبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورتسلولها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترلمی‌شود؟ علتسرطان چیست؟مکانیسمحافظهکدام است؟ اساس مولکولیاسکیزوفرنی چیست؟

مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی

وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقشبیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدیمورد استفاده قرار می‌گیرد.
مدل فضا پرکن (Space _ Filling)

این نوع مدل ، خیلی واقع بینانه و مصطلحاست. اندازه و موقعیت یکاتم در مدل فضا پرکن بوسیلهخصوصیات باندها و شعاعپیوندهای واندروالسیمشخص می‌شود. رنگمدلهای اتم طبق قرارداد مشخص می‌شود.

مدل گوی و میله (ball _ and _ Stick)

این مدل به اندازه مدل فضا پرکن ،دقیق و منطقی نیست. برای اینکه اتمها به صورت کروی نشان داده شده و شعاع آنهاکوچکتر ازشعاع واندروالسیاست.

مدل اسکلتی (Skeletal)

ساده‌ترین مدل مورد استفاده است و تنها شبکهمولکولی را نشان می‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمی‌شوند. این مدل ، برای نشاندادن ماکرومولکولهای بیولوژیکی از قبیل مولکولهای پروتئینی حاوی چندین هزار اتممورد استفاده قرار می‌گیرد.

فضا

در نشان دادن ساختمان مولکولی ، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحدآنگستروم)(، بطور معمولبرای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، طول باند C _ C ، مساوی 1،54 آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک ، از قبیلکربوهیدراتها واسیدهایآمینه ، بطور تیپیک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، ازقبیل پروتئینها ، 10 برابر بزرگتر هستند. برای مثال ، پروتئین حمل کننده اکسیژن درگلبولهای قرمز یاهموگلوبین ، دارای قطر 65 آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی 10 برابر بزرگتر می‌باشند. ماشینهای سنتز کننده پروتئین در سلولها یاریبوزومها، دارای 300 آنگستروم طول هستند. طول اکثرویروسها درمحدوده 100 تا 1000 آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی 100 برابر بزرگتر هستند و درحدود میکرومتر (μm) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود 7μm است. میکروسکوپنوری حداقل تا 2000 آنگستروم قابل استفاده است. مثلامیتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکیاز مولکولهای 1 تاآنگستروم بااستفاده ازمیکروسکوپالکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند.

زمان لازم برای انجام واکنشهای بیوشیمیایی

راکسیونهای شیمیاییدر سیستمهای بیولوژیکیبه وسیلهآنزیمها کاتالیزمی‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه()به محصول تبدیلمی‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چندمیکروثانیه(). بسیاری ازتغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال ، بازشدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یکمیکروثانیه طول می‌کشد. جابجایی یک واحد (Domain) از پروتئین با حفظ واحد دیگر ،تنها در چند نانوثانیه()اتفاق می‌افتد. بسیاری از پیوندهای غیر کووالان مابین گروههای مختلف ماکرومولکولی در عرض چندنانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیرینیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن ، تغییر در ساختمانترکیبات جذب کننده فوتون به نامرودوپسینمی‌باشد که در عرضاتفاق می‌افتد.

انرژی

ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژیبرای حیات ، خورشید است. برای مثال ، انرژی فوتون سبز ، حدود 57 کیلوکالری بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP ، فرمول عمومی انرژی ، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه 12 کیلوکالری بر مول می‌باشد. برعکس ، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول ،خیلی کم و در حدود 0،6 کیلوکالری بر مول در 25 درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدارانرژی ، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیهپیوندهایکووالانسی مورد نیاز است، (برای مثال 83Kcal/mol برای پیوند C _ C). بدین خاطر، شبکه کووالانسی بیومولکولها در غیاب آنزیمها و انرژی پایدار می‌باشد. از طرف دیگر، پیوندهای غیر کووالانسی در سیستمهای بیولوژیکی بطور تیپیک دارای چند کیلوکالریانرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافیاست. یک واحد جایگزین در انرژی ،ژولمی‌باشد که برابر 0،239 کالری است.

ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها

ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سهنوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی ، مرکز تحرک وجنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA ، تشکیلساختمان سه بعدی پروتئینها ، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشفمولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهای بیولوژیکی و پروسه‌هایدرون مولکولی ، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سهپیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهایالکترواستاتیک ،پیوندهایهیدروژنی وپیوندهای واندروالسیآنها از نظر ژئومتری ،قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، این پیوندها به مقدار زیادیاز طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

بیوشیمی بالینی

بیوشیمی بالینی یا بیوشیمی کلینیکی یکی از رشته‌هایعلومپزشکی است. این علوم بر پایه آزمایشهایی استوار است که بر اساس آنها در نتیجهتشخیص اختلالات در مقدار مواد تشکیل دهنده بدن ، بیماریهای مرتبط با آنها شناختهمی‌شود.