ما هي الكيمياء الحيوية؟

هي علم دراسة المواد الكيميائية والعمليات الحيوية داخل جسم الكائن الحي وتركز على تركيب ووظيفة الجزيء الحيوي، وهي أحد فروع العلوم الطبيعية وتختص بدراسة التركيب الكيميائي لأجزاء الخلية، فقد ركز العلماء في هذا المجال على البحث في التفاعلات الكيميائية داخل الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات.

الكيمياء الحيوية تدرس الخصائص الكيميائية للأجزاء الحيوية الهامة مثل البروتينات وخصوصًا التفاعلات التي تحفز عن طريق الإنزيمات.

ما هي مجالات الكيمياء الحيوية؟

هنالك مجالات عديدة للكيمياء الحيوية أبرزها:

1- علم المناعة

يختص بدراسة الجهاز المناعي داخل جسد الكائنات الحي فيدرس، الكيفية التي يدافع بها الجسم عند تعرضه للبكتيريا أو فيروس معين وبالتالي إمكانية تقوية الجهاز المناعي.

2- الكيمياء الحيوية الحيوانية

 يدرس هذا المجال من الكيمياء الحيوية التركيبات الكيميائية والتفاعلات والعمليات الكيميائية التي تحدث داخل الحيوان وكذلك يدرس التمثيل الغذائي للحيوان وأمراض وعمل الخلية. ومما يجدر ذكره أن الكيمياء الحيوية ساهمت بأول عملية استنتاج عام 1995م.

3- علم الإنزيمات

 هو علم يقوم على دراسة الخواص الحركية للإنزيمات وهيكلها ووظائفها ويدرس كيف تتحكم جزيئات بمعدل التفاعلات الكيميائية داخل جسم الإنسان وتزيد من سرعة الاستجابة، وبالتالي المختص بالكيمياء الحيوية يقوم على دراسة هذه الأمور وبالتالي إمكانية تحسين أدائها حال حدوث خلل ما.

4 – علم الوراثة

 هو علم الجينات حيث تعمل الكيمياء الحيوية بدراسة الجينات والتباين بينها وبين معلومات الوراثة عن كافة الكائنات الحية كما وتدرس تحول الجينات بين الآباء والأبناء وإمكانية وراثة بعض الأمراض.

ما أهمية دراسة علم الكيمياء الحيوية؟

مكنتنا الكيمياء الحيوية من فهم بعض الأمراض والتي جاءت كالتالي:

• داء السكري.
• فرط أمونيا الدم.
• قصور الغدة الدرقية وفرط نشاط الغدة الدرقية.
• قصور وفرط نشاط جارات الدرقية.
• اليرقان.
• ضعف الكلى.
• ارتفاع الكولسترول.
•  المنجلي، فقر الدم.
• تسمم الأسنان بالفلور.
• الكساح.
• الحماض والقلاء.
• أمراض التخزين الليزوزومية.
• تصلب الشرايين.

كما تساعد الكيمياء الحيوية أيضا ًعلى فهم دور الفيتامينات والمكملات المعدنية وكذلك الأدوية الجديدة التي تقضي على البكتيريا. المقاومة للمضادات الحيوية.

إن علم الجينوم هو مستقبل الكيمياء الحيوية وهي عبارة عن دراسة المجموعة الكاملة من الحمض النووي للكائن الحي حيث تحمل آثارًا طويلة المدى لتطوير الأدوية كما يتسبب تسلسل الجينوم في تطوير علاجات جديدة حيوية لمجموعة من الحالات الصحية كما إن القدرة على تحليل مجموعات كبيرة من البيانات تمكن العلماء من رسم مجالات لم تُكتشف. فمن المتوقع أن ترتفع فرص العمل في الكيمياء الحيوية في العقد المقبل.

يمكن من خلال الكيمياء الحيوية دراسة وظائف الجسم وكيفية ارتباط التغيرات البيوكيميائية بالتغيرات الفسيولوجية في الجسم كما يمكن فهم الكثير من العمليات البيولوجية مثل الهضم والعمل الهرموني وتقلص العضلات كما إنه طريقة لبناء معرفة متعددة التخصصات في العلوم ويمكن أن يؤدي إلى وظائف في البحث والطب والتكنولوجيا الحيوية.

علماء الكيمياء يحولون “الهواء” إلى بروتين

تمكن علماء الكيمياء الحيوية من اكتشاف إنزيم يمكنه تحويل ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي والكحول إلى جزيئات الميثيونين التي تعتبر “جزيئات الحياة”.

ونشر العلماء نتائج دراستهم في مجلة nature catalysis

 حيث يقول آرني سكيرا، من الجامعة التكنولوجية في ميونيخ: “مقارنةً بالتركيب الضوئي، أقرب شبيه طبيعي بهذه العملية، تبدو فكرتنا بسيطة وأكثر حضارية. يشترك في عملية التركيب الضوئي حوالي 14 إنزيمًا مختلفًا، ولا يتجاوز معامل كفاءة العملية 20%، في حين ما نقترحه نحن يحتاج فقط إلى اثنين من محفزات البروتين”.

ويحاول العلماء في السنوات الأخيرة إيجاد طريقة لتحويل غاز ثاني أكسيد الكربون في الهواء الجوي إلى وقود بيولوجي ومواد مفيدة أخرى. فمثلاً في شهر يوليو عام 2017، ابتكر علماء فيزياء من شيكاغو بطارية شمسية تستخدم مباشرةً طاقة الضوء لشطر غاز ثاني أكسيد الكربون وإنتاج غاز أول أكسيد الكربون والهيدروجين. بعدها بأشهر، تمكن علماء المختبر الوطني في أوك ريدج من ابتكار محفز يحول غاز ثاني أكسيد الكربون إلى كحول إثيلي (كحول اعتيادي).

وتساعد جميع هذه الابتكارات لتحويل الهواء إلى كحول ومواد مفيدة أخرى في ضمان الحصول على “وقود أخضر” ومصادر رخيصة للمواد الخام للصناعات الكيميائية.

وأضاف سكيرا وزملاؤه إلى هذه الاختراعات، ابتكار تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى “جزيئات الحياة”. هذه العملية اكتشفها عالم الكيمياء الألماني فيليكس إرليخ عام 1903. ومنذ ذلك الحين، يحاول العلماء تكييفها لإنتاج مختلف أنواع الكحول، وكشف لغز تأثيرها في الجسم.

ويعتقد العلماء، أن غالبية الإنزيمات التي تشارك في “سلسلة إرليخ” يمكن أن تعجل في التفاعلات العكسية إذا تغيرت بنيتها بعض الشيء. استنادًا إلى هذا، حاول العلماء إجبار اثنين من البروتينات، لا على تفكيك الأحماض الأمينية إلى كحول وثاني أكسيد الكربون، بل على جمع جزيئاتها (الأحماض الأمينية) من هذه المكونات. وقد نجحوا في محاولاتهم وحصلوا على مركب الميثيونين الذي يُضاف حاليًا إلى أعلاف الماشية والدواجن.

ويعتقد العلماء بأن طريقتهم ستساعد في إنتاج أحماض أمينية أخرى، ونظريًا، تسمح بالحصول على الغذاء من الهواء مباشرةً باستخدام الماء فقط وثاني أكسيد الكربون ومواد محفزة.

المصادر:

“Biochemistry”.

“Branches of Biochemistry book”.

“The science of future” and “the importance of Biochemistry in medical science”.

“Nofoste”.

بقلم: ميس خضر

مراجعة وتدقيق: زينب محمد