تحقیق درباره ی بیوشیمی + دانلود فایل

بیوشیمی چیست؟

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:

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.
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.
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.

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.
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.

اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) ، جزئیات سنتز پروتئین از ژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدی و مکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتئینی ، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسم وابسته بهم و مکانیسمهای تبدیل انرژی و گسترش تکنولوژی Recombinant DNA (نوترکیبی DNA) از دستاوردهای برجسته بیوشیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولی باعث تنوع موجودات زنده شده است.

تمامی ارگانیسمها از باکتریها مانند اشرشیاکلی تا انسان ، از واحدهای 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. آدنوزین تری فسفات (ATP) ، فرم عمومی انرژی در سیستمهای بیولوژیکی ، از راههای مشابهی در تمامی جانداران تولید می‌شود.

تاثیر بیوشیمی در کلینیک

مکانیسمهای مولکولی بسیاری از بیماریها ، از قبیل بیماری کم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم ، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیت آنزیمها در تشخیص کلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال ، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است که آیا بیمار اخیرا سکته قلبی کرده است یا نه؟بررسی DNAدر تشخیص ناهنجاریهای ژنتیکی ، بیماریهای عفونی و سرطانها نقش مهمی ایفا می کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسط مهندسی ژنتیک ایجاد شده است، امکان تولید پروتئینهایی مانند انسولین و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بیوشیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. در کشاورزی نیز از تکنولوژی DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفاده می‌شود.

گسترش سریع علم و تکنولوژی بیوشیمی در سالهای اخیر ، محققین را قادر ساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در مورد بیولوژی و علم پزشکی جواب بدهند. چگونه یک تخم حاصل از لقاح گامتهای نر و ماده به سلولهای عضلانی ، مغز و کبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورت سلولها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترل می‌شود؟ علت سرطان چیست؟ مکانیسم حافظه کدام است؟ اساس مولکولی اسکیزوفرنی چیست؟

مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی

وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقش بیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدل فضا پرکن (Space _ Filling)

این نوع مدل ، خیلی واقع بینانه و مصطلح است. اندازه و موقعیت یک اتم در مدل فضا پرکن بوسیله خصوصیات باندها و شعاع پیوندهای واندروالسی مشخص می‌شود. رنگ مدلهای 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 آنها کوچکتر از شعاع واندروالسی است.

مدل اسکلتی (Skeletal)

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

فضا

در نشان دادن ساختمان مولکولی ، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحد آنگستروم )(، بطور معمول برای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، طول باند C _ C ، مساوی ۱،۵۴ آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک ، از قبیل کربوهیدراتها و اسیدهای آمینه ، بطور تیپیک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی ، از قبیل پروتئینها ، ۱۰ برابر بزرگتر هستند. برای مثال ، پروتئین حمل کننده اکسیژن در گلبولهای قرمز یا هموگلوبین ، دارای قطر ۶۵ آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی ۱۰ برابر بزرگتر می‌باشند. ماشینهای سنتز کننده پروتئین در سلولها یا ریبوزومها ، دارای ۳۰۰ آنگستروم طول هستند. طول اکثر ویروسها در محدوده ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی ۱۰۰ برابر بزرگتر هستند و در حدود میکرومتر (μm) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود ۷μm است. میکروسکوپ نوری حداقل تا ۲۰۰۰ آنگستروم قابل استفاده است. مثلا میتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکی از مولکولهای ۱ تا آنگستروم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند.

زمان لازم برای انجام واکنشهای بیوشیمیایی

راکسیونهای شیمیایی در سیستمهای بیولوژیکی به وسیله آنزیمها کاتالیز می‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه () به محصول تبدیل می‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند میکروثانیه (). بسیاری از تغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال ، باز شدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یک میکروثانیه 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 چند نانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیری نیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن ، تغییر در ساختمان ترکیبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسین می‌باشد که در عرض اتفاق می‌افتد.

انرژی

ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژی برای حیات ، خورشید است. برای مثال ، انرژی فوتون سبز ، حدود ۵۷ کیلوکالری بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP ، فرمول عمومی انرژی ، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه ۱۲ کیلوکالری بر مول می‌باشد. برعکس ، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول ، خیلی کم و در حدود ۰،۶ کیلوکالری بر مول در ۲۵ درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدار انرژی ، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیه پیوندهای کووالانسی مورد نیاز است، (برای مثال ۸۳Kcal/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 کیلوکالری انرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافی است. یک واحد جایگزین در انرژی ، ژول می‌باشد که برابر ۰،۲۳۹ کالری است.

ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها

ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سه نوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی ، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA ، تشکیل ساختمان سه بعدی پروتئینها ، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشف مولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهای بیولوژیکی و پروسه‌های درون مولکولی ، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سه پیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهای الکترواستاتیک ، پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای واندروالسی آنها از نظر ژئومتری ، قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، این پیوندها به مقدار زیادی از طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند.

بیوشیمی بالینی

بیوشیمی بالینی یا بیوشیمی کلینیکی یکی از رشته‌های علوم پزشکی است. این علوم بر پایه آزمایشهایی استوار است که بر اساس آنها در نتیجه تشخیص اختلالات در مقدار مواد تشکیل دهنده بدن ، بیماریهای مرتبط با آنها شناخته می‌شود.

اینک در عصر تسخیر فضا و پیوند اعضا ،بیوشیمی یکی از پیشرفته‌ترین علومی است که دنیای بی‌جانشیمی را را با دنیایزیست شناسی پیوند داده و ثابت کرده است که بسیاری از بیماریها حتی بازتابهای روانی ،نتیجه تغییرات شیمیایی مواد تشکیل دهنده بدن انسان است و فیزیو پاتولوژی این مواد وارگانهای وابسته به شناخت بیماریها و درمان آنها کمک شایانی می‌کند.

امروزه دانش جدید بیوشیمی بالینی به مثابه چراغ پرفروغی ، فرا راه پزشکان در شناخت بسیاریاز بیماریها قرار گرفته است. پیشرفتهای تکنیکی و فنی در اندازه‌گیریآنزیمها ،هورمونها ،الکترولیتهاو متابولیتهای با مقادیر کم ورابطه انکار ناپذیر تغییرات این مواد با ایجاد بیماریهای گوناگون وسعت بی‌نظیری بهاین رشته از علوم پزشکی داده است.

ریاضیات در بیوشیمی بالینی

نوشتن جواب آزمایشات با ارقامی که ارزش دارندمساله مهمی در کار آزمایشگاههای تشخیص طبی می‌باشد. بطور کلی بیوشیمی کلینیکی ،نوشتن جواب آزمایشها با حذف ارقام بدون ارزش با توجه و اندازه آن آزمایش صورتمی‌گیرد. مثلا در نوشتن جواب آزمایشهایگلوکز ،کلسترولواورهمی‌توان ارقاع اعشاری را حذف کرد. ولیدر گزارش دادن نتایج اندازه‌گیریکراتینوپتاسیم ،اعداد اعشاری نیز باارزش هستند و نباید حذف یا کامل شوند.

ارتباط بیوشیمی بالینی با سایر علوم

بیوشیمی بالینی علم در حال رشدی استکه با بسیاری از علوم ارتباط دارد از جمله است: زیست شناسی ،شیمی ،پزشکی ،علوم آزمایشگاهیو … .

سلولها از بیومولکولهای متعددی ساخته شده‌اند که هر کدام دارایوظایف منحصر به فردی هستند. بین ساختمان و عملکرد ماکرومولکولها ارتباط مستقیمیوجود دارد. پروتئینها از ترکیباسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند که بسته به توالی اسیدهای آمینه و پیوندهای شرکت کننده درساختمان آنها به شکلهای مختلف دیده می‌شوند و وظایف مربوط بخود را انجام می‌دهند. بطور مشابه ، اعمال اختصاصیپلی‌ساکاریدها ،اسیدهای نوکلئیک ولیپیدها را می‌توان بهعنوان نمای مستقیمی از ساختمان شیمیایی آنها به همراه زیر واحدهای مونومری مشخصآنها درک نمود که به شکل پلیمرهای وظیفه‌دار دقیقی به یکدیگر متصلشده‌اند.

برای هر کلاس مولکولها ، یک سلسله مراتب ساختمانی وجود دارد که درآن زیر واحدهایی با ساختمان مشخص توسط پیوندهایی با انعطاف پذیری محدود به یکدیگرمتصل شده تا ماکرمولکولهایی ایجاد نماید که ساختمان سه بعدی آنها توسط واکنشهایمتقابل ضعیف تعیین می‌گردد. سپس این ماکرومولکولها با یکدیگر واکنش نموده تاساختمانهای سوپرامولکولی و اندامکهای سلولی را ایجاد نمایند که بهسلولامکان انجام اعمال متابولیکی متعدد رابدهند.

هیدراتهای کربن

هیدراتهای کربن از مولکولهای مهم حیاتی هستند که به شکلذخایر انرژی ، سوخت ، واسطه‌های متابولیکی و همچنین در ساختار RNA ، DNA و دیوارهسلولی باکتریها ، گیاهان و اسکلت خارجیسخت پوستان یافت می‌شوند. همچنین به شکل متصل بهچربیها و پروتئینها درسلول وجود دارند. هیدراتهای کربن در سه گروه عمدهمونوساکاریدها،اولیگوساکاریدهاوپلی‌ساکاریدها، قرارمی‌گیرند.

مونوساکاریدها آلدئید یا کتونهایی هستند که دارای دو یا چند گروهه دروکسیل می‌باشند. از مهمترین مونوساکاریدها می‌توان به گلوکز ،فروکتوزوگالاکتوزاشاره کرد. ساکارز ،لاکتوز ومالتوزاز فراوانترین دی‌ساکاریدها در طبیعت هستند. از پلی‌ساکاریدهای مهم می‌توان گلیکوژن ،نشاسته وسلولز را نامبرد. علاوه بر این قندها ،مشتقات قندها نیز به صورت فراوان یافت می‌شوند.

لیپیدها

لیپیدها مولکولهای زیستی آلی و نامحلول درآب هستند که در ساختمانغشاهای سلولی شرکت دارند. همچنین ذخیره کننده و انتقال دهنده مواد سوختی متابولیسمیمی‌باشند. به علاوه به شکل پوشش مخاط سطحی در بسیاری از موجودات عمل می کنند. و بهعنوان جزئی از بخش سطحی سلول در شناسایی سلول ، ویژگی گونه‌ای و خصوصیات ایمنیبافتها شرکت دارند. لیپیدها از ترکیب اسیدها چرب و الکلها ایجاد شده‌اند. لیپیدهادو دسته هستند. لیپیدهای مرکب مانندفسفولیپیدها،اسفنگولیپیدها،مومهاو لیپیدهای ساده مانندتری گلیسریدها.

اسیدهای آمینه

آنالیز پروتئینها نشان داده است که پروتئینها اکثرا شامل ۲۰نوعاسید آمینه استاندارد هستند. به جز پرولین که گروه آمین آن از نوع ثانویه است سایراسید‌های آمینه ، α- آمینواسید می باشند. اسیدهای آمینه به چند گروهغیر قطبی،آروماتیک،قطبی بدون باروقطبی باردار، تقسیم بندی می‌شوند. اسیدهای آمینه علاوه بر شرکت در ساختمان پروتئینها به عنوان واسطه‌های واکنشهایمتابولیسمی نیز فعالیت می‌کنند.

پپتیدها و پروتئینها

پلیمریزاسیون L – آلفا آمینواسیدها توسطپیوندهای پپتیدی، اساس ساختمان پپتیدها وپرتئینها می‌باشد. پیوند پپتیدی یک اتصالCO-NHاست. بسیاری از هورمونها وناقلین عصبی یاتنظیم کننده‌های عصبیو برخیآنتی بیوتیکها ساختار پپتیدی دارند. پروتئینها دارای ۴ نوع ساختمان هستند که در هرساختمان پیوندهای منحصر به فردی شرکت دارند.

پروتئینها را به دو گروهپروتئینهای ساده و ترکیبی تقسیم بندی می‌کنند. از پروتئینهای ساده می‌توان بهفیبرینوژن،میوزین،اکتین،کلاژن وکراتیناشاره کرد. پروتئینهای ترکیبی علاوهبر زنجیره پلی‌پپتیدی حاوی یک بخش غیر پروتئینی هم هستند کهسیتوکرومها،کاتالازها،پراکسیدازهاوهموگلوبین جزء این پروتئینها هستند که نقشهای کلیدی را در واکنشهای سلولی بر عهده دارند.

آنزیمها

بیشترآنزیمها ساختارپروتئینی دارند و باعث افزایش سرعت واکنشهای بیوشیمیایی به میزان ۱۰۱۲ – ۱۰۶ برابر در مقایسه با واکنشهایی می‌گردند که در غیاب آنزیم انجاممی‌گیرند. اتصال سربسترا به آنزیم مستلزم مکمل بودن سوبسترا از نظر شکل فضایی وهمچنین بار الکتریکی با مکان فعال آنزیم است. بر حسب ویژگی کاتالیز آنزیمی آنها رابه ۶ گروه اصلیاکسیدوردوکتازها،ترانسفرازها،هیدرولازها،لیازها،ایزومرازهاولیگازها، طبقه بندی می‌کنند.

اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک شامل DNA و انوع RNAها می‌باشند. واحدهایمونومری DNA دزاکسی ریبونوکلئوتیدها هستند. نوکلئوتیدها در واکنشهایی شرکت می‌کنندکه اعمال فیزیولوژیک بسیار متنوعی از قبیل سنتز پروتئین و اسید نوکلئیک ، واکنشهایزنجیره‌ای تنظیمی و انتقال سیگنال داخل سلولی و بین سلولی را شامل می‌شوند. مولکول DNA به عنوان واحد وراثتی محسوب می‌شود که از روی آن RNA که نسخه برداری شده و درساختارریبوزوم وپروتئین سازی، استفاده می‌شود.

ویتامینها

ویتامینها ترکبات آلی غیر از کربوهیدراتها ، لیپیدها وپروتئینها هستند که در طبیعت توسط تک یاخته‌ها ،سلولهای گیاهی و سلولهای تعدادی از جانداران تکامل یاخته ساخته می‌شوند. چون سلولهایبدن انسان قادر به ساختن ویتامینها نیستند. نیاز بدن به ویتامین باید ازمحیط زیست و به مقادیر لازم توسط مواد غذایی تامین گردد. ویتامینها بیشتر در ساختارکو آنزیمها شرکت می‌کنند. ویتامینهادر دو گروهویتامینهای محلول چربی (A ، E ، K و D) وویتامینهای محلول در آب (B و C) قرار می‌گیرند.

ارتباط با سایر علوم

بیوشیمی ساختمانی با بسیاری از علوم ازبیوشیمی گیاهی ،بیوشیمی بالینی ،زیست شناسی سلولی ،ژنتیک وفیزیولوژی گیاهی ارتباط دارد.

بیوشیمی گیاهی

بیوشیمی گیاهی شاخه‌ای از بیوشیمی است. دانشی است تجربی که هدف آن بررسی طبیعت و مکانیسم واکنشهای شیمیای ویژه‌ای است که در گیاهان روی می‌دهند. این شاخه از علوم ، دانشی نو‌ظهور است که در حال تکامل می‌باشد.

گیاهان که منبع غذاها ، داروها و تعداد بیشماری از مواد آلیگوناگون هستند، در حقیقت گنجینه‌ای عظیم از ثروت پنهانی بشمار می‌روند که پیوستهتجدید می‌شوند. گیاهان علاوه بر آنکه نقش تلمبه آب بی‌اندازه پرتوانی را میان خاک وجو ایفا می‌کنند. با بقایای فسیلی خود منشا منابع لازم برای تمدن کنونی هستند. سلول گیاهی آزمایشگاه بنیادی این کارخانه شگرف ترکیبات آلی است. مهم آن است که تعیینشود گیاه با چه فرآیندهایی (فتوسنتز ،تعرق و (واکنشهایمتابولیسمی|متابولیسم))) دگرگونی‌های متعددی را باعث می‌شود که از چند ماده سادهآغاز می‌شوند و به تعداد بیشماری از پیچیده‌ترین مواد آلی حاصل از متابولیسم گیاهیمی‌رسند.

برخی از فرآیندها مانند فتوسنتز یا چرخه‌های تحولاتنیتروژن وگوگرد ، خصلتیعام دارند که به مولکولهای ساده متابولیسم اولیه مانندقندهاوآمینو اسیدها و … که در همه گیاهان مشترک هستند منجر می‌شوند. فرایندهای دیگر ،برعکس ، اختصاصی‌تر هستند و به فرآورده‌های متابولیسم ثانویه حاصل از استفاده موادمتابولیسم اولیه ، می‌انجامد. چنین است قلمرو بیکران و هیجان ‌انگیز بیوشیمی گیاهیکه هدف آن پاسخ به این پرسش معقول است که پدیده‌ها چگونه روی می‌دهند، بی‌آنکهبخواهد به پرسش غایت‌گرانهچراپاسخ دهد. مباحثی که در بیوشیمی گیاهی بحثمی‌شوند، در زیر شرح داده می‌شوند.

بیومولکولها

تمامبیومولکولهااز جملهکربوهیدراتها،پروتئینها ،لیپیدهاواسیدهای نوکلئیک در بیوشیمی گیاهی بحث می‌شوند. که شامل شکل و ساختمان این ترکیبات ومشتقات مختلف آنها ، وظایف و نقش آنها در گیاه و متابولیسم این مواد می‌باشد.

ترکیبات معطر

بیوسنتز حلقه معطر یکی از فرایندهای اساسی در بیوشیمی گیاهیاست. از مهمترین ترکیبات معطر می‌توانلیگنین(ماده سازنده چوب) و همچنین بسیاریاز اسانسها ، فلاونها ، آنتوسیانها و اسیدهای آمینه واجد حلقه‌های معطر(فنیل آلانینوترپیتوفان)و … اشاره کرد. مواردی مانندتشکیل حلقه معطر ، انواع حلقه معطر ، نقش و متابولیسم آنها در بیوشیمی گیاهی بحثمی‌شوند.

ترپنها و آلکالوئیدها

تنوع قابل توجه انواع که در گیاهان دیده می‌شود،نمونه تازه‌ای از امکانات شیمیایی کارخانه گیاهی است. ترپنوئیدهاباآلکالوئیدهاوافلانوئیدهاجزو مواد ثانویه متابولیسم قرارداده می‌شوند. بعضی از ترپنوئیدها در پدیده فتوسنتز شرکت می‌کنند و چندهورمون گیاهی ، ساختار ترپنی دارند. در حال حاضر بیش از ۲۰۰۰ آلکالوئید شناخته شده‌اندو به علت خواصشان مورد توجه داروسازان قرار گرفته‌اند. مواردی مانند ساختمان اینترکیبات ، چگونگی سنتز و متابولیسم این مواد در بیوشیمی گیاهی بحث می‌شوند.

بیوشیمی رشد و نمو گیاهی

مجموعه پدیده‌هایی که با افزایش طول گیاه همراهاستنمونامیده می‌شود. نمو اندامهای گیاهی مانند نمو گیاه کامل با افزایشنمایی مشخص می‌گردد و بعد هر چه گیاه به حد بلوغ نزدیک می‌شود به همان نسبت نمواندامهای کاهش می یابد. مواردی مانند سنتیتک رشد ،تروپسیم‌ها، انواع هورمونهای گیاهی وساختار و نقش فیزیولوژیک آنها در گیاهان ،تشکیل گلو مکانیسمهای موثر بر آن و … دربیوشیمی گیاهی بحث می‌شوند.

ارتباط بیوشیمی گیاهی با سایر علوم

بیوشیمی گیاهی با بسیاری از علوم ازجملهفیزیولوژی گیاهی ،زیست شناسی سلولی و مولکولی ،ژنتیک وبیوشیمی ارتباط دارد.

بیوشیمی ساختمانی چیست؟

بیوشیمی ساختمانی شاخه‌ای از بیوشیمی است که به بررسی اجزای تشکیل دهنده ماکرومولکولها و مواد تشکیل دهنده سلولها و ساختمان و شکل آنها می‌پردازد. این شاخه در ارتباط گسترده با متابولیسم مواد سلولی است.

سلولها از بیومولکولهای متعددی ساخته شده‌اند که هر کدام دارای وظایف منحصر به فردی هستند. بین ساختمان و عملکرد ماکرومولکولها ارتباط مستقیمی وجود دارد. پروتئینها از ترکیب اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند که بسته به توالی اسیدهای آمینه و پیوندهای شرکت کننده در ساختمان آنها به شکلهای مختلف دیده می‌شوند و وظایف مربوط بخود را انجام می‌دهند. بطور مشابه ، اعمال اختصاصی پلی‌ساکاریدها ، اسیدهای نوکلئیک و لیپیدها را می‌توان به عنوان نمای مستقیمی از ساختمان شیمیایی آنها به همراه زیر واحدهای مونومری مشخص آنها درک نمود که به شکل پلیمرهای وظیفه‌دار دقیقی به یکدیگر متصل شده‌اند.

برای هر کلاس مولکولها ، یک سلسله مراتب ساختمانی وجود دارد که در آن زیر واحدهایی با ساختمان مشخص توسط پیوندهایی با انعطاف پذیری محدود به یکدیگر متصل شده تا ماکرمولکولهایی ایجاد نماید که ساختمان سه بعدی آنها توسط واکنشهای متقابل ضعیف تعیین می‌گردد. سپس این ماکرومولکولها با یکدیگر واکنش نموده تا ساختمانهای سوپرامولکولی و اندامکهای سلولی را ایجاد نمایند که به سلول امکان انجام اعمال متابولیکی متعدد را بدهند.

هیدراتهای کربن

هیدراتهای کربن از مولکولهای مهم حیاتی هستند که به شکل ذخایر انرژی ، سوخت ، واسطه‌های متابولیکی و همچنین در ساختار RNA ، DNA و دیواره سلولی باکتریها ، گیاهان و اسکلت خارجی سخت پوستان یافت می‌شوند. همچنین به شکل متصل به چربیها و پروتئینها در سلول وجود دارند. هیدراتهای کربن در سه گروه عمده مونوساکاریدها ، اولیگوساکاریدها و پلی‌ساکاریدها ، قرار می‌گیرند.

مونوساکاریدها آلدئید یا کتونهایی هستند که دارای دو یا چند گروه هدروکسیل می‌باشند. از مهمترین مونوساکاریدها می‌توان به گلوکز ، فروکتوز و گالاکتوز اشاره کرد. ساکارز ، لاکتوز و مالتوز از فراوانترین دی‌ساکاریدها در طبیعت هستند. از پلی‌ساکاریدهای مهم می‌توان گلیکوژن ، نشاسته و سلولز را نام برد. علاوه بر این قندها ، مشتقات قندها نیز به صورت فراوان یافت می‌شوند.

لیپیدها

لیپیدها مولکولهای زیستی آلی و نامحلول در آب هستند که در ساختمان غشاهای سلولی شرکت دارند. همچنین ذخیره کننده و انتقال دهنده مواد سوختی متابولیسمی می‌باشند. به علاوه به شکل پوشش مخاط سطحی در بسیاری از موجودات عمل می کنند. و به عنوان جزئی از بخش سطحی سلول در شناسایی سلول ، ویژگی گونه‌ای و خصوصیات ایمنی بافتها شرکت دارند. لیپیدها از ترکیب اسیدها چرب و الکلها ایجاد شده‌اند. لیپیدها دو دسته هستند. لیپیدهای مرکب مانند فسفولیپیدها ، اسفنگولیپیدها ، مومها و لیپیدهای ساده مانند تری گلیسریدها.

اسیدهای آمینه

آنالیز پروتئینها نشان داده است که پروتئینها اکثرا شامل ۲۰ نوع اسید آمینه استاندارد هستند. به جز پرولین که گروه آمین آن از نوع ثانویه است سایر اسید‌های آمینه ، α- آمینواسید می باشند. اسیدهای آمینه به چند گروه غیر قطبی ، آروماتیک ، قطبی بدون بار و قطبی باردار ، تقسیم بندی می‌شوند. اسیدهای آمینه علاوه بر شرکت در ساختمان پروتئینها به عنوان واسطه‌های واکنشهای متابولیسمی نیز فعالیت می‌کنند.

پپتیدها و پروتئینها

پلیمریزاسیون L – آلفا آمینواسیدها توسط پیوندهای پپتیدی ، اساس ساختمان پپتیدها و پرتئینها می‌باشد. پیوند پپتیدی یک اتصال CO-NH است. بسیاری از هورمونها و ناقلین عصبی یا تنظیم کننده‌های عصبی و برخی آنتی بیوتیکها ساختار پپتیدی دارند. پروتئینها دارای ۴ نوع ساختمان هستند که در هر ساختمان پیوندهای منحصر به فردی شرکت دارند.

پروتئینها را به دو گروه پروتئینهای ساده و ترکیبی تقسیم بندی می‌کنند. از پروتئینهای ساده می‌توان به فیبرینوژن ، میوزین ، اکتین ، کلاژن و کراتین اشاره کرد. پروتئینهای ترکیبی علاوه بر زنجیره پلی‌پپتیدی حاوی یک بخش غیر پروتئینی هم هستند که سیتوکرومها ، کاتالازها ، پراکسیدازها و هموگلوبین جزء این پروتئینها هستند که نقشهای کلیدی را در واکنشهای سلولی بر عهده دارند.

آنزیمها

بیشتر آنزیمها ساختار پروتئینی دارند و باعث افزایش سرعت واکنشهای بیوشیمیایی به میزان ۱۰۱۲ – ۱۰۶ برابر در مقایسه با واکنشهایی می‌گردند که در غیاب آنزیم انجام می‌گیرند. اتصال سربسترا به آنزیم مستلزم مکمل بودن سوبسترا از نظر شکل فضایی و همچنین بار الکتریکی با مکان فعال آنزیم است. بر حسب ویژگی کاتالیز آنزیمی آنها را به ۶ گروه اصلی اکسیدوردوکتازها ، ترانسفرازها ، هیدرولازها ، لیازها ، ایزومرازها و لیگازها ، طبقه بندی می‌کنند.

اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک شامل DNA و انوع RNAها می‌باشند. واحدهای مونومری DNA دزاکسی ریبونوکلئوتیدها هستند. نوکلئوتیدها در واکنشهایی شرکت می‌کنند که اعمال فیزیولوژیک بسیار متنوعی از قبیل سنتز پروتئین و اسید نوکلئیک ، واکنشهای زنجیره‌ای تنظیمی و انتقال سیگنال داخل سلولی و بین سلولی را شامل می‌شوند. مولکول DNA به عنوان واحد وراثتی محسوب می‌شود که از روی آن RNA که نسخه برداری شده و در ساختار ریبوزوم و پروتئین سازی ، استفاده می‌شود.

ویتامینها

ویتامینها ترکبات آلی غیر از کربوهیدراتها ، لیپیدها و پروتئینها هستند که در طبیعت توسط تک یاخته‌ها ، سلولهای گیاهی و سلولهای تعدادی از جانداران تکامل یاخته ساخته می‌شوند. چون سلولهای بدن انسان قادر به ساختن ویتامینها نیستند. نیاز بدن به ویتامین باید از محیط زیست و به مقادیر لازم توسط مواد غذایی تامین گردد. ویتامینها بیشتر در ساختار کو آنزیمها شرکت می‌کنند. ویتامینها در دو گروه ویتامینهای محلول چربی (A ، E ، K و D) و ویتامینهای محلول در آب (B و C) قرار می‌گیرند.

ارتباط با سایر علوم

بیوشیمی ساختمانی با بسیاری از علوم از بیوشیمی گیاهی ، بیوشیمی بالینی ، زیست شناسی سلولی ، ژنتیک و فیزیولوژی گیاهی ارتباط دارد.

تفاوت بین واکنش شیمیایی و بیوشیمیایی چیست ؟

دما :

دما در واکنش های شیمیایی بالاتر و یا پایینتر از ۳۷ درجه سانتیگراد است ولی در واکنش های بیوشیمیایی دما ۳۷ درجه سانتیگراد است .

محیط واکنش :

واکنش های شیمیایی در محیط های غیر عالی و در فشار بالا و گاها با شوک الکتریکی صورت میگیرد . ولی واکنش بیو شیمیایی در محیط های آلی و در دمای ثابت اتفاق می افتند .

سرعت واکنش :

در واکنش های شیمیایی سرعت واکنش بسیار کند میباشد ولی در واکنش های بیوشیمیایی سرعت واکنش ها سریع و بسته به نیاز بدن میباشد .

کاتالیزگر :

کاتالیزگر در واکنش های شیمیایی اکثرا غیر اختصاصی و در واکنش های بیوشیمیایی اختصاصی میباشد .

سوبسترا : ( ماده ای که آنزیم بر آن اثر میکند )

در واکنش های شیمیایی سوبسترا یک ماده ی ساده است . ولی در واکنش های بیو شیمیایی ، سوبسترا ماده ای درشت و پیچیده است .

محل واکنش :

محل واکنش واکنش های شیمیایی در محیط آزمایشگاهی in-vitro

محل واکنش واکنش های بیو شیمیایی در داخل بدن in-vivo

زمان واکنش :

واکنش های شیمیایی در زمان معین انجام و به اتمام میرسند . ولی زمان واکنش های بیوشیمیایی بسته به نیاز بدن و شرایط بدن متغیر است .

تنظیم ( Regulation ) :

واکنش های شیمیایی فاقد تنظیم ولی واکنش های بیوشیمیایی تحت شرایط تنظیم میشوند .

جهت مطالعه اهداف بیوشیمی به ادامه مطلب مراجعه فرمایید …

اهداف بیوشیمی :

درک و روشن کردن فرایند های شیمیایی که درون بدن جانداران اتفاق می افتد.

بررسی ترکیبات شیمیایی در ابعاد مولکول ، سلول ، بافت و عضو جانداران در شرایط سلامتی و بیماری

بررسی انواع واکنش های متابولیکی : ۱- Anabolism ( تولید ) ۲- catabolism ( تجزیه )

بررسی شرایط واکنش از نظر محل ، نوع واکنش ، نقش واکنش ، فعال یا غیر فعال شدن آنزیم ، Ph محیط ، قدرت یونی و نحوه تنظیم .

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

پرسش‌های بنیادی بیوشیمی