مبادئ الكيمياء الحيوية

تُعنى الكيمياء الحيوية بدراسة التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية.
تشمل هذه التفاعلات عمليات مثل التمثيل الغذائي، والتنفس الخلوي، والتركيب والتكسير.
تركز الكيمياء الحيوية على فهم آليات وميكانيكيات هذه العمليات.
تُستخدم الكيمياء الحيوية في مجالات متنوعة مثل الطب والتكنولوجيا الحيوية.

تشمل الجزيئات الحيوية الرئيسية الكربوهيدرات، والدهون، والبروتينات، والأحماض النووية.
الكربوهيدرات: تُعد مصدر رئيسي للطاقة، وتتضمن السكريات البسيطة، والسكريات المركبة، والألياف. تختلف وظائفها تبعاً للتركيب. الأمثلة تشمل الجلوكوز، الفركتوز، السكروز.
الدهون: تُعد مخزناً للطاقة، وتشارك في تكوين أغشية الخلايا. أمثلة منها الأحماض الدهنية، والدهون الثلاثية، والستيرويدات. تشمل الدهون دورها في إمداد الجسم بالطاقة.
البروتينات: تلعب دوراً أساسياً في العديد من العمليات الحيوية، وتتكون من سلاسل من الأحماض الأمينية. تشمل وظائفها الإنزيمات، والبنى الهيكلية، والنقل. تختلف البروتينات باختلاف تسلسل الأحماض الأمينية.
الأحماض النووية: تحمل المعلومات الوراثية، وتشمل الحمض الديوكسي ريبوزي (DNA) والحمض الريبوزي (RNA). DNA يحمل التعليمات الوراثية، وRNA يشارك في بناء البروتينات.

العمليات الأيضية هي تفاعلات كيميائية متسلسلة، تتضمن عمليات البناء (الابتنائية) والهدم (الهدمية).
يُعد الإنزيم عامل حفاز بيولوجي، يسرّع من معدل التفاعلات الكيميائية دون أن يُستهلك.
تُستخدم الطاقة في العديد من العمليات، مثل نقل الجزيئات عبر الأغشية.
تشارك في التفاعلات الكيميائية العديد من الوسطاء مثل ATP، NAD+, NADP+. هذه الوسطاء ضرورية لحدوث التفاعلات.

تشمل العمليات الأيضية بناء الجزيئات من مكونات بسيطة و تحطيم جزيئات كبيرة إلى مكونات أصغر. تُقسم العمليات الأيضية إلى مجموعتين رئيسيتين:
- التمثيل الغذائي: عملية تحويل المواد الخام إلى جزيئات ضرورية للنمو والوظائف الخلوية. يشمل إنتاج النواقل والهرمونات.
- التنفس الخلوي: تحطيم الجلوكوز (أو جزيئات أخرى) لإنتاج الطاقة. يُنتج الطاقة اللازمة للعمليات الخلوية.

تلعب قوى التفاعلات الجزيئية دور هام في الكيمياء الحيوية، و خاصة في تفاعلات الترابط.
يعتمد شكل الجزيئات الحيوية وتركيبها على هذه القوى. مثلا، قوى فان دير فالس.
دراسة ديناميات التراكيب الجزيئية في الكيمياء الحيوية مهمة لفهم كيفية عمل الجزيئات.
تشارك مبادئ الفيزياء الحيوية في دراسة السلوك الجزيئي في البيئة الحيوية. تشمل هذه المبادئ مبادئ الحركة وتفاعل الجزيئات.

تُفسر الإنزيمات كمُحفِّزات حيوية حيوية تزيد من معدل التفاعلات دون تغيير.
تساعد الإنزيمات في تحويل الجزيئات من شكل إلى آخر.
تعتمد فعالية الإنزيم على العوامل البيئية مثل درجة الحرارة والpH.
العديد من الأدوية تعمل عن طريق تثبيط الإنزيمات أو تعديل عملها، مستهدفة وظائف معينة.

التحكم الأيضي هو عملية تنظيم العمليات الأيضية في الخلية.
يُؤثر التحكم على معدل، واتجاه وكمية التفاعلات. من خلال تنظيم معدل وإنتاج الإنزيمات.
يحدد التحكم الأيضي قدرة الخلية على التكيف مع الظروف المتغيرة.
أليات التحكم قد تشمل: التنظيم من خلال التغيرات في كميات الإنزيمات، أو في وظائفها. مثلا، التحكم بتفعيل/ تثبيط الإنزيمات.

الهرمونات جزيئات كيميائية تنتجها الغدد الصماء، وتنقلها الدم، وتؤثر على وظائف الأعضاء الأخرى.
لها دور في تنظيم العمليات الأيضية، و التكاثر.
تشمل أمثلة الهرمونات الأدرينالين، والإنسولين، والأستروجين. لها تأثيرات واسعة النطاق على الجسم.

تطبق الكيمياء الحيوية في فهم وتحسين تشخيص وعلاج الأمراض.
تلعب دور مهم في تطوير الأدوية.
تشمل التطبيقات تطوير علاجات جديدة مستهدفة للعمليات الأيضية، والإنزيمات، و الأنظمة الجزيئية. تستهدف التطبيقات الكيمياء الحيوية تحسين تشخيص الأمراض وعلاجها.