مقدمة في الكيمياء الحيوية

مقدمة

• الكيمياء الحيوية هي فرع من فروع العلوم الطبيعية يدرس التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية.
• تركز على المركبات العضوية، والعمليات الحيوية الرئيسية، مثل التمثيل الغذائي والتحلل.
• تساعد في فهم كيفية عمل الخلايا، وكيف تتفاعل الكائنات الحية مع بيئتها.

المركبات العضوية الأساسية

• الكربوهيدرات: مصدر رئيسي للطاقة، وتشمل السكريات البسيطة (الغلوكوز) والسكريات المعقدة (النشا واللاكتوز).
• الدهون: توفر طاقة احتياطية وتُشكل جزءاً هاماً من أغشية الخلايا، وتشمل الأحماض الدهنية والدهون الثلاثية.
• البروتينات: تلعب أدواراً متعددة في الجسم، من بينها الإنزيمات والهرمونات، وتُشكل من الأحماض الأمينية المختلفة.
• الأحماض النووية: (DNA و RNA) تحمل المعلومات الوراثية وتتحكم في تخليق البروتينات.

التمثيل الغذائي

• يشمل جميع العمليات الكيميائية التي تحدث في الكائن الحي لتحويل الطاقة والمواد الغذائية.
• يُقسّم التمثيل الغذائي إلى مرحلتين رئيسيتين:
  • التمثيل الضوئي: عملية تقوم بها النباتات والطحالب لتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية (الغلوكوز).
  • التنفس الخلوي: عملية تحطيم الغلوكوز لإنتاج الطاقة على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).

الإنزيمات

• بروتينات تعمل كمحفزات بيولوجية لتسريع التفاعلات الكيميائية في الجسم.
• تُحدد الإنزيمات أنواع التفاعلات التي تحدث، وكيفية حدوثها.
• تزداد فعالية الإنزيمات عند درجات حرارة محددة، وتتأثر بالحموضة (pH) وتركيز المواد المتفاعلة.
• تعمل بفاعلية على أسطح مُحددة "مواقع تنشيط" على الإنزيم.

التفاعلات الحيوية

• العديد من التفاعلات الكيميائية المترابطة في الكائن الحي.
• مثال على ذلك: التخمر (إنتاج الطاقة دون استخدام الأكسجين) وتفاعلات تخليق البروتينات.

أهمية الكيمياء الحيوية

• مهمة لفهم الأمراض والاضطرابات، و تصميم أدوية جديدة.
• تُمكّن من تحسين الزراعة والمنتجات الغذائية.
• تُساهم بشكل كبير في مجال الهندسة الوراثية و علم الأحياء الجزيئي.
• تزيد من فهم التفاعلات بين الكائنات الحية والبيئة.

الأيض الخلوي

• سلسلة من العمليات الكيميائية التي تحدث داخل الخلية.
• تحول الطاقة من شكل إلى آخر.
• تقوم ببناء وإصلاح الجزيئات.
• تُساعد على تنظيم العمليات الخلوية.

المواد الكيميائية الحيوية

• تشمل الجزيئات العضوية و غير العضوية اللازمة للعمليات الحيوية.
• الأيونات الزائدة مثل الصوديوم (Na+) والبوتاسيوم (K+) هي ضرورية.
• العديد من الهرمونات تؤثر على العمليات الكيميائية.

تقنيات الكيمياء الحيوية

• تحليل التمثيل الغذائي مثل قياس تركيز السكريات و الأحماض الأمينية في الجسم.
• تقنيات تحضير البروتينات مثل التنقية بالكروماتوغرافيا.
• تقنيات تحديد تركيز الجزيئات الحيوية مثل تقنية قياس الطيف.

العلاقة مع مجالات أخرى

• الطب: فهم الأمراض والجيني.
• الزراعة: تحسين الإنتاج الزراعي والمحاصيل.
• الكيمياء: تطبيق المبادئ الكيميائية على العمليات البيولوجية.
• علم الأحياء: تساعد في تفسير أساس العمليات البيولوجية.