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.

دید کلی

اینک در عصر تسخیر فضا و پیوند اعضا ،بیوشیمی یکی از پیشرفته‌ترین علومی است که دنیای بی‌جانشیمی را را با دنیایزیستشناسی 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.

امروزهدانش 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.

آب مورد استفاده در آزمایشگاههای بالینی

آببر حسب درجه خلوص و نوع آن که درآزمایشگاهها مصرف می‌شوند عبارتند از: آب معمولی،آب مقطر،آبدیونیزهوآب استریل . برای حل نمودنسرمهایتجارتی که جهت کنترل بکار می‌روند، ساختن محلولهایی استاندارد ، محلولهای موردآزمایش الکترولتها و رقیق نمودن سرم بیماران باید از آب دیونیزه استفاده کرد. آبیکه در آزمایشگاههای تشخیص طبی بکار می‌رود باید دارای خواص زیر باشد: فلزات سنگین آن از 0.01میلیگرم در لیتر بیشتر نباشد و PH آن بین 7 - 6 باشد.

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.

جمع آوری و نگهداری نمونه‌ها

جمع آوری و نگهداری نمونه‌ها یکی از مهمترینکارهای اولیه آزماشیگاه کلینیکی است. گرفتن خون با وسایل تمیز استریل ، جمع آوری ودقت در نوشتن نام بیمار ، زمان گرفتن نمونه ، نمره گذاری لوله ، استفاده از مواد ضدانعقاد مناسب و سانتریفوژ کردن به موقع خون از اعمالی است که از بسیاری از اشتباهاتاساسی آزمایشگاه جلوگیری می‌کند.

لوازم شیشه‌ای آزمایشگاه

لوازم شیشه‌ای که در آزمایشگاههای تشخیص طبی وجوددارند عبارتند از: لوله آزمایش ،پی‌پت ،بورت ،بالن ژوژه، قیف و ... . جنس شیشه بسیار مهمبوده و برای کاربرد آنان باید اطلاعاتی در این زمینه داشت. پیپت برای نقل انتقالمحلولها با حجم معین بکار می‌رود. بورتبرای اندازه‌گیری حجمها بکار می‌رود. با داشتن بهترین تکنسینها ، بدون داشتن وسایل نمی‌توان جوابهای درستی به دست آزمایششونده داد.

جدا کردن پروتئینهای پلاسما

در برخی از آزمایشهای بیوشیمی ، وجودپروتئین ، ایجاد کدورت ، رسوب ، تعلیق مواد و تداخل در عده‌ای از واکنشهای شیمیاییمی‌نماید. به همین جهت در انجام آن سری از آزمایشها درخون ،ادرارومایع نخاعی لازم است. پروتئینها را می‌توان به طرق مختلفی جدا کرد. مثل جذب آن بوسیله کائولن ،میکرودیفوژن ، دیالیز نمودن ، اولترافیلتراسیون و یا دناتوره کردن بوسیله حرارت کهاینها روشهای فیزیکی هستند. از طریق شیمیایی نیز می‌توان پروتئینها را رسوب دادمانند استفاده از واکنش بینآنتی ژن وآنتی کور.

روشهای آزمایشگاهی

روشهای بسیاری در آزمایشگاهی تشخیص طبی وجود دارد ازروشهای مورد استفاده در آزمایشگاهها می‌توان موارد زیر انجام برد: تجزیه وزنی ،تجزیه حجمی ، سنجش کدورت ،اسپکتروفوتومتری، فیلم فوتومتر ،فلوئورومتر ،الکتروفورز،کروماتوگرافی و ... .

آزمایشهای فعالیت کلیوی

عمل کلیه‌هاخارج نمودنمواد زیر از بدن و حفظ و جذب دوباره بعضی از مواد حیاتی مثلالکترولیتهامی‌باشد. بیماریهای کلیویبه سه دسته تقسیم می‌شوند: بیماریهایی که مستقیما به اعمال کلیه‌ها مربوط نمی‌شوند، بیماریهای مربوط بهکلیه‌ها و بیماریهای که بعد از خروج ادرار از کلیه‌ها اتفاق می‌افتد مانندغده‌های سرطانی مثانه. آزمایشهایی که درآزمایشگاههای تشخیص طبی برای سنجش فعالیت کلیه انجام می‌شود به قرار زیر است،آزمایشهای مربوط به میزان تصفیه گلومرولی ، آزمایشهای مربوط به فعالیتلوله‌های نفرونو آزمایشهای تجزیه کاملادرار.

آزمایشهای کبدی

اعمال کبدبه صورت زیر است: ساختن بسیاری از مواد مهم بدن مثل پروتئینها ، کلسترول ، اوره و ... ، ساختنفاکتورهایانعقادخون ، ذخیره نمودن بعضی از مواد مثلگلیکوژن ، غیر سمی نمودن بعضی از مواد متابولیزمی و داروها . آزمایشهایی که در مورد عملکردکبد انجام می‌شود به صورت زیر است: اندازه‌گیری بیلی‌روبینپلاسمایخون ، تشخیص بیلی‌روبین ادرار ، اندازه ‌گیری اوربیلی‌نوژن در ادرار و مدفوع ،سنجشآمونیاک و اوره خون و سایر مایعات بدن ، آزمایشهای فلوکولاسیون ، سنجش مقدار آنزیمهایآلکالین فسفاتازوآلدولازو آنزیمهای دیگر.

آزمایشهای مربوط به الکترولیتها

زندگی یک سلول زنده در رابطه با متابولیزمآب و الکترولیتها ، بستگی به سه عامل مهم دارد: تنظیم PH و یا در حقیقت ثابتنگهداشتن رابطه بین اسید و باز مایعات بدن ، تنظیم مقادیر کاتیونها و آنیونها درمایعات بدن و تنظیمفشاراسمزی مایعات بدن. اندازه ‌گیری الکترولیتهای بدن ارزش حیاتی داشته و باید درکمال دقت و درستی انجام شود. لوله‌هاینمونهبرداری ، ظروف آزمایش باید تمیز و عاری از هر نوع آلودگی باشند. آزمایشهایی کهدر مورد الکترولیتها صورت می‌گیرد، عبارتند از: آزمایش اندازه ‌گیریسدیم ،پتاسیم ،فسفر ،کلر ،بی‌کربنات،فشاراکسیژن ،فشاردی‌اکسید کربن و

ارتباط بیوشیمی بالینی با سایر علوم

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

بیوشیمی ساختمانی

بیوشیمی ساختمانی شاخه‌ای ازبیوشیمی است که به بررسی اجزای تشکیل دهنده ماکرومولکولها و مواد تشکیل دهنده سلولها وساختمان و شکل آنها می‌پردازد. این شاخه در ارتباط گسترده بامتابولیسم مواد سلولی است.

دید کلی

سلولها از بیومولکولهای متعددی ساخته شده‌اند که هر کدام دارایوظایف منحصر به فردی هستند. بین ساختمان و عملکرد ماکرومولکولها ارتباط مستقیمیوجود دارد. پروتئینها از ترکیباسیدهایآمینه 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 ،اسیدهاینوکلئیک 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 خارجیسختپوستان 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 گروههدروکسیل می‌باشند. از مهمترین مونوساکاریدها می‌توان بهگلوکز ،فروکتوزوگالاکتوزاشاره کرد. ساکارز ،لاکتوز ومالتوزاز فراوانترین دی‌ساکاریدها در طبیعتهستند. از پلی‌ساکاریدهای مهم می‌توانگلیکوژن ،نشاسته وسلولز را نامبرد. علاوه بر این قندها ،مشتقات قندهانیز به صورت فراوان یافتمی‌شوند.

لیپیدها

لیپیدها مولکولهای زیستی آلی و نامحلول درآب هستند که در ساختمانغشاهایسلولی 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 20نوعاسیدآمینه 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 برخیآنتیبیوتیکها ساختار پپتیدی دارند. پروتئینها دارای 4 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 10¹² - 10⁶ 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 6 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 ،سلولهایگیاهی و سلولهای تعدادی از جانداران تکامل یاخته ساخته می‌شوند. چون سلولهایبدن انسان قادر به ساختن ویتامینها نیستند. نیاز بدن به ویتامین باید ازمحیطزیست 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 ازبیوشیمیگیاهی ،بیوشیمیبالینی ،زیستشناسی سلولی ،ژنتیک وفیزیولوژیگیاهی ارتباط دارد.

بیوشیمی گیاهی

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

دید کلی

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. سلولگیاهی 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 مانندقندهاوآمینواسیدها 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.

نقش آب در گیاهان

آبلازمه زندگی است. زندگی دردریاها تولد ‌یافته وواکنشهایمتابولیسمی ، مانند ساختارهایی که پایه و اساس این واکنشها هستند فقط در محیطآبکی انجام ‌پذیر هستند. آب در گیاهان علفی و اندامهای جوان در نگهداریحالت تورژسانسدخالت دارد. آب به عنوانمتابولیت در تهیه هیدروژن لازم برای ساختن زنجیره‌های هیدروکربنی دخالت دارد. آب درپدیده فتوسنتز نقش کلیدی دارد. آب از طریقتارهایکشنده ریشه جذب شده و از طریقآوندهایچوبی به تمام قسمت‌های گیاه منتقل شده و اعمال خود را انجام می‌دهد.

فتوسنتز

فتوسنتز که درکلروپلاست‌ها صورت می‌گیرد عبارت است از تشکیل قندها از H₂O و CO₂ به کمکانرژی نوری جذب شده بوسیلهکلروفیلو رنگیزه‌های فرعی. مباحثی که درمورد فتوسنتز در بیوشیمی گیاهی بحث می‌شود به صورت زیر است. شرایط فتوسنتز ، مراحلمختلف اخذ انرژی نوری و تبدیل آن به انرژی شیمیایی ، احیای CO₂ به قندسه کربنی و در نهایت تشکیل قندهای مختلف از قند اولیه است. بازده فتوسنتز چه ازساخت قندها و چه از نظر میزان انرژی تولیدی در گیاهان مختلف ، متفاوت است.

تنفس در گیاهان

پدیده‌های تنفس با مصرفاکسیژن ودفعدی‌اکسیدکربن همراه هستند، این پدیده‌ها شامل تجزیه متابولیت‌های کربن‌دار است کهسرانجام پس از اکسایش به H₂O و CO₂ تبدیل می‌شوند. ایناکسایش همراه با آزاد کردن انرژی است که به صورتATPذخیره می‌شود. درگیاهان دو نوع تنفس دیده می‌شود: تنفس در همه موجودات زنده مشترک است و درتاریکی و روشناییانجام می‌شود وتنفس نوریکه فقط در روشنایی انجام می‌شود.

 

تغذیه نیتروژنی گیاهان

در گیاهان ، ترکیبات نیتروژن‌دار که از مواد اساسیسازنده موجودات زنده هستند، از مولکولهای کانی ساده ساخته می‌شوند. مشتقاتنیتروژندار از دو نظر حائز اهمیت هستند، از نظر کمی که ترکیبات نیتروژندار 30 - 6درصد وزن خشک گیاهان را تشکیل می‌دهند و از نظر کیفی که نیتروژن در ساخت بسیاری ازترکیبات اساسی متابولیسم مانندآنزیمها ،اسیدهاینوکلئیک و ... شرکت دارد. مباحثی که در این مورد در بیوشیمی گیاهی وجود داردشامل منابع نیتروژن ، استفاده گیاهان از نیتروژن هوا ، شکلهای مختلف ازت و ... است.

تغذیه گوگردی گیاهان

ترکیبات گوگردی بسیار فراوان هستند و در همهموجوداتزنده یافت می‌شوند، ولی تنها گیاهان و میکروارگانیزم‌ها می‌توانند از یونهای سولفاتخاک استفاده کرده و آنها را احیا کنند. مباحثی که در بیوشیمی گیاهی درباره اینتغذیه مطرح می‌شود شاملمنابع گوگرد ، استفاده از سولفات‌ها ، احیای سولفات فعال، ورود سولفورها در ترکیبات آلی و ... می‌باشد.

بیومولکولها

تمامبیومولکولهااز جملهکربوهیدراتها،پروتئینها ،لیپیدهاواسیدهاینوکلئیک 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 چندهورمونگیاهی ، ساختار ترپنی دارند. در حال حاضر بیش از 2000 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 ازجملهفیزیولوژیگیاهی ،زیستشناسی سلولی و مولکولی ،ژنتیک وبیوشیمی ارتباط دارد.

اخبار جدید بیوشیمی :

ساخت دستگاه اندازه گيري فاکتورهاي بيوشيمي خون در ايران

دستگاه اندازه گيري فاکتورهاي بيوشيمي خون به همت محققان اصفهاني ساخته شد.
سازنده دستگاه اتوآناليزر گفت : کاربرد اين دستگاه در آزمايشگاه تشخيص طبي به منظور اندازه گيري فاکتورهاي بيوشيمي خون مي باشد.
مرتضي فلاح افزود: دستگاه اتوآناليزر تماما به صورت خودکار و بدون دخالت دست ، فاکتورهاي انعقادي خون را مورد آزمايش قرار مي دهد که در مقايسه با دستگاه هاي روميزي از سرعت و دقت بيشتري برخوردار بوده و احتمال آلودگي اپراتور را نيز در بر ندارد. فلاح با بيان اين که براي ساخت دستگاه اتو آناليزر 5سال کار تحقيقاتي و هزار ساعت نفر کار مهندسي انجام شده است تصريح کرد: اين دستگاه از تکنولوژي بسيار بالايي برخوردار است در حالي که در دنيا تنها چند کشور محدود از جمله امريکا و ژاپن به ساخت چنين دستگاهي اقدام کرده اند ، ما در کشورمان توانستيم با وجود پيچيدگي کار اين دستگاه را بسازيم.

نتايج نويد بخش واکسن ژنتيکى مقابله با آلرژى

آزمايش هاى اوليه يک واکسن ضد آلرژى که پژوهشگران علوم پزشکى به کمک شيوه هاى مهندسى ژنتيک طراحى کرده اند،به نتايج اميدوارکننده اى منجر شده است .
نشريه بولتن بيوتکنولوژى ،وابسته به دفتر همکاريهاى فناورى و رياست جمهورى ،در شماره ۹۵ خود افزود : در جريان اين آزمايش ها،که در اتريش ، سوئد و فرانسه انجام شد،اين واکسن به طور چشمگيرى از حساسيت افراد مورد آزمايش به گرده گياهان کاست
اين گروه از پژوهشگران مىگويد،هم اکنون سرگرم توسعه واکسن هاى ژنتيکى ديگرى براى مقابله با انواع ديگر آلرژى هاست .
نتايج اين تحقيقات در نشريه "اقدامات آکادمى ملى علوم "منتشر شده است .
بنا به تخمين ها هم اکنون يک چهارم جمعيت جهان از نوعى آلرژى رنج مىبرند، که برخى از آنها مانند "آسم " ،جان بيماران را تهديد مىکند.
آلرژى اساسا ناشى از واکنش افراطى سيستم دفاعى بدن به ماده اى است که در واقع بىخطر است .
کار واکسن هايى که براى مقابله با بيماريهايى مانند سرخک يا فلج اطفال تجويز مىشود، اين است که سيستم دفاعى بدن را تحريک کنند.اما واکسن آلرژى بايد عکس آن را انجام دهد وبه گفته سرپرست اين گروه از پژوهشگران از دانشکده پزشکى وين ،شعله سيستم دفاعى بدن را پايين بکشد.
تيم تحقيقاتى به کمک مهندسى ژنتيک نمونه اى از گرده درخت غان را طراحى کرده است که در بدن افراد مبتلا به آلرژى ،پادتن هايى توليد مىکند که از شدت واکنش سيستم دفاعى بدن مىکاهد.
اين محصول همچنين از شدت واکنش سيستم دفاعى بدن به برخى از انواع ديگر گرده هاى آلرژى زا میکاهد.
البته شيوه هايى براى درمان آلرژى که از همين اصول استفاده مىکند وجود دارد اما با اين که اين شيوه ها مىتواند کاملا موثر باشد اما گاه عوارض جانبى جدى به همراه دارد.
پژوهشگران دانشگاه وين به کمک مهندسى ژنتيک موفق شده اند ضمن حفظ تاثيراين شيوه هاى درمانى ،عوارض جانبى آنها را حذف کنند.
آنها همچنين نمونه هايى از ساير مواد الرژى زا را ساخته اند و قصد دارنداين مساله را که آيا اين مواد نيز به عنوان واکسن قابل استفاده هستند يا خير ،بررسى کنند.

تشخيص‎ زود هنگام‎ اختلالات‎ ژنتيكي‎ جنين

واشنگتن‎ ـ شيوه‎ جديـدي‎‎ بـراي آزمـايـش‎ در دوران‎‎ جنيني‎ ابداع شده‎‎‎ است‎ كه به پزشكـان امكان‎‎ مي‎‎ دهد اختـلالات‎ ژنتـيكـي جـنيـن را زودتر تشخيص‎ دهند.

به‎‎ گزارش‎ پايگاه اينترنتي‎‎‎ سي بي اس‎ نيـوز, آزمايش‎ ترانس‎ لوسنسي‎ نـوكـال‎ بـا تصـويـر برداري‎ از جنين‎‎ و سنجش‎ ميزان ضخامت‎‎ پوسـت پشت‎ گردن‎‎‎ جنين و برخي‎ آزمايشهاي‎ ديگر خون به‎ پزشكان‎‎‎اين امكان رامي‎ دهد تـا اختـلالات‎ ژنتيكي‎‎ را از 11 هفتگي تشخيص‎ دهند.

پيشتر چنين‎ امكاني‎ وجود نداشت‎. مطالعات‎ نشان‎ مي‎‎ دهد كودكاني كه‎‎ مبتلا بـه سندرم‎ داون‎‎ هستند در دوران جنيني‎ يك‎ لايـه‎ اضافي‎ پوست‎‎ در پشت گردن‎‎ دارند كه‎ با ايـن شيوه‎‎ جديد اين‎‎ نشانه را مي‎ توان در اوايل‎ بارداري‎ تشخيص‎ داد. پزشكان‎ ابراز اميدواري‎ كـرده‎انـد در صـورت‎ فراگير شدن‎‎‎ اين آزمايش‎ ديگرسن مادر معياري‎ براي‎‎ تعيين‎ نوع آزمايش‎ نباشد و بسياري از مادران‎ با كسب‎ اطلاعات‎ صحيح‎ و زود هنگام‎از وضع‎ نوزاد خـود آرامـش‎ خـاطر بيشـتـري‎ در مدت‎ دوران‎ بارداري‎ خواهند داشت

عامل سكته هاي ناگهاني قلب كلامديا مينو مينا

عارضه سكتهناگهاني در افرادي كه فشار خون، كلسترول، تري گليسيريد و وزن طبيعي داشته و سيگارنيز نمي‌كشند مدتها مورد توجه جامعه پزشكي بود كه در اين پژوهش موفق شديم با بررسيرگ آئورت 200 نفر از قربانيان اين عارضه عامل بروز آن را كه ميكروبي موسوم به «كلامديا مينومينا» است شناسايي كنيم.
دكتر بهرمند با اشاره به اينكه اين ميكروباز جمله ميكروبهاي شناخته شده بوده‌است تصريح كرد: بر روي رگ آئورت قلب بيمارانمورد بررسي كه عمدتا سن كمي داشته و داراي هيچ يك از فاكتورهاي خطر سكته قلبينبوده‌اند، زخمهايي مشاهده شد كه عامل بروز آنها ورود اين ميكروب بوده است.
ويبا اشاره به اينكه عوارض خطرناك ناشي از اين ميكروب قابل پيشگيري است، خاطرنشانكرد: ‌بيماراني كه در قلب خود احساس درد مي‌كنند مي‌توانند با مراجعه به پزشك وانجام آنژيوگرافي يا گرفتن نوار قلبي نسبت به شناسايي و درمان اين بيماري اقدامكنند.
اين پژوهشگر انستيتو پاستور ايران در ادامه افزود: با سه هفته مصرف مداومداروهاي داكسي سايكلين يا تتراسايكلين مي‌توان اين ميكروب را به طور كامل از بينبرد و زخمهاي ايجاد شده را بهبود بخشيد.
وي تصريح كرد: بيماران بايد در دورهاستفاده از اين آنتي بيوتيكها قرصهاي ويژه قلب را نيز مصرف كنند تا همزمان با ازبين رفتن ميكروب، مشكل قلبي آنها نيز برطرف شود.
دكتر بهرمند در پايان خاطرنشانكرد: بيماراني كه با مصرف آنتي‌بيوتيك تحت درمان قرار مي‌گيرند پس از گذراندن كاملدوره درمان نيازي به عمل جراحي نداشته و مي‌توانند به راحتي به زندگي روزمره خودادامه دهند

قدمت نسخ خطی به کمک علم ژنتيک تعيين ميشود

محققان دانشگاه کمبریج موفق به ابداع شیوه‌ای برای تعیین قدمت و منشا دقیق نسخه‌های خطی قدیمی شده‌اند.
نسخه‌های خطی قدیمی اغلب روی پوست حیوانات نوشته می‌شده‌اند و محققان دانشگاه کمبریج با آزمایش نمونه DNA پوست، می‌توانند قدمت و منشا نسخه خطی را

مشخص کنند.
دکتر کریستوفر هو، استاد بیوشیمی دانشگاه کمبریج که سرپرستی این پروژه تحقیقاتی را به عهده داشته است، می‌گوید «با آزمایش نمونه DNA می‌توان

گونه جانوری که پوست متعلق به آن است را مشخص کرد. به این ترتیب اگر

برای مثال شما کتابی داشته باشید که در مور