كلية الطب والجراحة العامة - قسم الكيمياء الحيوية

علم الكيمياء الحيوية هو فرع من العلوم يدرس العمليات الكيميائية داخل الكائنات الحية وما يرتبط بها. وهو علم يعتمد على المختبرات ويمزج بين علم الأحياء والكيمياء، حيث يُستخدم فيه المعرفة الكيميائية والتقنيات لفهم المشكلات البيولوجية وحلها. فيما يلي أهم الجوانب المتعلقة بالكيمياء الحيوية:

المفاهيم الأساسية في الكيمياء الحيوية

1. الجزيئات الكبيرة:

   • البروتينات: تتكون من الأحماض الأمينية، وتؤدي وظائف عديدة داخل الكائنات الحية، مثل تحفيز التفاعلات الأيضية، وتكرار الحمض النووي، والاستجابة للمؤثرات، ونقل الجزيئات.
   • الأحماض النووية: مثل الحمض النووي DNA وRNA، وهي مسؤولة عن تخزين ونقل المعلومات الوراثية.
   • الكربوهيدرات: توفر الطاقة وتعمل كمكونات هيكلية في الخلايا.
   • الدهون: تشمل الدهون والزيوت والهرمونات، وتلعب دورًا في تخزين الطاقة وهيكل الغشاء الخلوي والإشارات الخلوية.

2. الأيض (التمثيل الغذائي):

   • البناء الحيوي (Anabolism): العملية التي يتم فيها تركيب الجزيئات المعقدة من جزيئات بسيطة.
   • الهدم (Catabolism): العملية التي يتم فيها تحطيم الجزيئات المعقدة لتحرير الطاقة.
   • أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP): الناقل الرئيسي للطاقة في الخلايا.

3. علم الإنزيمات:

   • الإنزيمات: محفزات بيولوجية تسرع التفاعلات الكيميائية دون أن تُستهلك.
   • حركية الإنزيمات: دراسة معدلات التفاعلات التي تحفزها الإنزيمات.
   • تثبيط الإنزيمات: عمليات تقلل من نشاط الإنزيمات، مثل التثبيط التنافسي وغير التنافسي.

4. الإشارات الخلوية:

   • نقل الإشارة: عملية تستجيب فيها الخلية للإشارات الخارجية عبر سلسلة من الأحداث الجزيئية.
   • المستقبلات: بروتينات على سطح الخلية أو داخلها ترتبط بالإشارات وتبدأ استجابة فسيولوجية.
   • الرسل الثانوي: مثل cAMP وأيونات الكالسيوم، التي تنقل الإشارات داخل الخلية.

5. الكيمياء الحيوية الوراثية:

   • تكرار الحمض النووي: عملية نسخ الحمض النووي أثناء انقسام الخلية.
   • النسخ: تخليق الحمض النووي الريبي RNA من قالب الحمض النووي DNA.
   • الترجمة: تخليق البروتينات بناءً على المعلومات الموجودة في الحمض النووي الريبي.

التقنيات المستخدمة في الكيمياء الحيوية

1. الكروماتوغرافيا: تُستخدم لفصل خليط المركبات بناءً على خصائصها الكيميائية.

   • الأنواع تشمل كروماتوغرافيا الغاز (GC) وكروماتوغرافيا السائل (LC) والكروماتوغرافيا عالية الأداء (HPLC).

2. الرحلان الكهربائي:

   • تقنية لفصل الجزيئات الكبيرة (DNA، RNA، البروتينات) حسب حجمها وشحنتها.

3. التحليل الطيفي:

   • تقنيات مثل الرنين المغناطيسي النووي (NMR) والتحليل الطيفي فوق البنفسجي والمرئي (UV-Vis) لتحليل وتحديد الجزيئات.

4. مطياف الكتلة:

   • تقنية لتحديد كتلة الجزيئات والمساعدة في توصيفها.

5. الاستنساخ الجزيئي:

   • تقنيات إنشاء واستنساخ جزيئات الحمض النووي المؤتلف داخل الكائنات المضيفة.

تطبيقات الكيمياء الحيوية

1. الطب:

   • فهم الأمراض على المستوى الجزيئي لتطوير اختبارات التشخيص والعلاجات واللقاحات.

2. الزراعة:

   • تحسين إنتاج المحاصيل ومقاومة الأمراض من خلال التعديل الوراثي.

3. الصناعة:

   • إنتاج الوقود الحيوي والبلاستيك القابل للتحلل الحيوي.

4. العلوم البيئية:

   • استخدام الكائنات الحية لتنظيف البيئة.

التحديات في الكيمياء الحيوية

1. تعقيد الأنظمة البيولوجية:

   • فهم التفاعلات المعقدة داخل الأنظمة البيولوجية.

2. مقاومة الأدوية:

   • معالجة مشكلة مقاومة الميكروبات للمضادات الحيوية.

3. الاعتبارات الأخلاقية:

   • مثل التعديل الوراثي والاستنساخ.

فرص العمل في الكيمياء الحيوية

1. عالم أبحاث.
2. كيميائي حيوي سريري.
3. عالم في التكنولوجيا الحيوية.
4. عالم في الصناعات الدوائية.
5. وظائف أكاديمية.

الكيمياء الحيوية أساسية لفهم آليات الحياة على المستوى الجزيئي، وتسهم في تقدم الطب والزراعة والتكنولوجيا الحيوية.