بیوشیمی

در روزگار قدیم باور بر این بود که حیات و عناصر مرتبط با آن دارای مواد یا عناصر ضروری هستند که متمایز از عناصر مواد بی جان می‌باشند و تصور می‌شد که تنها جانداران توانایی ساختن زیست‌مولکول‌ها را دارند؛ اما در سال ۱۸۳۳ فردریک وولر مقاله ایی با موضوع سنتز اوره منتشر کرد و ثابت کرد مواد آلی نیز می‌توانند به صورت مصنوعی ساخته شوند.

شروع علم بیوشیمی ممکن است در زمان کشف اولین آنزیم یعنی آمیلاز توسط Anselme Payen در سال ۱۸۳۳ باشد. گرچه به نظر می‌رسد نخستین‌بار در همین سال از واژهٔ بیوشیمی استفاده شده‌است اما عموماً معتقدند که کشف این دانش به‌طور رسمی در سال ۱۹۰۳ توسط Carl Neuberg شیمی‌دان آلمانی انجام شده‌است. از آن زمان تا به‌حال با کمک تکنیک‌های مختلف، پیشرفت زیادی در بیوشیمی رخ داده‌است که منجر به کشف و آنالیز مولکول‌های حیاتی مختلف شده‌است. یک اتفاق مهم دیگر در تاریخ بیوشیمی کشف ژن و نقش آن در سلول است. این بخش از بیوشیمی زیست‌شناسی مولکولی نامیده می‌شود.

حوزه عملکرد بیوشیمی در سه سطح فیزیکی شیمیایی و سلولی ملکولی می باشد.

مولکولهای تشکیل دهنده حیات شامل کربوهیدراتها، لیپید ها (چربی ها)، و پروتئین ها می باشد. بسیاری از مولکول‌های بیولوژیکی پلیمر هستند. در این اصطلاح، مونومرها درشت مولکول‌های نسبتاً کوچکی هستند که برای ایجاد درشت مولکول‌های بزرگتر به نام پلیمر به یکدیگر متصل می‌شوند. هنگامی که مونومرها برای سنتز یک پلیمر بیولوژیکی به یکدیگر متصل می شوند، تحت فرآیندی به نام سنتز قرار می گیرند.

کربوهیدراتها

دو مورد از وظایف اصلی کربوهیدرات ها ذخیره انرژی و ایجاد ساختار است. ساده ترین نوع کربوهیدرات، مونوساکارید است که از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است (معمولا به نسبت ۱:۲:۱). گلوکز (C₆H₁₂O₆) یکی از مهم ترین کربوهیدرات ها است. سایرین عبارتند از فروکتوز (C₆H₁₂O₆)، قندی که معمولاً با طعم شیرین میوه ها مرتبط است و دئوکسی ریبوز (C₅H₁₀O₄) که جزء اصلی مولکول DNA است. دو مونوساکارید را می توان توسط یک پیوند گلیکوزیدی به یک دی ساکارید تبدیل کرد. واکنش معکوس که در آن پیوند گلیکوزیدی یک دی ساکارید به دو مونوساکارید شکسته می شود، هیدرولیز نامیده می شود. شناخته شده ترین دی ساکارید ساکارز یا شکر معمولی است که از یک مولکول گلوکز و یک مولکول فروکتوز تشکیل شده است. دی ساکارید مهم دیگر لاکتوز موجود در شیر است که از یک مولکول گلوکز و یک مولکول گالاکتوز تشکیل شده است. لاکتوز توسط لاکتاز تجزیه می شود و کمبود این آنزیم باعث عدم تحمل لاکتوز می شود.

لیپید ها

تری گلیسیریدها، گروه اصلی لیپیدها، از یک مولکول گلیسرول و سه اسید چرب بوجود می آیند. لیپیدها بخشی جدایی ناپذیر از رژیم غذایی روزانه ما هستند. بیشتر روغن‌ها و فرآورده‌های لبنی که برای پخت و پز و خوردن استفاده می‌کنیم مانند کره، پنیر و غیره از چربی تشکیل شده‌اند. روغن‌های گیاهی سرشار از اسیدهای چرب غیراشباع (PUFA) هستند. غذاهای حاوی لیپید در بدن هضم می شوند و به اسیدهای چرب و گلیسرول تجزیه می شوند که محصولات نهایی تجزیه چربی ها و لیپیدها هستند. لیپیدها، به ویژه فسفولیپیدها، همچنین در محصولات دارویی مختلف، یا به عنوان حل کننده کمکی (مثلاً در انفوزیون تزریقی) و یا به عنوان اجزای حامل دارو استفاده می شوند.

پروتئین ها

پروتئین ها مولکول های بسیار بزرگی هستند - ماکرو بیوپلیمرها - که از مونومرهایی به نام اسیدهای آمینه ساخته شده اند. اسید آمینه شامل یک اتم کربن متصل به یک گروه آمینه NH₂، یک گروه اسید کربوکسیلیک COOH، یک اتم هیدروژن ساده و یک زنجیره جانبی است که معمولاً با "R" نشان داده می شود. زنجیره جانبی "R" برای هر اسید آمینه متفاوت است که حدود ۲۰ اسید آمینه مختلف را ایجاد می کند. این گروه "R" است که هر اسید آمینه را متفاوت ساخته و خواص زنجیره های جانبی تا حد زیادی بر ساختار کلی و سه بعدی یک پروتئین تأثیر می گذارد. ساختار پروتئین ها به طور سنتی در یک سلسله مراتب از چهار سطح توصیف می شود. ساختار اولیه یک پروتئین از توالی خطی اسیدهای آمینه آن تشکیل شده است. به عنوان مثال، "آلانین - گلیسین - تریپتوفان - سرین - گلوتامات - آسپاراژین - گلیسین - لیزین - ...". ساختار ثانویه مربوط به مورفولوژی موضعی است. برخی از ترکیبات آمینو اسیدها در یک مارپیچ به نام مارپیچ آلفا و بعضی به شکل ورقه ای به نام ورقه بتا خم می شوند. مارپیچ های آلفا را می توان در هموگلوبین مشاهده کرد. ساختار سوم شکل سه بعدی پروتئین است. این شکل توسط توالی اسیدهای آمینه تعیین می شود. در واقع یک تغییر می تواند کل ساختار را تغییر دهد. زنجیره آلفای هموگلوبین حاوی ۱۴۶ اسید آمینه است ولی جایگزینی گلوتامات در موقعیت ۶ با والین رفتار هموگلوبین را چنان تغییر می دهد که منجر به بیماری می شود. در نهایت، ساختار چهارم مربوط به نحوه اتصال چند قسمت یا زیر واحد برای تشکیل شکل نهایی است.

اسیدهای نوکلئیک

اسیدهای نوکلئیک در هسته های سلولی فراوان هستند. آنها ماکرومولکول‌های بیوشیمیایی پیچیده و با وزن مولکولی بالا هستند که می‌توانند اطلاعات ژنتیکی را در سلول‌های زنده و ویروس‌ها منتقل کنند. اسیدهای نوکلئیک از نوکلئوتید ها تشکیل می شوند که خود از سه جزء تشکیل شده است: یک پایه هتروسیکلیک نیتروژنی (پورین یا پیریمیدین)، یک قند پنتوز، و یک گروه فسفات. رایج ترین اسیدهای نوکلئیک اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA) هستند.

• بیوشیمی بالینی
• بیوشیمی‌دان

مجله بیوتکنولوژی غذایی کاربردی انستیتو تحقیقات تغذیه و صنایع غذایی کشور و انجمن پروبیوتیک و غذاهای فراسودمند