الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية

الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية، يتداخل تخصص علم الأحياء الجزيئي مع تخصص الكيمياء الحيوية، وفي كثير من النواحي تكمل أهداف هذين التخصصين بعضها البعض.

وتركز البيولوجيا الجزيئية على الفهم الجزيئي لعمليات التكرار، والنسخ والترجمة للمواد الجينية، بينما تستغل الكيمياء الحيوية تقنيات ونتائج البيولوجيا الجزيئية، تابعوا موقع مقال للتعرف على الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية.

الكيمياء الحيوية

تتضمن الكيمياء الحيوية دراسة العمليات الكيميائية، التي تحدث في الكائنات الحية بهدف نهائي، وهو فهم طبيعة الحياة من الناحية الجزيئية.

على سبيل المثال، في كل خلية حية، هناك عملية بيولوجية حاسمة تسمى التنفس، هذه العملية، هي تحويل الجلوكوز إلى شكل مفيد من أشكال الطاقة، وهو ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات).

وتكشف دراسة الكيمياء الحيوية عن العمليات الكيميائية العديدة المتضمنة، في تحويل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.

وتعتمد الدراسات البيوكيميائية على توافر التقنيات التحليلية المناسبة، وعلى تطبيق هذه التقنيات للنهوض.

وذلك بمعرفة طبيعة الجزيئات البيولوجية والعلاقات بينها، وخاصًة البروتينات، والأحماض النووية، والوظيفة الخلوية.

ففي السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير في فهمنا لبنية الجينات والتعبير عنها، وفي تطبيق تقنيات، مثل قياس الطيف الكتلي لدراسة بنية البروتين ووظيفته.

لقد كان مشروع الجينوم البشري على وجه الخصوص حافزًا للتطورات الرئيسية في فهمنا، للعديد من الأمراض البشرية.

وخاصة السرطان ولتحديد الاستراتيجيات، التي يمكن استخدامها لمكافحة هذه الأمراض.

تابع أيضًا: بحث حول مكتشف قانون الضغط على السوائل في الكيمياء

أقسام الكيمياء الحيوية

يمكن تقسيم الكيمياء الحيوية، وهي فرعي لكل من البيولوجيا والكيمياء، إلى ثلاثة مجالات: البيولوجيا الهيكلية، والإنزيمات، والتمثيل الغذائي.

فعلى مدى العقود الأخيرة من القرن العشرين، أصبحت الكيمياء الحيوية، ناجحة في شرح العمليات الحية، من خلال هذه التخصصات الثلاثة.

كما يتم الكشف عن جميع مجالات علوم الحياة تقريبًا، وتطويرها من خلال منهجية، وأبحاث الكيمياء الحيوية.

تركز الكيمياء الحيوية على فهم الأساس الكيميائي الذي يسمح للجزيئات البيولوجية، بإحداث العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية وبين الخلايا.

والتي بدورها ترتبط بشكل كبير بدراسة وفهم الأنسجة والأعضاء، هذا بالإضافة إلى بنية الكائن الحي ووظيفة.

وترتبط الكيمياء الحيوية ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا الجزيئية، وهي دراسة الآليات الجزيئية للظواهر البيولوجية.

البيولوجيا الجزيئية

البيولوجيا الجزيئية هي فرع من فروع علم الأحياء الذي يهتم بالأساس الجزيئي، للنشاط البيولوجي في الخلايا وفيما بينها.

بما في ذلك التخليق الجزيئي والتعديل والآليات والتفاعلات، وتصف العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية العملية.

وهي التي يتم فيها نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي، ثم ترجمته إلى بروتين.

أو يمكن وصف علم البيولوجيا الجزيئي على أنه مجال علم الأحياء، الذي يدرس تكوين وبنية، وتفاعلات الجزيئات الخلوية.

مثل الأحماض النووية والبروتينات، التي تنفذ العمليات البيولوجية الضرورية، لوظائف الخلية وصيانتها.

وصف ويليام أستبري البيولوجيا الجزيئية في عام 1961م في مجلة نيتشر بأنها:

ليس أسلوبًا بقدر ما هو نهج، نهج من وجهة نظر ما يسمى بالعلوم الأساسية، مع الفكرة الرائدة، للبحث أسفل المظاهر واسعة النطاق للبيولوجيا الكلاسيكية للخطة الجزيئية المقابلة.

كما يهتم بشكل خاص بأشكال الجزيئات البيولوجية و[…] في الغالب ثلاثي الأبعاد وهيكلية.

ومع ذلك، هذا لا يعني، أنه مجرد تنقيح للمورفولوجيا، يجب أن يستفسر في نفس الوقت عن التكوين والوظيفة.

تتم تغطية بعض الأبحاث السريرية، والعلاجات الطبية الناشئة عن البيولوجيا الجزيئية، تحت العلاج الجيني.

بينما يُشار الآن إلى استخدام البيولوجيا الجزيئية أو بيولوجيا الخلية الجزيئية في الطب، باسم الطب الجزيئي.

هذا وتلعب البيولوجيا الجزيئية أيضًا دورًا مهمًا في فهم التكوينات والإجراءات، والأنظمة الخاصة بأجزاء مختلفة من الخلايا.

والتي يمكن استخدامها لاستهداف عقاقير جديدة بكفاءة، وتشخيص المرض، وفهم فسيولوجيا الخلية.

اخترنا لك: ما هي تقنية النانو في الكيمياء ؟

علاقة البيولوجيا الجزيئية بالعلوم البيولوجية الأخرى

تصف القائمة التالية وجهة نظر حول العلاقات متعددة التخصصات بين البيولوجيا الجزيئية، والمجالات الأخرى ذات الصلة:

علم الأحياء الجزيئي

•  هو دراسة الأسس الجزيئية لعمليات النسخ المتماثل والنسخ والترجمة، ووظيفة الخلية.

الكيمياء الحيوية

•  وهي دراسة المواد الكيميائية والعمليات الحيوية التي تحدث في الكائنات الحية، ويركز علماء الكيمياء الحيوية بشكل كبير على دور ووظيفة وهيكل الجزيئات الحيوية.
  • مثل البروتينات والدهون، والكربوهيدرات، والأحماض النووية.

علم الوراثة

• وهو دراسة كيفية تأثير الاختلافات الجينية على الكائنات الحية، ويحاول علم الوراثة التنبؤ بكيفية تأثير الطفرات، والجينات الفردية، والتفاعلات الجينية على التعبير عن النمط الظاهري.
• يتم إعلام فروع علم الأحياء الأخرى من خلال علم الأحياء الجزيئي، إما عن طريق الدراسة المباشرة، لتفاعلات الجزيئات في حد ذاتها.
  • مثل بيولوجيا الخلية وعلم الأحياء التطوري، أو بشكل غير مباشر، حيث تُستخدم التقنيات الجزيئية، لاستنتاج السمات التاريخية للسكان أو الأنواع.

وهذا كما هو الحال في مجالات في علم الأحياء التطوري مثل علم الوراثة السكانية، هناك أيضًا تقليد طويل لدراسة الجزيئات الحيوية “من الألف إلى الياء”، أو جزيئيًا في الفيزياء الحيوية.

التصميم التجريبي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية

تعتمد التطورات في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية، كما هو الحال في جميع العلوم، على التصميم الدقيق والتنفيذ.

وتحليل البيانات للتجارب المصممة، لمعالجة أسئلة أو فرضيات محددة، ويتضمن هذا التصميم التجريبي عددًا منفصلاً من المراحل الإجبارية، وهي:

• تحديد الموضوع للتحقيق التجريبي.
• التقييم النقدي للحالة الحالية للمعرفة (“الأدبيات”) في مجال الموضوع المختار، مع ملاحظة نقاط القوة والضعف في المنهجيات المطبقة مسبقًا، والفرضيات الجديدة التي ظهرت من الدراسات.
• صياغة السؤال أو الفرضية التي ستعالجها التجربة المخطط لها.
• الاختيار الدقيق للنظام البيولوجي (الأنواع، في الجسم الحي أو في المختبر)، لاستخدامه في الدراسة.
• تحديد المتغير المراد دراسته، والنظر في المتغيرات الأخرى التي ستحتاج إلى التحكم فيها، بحيث يكون المتغير المحدد هو العامل الوحيد الذي سيحدد النتيجة التجريبية.
• تصميم التجربة بما في ذلك التحليل الإحصائي للنتائج، والتقييم الدقيق للمواد والأجهزة المستخدمة، وما يترتب على ذلك من جوانب السلامة المحتملة للدراسة.
• تنفيذ التجربة بما في ذلك المعايرة والضوابط المناسبة، مع سجل مكتوب بعناية للنتائج.
• تكرار التجربة حسب الضرورة لتحليل النتائج الذي لا لبس فيه.
• تقييم النتائج بما في ذلك تطبيق الاختبارات الإحصائية المناسبة، على البيانات الكمية عند الاقتضاء.
• صياغة الاستنتاجات الرئيسية التي يمكن استخلاصها من النتائج.
• صياغة فرضيات جديدة وتجارب مستقبلية تنبثق عن الدراسة.

يتم نشر نتائج الدراسات المصممة جيدًا والمحللة أخيرًا في الأدبيات العلمية، بعد إخضاعها لمراجعة الأقران المستقلة.

وأحد التحديات الرئيسية التي تواجه علماء الكيمياء الحيوية، وعلماء الأحياء الجزيئية المحترفين هو مواكبة التطورات الحالية في الأدبيات.

القضايا التي تعالجها الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية

يتداخل تخصص علم الأحياء الجزيئي مع تخصص الكيمياء الحيوية، وفي كثير من النواحي تكمل أهداف هذين التخصصين بعضها البعض.

والنتيجة هي أن المجالين لديهم الآن الفرصة لمعالجة قضايا مثل:

• بنية ووظيفة مكون البروتين الكلي للخلية (البروتينات)، وجميع الجزيئات الصغيرة في الخلية (الأيض).
• الآليات التي تدخل في التحكم في التعبير الجيني.
• تحديد الجينات المرتبطة بمجموعة واسعة من الأمراض التي تصيب الإنسان.
• تطوير استراتيجيات العلاج الجيني، لعلاج الأمراض التي تصيب الإنسان.
• توصيف عدد كبير من المستقبلات “اليتيمة”، التي لا يُعرف دورها الفسيولوجي وناشطها الطبيعي حاليًا، الموجودة في الجينوم البشري واستغلالها لتطوير عوامل علاجية جديدة.
• تحديد العلامات الجديدة الخاصة بالأمراض لتحسين التشخيص السريري.
• هندسة الخلايا وخاصة الخلايا الجذعية لعلاج أمراض الإنسان.
• فهم كيفية عمل جهاز المناعة من أجل تطوير استراتيجيات للحماية من غزو مسببات الأمراض.
• تطوير معرفتنا بالبيولوجيا الجزيئية للنباتات من أجل هندسة تحسينات المحاصيل، ومقاومة العوامل الممرضة وتحمل الإجهاد.
• تطبيق تقنيات البيولوجيا الجزيئية، على طبيعة، وعلاج الأمراض البكتيرية، والفطرية والفيروسية.
• تتناول الفصول المتبقية من هذا الكتاب الاستراتيجيات التجريبية الرئيسية، والتقنيات التحليلية، التي يتم استخدامها بشكل روتيني لمعالجة قضايا مثل هذه.

اخترنا لك: بحث عن أهمية الكيمياء في حياتنا اليومية بالتفصيل

في النهاية، بينما يمارس الباحثون تقنيات خاصة بالبيولوجيا الجزيئية، فمن الشائع دمجها مع طرق من علم الوراثة والكيمياء الحيوية، حيث يعتبر الكثير من البيولوجيا الجزيئية كميًا، ومن بين أبرز المجالات الفرعية للبيولوجيا الجزيئية منذ أوائل القرن الحادي والعشرين.