ديد کلي
اساس شيميايي بسياري از واکنشها در موجودات زنده شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌اي دزاکسي ريبونوکلئيک اسيد (DNA) ، جزئيات سنتز پروتئين از ژنها ، مشخص شدن ساختمان سه بعدي و مکانيسم فعاليت بسياري از مولکولهاي پروتئيني ، روشن شدن چرخه‌هاي مرکزي متابوليسم وابسته بهم و مکانيسمهاي تبديل انرژي و گسترش تکنولوژي Recombinant DNA (نوترکيبي DNA) از دستاوردهاي برجسته بيوشيمي هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولي باعث تنوع موجودات زنده شده است.
تمامي ارگانيسمها از باکتريها مانند اشرشياکلي تا انسان ، از واحدهاي ساختماني يکساني که به صورت ماکرومولکولها تجمع مي‌يابند، تشکيل يافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتيکي از DNA به ريبونوکلئيک اسيد (RNA) و پروتئين در تمامي ارگانيسمها به صورت يکسان صورت مي‌گيرد. آدنوزين تري فسفات (ATP) ، فرم عمومي انرژي در سيستمهاي بيولوژيکي ، از راههاي مشابهي در تمامي جانداران توليد مي‌شود.
تاثير بيوشيمي در کلينيک
مکانيسمهاي مولکولي بسياري از بيماريها ، از قبيل بيماري کم خوني و اختلالات ارثي متابوليسم ، مشخص شده است. اندازه گيري فعاليت آنزيمها در تشخيص کلينيکي ضروري مي‌باشد. براي مثال ، سطح بعضي از آنزيمها در سرم نشانگر اين است که آيا بيمار اخيرا سکته قلبي کرده است يا نه؟بررسي DNAدر تشخيص ناهنجاريهاي ژنتيکي ، بيماريهاي عفوني و سرطانها نقش مهمي ايفا مي کند. سوشهاي باکتريايي حاوي DNA نوترکيب که توسط مهندسي ژنتيک ايجاد شده است، امکان توليد پروتئينهايي مانند انسولين و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه ، بيوشيمي اساس علايم داروهاي جديد خواهد بود. در کشاورزي نيز از تکنولوژي DNA نوترکيب براي تغييرات ژنتيکي روي ارگانيسمها استفاده مي‌شود.
گسترش سريع علم و تکنولوژي بيوشيمي در سالهاي اخير ، محققين را قادر ساخته که به بسياري از سوالات و اشکالات اساسي در مورد بيولوژي و علم پزشکي جواب بدهند. چگونه يک تخم حاصل از لقاح گامتهاي نر و ماده به سلولهاي عضلاني ، مغز و کبد تبديل مي‌شود؟ به چه صورت سلولها با همديگر به صورت يک اندام پيچيده درمي‌آيند؟ چگونه رشد سلولها کنترل مي‌شود؟ علت سرطان چيست؟ مکانيسم حافظه کدام است؟ اساس مولکولي اسکيزوفرني چيست؟
مدلهاي مولکولي ساختمان سه بعدي
وقتي ارتباط سه بعدي بيومولکولها و نقش بيولوژيکي آنها را بررسي مي‌کنيم، سه نوع مدل اتمي براي نشان دادن ساختمان سه بعدي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
مدل فضا پرکن (Space _ Filling)
اين نوع مدل ، خيلي واقع بينانه و مصطلح است. اندازه و موقعيت يک اتم در مدل فضا پرکن بوسيله خصوصيات باندها و شعاع پيوندهاي واندروالسي مشخص مي‌شود. رنگ مدلهاي اتم طبق قرارداد مشخص مي‌شود.
مدل گوي و ميله (ball _ and _ Stick)
اين مدل به اندازه مدل فضا پرکن ، دقيق و منطقي نيست. براي اينکه اتمها به صورت کروي نشان داده شده و شعاع آنها کوچکتر از شعاع واندروالسي است.
مدل اسکلتي (Skeletal)
ساده‌ترين مدل مورد استفاده است و تنها شبکه مولکولي را نشان مي‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمي‌شوند. اين مدل ، براي نشان دادن ماکرومولکولهاي بيولوژيکي از قبيل مولکولهاي پروتئيني حاوي چندين هزار اتم مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
فضا
در نشان دادن ساختمان مولکولي ، بکار بردن مقياس اهميت زيادي دارد. واحد آنگستروم ( )، بطور معمول براي اندازه‌گيري طول سطح اتمي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. براي مثال ، طول باند C _ C ، مساوي 1،54 آنگستروم مي‌باشد. بيومولکولهاي کوچک ، از قبيل کربوهيدراتها و اسيدهاي آمينه ، بطور تيپيک ، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهاي بيولوژيکي ، از قبيل پروتئينها ، 10 برابر بزرگتر هستند. براي مثال ، پروتئين حمل کننده اکسيژن در گلبولهاي قرمز يا هموگلوبين ، داراي قطر 65 آنگستروم است. ماکرومولکولهاي چند واحدي 10 برابر بزرگتر مي‌باشند. ماشينهاي سنتز کننده پروتئين در سلولها يا ريبوزومها ، داراي 300 آنگستروم طول هستند. طول اکثر ويروسها در محدوده 100 تا 1000 آنگستروم است. سلولها بطور طبيعي 100 برابر بزرگتر هستند و در حدود ميکرومتر (?m) مي‌باشند. براي مثال قطر گلبولهاي قرمز حدود 7?m است. ميکروسکوپ نوري حداقل تا 2000 آنگستروم قابل استفاده است. مثلا ميتوکندري را مي‌توان با اين ميکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهاي بيولوژيکي از مولکولهاي 1 تا آنگستروم با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني X-ray بدست آمده است. مولکولهاي حيات ثابت مي‌باشند.
زمان لازم براي انجام واکنشهاي بيوشيميايي
راکسيونهاي شيميايي در سيستمهاي بيولوژيکي به وسيله آنزيمها کاتاليز مي‌شوند. آنزيمها سوبستراها را در مدت ميلي ثانيه ( ) به محصول تبديل مي‌کنند. سرعت بعضي از آنزيمها حتي سريعتر نيز مي‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند ميکروثانيه ( ). بسياري از تغييرات فضايي در ماکرومولکولهاي بيولوژيکي به سرعت انجام مي‌گيرد. براي مثال ، باز شدن دو رشته هليکسي DNA از همديگر که براي همانندسازي و رونويسي ضروري است، يک ميکروثانيه طول مي‌کشد. جابجايي يک واحد (Domain) از پروتئين با حفظ واحد ديگر ، تنها در چند نانوثانيه ( ) اتفاق مي‌افتد. بسياري از پيوندهاي غير کووالان مابين گروههاي مختلف ماکرومولکولي در عرض چند نانوثانيه تشکيل و شکسته مي‌شوند. حتي واکنشهاي خيلي سريع و غير قابل اندازه گيري نيز وجود دارد. مشخص شده است که اولين واکنش در عمل ديدن ، تغيير در ساختمان ترکيبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسين مي‌باشد که در عرض اتفاق مي‌افتد.
انرژي
ما بايستي تغييرات انرژي را به حوادث مولکولي ربط دهيم. منبع انرژي براي حيات ، خورشيد است. براي مثال ، انرژي فوتون سبز ، حدود 57 کيلوکالري بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP ، فرمول عمومي انرژي ، داراي انرژي قابل استفاده به اندازه 12 کيلوکالري بر مول مي‌باشد. برعکس ، انرژي متوسط هر ارتعاش آزاد در يک مولکول ، خيلي کم و در حدود 0،6 کيلوکالري بر مول در 25 درجه سانتيگراد مي‌باشد. اين مقدار انرژي ، خيلي کمتر از آن است که براي تجزيه پيوندهاي کووالانسي مورد نياز است، (براي مثال 83Kcal/mol براي پيوند C _ C). بدين خاطر ، شبکه کووالانسي بيومولکولها در غياب آنزيمها و انرژي پايدار مي‌باشد. از طرف ديگر ، پيوندهاي غير کووالانسي در سيستمهاي بيولوژيکي بطور تيپيک داراي چند کيلوکالري انرژي در هر مول مي‌باشند. بنابراين انرژي حرارتي براي ساختن و شکستن آنها کافي است. يک واحد جايگزين در انرژي ، ژول مي‌باشد که برابر 0،239 کالري است.
ارتباطات قابل بازگشت بيومولکولها
ارتباطات قابل برگشت بيومولکولها از سه نوع پيوند غير کووالانسي تشکيل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولي ، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نيروهاي ضعيف و غير کووالان نقش کليدي در رونويسي DNA ، تشکيل ساختمان سه بعدي پروتئينها ، تشخيص اختصاصي سوبستراها بوسيله آنزيمها و کشف مولکولهاي سيگنال ايفا مي‌کنند. به علاوه ، اکثر مولکولهاي بيولوژيکي و پروسه‌هاي درون مولکولي ، بستگي به پيوندهاي غير کووالاني همانند پيوندهاي کووالاني دارند. سه پيوند اصلي غير کووالان عبارت است از: پيوندهاي الکترواستاتيک ، پيوندهاي هيدروژني و پيوندهاي واندروالسي آنها از نظر ژئومتري ، قدرت و اختصاصي بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن ، اين پيوندها به مقدار زيادياز طرق مختلف در محلولها تحت تاثير قرار مي‌گيرند از طرق مختلف در محلولها تحت تاثير قرار مي‌گيرند
منبع: http://zist1.mihanblog.com