الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية يتداخل تخصص البيولوجيا الجزيئية مع تخصص الكيمياء الحيوية، وبطرق عديدة تكمل أهداف هذين التخصصين بعضها البعض.
يركز علم الأحياء الجزيئي على الفهم الجزيئي لعمليات النسخ والنسخ والترجمة للمواد الجينية، بينما تستفيد الكيمياء الحيوية من تقنيات ونتائج البيولوجيا الجزيئية.
الكيمياء الحيوية
تتضمن الكيمياء الحيوية دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية بهدف نهائي هو فهم طبيعة الحياة من الناحية الجزيئية.
على سبيل المثال، في كل خلية حية، هناك عملية بيولوجية مهمة تسمى التنفس، وهذه العملية هي تحويل الجلوكوز إلى شكل مفيد من أشكال الطاقة، ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات).
تكشف دراسة الكيمياء الحيوية عن العديد من العمليات الكيميائية المتضمنة في تحويل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء.
تعتمد الدراسات البيوكيميائية على توافر التقنيات التحليلية المناسبة، وعلى استخدام هذه التقنيات في التطوير.
من خلال معرفة طبيعة الجزيئات البيولوجية والعلاقات بينها وخاصة البروتينات والأحماض النووية والوظائف الخلوية.
في السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير في فهمنا لبنية الجينات والتعبير عنها، وفي استخدام تقنيات مثل قياس الطيف الكتلي لدراسة بنية البروتين ووظيفته.
كان مشروع الجينوم البشري على وجه الخصوص حافزًا للتقدم الكبير في فهمنا للعديد من الأمراض البشرية.
خاصة السرطان ومعرفة الإستراتيجيات التي يمكن استخدامها لمحاربة هذه الأمراض.
تابع أيضا: البحث عن مكتشف قانون ضغط السوائل في الكيمياء
أقسام الكيمياء الحيوية
يمكن تقسيم الكيمياء الحيوية، وهي قسم فرعي من علم الأحياء والكيمياء، إلى ثلاثة أجزاء: البيولوجيا الهيكلية، والإنزيمات، والتمثيل الغذائي.
خلال العقود الأخيرة من القرن العشرين، نجحت الكيمياء الحيوية في شرح عمليات الحياة من خلال هذه التخصصات الثلاثة.
يتم الكشف عن جميع مجالات علوم الحياة تقريبًا وتطويرها من خلال بحث كيميائي حيوي منهجي.
تركز الكيمياء الحيوية على فهم الأساس الكيميائي الذي يسمح للجزيئات البيولوجية بقيادة العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية وبين الخلايا.
والذي بدوره يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدراسة وفهم الأنسجة والأعضاء، فضلاً عن بنية ووظيفة الكائن الحي.
ترتبط الكيمياء الحيوية ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا الجزيئية، وهي دراسة الآليات الجزيئية للظواهر البيولوجية.
البيولوجيا الجزيئية
علم الأحياء الجزيئي هو فرع من فروع علم الأحياء يهتم بالأساس الجزيئي للنشاط البيولوجي داخل الخلايا وفيما بينها.
بما في ذلك التركيب الجزيئي والتعديل والآلية والتفاعل، يصف المبدأ المركزي للبيولوجيا الجزيئية العملية العملية.
هنا يتم نسخ الحمض النووي إلى RNA ثم يتم ترجمته إلى بروتين.
أو يمكن وصف البيولوجيا الجزيئية بأنها مجال علم الأحياء، الذي يدرس تكوين الجزيئات وبنيتها وتفاعلها في الخلية.
مثل الأحماض النووية والبروتينات، التي تقوم بعمليات بيولوجية ضرورية لوظيفة الخلية وصيانتها.
وصف ويليام أستبوري علم الأحياء الجزيئي في عام 1961 في مجلة نيتشر بأنه:
ليست طريقة مثل الطريقة، طريقة من وجهة نظر ما يسمى بالعلوم الأساسية، مع الفكرة الرئيسية، للعثور على مظاهر واسعة النطاق للبيولوجيا الكلاسيكية إلى المؤامرة الجزيئية المقابلة.
كان مهتمًا بشكل خاص بأشكال الجزيئات البيولوجية و[…] عادة ما تكون ثلاثية الأبعاد وهيكلية.
ومع ذلك، هذا لا يعني، أنه مجرد تنقيح للتشكيل، يجب أن يسأل في نفس الوقت عن التركيب والوظيفة.
يتم تغطية بعض الأبحاث السريرية والعلاجات الطبية المشتقة من البيولوجيا الجزيئية تحت العلاج الجيني.
يسمى الآن استخدام البيولوجيا الجزيئية أو بيولوجيا الخلية الجزيئية في الطب الطب الجزيئي.
تلعب البيولوجيا الجزيئية أيضًا دورًا مهمًا في فهم الهياكل والإجراءات والأنظمة لأجزاء مختلفة من الخلايا.
والتي يمكن استخدامها لاستهداف الأدوية الجديدة بشكل فعال وتشخيص الأمراض وفهم فسيولوجيا الخلية.
نختار لك: ما هي تقنية النانو في الكيمياء؟
علاقة البيولوجيا الجزيئية بالعلوم البيولوجية الأخرى
تصف القائمة التالية وجهة نظر للعلاقة متعددة التخصصات بين البيولوجيا الجزيئية والمجالات الأخرى ذات الصلة:
البيولوجيا الجزيئية
- إنها دراسة الأساس الجزيئي لعمليات النسخ والنسخ والترجمة ووظيفة الخلية.
الكيمياء الحيوية
- إنها دراسة العمليات الكيميائية والبيولوجية التي تحدث في الكائنات الحية. يركز علماء الكيمياء الحيوية بشكل كبير على دور ووظيفة وهيكل الجزيئات الحيوية.
- مثل البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية.
علم الوراثة
- إنها دراسة كيفية تأثير التباين الجيني 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، من خلال الدراسة المباشرة لتفاعلات الجزيئات الفردية.
- مثل بيولوجيا الخلية وعلم الأحياء التطوري، أو بشكل غير مباشر، حيث يتم استخدام التقنيات الجزيئية، لتحديد السمات التاريخية للسكان أو الأنواع.
ومثل مجالات علم الأحياء التطوري مثل علم الوراثة السكانية، هناك أيضًا تقليد طويل لدراسة الجزيئات الحيوية “من الألف إلى الياء” أو الفيزياء الحيوية الجزيئية.
تصميم تجريبي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية
يعتمد التقدم في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية، مثل جميع العلوم، على التصميم والتنفيذ الدقيقين.
تحليل البيانات للتجارب المصممة للإجابة على أسئلة أو فرضيات محددة. يتضمن هذا التصميم التجريبي عددًا منفصلاً من المراحل الإلزامية وهي:
- تحديد موضوع البحث التجريبي.
- تقييم نقدي للوضع الحالي للمعرفة (“الأدب”) في مجال الموضوع المختار، مع ملاحظة نقاط القوة والضعف في الأساليب المستخدمة سابقًا، والفرضيات الجديدة الناشئة عن الدراسات.
- قم بصياغة سؤال أو فرضية ليتم الإجابة عليها من خلال التجربة المخططة.
- الاختيار الدقيق للنظام البيولوجي (الأنواع، في الجسم الحي أو في المختبر)، والتي سيتم استخدامها في الدراسة.
- تحديد المتغير المراد دراسته، والنظر في المتغيرات الأخرى التي يجب التحكم فيها، بحيث يكون المتغير المحدد هو العامل الوحيد الذي يحدد نتيجة التجربة.
- التصميم التجريبي بما في ذلك التحليل الإحصائي للنتائج، والتقييم الدقيق للمواد والأدوات المستخدمة، وجوانب السلامة المحتملة الناتجة عن الدراسة.
- إجراء التجربة بما في ذلك المعايرة والضوابط المناسبة، مع سجل مكتوب بعناية للنتائج.
- كرر التجربة حسب الضرورة لتحليل النتائج الغامضة.
- تقييم النتائج، بما في ذلك تطبيق الاختبارات الإحصائية المناسبة، على البيانات الكمية حسب الاقتضاء.
- ارسم الاستنتاجات الرئيسية التي يمكن استخلاصها من النتائج.
- صياغة فرضيات جديدة وتجارب مستقبلية ناشئة عن الدراسة.
يتم أخيرًا نشر نتائج الدراسات المصممة جيدًا والمُحللة جيدًا في الأدبيات العلمية، بعد إخضاعها لمراجعة الأقران المستقلة.
أحد التحديات الرئيسية التي تواجه علماء الكيمياء الحيوية وعلماء الأحياء الجزيئية المحترفين هو مواكبة التطورات الحالية في الأدبيات.
القضايا التي تم تناولها في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية
تتداخل البيولوجيا الجزيئية مع الكيمياء الحيوية، وفي كثير من النواحي تكمل أهداف هذين التخصصين بعضها البعض.
والنتيجة هي أن كلا المجالين لديهم الآن الفرصة لمعالجة قضايا مثل:
- بنية ووظيفة مكون البروتين الكلي (البروتينات) في الخلية، وجميع الجزيئات الصغيرة في الخلية (التمثيل الغذائي).
- الآليات المشاركة في تنظيم 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 يعرف دورها الفسيولوجي ونشاطها الطبيعي في الجينوم البشري واستغلالها لتطوير عوامل علاجية جديدة.
- تحديد علامات مرضية جديدة لتحسين التشخيص السريري.
- هندسة الخلايا، وخاصة الخلايا الجذعية، لعلاج الأمراض التي تصيب الإنسان.
- افهم كيف يعمل الجهاز المناعي لتطوير استراتيجيات للدفاع ضد غزو مسببات الأمراض.
- تقدم معرفتنا بالبيولوجيا الجزيئية للنباتات لهندسة تحسين النبات، ومقاومة مسببات الأمراض وتحمل الإجهاد.
- استخدام التقنيات في علم الأحياء الجزيئي في الطبيعة وعلاج الأمراض البكتيرية والفطرية والفيروسية.
- تتناول الفصول المتبقية من هذا الكتاب الاستراتيجيات التجريبية الرئيسية، والتقنيات التحليلية، التي غالبًا ما تُستخدم لحل قضايا مثل هذه.
اخترنا لك: البحث في أهمية الكيمياء في حياتنا اليومية بالتفصيل
أخيرًا، بينما يمارس الباحثون تقنيات خاصة بالبيولوجيا الجزيئية، غالبًا ما يتم دمجهم مع طرق من علم الوراثة والكيمياء الحيوية، مع اعتبار معظم البيولوجيا الجزيئية كميًا، وهو أحد أكثر الحقول الفرعية شيوعًا في علم الأحياء الجزيئي.منذ أوائل القرن الحادي والعشرين.