الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية يتداخل تخصص البيولوجيا الجزيئية مع تخصص الكيمياء الحيوية، وبطرق عديدة تكون أهداف هذين التخصصين مكملة لبعضها البعض.
يركز علم الأحياء الجزيئي على الفهم الجزيئي لعمليات النسخ والنسخ والترجمة للمواد الجينية، بينما تستخدم الكيمياء الحيوية تقنيات ونتائج البيولوجيا الجزيئية.
جدول المحتويات
الكيمياء الحيوية
تتضمن الكيمياء الحيوية دراسة العمليات الكيميائية التي تحدث في الكائنات الحية بهدف نهائي هو فهم طبيعة الحياة على المستوى الجزيئي.
على سبيل المثال، توجد في كل خلية حية عملية بيولوجية حرجة تسمى التنفس، وهي 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 تطبيق هذه التقنيات للتقدم.
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 تطبيق 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 وتحديد استراتيجيات مكافحة هذه الأمراض.
أيضا: بحث عن مكتشف قانون ضغط السائل في الكيمياء
أقسام الكيمياء الحيوية
يمكن تقسيم الكيمياء الحيوية، وهي قسم فرعي من علم الأحياء والكيمياء، إلى ثلاثة مجالات: البيولوجيا الهيكلية، والإنزيمات، والتمثيل الغذائي.
في العقود الأخيرة من القرن العشرين، نجحت الكيمياء الحيوية في شرح العمليات الحية من خلال هذه التخصصات الثلاثة.
يتم فتح جميع مجالات علوم الحياة تقريبًا وتطويرها من خلال الأبحاث الكيميائية الحيوية المنهجية.
تركز الكيمياء الحيوية على فهم الأساس الكيميائي الذي يسمح للجزيئات البيولوجية بتشغيل العمليات التي تحدث داخل الخلايا الحية وبين الخلايا.
والذي بدوره يرتبط ارتباطًا وثيقًا بدراسة وفهم الأنسجة والأعضاء بالإضافة إلى بنية ووظيفة الكائن الحي.
ترتبط الكيمياء الحيوية ارتباطًا وثيقًا بالبيولوجيا الجزيئية، وهي دراسة الآليات الجزيئية للظواهر البيولوجية.
البيولوجيا الجزيئية
البيولوجيا الجزيئية هي فرع من فروع علم الأحياء يتعامل مع الأساس الجزيئي للنشاط البيولوجي داخل الخلايا وفيما بينها.
بما في ذلك التركيب الجزيئي والتعديل والآليات والتفاعلات، 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 جزيئات الخلية وبنيتها وتفاعلاتها.
مثل الأحماض النووية والبروتينات التي تقوم بالعمليات البيولوجية اللازمة لوظيفة الخلية وصيانتها.
وصف ويليام أستبري البيولوجيا الجزيئية في مجلة نيتشر عام 1961 على النحو التالي:
طريقة أقل منه طريقة، نهج من وجهة نظر ما يسمى بالعلوم الأساسية، مع المبدأ التوجيهي للبحث في المظاهر واسعة النطاق للبيولوجيا الكلاسيكية وصولاً إلى المخطط الجزيئي المقابل.
إنه مهتم بشكل خاص بأشكال الجزيئات البيولوجية و[…] معظمها ثلاثي الأبعاد وهيكلية.
ومع ذلك، هذا لا يعني أنه مجرد تنقيح للمورفولوجيا، يجب أن يسأل عن التركيب والوظيفة في نفس الوقت.
يغطي العلاج الجيني بعض الأبحاث السريرية والعلاجات الطبية الناتجة عن البيولوجيا الجزيئية.
يشار إلى استخدام البيولوجيا الجزيئية أو بيولوجيا الخلايا الجزيئية في الطب الآن باسم الطب الجزيئي.
تلعب البيولوجيا الجزيئية أيضًا دورًا مهمًا في فهم الهياكل والإجراءات والأنظمة لأجزاء الخلية المختلفة.
يمكن استخدامها لاستهداف الأدوية الجديدة بكفاءة وتشخيص الأمراض وفهم فسيولوجيا الخلية.
اخترنا لك: ما هي تقنية النانو في الكيمياء؟
علاقة البيولوجيا الجزيئية بالعلوم البيولوجية الأخرى
تصف القائمة أدناه منظورًا حول العلاقات متعددة التخصصات بين البيولوجيا الجزيئية والمجالات الأخرى ذات الصلة:
البيولوجيا الجزيئية
- إنها دراسة الأساس الجزيئي لعمليات النسخ والنسخ والترجمة ووظيفة الخلية.
الكيمياء الحيوية
- يمثل دراسة المواد الكيميائية والعمليات البيولوجية التي تحدث في الكائنات الحية.يركز علماء الكيمياء الحيوية بشكل أساسي على دور ووظيفة وهيكل الجزيئات الحيوية.
- مثل البروتينات والدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية.
علم الوراثة
- إنها دراسة كيفية تأثير التباين الجيني على الكائنات الحية، ويسعى علم الوراثة إلى التنبؤ بكيفية تأثير الطفرات والجينات الفردية والتفاعلات الجينية على التعبير عن النمط الظاهري.
- يتم إعلام فروع علم الأحياء الأخرى عن طريق البيولوجيا الجزيئية إما من خلال الدراسة المباشرة لتفاعلات الجزيئات في حد ذاتها.
- مثل بيولوجيا الخلية وعلم الأحياء التطوري، أو بشكل غير مباشر، حيث تُستخدم التقنيات الجزيئية لاستنتاج الخصائص التاريخية لسكان أو نوع.
ومثلما هو الحال في مجالات البيولوجيا التطورية مثل علم الوراثة السكانية، هناك تقليد طويل في الفيزياء الحيوية لدراسة الجزيئات الحيوية “من الألف إلى الياء” أو جزيئيًا.
تصميم تجريبي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية
كما هو الحال في جميع العلوم، يعتمد التقدم في الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية على التخطيط والتنفيذ الدقيقين.
تحليل البيانات للتجارب للإجابة على أسئلة أو فرضيات محددة يشتمل هذا التصميم التجريبي على عدد منفصل من المراحل الإلزامية، وهي:
- تحديد موضوع البحث التجريبي.
- تقييم نقدي للوضع الحالي للمعرفة (“الأدب”) في مجال الموضوع المختار، مع الأخذ في الاعتبار نقاط القوة والضعف في الأساليب المستخدمة حتى الآن، وكذلك الفرضيات الجديدة الناتجة عن الدراسات.
- قم بصياغة السؤال أو الفرضية التي يجب أن تتناولها التجربة المخططة.
- الاختيار الدقيق للنظام البيولوجي (الأنواع، في الجسم الحي أو في المختبر) لاستخدامه في الدراسة.
- تحديد المتغير المراد دراسته والنظر في المتغيرات الأخرى التي يجب التحكم فيها بحيث يكون المتغير المحدد هو العامل الوحيد الذي يحدد النتيجة التجريبية.
- تصميم التجربة بما في ذلك التحليل الإحصائي للنتائج، والتقييم الدقيق للمواد والمعدات المستخدمة وما يترتب على ذلك من جوانب السلامة المحتملة للدراسة.
- إجراء الاختبارات بما في ذلك المعايرة والضوابط المقابلة، مع توثيق مكتوب بعناية للنتائج.
- كرر التجربة حسب الحاجة لتحليل النتائج الواضحة.
- تقييم النتائج، بما في ذلك تطبيق الاختبارات الإحصائية المناسبة، على البيانات الكمية عند الاقتضاء.
- قم بصياغة الاستنتاجات الرئيسية التي يمكن استخلاصها من النتائج.
- صياغة فرضيات جديدة وتجارب مستقبلية ناتجة عن الدراسة.
تُنشر نتائج الدراسات المصممة جيدًا والمُحللة جيدًا في نهاية المطاف في الأدبيات العلمية بعد مراجعة الأقران بشكل مستقل.
أحد أكبر التحديات التي يواجهها علماء الكيمياء الحيوية وعلماء الأحياء الجزيئية المحترفون هو مواكبة التطورات الحالية في الأدبيات.
أسئلة الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية
تتداخل البيولوجيا الجزيئية مع الكيمياء الحيوية، ومن نواحٍ عديدة تكون أهداف هذين التخصصين مكملة لبعضها البعض.
والنتيجة هي أن كلا المجالين لديهم الآن الفرصة لمعالجة قضايا مثل:
- بنية ووظيفة مكون البروتين بأكمله في الخلية (البروتينات) وجميع الجزيئات الصغيرة في الخلية (التمثيل الغذائي).
- آليات المشاركة 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 يتواجد دورها الفسيولوجي ونشاطها الطبيعي حاليًا في الجينوم البشري واستغلالها لتطوير علاجات 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 للحماية من غزو مسببات الأمراض.
- توسيع معرفتنا بالبيولوجيا الجزيئية للنبات لتطوير تحسين 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 المستخدمة بشكل روتيني لمعالجة مثل هذه المشكلات.
اخترنا لك: البحث في أهمية الكيمياء في حياتنا اليومية بالتفصيل
على الرغم من أن الباحثين يستخدمون تقنيات البيولوجيا الجزيئية، إلا أنه من الشائع دمجها مع طرق من علم الوراثة والكيمياء الحيوية، مع اعتبار الكثير من البيولوجيا الجزيئية كميًا وواحدًا من أبرز الحقول الفرعية في علم الأحياء الجزيئي منذ أوائل القرن الحادي والعشرين.