ชีวเคมี

Gerty Coriและ Carl Coriร่วมกันคว้ารางวัล โนเบลในปี 1947 จากการค้นพบ Cori cycleที่ RPMI

ตามคำจำกัดความที่ครอบคลุมที่สุดชีวเคมีสามารถมองได้ว่าเป็นการศึกษาส่วนประกอบและองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตและวิธีที่พวกมันมารวมกันจนกลายเป็นชีวิต ในแง่นี้ประวัติศาสตร์ของชีวเคมีอาจจึงกลับไปเท่าที่ชาวกรีกโบราณ ^[10]อย่างไรก็ตามชีวเคมีเป็นระเบียบวินัยทางวิทยาศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจงเริ่มขึ้นในช่วงศตวรรษที่ 19 หรือก่อนหน้านั้นเล็กน้อยขึ้นอยู่กับว่าชีวเคมีจะมุ่งเน้นไปที่ด้านใด บางคนแย้งว่าจุดเริ่มต้นของชีวเคมีอาจได้รับการค้นพบครั้งแรกของเอนไซม์ , diastase (ตอนนี้เรียกว่าอะไมเลส ) ใน 1833 โดยAnselme Payen , ^[11]ในขณะที่คนอื่น ๆ ถือว่าEduard Buchnerสาธิตครั้งแรก 'ของความซับซ้อนของกระบวนการทางชีวเคมีหมักแอลกอฮอล์ใน สารสกัดที่ปราศจากเซลล์ในปีพ. ศ. 2440 เป็นจุดกำเนิดของชีวเคมี ^{[12] [13] [14]}บางคนอาจชี้ว่าเป็นจุดเริ่มต้นของผลงานที่มีอิทธิพลในปี 1842 โดยจัสตุสฟอนลิบิกเคมีสัตว์หรือเคมีอินทรีย์ในการประยุกต์ใช้กับสรีรวิทยาและพยาธิวิทยาซึ่งนำเสนอทฤษฎีทางเคมีของการเผาผลาญ^{[ 10]}หรือแม้กระทั่งก่อนหน้านี้เพื่อการศึกษาในศตวรรษที่ 18 ในการหมักและการหายใจโดยAntoine Lavoisier ^{[15] [16]}ผู้บุกเบิกในสาขาอื่น ๆ อีกมากมายที่ช่วยเปิดเผยชั้นของความซับซ้อนของชีวเคมีได้รับการประกาศว่าเป็นผู้ก่อตั้งชีวเคมีสมัยใหม่ เอมิลฟิสเชอร์ผู้ศึกษาเคมีของโปรตีน^[17]และเอฟโกวแลนด์ฮอปกินส์ผู้ศึกษาเอนไซม์และธรรมชาติเชิงพลวัตของชีวเคมีเป็นตัวแทนสองตัวอย่างของนักชีวเคมีในยุคแรก ๆ ^[18]

"การชีวเคมี" ระยะตัวเองที่ได้มาจากการรวมกันของชีววิทยาและเคมี ในปีพ. ศ. 2420 Felix Hoppe-Seylerใช้คำนี้ ( ชีวเคมีในภาษาเยอรมัน) เป็นคำพ้องความหมายของเคมีทางสรีรวิทยาในคำนำของZeitschrift für Physiologische Chemie (วารสารเคมีทางสรีรวิทยา) ฉบับแรกซึ่งเขาโต้แย้งเรื่องการจัดตั้งสถาบันที่อุทิศให้กับ สาขาวิชานี้. ^{[19] [20]}คาร์ลนอยเบิร์กนักเคมี ชาวเยอรมันแต่มักอ้างว่าได้บัญญัติศัพท์ในปี 2446 ^{[21] [22] [23]}ในขณะที่บางคนให้เครดิตกับฟรานซ์ฮอฟมีสเตอร์ ^[24]

โครงสร้างดีเอ็นเอ ( 1D65 ) ^[25]

ครั้งหนึ่งเคยเชื่อกันโดยทั่วไปว่าสิ่งมีชีวิตและวัสดุของมันมีคุณสมบัติหรือสสารที่จำเป็น (มักเรียกว่า " หลักการสำคัญ ") แตกต่างจากสิ่งที่พบในสสารที่ไม่มีชีวิตและคิดว่าสิ่งมีชีวิตเท่านั้นที่สามารถสร้างโมเลกุลของ ชีวิต. ^[26]ในปีพ. ศ. 2371 ฟรีดริชWöhlerตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการสังเคราะห์ยูเรีย โดยบังเอิญจากโพแทสเซียมไซยาเนตและแอมโมเนียมซัลเฟต บางคนมองว่าเป็นการล้มล้างวิถีชีวิตและการสร้างเคมีอินทรีย์โดยตรง ^{[27] [28]}อย่างไรก็ตามการสังเคราะห์Wöhlerได้จุดประกายความขัดแย้งในขณะที่บางคนปฏิเสธการตายของ vitalism ที่อยู่ในมือของเขา ^[29]ตั้งแต่นั้นชีวเคมีมีขั้นสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งนับตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 ที่มีการพัฒนาเทคนิคใหม่ ๆ เช่นโค , X-ray การเลี้ยวเบน , อินเตอร์เฟโพลาไรซ์คู่ , NMR สเปกโทรสโก , การติดฉลาก radioisotopic , กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลจำลอง เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้สามารถค้นพบและวิเคราะห์โดยละเอียดของโมเลกุลจำนวนมากและเส้นทางการเผาผลาญของเซลล์เช่นglycolysisและKrebs cycle ( วงจรกรดซิตริก) และนำไปสู่ความเข้าใจเกี่ยวกับชีวเคมีในระดับโมเลกุล

เหตุการณ์ทางประวัติศาสตร์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งในทางชีวเคมีคือการค้นพบยีนและบทบาทในการถ่ายโอนข้อมูลในเซลล์ ในช่วงทศวรรษที่ 1950 James D.Watson , Francis Crick , Rosalind FranklinและMaurice Wilkinsเป็นเครื่องมือในการแก้โครงสร้างดีเอ็นเอและแนะนำความสัมพันธ์กับการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม ^[30]ในปี 1958 จอร์จพิธีการและเอ็ดเวิร์ดทาทั่มได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการทำงานในเชื้อราแสดงให้เห็นว่ายีนที่ผลิตเอนไซม์ ^[31]ในปี 1988, โคลินโกยเป็นคนแรกที่ถูกตัดสินในคดีฆาตกรรมกับดีเอ็นเอหลักฐานซึ่งนำไปสู่การเจริญเติบโตของนิติวิทยาศาสตร์ ^[32]เมื่อเร็ว ๆ นี้แอนดรูซีไฟและเครกซีเมลโลที่ได้รับรางวัลโนเบล 2006สำหรับการค้นพบบทบาทของสัญญาณรบกวน RNA ( RNAi ) ในสมรของการแสดงออกของยีน ^[33]

องค์ประกอบหลักที่ประกอบกันเป็นร่างกายมนุษย์แสดงให้เห็นตั้งแต่ความอุดมสมบูรณ์มากที่สุด (โดยมวล) ไปจนถึงความอุดมสมบูรณ์น้อยที่สุด

รอบสองโหลองค์ประกอบทางเคมีที่มีความจำเป็นต่อชนิดต่าง ๆ ของชีวิตทางชีวภาพ องค์ประกอบที่หายากส่วนใหญ่บนโลกไม่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต (ยกเว้นซีลีเนียมและไอโอดีน ) ^[34]ในขณะที่ไม่มีการใช้ธาตุทั่วไป ( อลูมิเนียมและไททาเนียม ) สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีความต้องการองค์ประกอบร่วมกัน แต่พืชและสัตว์มีความแตกต่างกันเล็กน้อย ตัวอย่างเช่นสาหร่ายทะเลใช้โบรมีนแต่พืชและสัตว์บกดูเหมือนจะไม่ต้องการเลย สัตว์ทุกชนิดต้องการโซเดียมแต่พืชบางชนิดไม่ต้องการ พืชต้องการโบรอนและซิลิกอนแต่สัตว์อาจไม่ได้ (หรืออาจต้องการปริมาณน้อยมาก)

เพียงหกองค์ประกอบคาร์บอน , ไฮโดรเจน , ไนโตรเจน , ออกซิเจน , แคลเซียมและฟอสฟอรัส -Make เพิ่มขึ้นเกือบ 99% ของมวลของเซลล์ที่มีชีวิตรวมทั้งผู้ที่อยู่ในร่างกายมนุษย์ (ดูองค์ประกอบของร่างกายมนุษย์สำหรับรายการที่สมบูรณ์) นอกเหนือจากองค์ประกอบหลัก 6 ประการที่ประกอบกันเป็นส่วนใหญ่ของร่างกายมนุษย์แล้วมนุษย์ยังต้องการปริมาณที่น้อยกว่าอีก 18 อย่าง ^[35]

4 ชั้นหลักของโมเลกุลในไบโอเคมี (มักเรียกว่าสารชีวโมเลกุล ) เป็นคาร์โบไฮเดรต , ไขมัน , โปรตีนและกรดนิวคลีอิก ^[36]โมเลกุลทางชีววิทยาหลายชนิดเป็นโพลีเมอร์ : ในคำศัพท์นี้โมโนเมอร์เป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่เชื่อมโยงกันเพื่อสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่าโพลีเมอร์ เมื่อโมโนเมอร์ที่มีการเชื่อมโยงกันเพื่อสังเคราะห์โพลิเมอร์ชีวภาพที่พวกเขาผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์การคายน้ำ โมเลกุลที่แตกต่างกันสามารถประกอบในคอมเพล็กซ์ขนาดใหญ่ที่จำเป็นมักจะให้กิจกรรมทางชีวภาพ

คาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรต

กลูโคสซึ่งเป็น โมโนแซ็กคาไรด์

โมเลกุลของ ซูโครส ( กลูโคส + ฟรุกโตส ) ไดแซ็กคาไรด์

อะไมโลสเป็น polysaccharideสร้างขึ้นจากหลายพัน กลูโคสหน่วย

คาร์โบไฮเดรดมีหน้าที่หลักสองประการคือการกักเก็บพลังงานและให้โครงสร้าง น้ำตาลทั่วไปชนิดหนึ่งที่เรียกว่ากลูโคสคือคาร์โบไฮเดรต แต่ไม่ใช่ว่าคาร์โบไฮเดรตทั้งหมดจะเป็นน้ำตาล มีคาร์โบไฮเดรตบนโลกมากกว่าชีวโมเลกุลประเภทอื่น ๆ ที่รู้จักกันดี พวกเขาจะใช้เก็บพลังงานและข้อมูลทางพันธุกรรมเช่นเดียวกับการมีบทบาทสำคัญในเซลล์ที่จะมีปฏิสัมพันธ์มือถือและการสื่อสาร

คาร์โบไฮเดรตประเภทที่ง่ายที่สุดคือโมโนแซ็กคาไรด์ซึ่งในคุณสมบัติอื่น ๆ ประกอบด้วยคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจนส่วนใหญ่ในอัตราส่วน 1: 2: 1 (สูตรทั่วไป C _n H _{2 n} O _nโดยที่nคืออย่างน้อย 3) กลูโคส (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) เป็นหนึ่งในคาร์โบไฮเดรตที่สำคัญที่สุด คนอื่น ๆ รวมถึงฟรุกโตส (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), น้ำตาลทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับรสหวานของผลไม้ , ^{[37] [เป็น]}และDeoxyribose (C ₅ H ₁₀ O ₄ ) ส่วนประกอบของดีเอ็นเอ โมโนแซ็กคาไรด์สามารถสลับไปมาระหว่างรูปแบบอะไซคลิก (โซ่เปิด)และรูปแบบวัฏจักร รูปแบบโซ่เปิดสามารถเปลี่ยนเป็นวงแหวนของอะตอมของคาร์บอนที่เชื่อมโยงโดยอะตอมออกซิเจนที่สร้างขึ้นจากกลุ่มคาร์บอนิลที่ปลายด้านหนึ่งและกลุ่มไฮดรอกซิลของอีกกลุ่มหนึ่ง โมเลกุลของวัฏจักรมีกลุ่มhemiacetalหรือhemiketalขึ้นอยู่กับว่ารูปแบบเชิงเส้นเป็นอัลโดสหรือคีโตส ^[38]

ในรูปแบบวัฏจักรเหล่านี้วงแหวนมักมี5หรือ6อะตอม รูปแบบเหล่านี้เรียกว่าfuranosesและpyranosesตามลำดับ - โดยการเปรียบเทียบกับfuranและpyranซึ่งเป็นสารประกอบที่ง่ายที่สุดที่มีวงแหวนคาร์บอน - ออกซิเจนเหมือนกัน (แม้ว่าจะไม่มีพันธะคู่คาร์บอน - คาร์บอนของโมเลกุลทั้งสองนี้ก็ตาม) ตัวอย่างเช่นกลูโคสอัลโดเฮกโซสอาจสร้างการเชื่อมโยงเฮมิอะซีทัลระหว่างไฮดรอกซิลกับคาร์บอน 1 กับออกซิเจนในคาร์บอน 4 ทำให้ได้โมเลกุลที่มีวงแหวน 5 เมมเบรนเรียกว่ากลูโคฟูราโนส ปฏิกิริยาเดียวกันสามารถใช้สถานที่ระหว่างก๊อบปี้ที่ 1 และ 5 ในรูปแบบโมเลกุลกับแหวน 6 สมาชิกที่เรียกว่าglucopyranose รูปแบบวัฏจักรที่มีวงแหวน 7 อะตอมเรียกว่าเฮปโทสนั้นหายาก

มอโนแซ็กคาไรด์สองตัวสามารถรวมเข้าด้วยกันโดยพันธะไกลโคซิดิกหรืออีเธอร์เป็นไดแซ็กคาไรด์ผ่านปฏิกิริยาการคายน้ำในระหว่างที่โมเลกุลของน้ำถูกปล่อยออกมา ปฏิกิริยาย้อนกลับซึ่งในพันธบัตร glycosidic ของไดแซ็กคาไรด์ถูกแบ่งออกเป็นสอง monosaccharides จะเรียกว่าการย่อยสลาย ไดแซ็กคาไรด์ที่รู้จักกันดีคือซูโครสหรือน้ำตาลธรรมดาซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของกลูโคสและโมเลกุลของฟรุกโตสที่รวมตัวกัน ไดแซ็กคาไรด์ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งคือแลคโตสที่พบในนมซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของกลูโคสและโมเลกุลกาแลคโตส แลคโตสอาจจะถูกย่อยโดยlactaseและการขาดเอนไซม์ในผลนี้ในการแพ้แลคโตส

เมื่อโมโนแซ็กคาไรด์ไม่กี่ (ประมาณสามถึงหก) เข้าด้วยกันจะเรียกว่าโอลิโกแซ็กคาไรด์ ( โอลิโก -แปลว่า "ไม่กี่") โมเลกุลเหล่านี้มักจะถูกใช้เป็นเครื่องหมายและสัญญาณรวมถึงการใช้ประโยชน์อื่น ๆ ^[39] monosaccharides หลายคนร่วมกันในรูปแบบpolysaccharide พวกมันสามารถต่อเข้าด้วยกันเป็นห่วงโซ่เชิงเส้นยาวเส้นเดียวหรืออาจจะแตกแขนงก็ได้ สอง polysaccharides พบมากที่สุดคือเซลลูโลสและไกลโคเจนทั้งประกอบด้วยซ้ำกลูโคสโมโนเมอร์ เซลลูโลสเป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของผนังเซลล์ของพืชและใช้ไกลโคเจนเป็นรูปแบบหนึ่งของการกักเก็บพลังงานในสัตว์

น้ำตาลสามารถจำแนกได้โดยมีปลายลดหรือไม่ลด สิ้นสุดการลดคาร์โบไฮเดรตเป็นอะตอมของคาร์บอนที่สามารถอยู่ในภาวะสมดุลกับเปิดโซ่ลดีไฮด์ ( aldose ) หรือรูปแบบ Keto ( ketose ) หากการเข้าร่วมของโมโนเมอร์ที่ใช้อะตอมคาร์บอนเช่นกลุ่มไฮดรอกซีฟรีpyranoseหรือfuranoseรูปแบบมีการแลกเปลี่ยนกับ OH ด้านห่วงโซ่ของน้ำตาลอีกยอมเต็มacetal สิ่งนี้จะป้องกันการเปิดโซ่ไปยังรูปแบบอัลดีไฮด์หรือคีโตและทำให้สารตกค้างที่แก้ไขไม่ได้รับการรีดิวซ์ แลคโตสมีส่วนปลายรีดิวซ์ที่ระดับน้ำตาลกลูโคสในขณะที่กาแลคโตสโมเอตีสร้างอะซิทัลเต็มรูปแบบพร้อมกับกลุ่ม C4-OH ของกลูโคส Saccharoseไม่มีจุดสิ้นสุดของการลดลงเนื่องจากการสร้างอะซีตัลเต็มรูปแบบระหว่างอัลดีไฮด์คาร์บอนของกลูโคส (C1) และคีโตคาร์บอนของฟรุกโตส (C2)

ไขมัน

โครงสร้างของไขมันทั่วไปบางชนิด ที่ด้านบนมี คอเลสเตอรอลและ กรดโอเลอิก ^[40]โครงสร้างตรงกลางเป็น ไตรกลีเซอไรด์ที่ประกอบด้วย โซ่ oleoyl , stearoylและ palmitoyl ที่ติดกับ กระดูกสันหลังของกลีเซอรอล ที่ด้านล่างเป็นส่วน เรียม , phosphatidylcholine ^[41]

ไขมันประกอบด้วยความหลากหลายของโมเลกุลและบางส่วนเป็นที่รับทั้งหมดสำหรับค่อนข้างไม่ละลายน้ำหรือไม่มีขั้วสารประกอบของแหล่งกำเนิดทางชีวภาพรวมทั้งแว็กซ์ ,กรดไขมัน , กรดไขมันที่ได้มาฟอสโฟ ,สฟิงโกลิพิด , glycolipidsและ terpenoids (เช่น retinoidsและเตียรอยด์ ). ลิพิดบางชนิดมีลักษณะเป็นโมเลกุลอะลิฟาติกแบบโซ่เปิดในขณะที่ลิพิดอื่น ๆ มีโครงสร้างวงแหวน บางชนิดมีกลิ่นหอม (มีโครงสร้างเป็นวงกลม [วงแหวน] และระนาบ [แบน]) ในขณะที่บางชนิดไม่มี บางคนมีความยืดหยุ่นในขณะที่บางคนมีความแข็ง

โดยปกติแล้วลิพิดจะสร้างจากกลีเซอรอลโมเลกุลหนึ่งรวมกับโมเลกุลอื่น ๆ ในไตรกลีเซอไรด์ , กลุ่มหลักของไขมันจำนวนมากมีหนึ่งโมเลกุลของกลีเซอรอลและสามกรดไขมัน กรดไขมันถือเป็นโมโนเมอร์ในกรณีนั้นและอาจอิ่มตัว (ไม่มีพันธะคู่ในห่วงโซ่คาร์บอน) หรือไม่อิ่มตัว (พันธะคู่หนึ่งหรือมากกว่าในโซ่คาร์บอน)

ไขมันส่วนใหญ่มีลักษณะขั้วบางอย่างนอกเหนือจากการไม่มีขั้วเป็นส่วนใหญ่ โดยทั่วไปโครงสร้างส่วนใหญ่ของพวกมันคือ nonpolar หรือhydrophobic ("water-fear") ซึ่งหมายความว่ามันทำปฏิกิริยาไม่ดีกับตัวทำละลายที่มีขั้วเช่นน้ำ โครงสร้างอีกส่วนหนึ่งคือมีขั้วหรือชอบน้ำ (" ชอบน้ำ") และมีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงกับตัวทำละลายที่มีขั้วเช่นน้ำ สิ่งนี้ทำให้เป็นโมเลกุลแอมฟิฟิลิก (มีทั้งส่วนที่ไม่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ) ในกรณีของคอเลสเตอรอลกลุ่มขั้วเป็นเพียง –OH (ไฮดรอกซิลหรือแอลกอฮอล์) ในกรณีของฟอสโฟลิปิดกลุ่มขั้วจะมีขนาดใหญ่กว่าและมีขั้วมากกว่ามากดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ไขมันเป็นส่วนสำคัญของอาหารประจำวันของเรา ส่วนใหญ่น้ำมันและผลิตภัณฑ์นมที่เราใช้สำหรับการปรุงอาหารและการรับประทานอาหารเช่นเนย , ชีส , เนยฯลฯ ที่มีองค์ประกอบของไขมัน น้ำมันพืชอุดมไปด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัวหลายตำแหน่ง(PUFA) อาหารที่มีไขมันจะผ่านการย่อยภายในร่างกายและจะแตกตัวเป็นกรดไขมันและกลีเซอรอลซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ย่อยสลายไขมันและไขมันขั้นสุดท้าย ลิปิดโดยเฉพาะฟอสโฟลิปิดยังใช้ในผลิตภัณฑ์ยาต่างๆไม่ว่าจะเป็นตัวทำละลายร่วม (เช่นในการฉีดเข้าเส้นเลือด) หรืออื่น ๆ ที่เป็นส่วนประกอบของตัวพายา (เช่นในไลโปโซมหรือทรานสเฟอร์โซม )

โปรตีน

โครงสร้างทั่วไปของกรดอะมิโนαโดยมี กลุ่มอะมิโนอยู่ทางซ้ายและ กลุ่มคาร์บอกซิลทางด้านขวา

โปรตีนที่มีขนาดใหญ่มากโมเลกุลมหภาคพลาสติกชีวภาพที่ทำจากโมโนเมอร์ที่เรียกว่ากรดอะมิโน กรดอะมิโนประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนอัลฟาที่แนบมากับอะมิโนกลุ่ม -NH ₂เป็นกรดคาร์บอกซิกลุ่ม -COOH (ถึงแม้จะมีอยู่เหล่านี้เป็น -NH ₃ ⁺และ -COO ^-ภายใต้เงื่อนไขทางสรีรวิทยา) อะตอมไฮโดรเจนง่ายและ โซ่ด้านข้างมักแสดงว่า "–R" ห่วงโซ่ด้าน "อาร์" แตกต่างกันสำหรับกรดอะมิโนแต่ละแห่งซึ่งมี 20 คนมาตรฐาน กลุ่ม "R" นี้เองที่ทำให้กรดอะมิโนแต่ละตัวแตกต่างกันและคุณสมบัติของโซ่ข้างมีผลอย่างมากต่อโครงสร้างสามมิติโดยรวมของโปรตีน กรดอะมิโนบางชนิดมีหน้าที่ในตัวเองหรืออยู่ในรูปแบบดัดแปลง เช่นกลูตาเมตทำหน้าที่เป็นที่สำคัญสารสื่อประสาท กรดอะมิโนสามารถเข้าร่วมผ่านพันธบัตรเปปไทด์ ในการสังเคราะห์การคายน้ำนี้โมเลกุลของน้ำจะถูกกำจัดออกและพันธะเปปไทด์จะเชื่อมต่อไนโตรเจนของกลุ่มอะมิโนของกรดอะมิโนหนึ่งกับคาร์บอนของกลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกของอีกกลุ่มหนึ่ง โมเลกุลที่เกิดเรียกว่าdipeptideและเหยียดสั้นของกรดอะมิโน (มักจะน้อยกว่าสามสิบ) จะเรียกว่าเปปไทด์หรือ polypeptides เหยียดอีกต่อไปทำบุญชื่อโปรตีน เป็นตัวอย่างที่สำคัญเลือดซีรั่มโปรตีนอัลบูมิมี 585 กรดอะมิโน ^[42]

กรดอะมิโนทั่วไป (1) ในรูปเป็นกลาง (2) ตามที่มีอยู่ทางสรีรวิทยาและ (3) รวมตัวกันเป็นไดเปปไทด์

แผนผังของ ฮีโมโกล ริบบิ้นสีแดงและสีน้ำเงินแทนโปรตีน globin ; โครงสร้างสีเขียวคือ กลุ่มฮีม

โปรตีนสามารถมีบทบาททางโครงสร้างและ / หรือหน้าที่ ตัวอย่างเช่นการเคลื่อนไหวของโปรตีนแอกตินและไมโอซินในที่สุดมีส่วนทำให้กล้ามเนื้อโครงร่างหดตัว คุณสมบัติอย่างหนึ่งของโปรตีนที่หลายชนิดมีก็คือพวกมันจับกับโมเลกุลหรือคลาสของโมเลกุลบางชนิดโดยเฉพาะโปรตีนเหล่านี้อาจถูกเลือกอย่างมากในสิ่งที่พวกมันจับกัน แอนติบอดีเป็นตัวอย่างของโปรตีนที่ยึดติดกับโมเลกุลเฉพาะชนิดหนึ่ง แอนติบอดีประกอบด้วยโซ่หนักและเบา โซ่หนักสองเส้นจะเชื่อมโยงกับโซ่แสงสองเส้นผ่านการเชื่อมโยงไดซัลไฟด์ระหว่างกรดอะมิโนของพวกมัน แอนติบอดีมีความเฉพาะเจาะจงผ่านการเปลี่ยนแปลงตามความแตกต่างในโดเมน N-terminal ^[43]

การทดสอบภูมิคุ้มกันที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์ (ELISA) ซึ่งใช้แอนติบอดีเป็นหนึ่งในการทดสอบที่ละเอียดอ่อนที่สุดที่แพทย์แผนปัจจุบันใช้ในการตรวจหาสารชีวโมเลกุลต่างๆ น่าจะเป็นโปรตีนที่สำคัญที่สุด แต่เป็นเอนไซม์ แทบทุกปฏิกิริยาในเซลล์ที่มีชีวิตต้องการเอนไซม์เพื่อลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา ^[12]โมเลกุลเหล่านี้รู้จักโมเลกุลของสารตั้งต้นที่เฉพาะเจาะจงเรียกว่าสารตั้งต้น ; จากนั้นพวกเขาเร่งปฏิกิริยาระหว่างพวกเขา โดยการลดพลังงานกระตุ้นเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยานั้นด้วยอัตรา 10 ¹¹ขึ้นไป ^[12]ปฏิกิริยาที่ปกติจะใช้เวลากว่า 3,000 ปีในการทำให้เสร็จโดยธรรมชาติอาจใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาทีกับเอนไซม์ เอนไซม์เองไม่ได้ถูกใช้หมดในกระบวนการและไม่มีอิสระที่จะเร่งปฏิกิริยาเดียวกันกับสารตั้งต้นชุดใหม่ การใช้ตัวปรับแต่งต่างๆสามารถควบคุมกิจกรรมของเอนไซม์ได้ทำให้สามารถควบคุมชีวเคมีของเซลล์โดยรวมได้ ^[12]

โครงสร้างของโปรตีนได้รับการอธิบายตามลำดับชั้นของสี่ระดับ โครงสร้างหลักของโปรตีนประกอบด้วยลำดับเชิงเส้นของกรดอะมิโน; ตัวอย่างเช่น "อะลานีน - ไกลซีน - ทริปโตเฟน - ซีรีน - กลูตาเมต - แอสพาราจิน - ไกลซีน - ไลซีน - ... " โครงสร้างทุติยภูมิเกี่ยวข้องกับสัณฐานวิทยาท้องถิ่น (สัณฐานวิทยาเป็นการศึกษาโครงสร้าง) บางชุดของกรดอะมิโนจะมีแนวโน้มที่จะขดตัวในขดลวดที่เรียกว่าαเกลียวหรือในแผ่นที่เรียกว่าβแผ่น ; α-helixes บางส่วนสามารถมองเห็นได้ในแผนผังเฮโมโกลบินด้านบน โครงสร้างตติยภูมิคือรูปร่างสามมิติทั้งหมดของโปรตีน รูปร่างนี้ถูกกำหนดโดยลำดับของกรดอะมิโน ในความเป็นจริงการเปลี่ยนแปลงเพียงครั้งเดียวสามารถเปลี่ยนโครงสร้างทั้งหมดได้ สายโซ่อัลฟาของฮีโมโกลบินมีกรดอะมิโน 146 ตกค้าง ทดแทนของกลูตาเมตตกค้างที่ตำแหน่ง 6 กับvalineตกค้างเปลี่ยนลักษณะการทำงานของเม็ดเลือดแดงมากว่ามันจะส่งผลในโรคเซลล์เคียว ในที่สุดโครงสร้างควอเทอร์นารีเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของโปรตีนที่มีหน่วยย่อยของเปปไทด์หลายหน่วยเช่นเฮโมโกลบินที่มีหน่วยย่อยสี่หน่วย โปรตีนบางชนิดไม่ได้มีหน่วยย่อยมากกว่าหนึ่งหน่วย ^[44]

ตัวอย่างโครงสร้างโปรตีนจาก Protein Data Bank

สมาชิกของตระกูลโปรตีนซึ่งแสดงโดยโครงสร้างของ โดเมนไอโซเมอเรส

โปรตีนที่กินเข้าไปมักจะแตกออกเป็นกรดอะมิโนเดี่ยวหรือไดเปปไทด์ในลำไส้เล็กแล้วดูดซึม จากนั้นพวกมันสามารถรวมตัวกันเพื่อสร้างโปรตีนใหม่ได้ ผลิตภัณฑ์ระดับกลางของไกลโคไลซิสวัฏจักรกรดซิตริกและวิถีเพนโตสฟอสเฟตสามารถใช้เพื่อสร้างกรดอะมิโนทั้งยี่สิบชนิดได้และแบคทีเรียและพืชส่วนใหญ่มีเอนไซม์ที่จำเป็นทั้งหมดในการสังเคราะห์ อย่างไรก็ตามมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ สังเคราะห์ได้เพียงครึ่งเดียว พวกเขาไม่สามารถสังเคราะห์ไอโซลิวซีน , leucine , ไลซีน , methionine , phenylalanine , threonine , โพรไบโอและvaline เพราะพวกเขาจะต้องกินเหล่านี้เป็นกรดอะมิโนจำเป็น เลี้ยงลูกด้วยนมจะมีเอ็นไซม์ในการสังเคราะห์อะลานีน , asparagine , aspartate , cysteine , กลูตาเมต , glutamine , glycine , โพรลีน , ซีรีนและซายน์ที่ไม่จำเป็นกรดอะมิโน แม้ว่าพวกมันสามารถสังเคราะห์อาร์จินีนและฮิสทิดีนได้แต่ก็ไม่สามารถผลิตได้ในปริมาณที่เพียงพอสำหรับสัตว์เล็กที่กำลังเติบโตดังนั้นจึงมักถือว่าเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็น

หากกลุ่มอะมิโนที่ถูกลบออกจากกรดอะมิโนก็ใบหลังโครงกระดูกที่เรียกว่าคาร์บอนα- กรด Keto เอนไซม์ที่เรียกว่าทรานซามิเนสสามารถถ่ายโอนหมู่อะมิโนจากกรดอะมิโนหนึ่ง (ทำให้เป็นกรดα-คีโต) ไปยังกรดα-คีโตอีกตัวได้อย่างง่ายดาย (ทำให้เป็นกรดอะมิโน) นี้เป็นสิ่งสำคัญในการสังเคราะห์กรดอะมิโนที่เป็นหลายทางเดินตัวกลางจากสูตรชีวเคมีอื่น ๆ จะถูกแปลงเป็นกรดโครงกระดูกα-Keto แล้วกลุ่มอะมิโนที่มีการเพิ่มมักจะผ่านtransamination จากนั้นกรดอะมิโนอาจเชื่อมโยงกันเพื่อสร้างโปรตีน

กระบวนการที่คล้ายกันนี้ใช้ในการสลายโปรตีน ไฮโดรไลซ์เป็นกรดอะมิโนที่เป็นส่วนประกอบเป็นครั้งแรก แอมโมเนียอิสระ(NH3) ซึ่งมีอยู่เป็นแอมโมเนียมอิออน (NH4 +) ในเลือดเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต วิธีการที่เหมาะสมในการขับถ่ายจึงต้องมีอยู่ กลยุทธ์ที่แตกต่างกันมีวิวัฒนาการในสัตว์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับความต้องการของสัตว์ สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเพียงปล่อยแอมโมเนียสู่สิ่งแวดล้อม ในทำนองเดียวกันปลากระดูกสามารถปล่อยแอมโมเนียลงในน้ำที่มีการเจือจางอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปการเลี้ยงลูกด้วยนมแปลงแอมโมเนียลงในยูเรียผ่านวงจรยูเรีย

เพื่อที่จะตรวจสอบว่าโปรตีนสองชนิดมีความสัมพันธ์กันหรือกล่าวอีกนัยหนึ่งเพื่อตัดสินใจว่าโปรตีนทั้งสองชนิดมีความคล้ายคลึงกันหรือไม่นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีการเปรียบเทียบตามลำดับ วิธีการต่างๆเช่นการจัดเรียงลำดับและการจัดตำแหน่งโครงสร้างเป็นเครื่องมืออันทรงพลังที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุhomologiesระหว่างโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง ความเกี่ยวข้องของการหา homologies หมู่โปรตีนนอกเหนือไปจากการสร้างรูปแบบการวิวัฒนาการของครอบครัวโปรตีน จากการค้นหาว่าลำดับโปรตีนทั้งสองมีความคล้ายคลึงกันอย่างไรเราจึงได้รับความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของมัน

กรดนิวคลีอิก

โครงสร้างของ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ภาพแสดงโมโนเมอร์ที่นำมารวมกัน

กรดนิวคลีอิกที่เรียกว่าเนื่องจากความชุกในนิวเคลียสของเซลล์เป็นชื่อสามัญของตระกูลไบโอโพลิเมอร์ พวกมันเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวเคมีที่ซับซ้อนและมีน้ำหนักโมเลกุลสูงซึ่งสามารถถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์และไวรัสของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้ ^[2]โมโนเมอร์เรียกว่านิวคลีโอไทด์และแต่ละองค์ประกอบประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: ฐานเฮเทอโรไซคลิกไนโตรเจน(พิวรีนหรือไพริมิดีน ) น้ำตาลเพนโทสและกลุ่มฟอสเฟต ^[45]

องค์ประกอบโครงสร้างของกรดนิวคลีอิกที่พบบ่อย เพราะพวกเขามีกลุ่มฟอสเฟตอย่างน้อยหนึ่งสารประกอบที่มีเครื่องหมาย โมโน nucleoside , เพท nucleosideและ triphosphate nucleosideมีนิวคลีโอทั้งหมด (ไม่เพียง แต่ฟอสเฟตขาด nucleosides )

กรดนิวคลีอิกที่พบมากที่สุด ได้แก่กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก(DNA) และกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) หมู่ฟอสเฟตและน้ำตาลของแต่ละพันธะนิวคลีโอไทด์ซึ่งกันและกันเพื่อสร้างกระดูกสันหลังของกรดนิวคลีอิกในขณะที่ลำดับของฐานไนโตรเจนจะเก็บข้อมูล ส่วนใหญ่ฐานไนโตรเจนทั่วไปadenine , cytosine , guanine , มีนและuracil ฐานไนโตรเจนของเส้นใยของกรดนิวคลีอิกแต่ละคนจะได้รูปแบบพันธะไฮโดรเจนกับบางฐานไนโตรเจนอื่น ๆ ในกลุ่มสาระการเสริมกรดนิวคลีอิก (คล้ายกับซิป) อะดีนีนจับกับไธมีนและอูราซิลไทมีนจับกับอะดีนีนเท่านั้นไซโตซีนและกัวนีนสามารถจับคู่กันได้เท่านั้น Adenine และ Thymine & Adenine และ Uracil ประกอบด้วยพันธะไฮโดรเจนสองตัวในขณะที่พันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างไซโตซีนและกัวนีนมีจำนวนสามตัว

นอกเหนือจากสารพันธุกรรมของเซลล์แล้วกรดนิวคลีอิกมักมีบทบาทเป็นสารตัวที่สองเช่นเดียวกับการสร้างโมเลกุลพื้นฐานสำหรับอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นโมเลกุลตัวพาพลังงานหลักที่พบในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด นอกจากนี้ฐานไนโตรเจนที่เป็นไปได้ในกรดนิวคลีอิกทั้งสองยังแตกต่างกัน: อะดีนีนไซโตซีนและกัวนีนเกิดขึ้นทั้งใน RNA และ DNA ในขณะที่ไทมีนเกิดขึ้นเฉพาะใน DNA และ uracil เกิดขึ้นใน RNA

คาร์โบไฮเดรตเป็นแหล่งพลังงาน

กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่นโพลีแซ็กคาไรด์ถูกย่อยสลายเป็นโมโนเมอร์โดยเอนไซม์ ( ไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสกำจัดกลูโคสตกค้างจากไกลโคเจนซึ่งเป็นโพลีแซคคาไรด์) ไดแซ็กคาไรด์เช่นแลคโตสหรือซูโครสจะถูกแยกออกเป็นโมโนแซ็กคาไรด์สององค์ประกอบ

ไกลโคไลซิส (แบบไม่ใช้ออกซิเจน)

กลูโคส G6P F6P F1,6BP GADP DHAP 1,3BPG 3PG 2PG PEP ไพรูเวท HK PGI PFK ALDO ทีพีไอ GAPDH PGK PGM ENO พี. เค ไกลโคไลซิส วิถีเมแทบอลิซึมของ glycolysis แปลง กลูโคสเพื่อ ไพรูโดยผ่านทางชุดของสารกลาง    การปรับเปลี่ยนทางเคมีแต่ละครั้งดำเนินการโดยเอนไซม์ที่แตกต่างกัน   ขั้นตอนที่ 1 และ 3 ใช้ ATPและ   ขั้นตอนที่ 7 และ 10 ผลิต ATP เนื่องจากขั้นตอนที่ 6-10 เกิดขึ้นสองครั้งต่อโมเลกุลของกลูโคสจึงนำไปสู่การผลิต ATP สุทธิ

มีการเผาผลาญกลูโคสโดยส่วนใหญ่ที่สำคัญมากสิบขั้นตอนทางเดินที่เรียกว่าglycolysis , ผลกำไรในการที่จะทำลายลงหนึ่งโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคสเป็นสองโมเลกุลของไพรู นอกจากนี้ยังสร้างโมเลกุลสุทธิสองโมเลกุลของATPซึ่งเป็นสกุลเงินพลังงานของเซลล์พร้อมกับการลดค่าที่เทียบเท่ากันสองค่าของการแปลงNAD + (nicotinamide adenine dinucleotide: รูปแบบออกซิไดซ์) เป็น NADH (nicotinamide adenine dinucleotide: รูปแบบที่ลดลง) สิ่งนี้ไม่ต้องการออกซิเจน ถ้าไม่มีออกซิเจน (หรือเซลล์ไม่สามารถใช้ออกซิเจนได้) NAD จะได้รับการฟื้นฟูโดยการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นแลคเตท (กรดแลคติก) (เช่นในคน) หรือเป็นเอทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์ (เช่นในยีสต์ ) โมโนแซ็กคาไรด์อื่น ๆ เช่นกาแลคโตสและฟรุกโตสสามารถเปลี่ยนเป็นตัวกลางของวิถีไกลโคไลติกได้ ^[46]

แอโรบิค

ในเซลล์แอโรบิคที่มีออกซิเจนเพียงพอเช่นเดียวกับในเซลล์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ไพรูเวทจะถูกเผาผลาญต่อไป มันจะถูกแปลงถาวรเพื่อacetyl-CoAให้ออกจากอะตอมของคาร์บอนเป็นผลิตภัณฑ์หนึ่งเสียก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สร้างอื่นเทียบเท่าลดเป็นNADH acetyl-CoA ทั้งสองโมเลกุล (จากกลูโคสหนึ่งโมเลกุล) จากนั้นเข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริกผลิต ATP สองโมเลกุล NADH อีก 6 โมเลกุลและ quinones (ubi) ที่ลดลง 2 ตัว (ผ่านFADH 2เป็นปัจจัยร่วมที่มีผลผูกพันกับเอนไซม์) และปล่อย อะตอมของคาร์บอนที่เหลือเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นโมเลกุลของ NADH และ quinol ที่ผลิตได้จะป้อนเข้าไปในสารประกอบเชิงซ้อนของเอนไซม์ของห่วงโซ่ทางเดินหายใจซึ่งเป็นระบบขนส่งอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังออกซิเจนในที่สุดและรักษาพลังงานที่ปล่อยออกมาในรูปแบบของการไล่ระดับโปรตอนเหนือเมมเบรน ( เยื่อไมโทคอนเดรียชั้นในในยูคาริโอต) ดังนั้นออกซิเจนจะถูกลดลงในน้ำและตัวรับอิเล็กตรอนดั้งเดิม NAD ⁺และquinoneจะถูกสร้างใหม่ นี่คือสาเหตุที่มนุษย์หายใจด้วยออกซิเจนและหายใจเอาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกไป พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสถานะพลังงานสูงใน NADH และ quinol จะได้รับการอนุรักษ์เป็นอันดับแรกในรูปแบบของการไล่ระดับโปรตอนและแปลงเป็น ATP ผ่าน ATP synthase สิ่งนี้จะสร้างATP เพิ่มอีก28โมเลกุล (24 จาก 8 NADH + 4 จาก 2 quinols) รวมถึง 32 โมเลกุลของ ATP ที่สงวนไว้ต่อกลูโคสที่ย่อยสลายแล้ว (สองจากไกลโคไลซิส + สองจากวงจรซิเตรต) ^[47]เป็นที่ชัดเจนว่าการใช้ออกซิเจนเพื่อออกซิไดซ์กลูโคสอย่างสมบูรณ์ทำให้สิ่งมีชีวิตมีพลังงานมากกว่าคุณสมบัติการเผาผลาญที่ไม่ใช้ออกซิเจนใด ๆ และนี่เป็นเหตุผลว่าทำไมสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนจึงปรากฏขึ้นหลังจากชั้นบรรยากาศของโลกสะสมออกซิเจนจำนวนมากเท่านั้น

กลูโคโนเจเนซิส

ในสัตว์มีกระดูกสันหลังกล้ามเนื้อโครงร่างเกร็งอย่างแรง(เช่นระหว่างยกน้ำหนักหรือวิ่ง) ไม่ได้รับออกซิเจนเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการพลังงานดังนั้นพวกมันจึงเปลี่ยนเป็นการเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจนเปลี่ยนกลูโคสเป็นแลคเตท การรวมกันของกลูโคสจากแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตเช่นไขมันและโปรตีน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อสารไกลโคเจนในตับหมดลงเท่านั้น วิถีคือการย้อนกลับที่สำคัญของไกลโคไลซิสจากไพรูเวตเป็นกลูโคสและสามารถใช้ประโยชน์จากหลายแหล่งเช่นกรดอะมิโนกลีเซอรอลและเครบส์ไซเคิล การสลายตัวของโปรตีนและไขมันขนาดใหญ่มักเกิดขึ้นเมื่อผู้ที่ทุกข์ทรมานจากความอดอยากหรือความผิดปกติของต่อมไร้ท่อบางอย่าง ^[48]ตับ regenerates กลูโคสโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าgluconeogenesis กระบวนการนี้ไม่ตรงข้ามกับไกลโคไลซิสและต้องใช้พลังงานที่ได้รับจากไกลโคไลซิสถึงสามเท่า (ใช้ ATP หกโมเลกุลเทียบกับทั้งสองที่ได้จากไกลโคไลซิส) คล้ายคลึงกับปฏิกิริยาข้างต้นกลูโคสที่ผลิตได้นั้นสามารถผ่านกระบวนการไกลโคไลซิสในเนื้อเยื่อที่ต้องการพลังงานเก็บไว้เป็นไกลโคเจน (หรือแป้งในพืช) หรือเปลี่ยนเป็นโมโนแซ็กคาไรด์อื่น ๆ หรือรวมเป็นไดหรือโอลิโกแซ็กคาไรด์ ทางเดินรวมของ glycolysis ระหว่างการออกกำลังกายข้ามแลคเตทผ่านทางกระแสเลือดไปยังตับ gluconeogenesis ตามมาและการเปิดตัวของน้ำตาลกลูโคสเข้าสู่กระแสเลือดที่เรียกว่าวงจร Cori ^[49]

ความสัมพันธ์ระหว่างแผนผังชีวเคมี พันธุศาสตร์และ อณูชีววิทยา

นักวิจัยในการใช้เทคนิคเฉพาะทางชีวเคมีพื้นเมืองชีวเคมี แต่เพิ่มมากขึ้นรวมทั้งกับเทคนิคและความคิดการพัฒนาในสาขาของพันธุศาสตร์ , อณูชีววิทยาและชีวฟิสิกส์ ไม่มีการกำหนดเส้นแบ่งระหว่างสาขาวิชาเหล่านี้ ชีวเคมีศึกษาเคมีที่จำเป็นสำหรับกิจกรรมทางชีวภาพของโมเลกุลชีววิทยาระดับโมเลกุลศึกษากิจกรรมทางชีวภาพพันธุศาสตร์ศึกษาการถ่ายทอดทางพันธุกรรมซึ่งเกิดขึ้นได้จากจีโนมของพวกมัน สิ่งนี้แสดงในแผนผังต่อไปนี้ซึ่งแสดงถึงมุมมองที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งของความสัมพันธ์ระหว่างฟิลด์:

• ชีวเคมีคือการศึกษาของสารเคมีและกระบวนการสำคัญที่เกิดขึ้นในชีวิตอยู่มีชีวิต นักชีวเคมีมุ่งเน้นไปที่บทบาทหน้าที่และโครงสร้างของสารชีวโมเลกุลเป็นอย่างมาก การศึกษาเคมีที่อยู่เบื้องหลังกระบวนการทางชีววิทยาและการสังเคราะห์โมเลกุลที่ใช้งานทางชีวภาพเป็นการประยุกต์ใช้ทางชีวเคมี ชีวเคมีศึกษาชีวิตในระดับอะตอมและโมเลกุล
• พันธุศาสตร์คือการศึกษาผลของความแตกต่างทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิต สิ่งนี้มักจะอนุมานได้โดยไม่มีองค์ประกอบปกติ (เช่นยีนหนึ่งตัว ) การศึกษาของ "กลายพันธุ์ " - ชีวิตที่ขาดอย่างใดอย่างหนึ่งหรือส่วนประกอบทำงานได้มากขึ้นเกี่ยวกับการที่เรียกว่า "ป่าประเภท " หรือปกติฟีโนไทป์ ปฏิสัมพันธ์ทางพันธุกรรม ( epistasis ) มักจะทำให้การตีความง่ายๆของการศึกษา "น่าพิศวง "นั้นสับสน
• อณูชีววิทยาคือการศึกษารากฐานของโมเลกุลของปรากฏการณ์ทางชีววิทยาโดยมุ่งเน้นที่การสังเคราะห์โมเลกุลการปรับเปลี่ยนกลไกและปฏิสัมพันธ์ เชื่อกลางของอณูชีววิทยาที่สารพันธุกรรมจะถูกคัดลอกลงใน RNA แล้วแปลเป็นโปรตีนแม้จะถูกสมจริงสมจังยังคงให้ดีจุดเริ่มต้นสำหรับการทำความเข้าใจในสนาม แนวคิดนี้ได้รับการแก้ไขในแง่ของการที่เกิดขึ้นใหม่บทบาทใหม่สำหรับอาร์เอ็นเอ
• ' ชีววิทยาทางเคมี 'พยายามที่จะพัฒนาเครื่องมือใหม่โดยใช้โมเลกุลขนาดเล็กที่ช่วยให้เกิดการรบกวนของระบบทางชีววิทยาน้อยที่สุดในขณะที่ให้ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการทำงาน นอกจากนี้ชีววิทยาทางเคมียังใช้ระบบทางชีววิทยาในการสร้างลูกผสมที่ไม่เป็นธรรมชาติระหว่างสารชีวโมเลกุลและอุปกรณ์สังเคราะห์ (ตัวอย่างเช่นฝาปิดของไวรัสที่ล้างออกซึ่งสามารถให้ยีนบำบัดหรือโมเลกุลของยาได้ )

Extremophilesเป็นจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในสภาวะที่รุนแรงซึ่งบางส่วนอาจมีข้อยกเว้นหรือความเปลี่ยนแปลงบางประการเกี่ยวกับกฎธรรมชาติบางประการที่อ้างถึงข้างต้น ตัวอย่างเช่นในเดือนกรกฎาคม 2019 การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ของKidd Mineในแคนาดาได้ค้นพบสิ่งมีชีวิตที่หายใจด้วยกำมะถันซึ่งอาศัยอยู่ใต้พื้นผิว 7900 ฟุตและดูดซับกำมะถันแทนออกซิเจนเพื่อช่วยในการหายใจของเซลล์ สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีความโดดเด่นเนื่องจากกินหินเช่นไพไรต์เป็นแหล่งอาหารปกติ ^{[50] [51] [52]}

ดีเอ็นเอโพลิเมอร์ของแบคทีเรีย thermophile Thermus พรายน้ำสกัดในปี 1968 และตั้งชื่อTaqโพลิเมอร์เป็นดีเอ็นเอจำลองทางชีวเคมีทนต่ออุณหภูมิค่อนข้างสูง (50-80 ° C) ซึ่งได้รับอนุญาตให้นักชีววิทยาโมเลกุลเพื่อบรรเทาภาวะแทรกซ้อนในPCR (Polymerase โซ่ ปฏิกิริยา) .

รายการ

ดูสิ่งนี้ด้วย

อ้างวรรณกรรม

• “ สมาคมชีวเคมี” .
• ห้องสมุดเสมือนจริงของชีวเคมีอณูชีววิทยาและชีววิทยาของเซลล์
• ชีวเคมีฉบับที่ 5 ข้อความเต็มของภูเขาน้ำแข็ง Tymoczko และ Stryer มารยาทของNCBI
• SystemsX.ch - ความคิดริเริ่มของสวิสในชีววิทยาระบบ
• เนื้อหาชีวเคมีฉบับเต็มโดย Kevin และ Indira ตำราชีวเคมีเบื้องต้น