ביוכימיה היא תת תחום בכימיה העוסק בתכונות הכימיות של מולקולות (בעיקר חלבונים) שמקורן מישויות ביולוגיות ומיועדות לצורך תפקודן.
השם ביוכימיה הוא חיבור בין ביולוגיה וכימיה שכן מדובר בדיסציפלינה המהווה גשר בין שני התחומים. מכל תחומי הביולוגיה השונים הביוכימיה בעלת האופי המדויק והמדיד ביותר. הביוכימיה נוגעת כמעט בכל תחום בעולם הביולוגיה ולכן גם נלמדת במסלולי תואר לביולוגיה או כימיה. הביוכימיה קרובה מאד לביולוגיה האורגנית ולעיתים יש נטייה לבלבל בין שני התחומים וזאת בשל החפיפה הרבה בין התחומים.
ממצאי הביוכימיה משמשים בתחומי הרפואה, תזונה וחקלאות. הביוכימאים חוקרים את הסיבות למחלות ועוסקים מציאת תרופות, שמירה על הבריאות והשפעות של חסרים תזונתיים. בחקלאות הביוכימאים עוסקים בחקר הקרקע, דשנים והדברה והשפעותיהם על היבולים, תוך ניסיון לשפר את היבול.
ההבדלים בין ביוכימיה לכימיה אורגנית
כימיה אורגנית היא תת תחום בכימיה של מולקולות עם שרשראות פחמניות, קשרי פחמן – פחמן וקשרי פחמן – מימן. מקור המולקולות האורגניות יכול להיות מיצורים חיים או שהן נוצרות בראקציה כימית באופן מלאכותי ממרכיבים שאינם אורגניים. זה יכול להיות חלבונים, אוראה, נפט, פלסטיק ולמעשה רוב התרכובות שאנו מכירים.
הביוכימיה לעומת זאת עוסקת בפעילות ותכונות של מאקרו-מולקולות בתאים כגון חלבונים, חומצות גרעין, פחמימות ושומנים, המשמשים למבנה התאים. כימיית התא עוסקת באינטראקציה עם מולקולות קטנות יותר שיכולות להיות אנאורגניות כמו מים או אורגניות כמו חומצות אמינו המשמשות לסנתוז חלבונים.
מכיוון שכל המולקולות הנחקרות בביוכימיה הן למעשה אורגניות, עבודת המחקר עוסקת בכימיה אורגנית באופן מקיף. גם במחקר בכימיה אורגנית יש נגיעה בביוכימיה ובמיוחד בנוגע לחלבונים.
ההיסטוריה של הביוכימיה
הביוכימיה העסיקה את האנושות עוד מימי קדם, אך כדיסציפלינה מדעית ספציפית החלה בתחילת המאה ה 19 ואולי מעט לפני. יכול להיות שפעולת החקר הראשונה השייכת לעולם הביוכימיה נעשתה על האנזים עמילאז ב 1833 על ידי המדען הצרפתי אנסלמא פיין. אחרים טוענים שבשנת 1897החוקר אדוארד בוכנר הציג את התהליך הביוכימי הראשון – התסיסה האלכוהולית. יש כאלה שמצביעים על ג'זוס ון ליביג כחלוץ הביוכימיה עם מחקר בנושא המטבוליזם. יש המאמינים שתאור תהליך הפרמנטציה על ידי אנטון לבוסייר בתחילת המאה ה 18 היווה את ירית הפתיחה. אליהם הצטרפו חלוצים נוספים שתרמו לעניין כמו אמיל פישר שהציג את הכימיה של החלבונים וגולאנד הופקינס עם חקר האנזימים ואופייה הדינמי של הביוכימיה.
ביו-מולקולות
רבות מן המולקולות הביולוגיות הינן פולימרים. הפולימרים מורכבים מיחידות קטנות יותר המכונות מונומרים. להלן ארבעת סוגי המולקולות העיקריות בביוכימיה:
פחמימות – מולקולות אורגניות אלה הינן הנפוצות בכדור הארץ, כשגלוקוז הינה המולקולה הנפוצה ביותר מבניהן. הפחמימות חיוניות לקיומם של כל היצורים החיים ובעלות חשיבות קריטית לתהליכי החיים בארבעה תחומים:
- אנרגית התא – גלוקוז וכו'.
- סטרוקטורה – עלים, ענפים.
- דנ"א וברנ"א – נוקלאוטידים המכילים חד סוכרים.
- תיוג תאים – פחמימות משובצות בממברנת התאים.
ליפידים – מולקולות אורגניות ליפופיליות (מסיסות בשמן) כמו שומנים ושמנים, ויטמינים, שעווה, כולסטרול, פוספוליפידים ועוד. הליפידים משמשים למגוון תפקידים מבניים כמו ממברנות, אגירת אנרגיה ויסות אותות וכו.
חלבונים – מולקולות אורגניות גדולות אלה מורכבות מחומצות אמיניות המקופלות וקשורות בקשרים פפטידיים בין הקבוצות המנוגדות – קרבוקסילים ואמינים. למולקולות החלבון מבנה תלת-ממדי מורכב הקובע את תפקודם.
חומצות גרעין – תרכובות אורגניות המשמשות כמידע גנטי בדנ"א וכן ברנ"א שהם מולקולות פולימר עצומות (חד או דו גדילי) ומורכבות ממונומרים המכונים נוקלאוטידים. הנוקלאוטידים מכילים בסיס חנקני + חד סוכר וזרחה. יש הבדלים קטנים בין הנוקלאוטידים והקומבינציות בינהם מהוות את השפה הגנטית. בתא הדנ"א מומר לרנ"א שמקודד בניית חלבונים בריבוזום.