الكيمياء الحيوية الفيزيائية

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة
الريبوسوم هو آلة بيولوجية تستخدم ديناميكيات البروتين على نطاقات النانو لترجمة الحمض النووي الريبي إلى بروتينات

الكيمياء الحيوية الفيزيائية هي علم فيزيائي يستخدم مفاهيم الفيزياء والكيمياء الفيزيائية لدراسة الأنظمة البيولوجية . [1] الميزة الأكثر شيوعًا للبحث في هذا الموضوع هي البحث عن تفسير للظواهر المختلفة في الأنظمة البيولوجية من حيث الجزيئات التي تشكل النظام أو البنية الفوق الجزيئية لهذه الأنظمة. [2] بصرف النظر عن التطبيقات البيولوجية، أظهرت الأبحاث الحديثة تقدمًا في المجال الطبي أيضًا. [3]

تاريخ

القرن العشرين

ألمانيا

بدأ أقدم مفهوم للكيمياء الفيزيائية الحيوية من فضول كارل فريدريش بونهوفر ، وهو كيميائي فيزيائي أراد التعامل مع المشكلات البيولوجية والفسيولوجية بمعرفة الفيزياء والكيمياء. أحد الأمثلة على عمله هو دراسة تأثير التيار الكهربائي على الحديد لمحاكاة إثارة الأعصاب . [4] بعد إنشاء الكيمياء الفيزيائية الحيوية الأساسية في جوتنجن، طورها مانفريد إيجن ، الحائز على جائزة نوبل الألماني. في عام 1971، قام بتحسين تركيز البحث من خلال دمج معهدين، الكيمياء الفيزيائية، والتحليل الطيفي. [5] في الوقت الحاضر، يهدف البحث في الكيمياء الفيزيائية الحيوية في جوتنجن إلى اكتشاف العمليات الحيوية باستخدام المعرفة المشتركة للعلوم.

هولندا

أطلق العالم الشهير هيرمان بيرندسن مجموعة بحثية في جامعة جرونينجن تركز على استخدام الرنين المغناطيسي النووي لمراقبة الماء والبروتين في الأنظمة البيولوجية. [6] تعمل الدراسة على توسيع الفهم البنيوي لترابط الماء مما يفسر الكثير من الظواهر. [7]

التاريخ الحديث

تشمل الأساليب الحالية للبحث البيوفيزيائي، على سبيل المثال لا الحصر، دراسة القنوات الأيونية ، والمحفزات ، والخلايا الجذعية ، واكتشاف الجزيئات الحيوية وتحليلها . [8] [1]

التقنيات

يستخدم الكيميائيون البيوفيزيائيون تقنيات مختلفة مستخدمة في الكيمياء الفيزيائية لاستكشاف بنية الأنظمة البيولوجية. تتضمن هذه التقنيات طرقًا طيفية مثل الرنين المغناطيسي النووي (NMR) وتقنيات أخرى مثل حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني بالتبريد . يشمل أحد الأمثلة على البحث في الكيمياء البيوفيزيائية العمل الذي مُنح من أجله جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2009. استندت الجائزة إلى دراسات البلورات بالأشعة السينية للريبوسوم والتي ساعدت في كشف الأساس الفيزيائي لوظيفته البيولوجية كآلة جزيئية تترجم mRNA إلى بولي ببتيدات. [9] ومن المجالات الأخرى التي ينخرط فيها الكيميائيون البيوفيزيائيون بنية البروتين والبنية الوظيفية لأغشية الخلايا . على سبيل المثال، يمكن تفسير عمل الإنزيم من حيث شكل الجيب في جزيء البروتين الذي يتطابق مع شكل جزيء الركيزة أو تعديله بسبب ارتباط أيون معدني. تُظهر هياكل العديد من التجمعات البروتينية الكبيرة، مثل ATP synthase ، أيضًا ديناميكيات تشبه الآلة أثناء عملها على ركائزها. وعلى نحو مماثل، يمكن فهم بنية ووظيفة الأغشية الحيوية من خلال دراسة الهياكل الفوق جزيئية النموذجية مثل الليبوزومات أو الحويصلات الفوسفوليبيدية ذات التركيبات والأحجام المختلفة.

التطبيقات

هناك العديد من التطبيقات البيولوجية والطبية التي تطبق معرفة الكيمياء الحيوية الفيزيائية لصالح البشرية. [10]

دراسة غشاء الخلية

غشاء الطبقة الدهنية الثنائية هو اسم لوصف تكوين غشاء الخلية . ومع المعرفة الحالية والتقدم في الأجهزة، من الممكن دراسة خصائص الطبقات الدهنية الثنائية مثل اللزوجة . وقد طبقت الدراسة تقنية التحليل الطيفي الفلوري لتحديد أنه حتى إذا كانت هناك طبقة ثنائية واحدة من الفوسفوليبيد تشكل الليبوسوم ، فلا يزال بإمكاننا اكتشاف مستوى مختلف من اللزوجة الموجودة في الغشاء. [11]

دراسة تفاعلات البروتين

تسمح العديد من الطرق الطيفية للعلماء المعاصرين بتحديد المكونات الحركية لتفاعلات البروتين في الأنظمة البيولوجية. علاوة على ذلك، من الممكن ضبط وهندسة التفاعلات البيولوجية عن طريق تطبيق إشعاع الليزر عليها. على سبيل المثال، يمكننا تحفيز عملية تبلور البروتين باستخدام تقنية تسمى " احتجاز الليزر ". [11]

تركيب الهيدروجيل

الريبوفلافين ، أو فيتامين ب2 بشكل عام، لديه القدرة على التحول إلى نوع تفاعلي يمكن أن يخضع لتفاعلات مختلفة تحت وجود الضوء والأكسجين. [12] يتضمن التفاعل المهم تخليق هيدروجيل. الهيدروجيل هو مادة مسامية يمكنها الاحتفاظ بكمية كبيرة من الماء مع الحفاظ على شكلها. يشمل تطبيق الهيدروجيل توصيل الأدوية والعضلات الاصطناعية وهندسة الأنسجة وما إلى ذلك. [13]

تحسين الإنزيم

الإنزيمات هي مواد يمكنها تسريع التفاعلات الكيميائية. [14] ومع ذلك، فإن استخدام الإنزيمات في التطبيقات الحقيقية له الكثير من القيود، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الاستقرار والتوافق والتكلفة. من خلال استخدام مفهوم الكيمياء الحيوية الفيزيائية، من الممكن تحسين هذه القيود، فضلاً عن زيادة أداء الإنزيمات. [15]

الأدوية المضادة للسرطان

الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) هو الجزيء الذي يشكل أساس كل الكائنات الحية. علاوة على ذلك، فهو هدف رئيسي للأدوية المضادة للسرطان. إن دراسة التفاعل بين الأدوية والحمض النووي تسمح للباحث بتطوير أدوية يمكنها علاج السرطان بكفاءة. [16]

المعاهد

أقدم معهد معروف للكيمياء الحيوية الفيزيائية هو معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية الفيزيائية في جوتنجن . [17]

المجلات

تشمل مجلات الكيمياء الحيوية الفيزيائية: Biophysical Journal ، وArchives of Biochemistry and Biophysics (التي نشرتها Academic Press )، و Biochemical and Biophysical Research Communications (Academic Press)، و Biochimica et Biophysica Acta ( Elsevier Science )، و Biophysical Chemistry ، وهي مجلة دولية مخصصة لفيزياء وكيمياء الظواهر البيولوجية (Elsevier)، و Journal of Biochemical and Biophysical Methods (Elsevier)، وJournal of Biochemistry ، و Biology، وBiophysics ( Taylor & Francis )، و Journal de Chimie Physique ، و Physico-Chimie Biologique ( EDP Sciences و Société Française de Chimie ).

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ بواسطة بيتر جومو والا (8 يوليو 2014). الكيمياء البيوفيزيائية الحديثة: الكشف عن الجزيئات الحيوية وتحليلها. وايلي. ص 1-1. ISBN 978-3-527-68354-3.
  2. ^ Ball, Vincent; Maechling, Clarisse (28 July 2009). "Isothermal Microcalorimetry to Investigate Non Specific Interactions in Biophysical Chemistry". المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 10 (8): 3283–3315. doi : 10.3390/ijms10083283 . ISSN  1422-0067. PMC 2812836. PMID 20111693  . 
  3. ^ حمود العتيبي، سعد؛ عبدالله مؤمن، عوض (2020-02-19)، أ. أ. خالد، محمد (محرر)، "تفاعلات حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) مع أدوية مكافحة السرطان"، الكيمياء البيوفيزيائية - التطبيقات المتقدمة ، IntechOpen، doi : 10.5772/intechopen.85794 ، ISBN 978-1-78984-047-6تم الاسترجاع بتاريخ 2023-04-02
  4. ^ Bonhoeffer, KF (1948-09-20). "تنشيط الحديد السلبي كنموذج لإثارة الأعصاب". مجلة علم وظائف الأعضاء العامة . 32 (1): 69-91. doi :10.1085/jgp.32.1.69. ISSN  1540-7748. PMC 2213747. PMID 18885679  . 
  5. ^ “مانفريد إيجن”. www.mpinat.mpg.de . تم الاسترجاع بتاريخ 2023-04-02 .
  6. ^ Hemminga, Marcus A. (2023-03-16). "الكيمياء البيوفيزيائية في جرونينجن – ملاحظة شخصية". مجلة البروتين . 42 (3): 162–164. doi :10.1007/s10930-023-10097-6. ​​ISSN  1875-8355.
  7. ^ Berendsen, Herman JC (1962-06-15). "دراسة الرنين المغناطيسي النووي لترطيب الكولاجين". مجلة الفيزياء الكيميائية . 36 (12): 3297–3305. Bibcode :1962JChPh..36.3297B. doi :10.1063/1.1732460. hdl : 1721.1/4425 . ISSN  0021-9606.
  8. ^ "قسم الكيمياء الحيوية الفيزيائية السابق". www.biophys.mpg.de . تم الاسترجاع في 2023-04-15 .
  9. ^ جائزة نوبل في الكيمياء 2009 – بيان صحفي
  10. ^ خالد، محمد AA (2020-02-19). aa خالد، محمد (محرر). الكيمياء البيوفيزيائية - تطبيقات متقدمة. doi :10.5772/intechopen.73426. ISBN 978-1-78984-048-3.
  11. ^ ab Iwata, Koichi; Terazima, Masahide; Masuhara, Hiroshi (2018-02-01). "Novel physics chemistry approaches in biophysical researches with advanced application of lasers: Detection and manipulation". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects . Biophysical Exploration of Dynamical Ordering of Biomolecular Systems. 1862 (2): 335–357. doi :10.1016/j.bbagen.2017.11.003. ISSN  0304-4165. PMID  29108958.
  12. ^ Ionita, Gabriela; Matei, Iulia (2020-02-19), AA Khalid, Mohammed (ed.), "Application of Riboflavin Photochemical Properties in Hydrogel Synthesis", Biophysical Chemistry - Advance Applications , IntechOpen, doi : 10.5772/intechopen.88855 , ISBN 978-1-78984-047-6تم الاسترجاع بتاريخ 2023-04-02
  13. ^ فو، جون؛ في هيت بانهويس، مارك (2019). "خصائص وتطبيقات الهيدروجيل". مجلة كيمياء المواد ب . 7 (10): 1523-1525. doi :10.1039/C9TB90023C. ISSN  2050-750X. PMID  32254899.
  14. ^ بيرج، جيريمي م. (2002). الكيمياء الحيوية. جون إل. تيموكزكو، لوبرت ستراير، لوبرت ستراير (الطبعة الخامسة). نيويورك: دبليو إتش فريمان. رقم ISBN 0-7167-3051-0. OCLC  48055706.
  15. ^ أوزبون، ياوهينيا؛ كومار، مانيش (2020-02-19)، خالد، محمد (محرر)، "التحفيز الحيوي واستراتيجيات تحسين الإنزيم"، الكيمياء البيوفيزيائية - التطبيقات المتقدمة ، إنتك أوبن، doi : 10.5772/intechopen.85018 ، ISBN 978-1-78984-047-6تم الاسترجاع بتاريخ 2023-04-02
  16. ^ حمود العتيبي، سعد؛ عبدالله مؤمن، عوض (2020-02-19)، أ. أ. خالد، محمد (محرر)، "تفاعلات حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) مع أدوية مكافحة السرطان"، الكيمياء البيوفيزيائية - التطبيقات المتقدمة ، IntechOpen، doi : 10.5772/intechopen.85794 ، ISBN 978-1-78984-047-6تم الاسترجاع بتاريخ 2023-04-02
  17. ^ "تأسيس وتاريخ المعهد". www.mpinat.mpg.de . تم الاسترجاع في 2023-04-01 .

فهرس

  • كانتور، تشارلز ر .؛ شيميل، بول ر. (1980). الكيمياء البيوفيزيائية - الجزء الأول: تكوين الجزيئات الحيوية (الطبعة الأولى). دبليو إتش فريمان وشركاه المحدودة. رقم ISBN 0716711885.
  • كانتور، تشارلز ر .؛ شيميل، بول ر. (1980). الكيمياء البيوفيزيائية - الجزء الثاني: تقنيات لدراسة البنية والوظيفة البيولوجية (الطبعة الأولى). دبليو إتش فريمان وشركاه المحدودة. رقم ISBN 0716711907.
  • كانتور، تشارلز ر .؛ شيميل، بول ر. (1980). الكيمياء البيوفيزيائية - الجزء الثالث: سلوك الجزيئات الحيوية (الطبعة الأولى). دبليو إتش فريمان وشركاه المحدودة. رقم ISBN 0716711923.
  • بروس، مارتن، ر. مقدمة في الكيمياء الحيوية الفيزيائية. مجلة التعليم الطبي: سبتمبر 1964 - المجلد 39 - العدد 9 - ص 867 .{{cite book}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  • كوبر، آلان (2015-11-09). الكيمياء البيوفيزيائية. الجمعية الملكية للكيمياء. ISBN 978-1-78262-510-0.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=الكيمياء_الحيوية&oldid=1228469872"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate