INTRODUCTION
Biochemistry can be defined as the science of the chemical basis of life (Gk bios "life"). The cell is the structural unit of living systems. Thus, biochemistry can also be described as the
study of the chemical constituents of living cells and of the reactions and processes they undergo. By this definition, biochemistry encompasses large areas of cell biology, molecular
biology, and molecular genetics.
The Aim of Biochemistry Is to Describe and Explain, in Molecular Terms, All Chemical Processes of Living Cells
The major objective of biochemistry is the complete understanding, at the molecular level, of all of the chemical processes associated with living cells. To achieve this
objective, biochemists have sought to isolate the numerous molecules found in cells, determine their structures, and analyze how they function. Many techniques have been used for
these purposes; some of them are summarized in Table 1–1.
Table 1–1 The Principal Methods and Preparations Used in Biochemical Laboratories
Methods for Separating and Purifying Biomolecules1
Salt fractionation (eg, precipitation of proteins with ammonium sulfate)
Chromatography: Paper, ion exchange, affinity, thin-layer, gas–liquid, high-pressure liquid, gel filtration
Electrophoresis: Paper, high-voltage, agarose, cellulose acetate, starch gel, polyacrylamide gel, SDS-polyacrylamide gel
Ultracentrifugation
Methods for Determining Biomolecular Structures
Elemental analysis
UV, visible, infrared, and NMR spectroscopy
Use of acid or alkaline hydrolysis to degrade the biomolecule under study into its basic constituents
Use of a battery of enzymes of known specificity to degrade the biomolecule under study (eg, proteases, nucleases, glycosidases)
Mass spectrometry
Specific sequencing methods (eg, for proteins and nucleic acids)
X-ray crystallography
Preparations for Studying Biochemical Processes
Whole animal (includes transgenic animals and animals with gene knockouts)
Isolated perfused organ
Tissue slice
Whole cells
Homogenate
Isolated cell organelles
Subfractionation of organelles
Purified metabolites and enzymes
Isolated genes (including polymerase chain reaction and site-directed mutagenesis)
1Most of these methods are suitable for analyzing the components present in cell homogenates and other biochemical preparations. The sequential use of several techniques will
generally permit purification of most biomolecules. The reader is referred to texts on methods of biochemical research for details.
Other objectives of biochemistry include helping to understand the origins of life on Earth and to integrate biochemical knowledge into efforts to maintain health and to
understand diseases and treat them effectively.
A Knowledge of Biochemistry Is Essential to All Life Sciences
The biochemistry of the nucleic acids lies at the heart of genetics; in turn, the use of genetic approaches has been critical for elucidating many areas of biochemistry. Cell biology is
very closely allied to biochemistry. Physiology, the study of body function, overlaps with biochemistry almost completely. Immunology employs numerous biochemical techniques,
and many immunologic approaches have found wide use by biochemists. Pharmacology and pharmacy rest on a sound knowledge of biochemistry and physiology; in particular,
most drugs are metabolized by enzyme-catalyzed reactions. Poisons act on biochemical reactions or processes; this is the subject matter of toxicology. Biochemical approaches are
being used increasingly to study basic aspects of pathology (the study of disease), such as inflammation, cell injury, and cancer. Many workers in microbiology, zoology, and
botany employ biochemical approaches almost exclusively. These relationships are not surprising, because life as we know it depends on biochemical reactions and processes. In fact,
the old barriers among the life sciences are breaking down, and biochemistry is increasingly becoming their common language.
A Reciprocal Relationship between Biochemistry & Medicine Has Stimulated Mutual Advances
The two major concerns for workers in the health sciences—and particularly physicians—are the understanding and maintenance of health and the understanding and effective
treatment of diseases. Biochemistry impacts enormously on both of these fundamental concerns of medicine. In fact, the interrelationship of biochemistry and medicine is a wide, twoway
street. Biochemical studies have illuminated many aspects of health and disease, and conversely, the study of various aspects of health and disease has opened up new areas of
biochemistry. Some examples of this two-way street are shown in Figure 1–1. For instance, knowledge of protein structure and function was necessary to elucidate the single
biochemical difference between normal hemoglobin and sickle cell hemoglobin. On the other hand, analysis of sickle cell hemoglobin has contributed significantly to our
understanding of the structure and function of both normal hemoglobin and other proteins. Analogous examples of reciprocal benefit between biochemistry and medicine could be cited
for the other paired items shown in Figure 1–1. Another example is the pioneering work of Archibald Garrod, a physician in England during the early 1900s. He studied patients with a
number of relatively rare disorders (alkaptonuria, albinism, cystinuria, and pentosuria; these are described in later chapters) and established that these conditions were genetically
determined. Garrod designated these conditions as inborn errors of metabolism. His insights provided a major foundation for the development of the field of human biochemical
genetics. More recent efforts to understand the basis of the genetic disease known as familial hypercholesterolemia, which results in severe atherosclerosis at an early age, have led
to dramatic progress in understanding of cell receptors and of mechanisms of uptake of cholesterol into cells. Studies of oncogenes and tumor suppressor genes in cancer cells
have directed attention to the molecular mechanisms involved in the control of normal cell growth. These and many other examples emphasize how the study of disease can open up
areas of cell function for basic biochemical research.
Figure 1-1
ชีวเคมีเบื้องต้น
สามารถกําหนดเป็นวิทยาศาสตร์ของเคมีที่เป็นพื้นฐานของชีวิต ( GK ไบออส " ชีวิต " ) เซลล์เป็นหน่วยโครงสร้างของระบบชีวิต ดังนั้น ชีวเคมี ที่ยังสามารถอธิบายเป็น
การศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์มีชีวิตและปฏิกิริยาและกระบวนการที่พวกเขาเจอ โดยความหมายนี้ ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ของชีวเคมีชีววิทยาของเซลล์ชีววิทยาระดับโมเลกุล
,และพันธุศาสตร์โมเลกุล
จุดมุ่งหมายของชีวเคมีเพื่อบรรยายและอธิบาย ในแง่ของกระบวนการทางเคมีของโมเลกุล ทุกเซลล์มีชีวิต
วัตถุประสงค์หลักของชีวเคมี คือ ความเข้าใจที่สมบูรณ์ในระดับโมเลกุล ของทั้งหมดของกระบวนการทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับเซลล์ที่มีชีวิต เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์นี้
, นักเคมีได้พยายามที่จะแยกโมเลกุลมากมายที่พบในเซลล์กำหนดโครงสร้างของพวกเขาและวิเคราะห์วิธีการที่พวกเขาทำงาน เทคนิคมากมายที่ได้ถูกใช้สำหรับ
วัตถุประสงค์เหล่านี้ บางส่วนของพวกเขาจะสรุปได้ในตารางที่ 1 และตารางที่ 1 – 1
1 หลักวิธีการและการเตรียมใช้ในวิธีทางชีวเคมีและห้องปฏิบัติการ
เพื่อแยกเกลือบริสุทธิ์ ( biomolecules1
( เช่น การตกตะกอนของโปรตีนด้วยแอมโมเนียม ซัลเฟต )
โครมาโทกราฟีกระดาษ , การแลกเปลี่ยนไอออน ,ความสัมพันธ์ พบว่า ของเหลว ของเหลว และก๊าซ แรงดันสูง – อิเลคการกรอง
เจล : กระดาษ , ไฟฟ้าแรงสูง , เซลลูโลสอะซิเตต , แป้ง , , เจลอะคริลาไมด์เจล , SDS polyacrylamide gel ultracentrifugation
วิธีการกำหนดโครงสร้างชีวโมเลกุลการวิเคราะห์ธาตุ
UV , มองเห็นได้ , อินฟราเรด , และ NMR spectroscopy
การใช้กรดหรือด่างเพื่อลดปฏิกิริยาชีวโมเลกุลที่ศึกษาเป็นองค์ประกอบ
ใช้พื้นฐานของแบตเตอรี่ของเอนไซม์ที่รู้จักกันเพื่อทำให้ชีวโมเลกุลภายใต้การศึกษาความจำเพาะ ( เช่น ทาง nucleases , ,
glycosidases ) มวลสารเฉพาะลำดับวิธีการ ( เช่นโปรตีนและกรดนิวคลีอิก )
เตรียมศึกษารังสีเอกซ์กระบวนการทางชีวเคมี
ทั้งหมดสัตว์ ( รวมถึงสัตว์และสัตว์ที่มียีนยีน knockouts )
หนูแยกอวัยวะเนื้อเยื่อชิ้น
ทั้งเซลล์แยกแยกองค์ประกอบเซลล์ของอวัยวะ subfractionation
แยกบริสุทธิ์สารเอนไซม์และยีน ( รวมทั้งปฏิกิริยาลูกโซ่และเว็บไซต์โดยตรงของ )
1most ของวิธีการเหล่านี้จะเหมาะสำหรับการวิเคราะห์ส่วนประกอบที่มีอยู่ใน homogenates เซลล์และการเตรียมงานอื่น ๆ การใช้เทคนิคหลายแบบ จะให้บริสุทธิ์ของชีวโมเลกุล
โดยทั่วไปมากที่สุด ผู้อ่านจะอ้างถึงข้อความในวิธีวิจัยทางชีวเคมี
รายละเอียดวัตถุประสงค์อื่นของชีวเคมี รวมถึงช่วยให้เข้าใจจุดกำเนิดของชีวิตบนโลก และการบูรณาการความรู้ทางชีวเคมีในความพยายามที่จะรักษาสุขภาพและ
เข้าใจโรคและรักษาพวกเขาได้อย่างมีประสิทธิภาพ .
ความรู้ชีวเคมีสำคัญกับชีวิตวิทยาศาสตร์ทั้งหมด
ชีวเคมีของกรดนิวคลีอิกอยู่ที่หัวใจของพันธุศาสตร์ จะการใช้วิธีการทางพันธุกรรมที่ได้รับการอธิบายในหลายพื้นที่ของชีวเคมี ชีววิทยาเซลล์
อย่างใกล้ชิดพันธมิตรกับชีวเคมี สรีรวิทยา การศึกษาการทำงานของร่างกาย ทับซ้อนกับชีวเคมีเกือบทั้งหมด ใช้เทคนิคทางชีวเคมีภูมิคุ้มกันวิทยามากมาย
และแนวทางทางภูมิคุ้มกันวิทยาหลายคนได้พบกว้างใช้โดยนักชีวเคมี .เภสัชวิทยาและเภสัชศาสตร์ พักผ่อนในความรู้เสียงของชีวเคมีและสรีรวิทยา โดยเฉพาะ
ยาส่วนใหญ่จะเผาผลาญโดยเอนไซม์เร่งปฏิกิริยา พิษทำปฏิกิริยาทางชีวเคมี หรือกระบวนการ นี้เป็นเรื่องของทางพิษวิทยา วิธีการทางชีวเคมีเป็น
ถูกใช้มากขึ้นเพื่อศึกษาลักษณะพื้นฐานทางพยาธิวิทยา ( การศึกษาของโรค ) เช่น การอักเสบ เซลล์บาดเจ็บและมะเร็ง คนงานมากมายในทางสัตววิทยาและพฤกษศาสตร์ใช้วิธีการทางชีวเคมี
อย่างลึกซึ้ง ความสัมพันธ์เหล่านี้ก็ไม่น่าแปลกใจ เพราะชีวิตที่เรารู้ว่ามันขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาทางชีวเคมีและกระบวนการ ในความเป็นจริง
อุปสรรคระหว่างศาสตร์ชีวิตเก่าพังลง และชีวเคมีมากขึ้นเป็นภาษาทั่วไป .
ความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันระหว่างชีวเคมีการแพทย์ ได้ร่วมกัน&กระตุ้นความก้าวหน้า
สองหลักเกี่ยวกับแรงงานใน วิทยาศาสตร์ สุขภาพ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งแพทย์มีความเข้าใจและการบำรุงรักษาสุขภาพและความเข้าใจและการรักษาที่มีประสิทธิภาพ
โรค ชีวเคมีและผลกระทบอย่างมากในทั้งสองเหล่านี้พื้นฐานเกี่ยวกับยา ในความเป็นจริงความสัมพันธ์ของชีวเคมีและการแพทย์เป็นกว้าง twoway
Street ชีวเคมีมีไฟหลายด้านของสุขภาพและโรค และในทางกลับกัน การศึกษาด้านต่างๆของสุขภาพและโรคได้เปิดพื้นที่ใหม่ของ
ชีวเคมี ตัวอย่างบางส่วนของถนนสองทางนี้จะแสดงในรูปที่ 1 – 1 สำหรับอินสแตนซ์ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีนและฟังก์ชันเป็นเทคนิคเดียว
ความแตกต่างระหว่างฮีโมโกลบินฮีโมโกลบินปกติทางชีวเคมีและเซลล์เคียว บนมืออื่น ๆ , การวิเคราะห์ของเม็ดเลือดแดง เซลล์ เคียว มีส่วนอย่างมากต่อความเข้าใจของเรา
ของโครงสร้างและการทำงานของฮีโมโกลบินปกติและโปรตีนอื่น ๆตัวอย่างที่คล้ายคลึงกันของผลประโยชน์ซึ่งกันและกันระหว่างชีวเคมีและการแพทย์สามารถอ้าง
สำหรับอีกคู่รายการที่แสดงในรูปที่ 1 – 1 อีกตัวอย่างคือ การสำรวจงานของอาร์กาโรด , แพทย์ในอังกฤษระหว่างต้นตอ เขาศึกษาผู้ป่วย
จำนวนผิดปกติค่อนข้างหายาก ( นมาซภาพยนตร์อิสระและการรู้กลิ่นผิดธรรมดา , , , pentosuria ;เหล่านี้จะอธิบายในบทต่อไป ) และสร้างเงื่อนไขเหล่านี้ถูกกำหนดพันธุกรรม
. กาโรดเขตเงื่อนไขเหล่านี้เป็นสายอักขระว่าง . ข้อมูลเชิงลึกของเขาให้รากฐานที่สำคัญสำหรับการพัฒนาด้านพันธุศาสตร์ชีวเคมี
มนุษย์ ความพยายามล่าสุดที่จะเข้าใจพื้นฐานของพันธุกรรมที่เรียกว่าให้อาหารสำเร็จรูปในครอบครัว ,ซึ่งผลลัพธ์ที่รุนแรงของหลอดเลือดที่อายุต้น , LED
เร้าใจความคืบหน้าในความเข้าใจของเซลล์ตัวรับและกลไกการดูดซึมของคอเลสเตอรอลในเซลล์ การศึกษายีนในเซลล์มะเร็งงโคยีน และเก็บเสียง
มะเร็งมุ่งความสนใจไปยังกลไกระดับโมเลกุลที่เกี่ยวข้องในการควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ปกติเหล่านี้และตัวอย่างอื่นๆ เน้นวิธีการศึกษาของโรคสามารถเปิดพื้นที่การทำงานของเซลล์
รูป 1-1 วิจัยชีวเคมีพื้นฐาน
การแปล กรุณารอสักครู่..
