ביוכימיה

מודל של סליל אלפא, מבנה תלת-ממדי בסיסי ונפוץ בחלבונים

בִּיּוֹכִימְיָה היא מדע החוקר את התכונות הכימיות המאפיינות מולקולות המיוצרות בתאים חיים וייחודיות להם, ומאפשרות להם לבצע את תפקידם. הביולוגיה המולקולרית היא מדע החוקר את תפקידן של מולקולות אלה.

מקום הביוכימיה בין המדעים

הביוכימיה מהווה גשר בין הביולוגיה והכימיה. הביוכימיה היא המדע המדויק ביותר במדידותיו השייך לתחום הביולוגיה. מלבד תחום הביולוגיה המולקולרית, נשענת הביוכימיה בעיקר על הכימיה האורגנית. מודלים מתחום הפיזיקה והמתמטיקה נדירים יחסית בביוכימיה. לביוכימיה נגיעה ואחיזה כמעט בכל תחום ביולוגי שהוא, כולל תחומים שנדמה כי הם רחוקים ממנה מאוד, כגון זואולוגיה וביולוגיה אבולוציונית.

אחד מעיסוקיה העיקריים של הביוכימיה כיום הוא חקר החלבונים, מכיוון שלחלבונים קשר ישיר לתכונות האורגניזם (פנוטיפ). מכיוון שגנים מקודדים ליצור של חלבונים, ניתן לראות בביוכימיה את המדע הממשיך במקום בו דרכו של מדע הגנטיקה מסתיים. כשם שגנטיקה היא מדע הגנום (סך כל הגנים באורגניזם), ביוכימיה היא מדע הפרוטאום (סך כל החלבונים באורגניזם).

לביוכימיה תפקיד מרכזי בהבנת מנגנוני מחלות, בחקלאות ובייצור תרופות.

תחומי מחקר

הביוכימיה מתמקדת במספר תחומי מחקר:

המבנה של מולקולות ביולוגיות, כגון חלבונים, שומנים, פחמימות ונוקלאוטידים.
האופן בו מרכיבות מולקולות ביולוגיות מבנים ואברונים בתא.
אופן מעבר מולקולות אלה בין תאים ובין אברונים.
אנזימולוגיה: מנגנוני פעולתם של החלבונים החשובים ביותר - האנזימים:
- התרמודינמיקה והקינטיקה של תגובות כימיות בתא.
- הריאקציה הכימית של המולקולות האלה והאתר הפעיל שלהן.
- התגובות במעגלים מטבוליים: הדרכים בהן יצורים חיים מפיקים אנרגיה, מעבדים מזון, מפרקים מולקולות גדולות ומייצרים מחדש מולקולות חדשות הנחוצות להם.
- הסיבה הכימית לצירופי חלבונים המאפשרים ריאקציה.
- הסיבות הכימיות שבגללן פגמים בחלבונים גורמים למחלות.
גנטיקה ביוכימית:
- התגובות הכימיות העומדות בבסיסם של תהליכים גנטיים בסיסיים, כדוגמת שכפול DNA, שעתוק ותרגום.
- התגובות הכימיות שגורמות למוטציות בגנום.

לימודי ביוכימיה

על אף שהביוכימיה מהווה שילוב של כימיה וביולוגיה, הרי שמטרתה ויעדיה הם ביולוגיים. מדענים וחוקרים בתחום הביוכימיה למדו ברוב המקרים במסלולים ביולוגיים. ברוב המקרים יש ללמוד לתואר ראשון בביולוגיה או בכימיה, ורק בתואר השני ניתן להתמקד בביוכימיה.

כל מסלול לתואר ראשון בביולוגיה כולל לפחות קורס חובה אחד בביוכימיה (המתמקד בעיקר בחלבונים ובאנזימים), ולעיתים קורס נוסף (המתמקד בסוכרים, שומנים ונושאים אחרים). במסלולים לתואר ראשון בכימיה ניתן בדרך כלל ללמוד ביוכימיה כקורס העשרה או בחירה. כמו- כן, ישנו מסלול של לימודי הנדסה ביוכימית בטכניון בחיפה, המשלב לימודי ביוכימיה עם לימודי הנדסה.