تدرس الكيمياء الحيوية (Biochemistry) العمليات الكيميائية التي تحدث داخل الكائنات الحية، وكذلك العمليات المرتبطة بها. وللنجاح في هذا المجال، يجب فهم بنية الجزيئات الحيوية ووظائفها وطريقة تفاعلها مع بعضها. وتشمل هذه الجزيئات السكريات والدهون والبروتينات، إضافة إلى الأحماض النووية وغيرها من الجزيئات الكبيرة (Macromolecules).
فماذا ينبغي أن نعرف أيضًا عن الكيمياء الحيوية؟ في هذا المقال، نستكشف مفهوم الكيمياء الحيوية، وتطورها عبر التاريخ، إلى جانب مجموعة متنوعة من الفرص المهنية التي يوفرها هذا المجال.
شرح الكيمياء الحيوية: المفهوم والفروع والوظائف
يمزج هذا الفرع من العلوم بين الكيمياء وعلم الأحياء (Biology) لفهم العمليات الحيوية بمزيد من العمق والتفصيل. وتهتم الكيمياء الحيوية بدراسة بنية الكائنات الحية ووظائفها والتفاعلات التي تحدث داخلها.
تدرس الكيمياء الحيوية مصادر الطاقة في الخلايا، مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون وغيرها من الجزيئات الحيوية (Biomolecules)، والتي تؤدي دورا أساسيا في تحديد خصائص خلايا الكائنات الحية. وباختصار، يعد هذا المجال واسعا للغاية، وينقسم إلى 3 مجالات رئيسية:
علم الأحياء البنيوي
تحليل البنى التي تشكلها الخلايا الحية وتحافظ عليها وتعمل على تطويرها.
علم الإنزيمات
دراسة البروتينات التي تقود التفاعلات الكيميائية داخل الكائنات الحية.
الأيض
التفاعلات الكيميائية التي تحافظ على الحياة داخل الكائنات الحية.
ساهمت التطورات التكنولوجية التي شهدتها السنوات الأربعون الماضية وأكثر في تعزيز الدراسات في مجال الكيمياء الحيوية وتوسيع نطاقها. واليوم، تتوفر لدينا أدوات تتيح دراسة الجزيئات الدقيقة التي تمد الخلايا الحية بالطاقة وتساهم في تشكيلها.
يستفيد العلماء من هذه المعارف لتحسين الصحة وإطالة العمر لدى البشر وسائر الكائنات الحية. وتشمل هذه الجهود دراسة الأمراض والبحث في أسبابها، وصولا إلى تطوير أدوية تساعد على علاجها ومكافحتها.
معنى الكيمياء الحيوية
كما ذكرنا سابقا، يجمع هذا الفرع من العلوم بين الكيمياء وعلم الأحياء. وبشكل أكثر تحديدا، تدرس الكيمياء الحيوية العمليات الكيميائية التي تقوم عليها الكائنات الحية.
وبالتالي، توسع الكيمياء الحيوية نطاق دراسة كل من هذين المجالين العلميين، إذ توجد بينهما نقاط تداخل عديدة غالبا ما لا تحظى بالاهتمام الكافي عند دراسة أحدهما بمعزل عن الآخر. أما دراسة تخصص الكيمياء الحيوية، فتتيح لك الاستفادة من المعارف والأدوات التي يوفرها كلا المجالين بشكل متكامل.
البدايات الأولى للكيمياء الحيوية
إذا نظرنا إلى الكيمياء الحيوية من منظور العلوم الأكاديمية البحتة، فيمكن تتبع جذور هذا العلم إلى اليونانيين القدماء.
اهتمت تلك الحضارة القديمة بدراسة تركيب الكائنات الحية ومكوناتها، وهو جوهر التعريف الحديث للكيمياء الحيوية.
ومع ذلك، لم تكن لدى هؤلاء الباحثين في العصور القديمة الأدوات اللازمة لدراسة هذا العلم بصورة معمقة، فظلت معارفهم محدودة إلى حد كبير. واعتمد جانب كبير من أعمالهم على النظريات والافتراضات.
بدأت دراسة الكيمياء الحيوية بالشكل الذي نعرفه اليوم في أوائل القرن التاسع عشر، إلا أن هناك اختلافا حول التاريخ الدقيق الذي يمكن اعتباره بداية هذا العلم.
على عكس تحديد أصول الكيمياء الفيزيائية، لا يمكننا تحديد تاريخ دقيق نربط به نشأة الكيمياء الحيوية. وبدلا من ذلك، هناك عدة محطات تاريخية يمكن اعتبارها بدايات مهمة لهذا العلم:
1770
أنطوان لافوازييه (Antoine Lavoisier) يجري أولى الدراسات حول التنفس
كما درس عمليات التخمر.
1833
أنسلم باين (Anselme Payen) يكتشف الدياستاز (Diastase)، أول إنزيم
ويعرف اليوم باسم الأميلاز (Amylase).
1842
يوستوس فون ليبيغ (Justus von Liebig) ينشر عمله العلمي الرائد
قدم كتابه أول نظرية كيميائية لتفسير عملية الأيض
أوائل عام 1900
إميل فيشر (Emil Fischer) يدرس البروتينات
1907
فريدريك غاولاند هوبكنز (Frederick Gowland Hopkins) يربط حمض اللاكتيك بانقباض العضلات
وبحلول الوقت الذي أثبت فيه هوبكنز وشريكه في البحث، السير والتر مورلي فليتشر (Sir Walter Morley Fletcher)، تأثير استهلاك الأكسجين في خلايا العضلات كان علم الكيمياء الحيوية قد ترسخ بالفعل كفرع علمي قائم بذاته.
ظهر مصطلح «الكيمياء الحيوية» لأول مرة في كتاب بعنوان Compendium der Biochemie عام 1858. وقد ألف هذا الكتاب الكيميائي النمساوي فينتسنز كليتزينسكي (Vinzenz Kletzinsky).
كان كتاب فينتسنز كليتزينسكي (Vinzenz Kletzinsky) أول عمل جمع بين «علم الأحياء» و«الكيمياء» في إطار علمي واحد. وقد يبقى من الصعب الجزم بما إذا كان عالم وظائف الأعضاء الألماني فيليكس هوبي-زايلر (Felix Hoppe-Seyler) قد اطلع على نسخة منه.
وفي مقال نشره عام 1877 في مجلة طبية، استخدم مصطلح «الكيمياء الحيوية» مرادفا لـ الكيمياء الفسيولوجية (Physiological Chemistry)، وهو وصف مناسب إلى حد كبير لطبيعة هذا المجال. ومع ذلك، يرى بعض المؤرخين أن الفضل في تأسيس هذا الفرع العلمي يعود إلى عالم ألماني آخر.
أبو الكيمياء الحيوية
الميلاد:
29 يوليو 1877، في ألمانيا
الوفاة:
30 مايو 1956، في الولايات المتحدة
اشتهر بـ:
نظرية التخمر الكحولي للجلوكوز؛ وإستر نويبرغ (Fructose 6-phosphate)
أبرز إسهاماته في علم الكيمياء الحيوية:
أسس مجلة Biochemische Zeitschrift عام 1906؛ واكتشف إنزيم نازعة كربوكسيل البيروفات (Pyruvate Decarboxylase) عام 1911؛ واكتشف ظاهرة التحل المائي (Hydrotropy) عام 1916.
كان كارل نويبرغ طالبا مجتهدا، لكنه لم يختر دراسة الكيمياء بمحض إرادته، بل أُجبر على التوجه إليها. التحق بجامعة برلين، وبدأ مسيرته العلمية عام 1898 وهو لا يزال طالبا. حصل على درجة الدكتوراه عام 1903، ثم عُين أستاذا في جامعته الأم بعد 3 سنوات.
وفي عام 1906، أسس مجلة Biochemische Zeitschrift، التي نشر فيها أبحاثه حول نقل المواد داخل الخلايا وقابليتها للذوبان. كما كان من رواد دراسة الأحماض الأمينية والإنزيمات من منظور كيميائي.
1. في عام 1911، اكتشف إنزيم نازعة كربوكسيل البيروفات (Pyruvate Decarboxylase).
2. وضع أساليب لاحتجاز المستقلبات الوسيطة (Intermediate Metabolites).
مثل جان ماري لهن (Jean-Marie Lehn)، أحد رواد دراسة الكيمياء العضوية ,لم يكن كارل نويبرغ يخطط في البداية للعمل في مجال الكيمياء. فقد بدأ بدراسة علم الفلك، لكنه غيّر تخصصه بناء على رغبة والده، الذي كان يريده أن يعمل في صناعة الجعة. ومع ذلك، اختار نويبرغ طريقه الخاص، وأصبح لاحقا من رواد علم الكيمياء الحيوية.
في عام 1936، أُبعد نويبرغ من منصبه بسبب القوانين العنصرية النازية التي استهدفت اليهود. وغادر ألمانيا في العام التالي، ثم انتقل إلى الولايات المتحدة عام 1940.
ورغم تقدمه في السن، لم تتوقف مسيرته العلمية. واصل أبحاثه حول عمليات نقل المواد داخل الخلايا والإنزيمات، وتعاون مع عدة جامعات.
دراسة تخصص الكيمياء الحيوية
تبدأ دراسة الكيمياء الحيوية منذ المرحلة الثانوية.
خلال المرحلة الجامعية، تتضمن خطتك الدراسية مقررات أساسية إلزامية ومقررات اختيارية. اختر المقررات الاختيارية بما يتناسب مع أهدافك التعليمية والمهنية. فعلى سبيل المثال، إذا كنت تطمح إلى العمل في مجال الكيمياء الحيوية للحياة البرية (Wildlife Biochemistry)، فقد يكون اختيار مقرر اختياري في علم الحيوان (Zoology) مفيدا لك.
لاحظ أيضا أنك ستنجز مشروعا بحثيا في السنة الثالثة من المرحلة الجامعية. وتمنحك هذه التجربة فرصة لاختبار مدى استعدادك ورغبتك في مواصلة الدراسة والعمل في المجال الذي اخترته. وفيما يلي، نستعرض تجربة إحدى الطالبات في المرحلة الجامعية، لتتعرف على اختياراتها وطبيعة برنامجها الدراسي.
راجع صفحات المقررات الدراسية في الجامعات التي ترغب في الالتحاق بها، وتأكد من استيفائك المتطلبات الأساسية لدراسة الكيمياء الحيوية.
ماذا يمكنك أن تفعل بشهادة في الكيمياء الحيوية؟
مثل العلماء المستقبليين الذين يختارون دراسة الكيمياء التحليلية، يمكن لخريجي الكيمياء الحيوية توقع العمل كثيرا في المختبرات.
لكن، على عكس الطلاب الذين يدرسون تخصصات أخرى في الكيمياء، يتيح لك الحصول على شهادة في الكيمياء الحيوية خيارات مهنية أوسع بكثير، رغم أن معظم الوظائف في مجال الكيمياء تتطلب العمل في المختبرات.
إذا كنت طالبا في المرحلة الجامعية تدرس الكيمياء الحيوية، فمن الطبيعي أن تفكر في الخيارات المتاحة أمامك بعد التخرج. في هذه المرحلة، لديك خياران رئيسيان: مواصلة دراستك الأكاديمية أو إنهاء مسيرتك الدراسية والبدء في العمل. ولكل خيار مزايا وعيوب عليك أخذها في الاعتبار:
| 🤔 الخيار | 😁 المزايا | 😫 العيوب |
|---|---|---|
| مواصلة الدراسة | التعمق في دراسة المجال الذي اخترته فرصة التخصص في مجال دقيق فرص أكبر لبناء شبكة من العلاقات المهنية | تكاليف دراسية إضافية تأخر دخول سوق العمل خطر الإرهاق الأكاديمي |
| الانضمام إلى سوق العمل | انتهاء الرسوم الدراسية بدء كسب المال اكتساب الخبرة العملية إمكانية العودة إلى الدراسة لاحقا | غالبا ما تكون الوظائف المتاحة في البداية محدودة المستوى أجور أقل عادة فرص محدودة للتقدم الوظيفي |
وظائف الكيمياء الحيوية
إذا كنت تخطط للعمل في مجال البحث العلمي، فعليك مواصلة دراستك الأكاديمية. ورغم أن ذلك يعني سنوات إضافية من الدراسة وتكاليف إضافية، فإنه يوسع خياراتك المهنية ويفتح أمامك مجالات عمل أكثر تنوعا. ويمكنك استكشاف هذه الخيارات قبل اتخاذ قرارك بشأن خطوتك المهنية التالية.
عالم الأحياء الجزيئية
دراسة العمليات التي تحدث داخل خلايا الكائنات الحية بهدف تحسين الصحة ومكافحة الأمراض.
عالم الكيمياء الحيوية
دراسة خصائص الجزيئات الحيوية وتفاعلاتها لفهم العمليات الحيوية التي تحدث داخل الكائنات الحية.
البحث العلمي
إجراء أبحاث لاكتشاف نتائج جديدة أو دراستها بهدف تطوير أدوية جديدة و/أو الوقاية من آليات تطور الأمراض.
فني الكيمياء الحيوية
العمل مع المهندسين والكيميائيين في مصانع التصنيع أو المختبرات
تثبت هذه المسارات المهنية، إلى جانب المسارات التي سنتناولها لاحقا، أن خريجي الكيمياء الحيوية يتمتعون بفرص مهنية أكثر تنوعا، حتى مقارنة بمن يتخصصون في مجالات دراسة الكيمياء الأخرى.
وظائف الكيمياء الحيوية في المجالات العامة
يحلم بعض المتخصصين في الكيمياء الحيوية بدمج معرفتهم العلمية مع العمل في خدمة المجتمع. فالبحث العلمي قد يكون، وغالبا ما يكون، عملا فرديا. فقد يعمل الباحث داخل مختبر يضم فريقا كبيرا، لكنه يظل منشغلا بأفكاره وتحليلاته الخاصة، في صورة تشبه الصورة النمطية للأستاذ الجامعي شارد الذهن.
إضافة إلى ذلك، فإن كتابة نتائج الأبحاث ونشرها يتطلبان بطبيعتهما عملا فرديا. وكما سيؤكد لك أي باحث، فإن نشر نتائج البحث هو ما يمنح العمل العلمي قيمته وأهميته.
لحسن الحظ، بالنسبة إلى المتخصصين في الكيمياء الحيوية الذين يرغبون في التواصل مع الجمهور، تشهد هذه المجالات المهنية ازدهارا ملحوظا.
تطبيق مهارات الكيمياء الحيوية لصرف الأدوية وتقديم المشورة للمرضى.
المساهمة في أبحاث الأدوية وتطويرها.
تقديم المشورة للمؤسسات بشأن أساليب البحث العلمي.
توجيه المبادرات والمشاريع البحثية.
المساعدة في تسويق نتائج الأبحاث.
تطبيق مبادئ الكيمياء الحيوية لتحليل الأدلة من مسرح الجريمة والإدلاء بشهادته بشأنها
المساعدة في متابعة الأمراض من خلال تحليل عينات المرضى ودراسة النتائج.
إلى جانب هذه المسارات المهنية التي تتيح لك التواصل مع الجمهور، يمكنك أيضا اختيار مسار أكثر تأثيرا يتمثل في تدريس الكيمياء الحيوية وإلهام الجيل القادم من المتخصصين. فإذا كنت شغوفا بالعلوم وتحب مشاركة معرفتك، فقد يكون التدريس فرصة لتحويل خبرتك العلمية إلى مصدر إلهام للطلاب ومساعدتهم على بناء مستقبلهم العلمي. واليوم، تزداد الحاجة إلى التدريس العلمي الجيد والفعال، بدءا من المرحلة الابتدائية وما بعدها.
بطبيعة الحال، سيتطلب منك هذا المسار مواصلة دراستك وتوسيع تخصصك، خاصة إذا كنت تخطط للتدريس في المرحلة الجامعية. لذلك، يمكنك التفكير في دراسة الكيمياء غير العضوية كتخصص فرعي، أو التعمق في أحد فروع الكيمياء الأخرى. كما ستحتاج إلى الحصول على شهادة تؤهلك لممارسة مهنة التدريس.
إذا كنت ترغب في تعميق فهمك للكيمياء والاستعداد لاختباراتك، يمكن أن يساعدك مدرس كيمياء في قطر على تطوير مهاراتك وفهم المفاهيم بشكل أوضح.
تلخيص باستخدام الذكاء الاصطناعي :
هل أعجبك المقال؟ قيمه
Loading...
