Biokeemia

Biokeemia ehk bioloogiline keemia on teadus elusorganismide keemilisest koostisest, koostisosade muundumistest ja nende muundumiste seostest struktuuride spetsiifiliste funktsioonidega. Biokeemias kui orgaanilise keemia harus kehtivad kõik keemias tuntud üldmõisted ja seaduspärasused. Biokeemia uurib bioloogiliste makromolekulide ehk biopolümeeride struktuuri, biosünteesi, metabolismi ja keemiliste reaktsioonide mehhanisme. Biopolümeerid, nagu valgud (sh ensüümid), nukleiinhapped kui bioloogilise informatsiooni kandjad (desoksüribonukleiinhape ehk DNA, ja ribonukleiinhape ehk RNA), lipiidid ja sahhariidid, koosnevad monomeeridest. Biokeemia ja sellega seotud teadusharud uurivad ka väiksemate biomolekulide jm raku ehituskomponentide (v.a vesi) struktuuri, biosünteesi, metabolismi ja keemiliste reaktsioonide mehhanisme, ning patoloogiaga seotut. Biokeemia uurib ka organismide elundkondi (ehk elundisüsteeme ehk organisüsteeme) ning elundkondade ja haiguslike seisundite vahelisi seoseid. Algselt arenes biokeemia koos orgaanilise keemiaga. 19. sajandi keskpaiku hakkas biokeemia kujunema eraldi uurimisvaldkonnaks, kuna hakati tunnustama seisukohta, et elusorganismi keemia põhimõtteliselt ei erine eluta aine keemiast. Sellele eelnes kaks olulist avastust: 1828 sünteesis Friedrich Wöhler karbamiidi ja 1850ndatel sünteesis Marcellin Berthelot rasva. Märkimisväärne edasiminek toimus sajandivahetusel, kui hakkas selguma ensüümide roll biokeemilistes reaktsioonides. 1894 pakkus Hermann Emil Fischer välja tänapäevase seletuse ensüümide toimemehhanismi kohta ning 1897 tõestas Eduard Buchner, et ensüümide katalüüsitud reaktsioonid toimuvad ka väljaspool rakku ja on seega katseklaasis uuritavad. 19. sajandil oli eriala nimetuseks peamiselt füsioloogiline keemia, biokeemia nimetus võeti laiemalt kasutusele alates umbes aastast 1900. Esimesi, kes kasutas terminit 'biokeemia' oli Vincenz Kletzinsky 1850bndail. 20. sajandi esimesel poolel hakkas biokeemia kiiremini arenema. Kasutusele võeti kaasaegsed analüüsimeetodid, mille abil tehti kindlaks peamised ainevahetusrajad (O. Warburg, O. F. Meyerhof, H. A. Krebs, M. Calvin jpt). 1944 tõestasid Oswald Avery ja Colin MacLeod nukleiinhapete seose geenidega. Biokeemia edasine areng on olnud tihedalt seotud molekulaarbioloogiaga, mistõttu tuleb nimetada kahte olulist edusammu: 1951 avastas Linus Pauling valkude struktuuri ning 1953 avastasid James Watson ja Francis Crick DNA struktuuri. Eristatakse staatilist biokeemiat ja dünaamilist biokeemiat. Staatilisel biokeemial on palju ühist orgaanilise keemiaga, sest ta uurib organismi komponentide struktuuri, koostist ja omadusi. Dünaamiline biokeemia uurib organismi tasandil ainete muundumist ja muutuste omavahelisi seoseid ainevahetusradades. Niisama hästi kui eraldi valdkonnaks on kujunenud ka analüütiline biokeemia, milles eraldatakse ja tehakse kindlaks organismis leiduvaid aineid. Eraldi haruna tuntakse veel meditsiinilist biokeemiat, mis uurib inimorganismi metabolismi ja haiguste molekulaarseid aluseid. Biokeemia on tihedalt seotud selliste teadusharudega nagu molekulaarbioloogia, taimebioloogia (rakumembraanid ja fotosüntees), mikrobioloogia, biotehnoloogia, geneetika, füsioloogia, farmakoloogia, kliiniline meditsiin, histoloogia, toitumisteadus jpt. Terminit "biokeemia" (eesliide "bio-" tähendab kreeka keeles sõna βίος, bios ehk 'elu') kasutas esimest korda saksa keemik Carl Neuberg 1903. aastal. Biokeemias tehakse analüüse nii in vitro (st katseklaasis, tehistingimustes) kui ka in vivo (elusas, elusalt) meetoditega. Tuntuimad in vitro analüütilised tehnikad on: Southern blot Northern blot Western blot Far-western blot Väljasoolamine Dialüüs Geelfiltratsioonikromatograafia Ioonvahetuskromatograafia Afiinsuskromatograafia Kõrgefektiivne vedelikkromatograafia (kõrgsurvevedelikkromatograafia) Kasutusel on erinevad automatiseeritud seadmed, mis kasutavad nt biomarkereid, massispektromeetrit jpt. biokeemiline geneetika bioorgaaniline keemia Eesti Biokeemia Selts ensümoloogia laboratoorne diagnostika lipidoloogia molekulaarbioloogia orgaaniline keemia Francis Edward J. Valpy. "The etymology of the words of the Greek language", lk 25, Longman, Green, Longman, and Roberts, 1860, Google'i raamat (inglise keeles) Mark Amsler. "The Languages of Creativity: Models, Problem-solving, Discourse", lk 55, University of Delaware Press, 1986, Google'i raamat (inglise keeles) August Männik. "Biokeemia", Valgus, 1985. M. Zilmer, E. Karelson, T. Vihalemm. "Üldine Biokeemia (I)", Tartu ülikool, 1993 J. L. Tymoczko, Jeremy M. Berg, L. Stryer. "Biokeemia. Lühikursus", TTÜ Kirjastus, 2016 Francis Edward J. Valpy. "The etymology of the words of the Greek language", 1860 Mark Amsler. "The Languages of Creativity: Models, Problem-solving, Discourse", 1986 M. V. Kulkarni, S. S. Thonte, S. S. Rathod, N. B. Ghiware. "Biochemistry", 2008 Gerald Litwack. "Human Biochemistry and Disease", 2008 Joe Rosen, Lisa Quinn Gothard. "Encyclopedia of Physical Science" (Facts on File Science Library), 2009