Biochimie

Biochimie , étude des substances chimiques et des processus qui se produisent dans les plantes , animaux , et des micro-organismes et des changements qu'ils subissent au cours du développement et de la vie. Il traite de la chimie de la vie et, à ce titre, s'appuie sur les techniques de analytique , la chimie organique et physique , ainsi que celles des physiologistes concernés par la base moléculaire des processus vitaux. Tous les changements chimiques au sein de l'organisme, que ce soit le dégradation de substances, généralement pour obtenir l'énergie nécessaire, ou l'accumulation de molécules complexes nécessaires aux processus vitaux, sont collectivement appelés métabolisme . Ces changements chimiques dépendent de l'action des substances organiques catalyseurs connues sous le nom d'enzymes, et les enzymes, à leur tour, dépendent pour leur existence de l'appareil génétique de la cellule. Il n'est donc pas surprenant que la biochimie entre dans l'étude des changements chimiques dans la maladie, l'action des médicaments et d'autres aspects de la médecine, ainsi que dans nutrition , la génétique , et agricole.

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synthèse d'AMPc stimulée par l'épinéphrine; biochimie En biochimie, les chercheurs étudient les substances chimiques et les processus qui se produisent dans les organismes vivants et les cellules. En particulier, divers processus par lesquels les cellules acquièrent de l'énergie, tels que la synthèse d'AMPc stimulée par l'épinéphrine, ont été déduits de l'étude de la biochimie. Encyclopédie Britannica, Inc.



Le terme biochimie est synonyme de deux termes un peu plus anciens : chimie physiologique et chimie biologique . Les aspects de la biochimie qui traitent de la chimie et de la fonction de très grosses molécules (par exemple, les protéines et les acides nucléiques) sont souvent regroupés sous le terme biologie moléculaire . La biochimie est une science jeune, connue sous ce terme seulement depuis 1900 environ. Ses origines, cependant, peuvent être retracées beaucoup plus loin ; son histoire ancienne fait partie de l'histoire ancienne de la physiologie et chimie .



Contexte historique

Les événements passés particulièrement significatifs de la biochimie ont consisté à placer les phénomènes biologiques sur des bases chimiques solides.

Avant que la chimie puisse contribuer de manière adéquate à la médecine et à l'agriculture, cependant, elle a dû se libérer des exigences pratiques immédiates afin de devenir une science pure. Cela s'est passé dans la période d'environ 1650 à 1780, en commençant par les travaux de Robert Boyle et culminant dans celui de Antoine-Laurent Lavoisier , le père de la chimie moderne. Boyle a remis en question la base de la théorie chimique de son époque et a enseigné que l'objet propre de la chimie était de déterminer le composition de substances. Son contemporain John Mayow a observé les principes fondamentaux analogie entre la respiration d'un animal et la combustion ou l'oxydation de la matière organique dans l'air. Puis, lorsque Lavoisier mena ses études fondamentales sur l'oxydation chimique, saisissant la vraie nature du processus, il montra aussi, quantitativement, la similitude entre l'oxydation chimique et le processus respiratoire. La photosynthèse était un autre phénomène biologique qui a retenu l'attention des chimistes de la fin du XVIIIe siècle. La démonstration, grâce aux travaux combinés de Joseph Priestley, Jan Ingenhousz et Jean Senebier, que la photosynthèse est essentiellement l'inverse de la respiration a été une étape importante dans le développement de la pensée biochimique.



Malgré ces premières découvertes fondamentales, les progrès rapides de la biochimie ont dû attendre le développement de la chimie organique structurelle, l'une des grandes réalisations de la science du XIXe siècle. Un organisme vivant contient plusieurs milliers de substances chimiques différentes composés . L'élucidation des transformations chimiques subies par ces composés au sein de la cellule vivante est un problème central de la biochimie. En clair, la détermination de la structure moléculaire des substances organiques présentes dans les cellules vivantes devait précéder l'étude des mécanismes cellulaires, par lesquels ces substances sont synthétisées et dégradées.

Il y a peu de frontières nettes en science, et les frontières entre la chimie organique et physique, d'une part, et la biochimie, de l'autre, ont toujours montré beaucoup de chevauchement. La biochimie a emprunté les méthodes et les théories de la chimie organique et physique et les a appliquées à des problèmes physiologiques. Les progrès dans cette voie ont d'abord été entravés par une idée fausse obstinée de la pensée scientifique - l'erreur de supposer que les transformations subies par la matière dans l'organisme vivant n'étaient pas soumises aux lois chimiques et physiques qui s'appliquaient aux substances inanimées et que, par conséquent, ces phénomènes vitaux ne pouvait pas être décrit en termes chimiques ou physiques ordinaires. Une telle attitude a été prise par les vitalistes, qui soutenaient que les produits naturels formés par les organismes vivants ne pourraient jamais être synthétisés par des moyens chimiques ordinaires. La première synthèse en laboratoire d'un composé organique , urée , par Friedrich Wöhler en 1828, fut un coup porté aux vitalistes mais pas décisif. Ils se sont repliés sur de nouvelles lignes de défense, arguant que l'urée n'était qu'une substance excrétrice, un produit de dégradation et non de synthèse. Le succès des chimistes organiques dans la synthèse de nombreux produits naturels a forcé de nouveaux reculs des vitalistes. Il est axiomatique en biochimie moderne que les lois chimiques qui s'appliquent aux matériaux inanimés sont également valables dans la cellule vivante.

En même temps que le progrès était entravé par une sorte de respect déplacé pour les phénomènes vivants, les besoins pratiques de l'homme opéraient pour stimuler le progrès de la nouvelle science. Alors que la chimie organique et physique érigait un corpus théorique imposant au XIXe siècle, les besoins du médecin, du pharmacien et de l'agronome ont fourni un stimulus toujours présent pour l'application des nouvelles découvertes de la chimie à divers problèmes pratiques urgents.



Deux figures marquantes du XIXe siècle, Justus von Liebig et Louis Pasteur, ont été particulièrement responsables de la mise en scène de l'application réussie de la chimie à l'étude de la biologie. Liebig étudie la chimie à Paris et rapporte en Allemagne l'inspiration acquise au contact des anciens élèves et collègues de Lavoisier. Il fonda à Giessen un grand laboratoire d'enseignement et de recherche, l'un des premiers du genre, qui attira des étudiants de toute l'Europe.

En plus de donner une base solide à l'étude de la chimie organique, Liebig s'est engagé dans une vaste activité littéraire, attirant l'attention de tous les scientifiques sur la chimie organique et la popularisant également pour le profane. Ses œuvres classiques, publiées dans les années 1840, ont eu une profonde influence sur la pensée contemporaine. Liebig a décrit les grands cycles chimiques de la nature. Il a souligné que les animaux disparaîtraient de la surface de la Terre s'il n'y avait pas les plantes photosynthétiques, car les animaux ont besoin pour leur alimentation de composés organiques complexes qui ne peuvent être synthétisés que par les plantes. Les excrétions animales et le corps animal après la mort sont également convertis par un processus de décomposition en produits simples qui ne peuvent être réutilisés que par les plantes.

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Contrairement aux animaux, les plantes vertes n'ont besoin pour leur croissance que de dioxyde de carbone, l'eau , les sels minéraux et la lumière du soleil. Les minéraux doivent provenir de la sol , et la fertilité du sol dépend de sa capacité à fournir aux plantes ces nutriments essentiels. Mais le sol est appauvri de ces matériaux par l'élimination des cultures successives ; d'où le besoin d'engrais. Liebig a souligné que analyse chimique des plantes pourrait servir de guide pour les substances qui devraient être présentes dans les engrais. La chimie agricole en tant que science appliquée est ainsi née.



Dans son analyse de la fermentation, de la putréfaction et des maladies infectieuses, Liebig a eu moins de chance. Il a admis la similitude de ces phénomènes mais a refusé d'admettre que les organismes vivants puissent fonctionner comme agents causatifs. Il restait à Pasteur à éclaircir cette question. Dans les années 1860, Pasteur a prouvé que diverses levures et bactéries étaient responsables de ferments, substances qui provoquaient la fermentation et, dans certains cas, des maladies. Il a également démontré l'utilité des méthodes chimiques dans l'étude de ces minuscules organismes et a été le fondateur de ce qu'on a appelé la bactériologie.

Plus tard, en 1877, les ferments de Pasteur furent désignés comme enzymes, et, en 1897, le chimiste allemand E. Buchner montra clairement que la fermentation pouvait se produire dans un jus de presse de levure, dépourvu de cellules vivantes. Ainsi, un processus vital de cellules a été réduit par analyse à un système d'enzymes non vivant. La nature chimique des enzymes est restée obscure jusqu'en 1926, lorsque la première enzyme cristalline pure (uréase) a été isolée. Cette enzyme et bien d'autres isolées par la suite se sont avérées être des protéines , qui avaient déjà été reconnues comme des chaînes de sous-unités de haut poids moléculaire appelées acides aminés.



Le mystère de la façon dont des quantités infimes de substances alimentaires connues sous le nom de vitamines prévenir des maladies telles que le béribéri, le scorbut et la pellagre est devenu évident en 1935, lorsque riboflavine (vitamine Bdeux) s'est avéré être un intégral partie d'une enzyme. Des travaux ultérieurs ont justifié le concept selon lequel de nombreuses vitamines sont essentielles dans les réactions chimiques de la cellule en raison de leur rôle dans les enzymes.

En 1929, la substance l'adénosine triphosphate (ATP) a été isolé du muscle. Des travaux ultérieurs ont démontré que la production d'ATP était associée aux processus respiratoires (oxydatifs) dans la cellule. En 1940, F.A. Lipmann a proposé que l'ATP soit la forme commune d'échange d'énergie dans de nombreuses cellules, un concept maintenant bien documenté. Il a été démontré que l'ATP est également une source d'énergie primaire pour la contraction musculaire.



L'utilisation d'isotopes radioactifs d'éléments chimiques pour tracer la voie des substances dans le corps animal a été initiée en 1935 par deux chimistes américains, R. Schoenheimer et D. Rittenberg. Cette technique a fourni l'un des outils les plus importants pour étudier les changements chimiques complexes qui se produisent dans les processus de la vie. A peu près à la même époque, d'autres chercheurs ont localisé les sites de réactions métaboliques par d'ingénieuses avancées techniques dans l'étude des organes, tissu tranches, mélanges de cellules, cellules individuelles et, enfin, cellule individuelle constituants , comme les noyaux, mitochondries , ribosomes , lysosomes , et les membranes.

En 1869, une substance a été isolée des noyaux des cellules de pus et a été appelée acide nucléique, qui s'est avéré plus tard être l'acide désoxyribonucléique (ADN), mais ce n'est qu'en 1944 que l'importance de l'ADN en tant que matériel génétique a été révélée, lorsque l'ADN bactérien a été montré pour changer la matière génétique d'autres cellules bactériennes. Moins d'une décennie après cette découverte, la structure en double hélice de l'ADN a été proposée par Watson et Crick , fournissant une base solide pour comprendre comment l'ADN est impliqué dans la division cellulaire et dans le maintien des caractéristiques génétiques.



Les progrès se sont poursuivis depuis lors, avec des événements marquants comme le premier synthèse chimique d'une protéine, la cartographie détaillée de l'arrangement des atomes dans certaines enzymes et l'élucidation des mécanismes complexes de régulation métabolique, y compris l'action moléculaire des hormones.