DNA molekularen adierazpen eskematikoa, informazio genetikoaren molekula eramailea.
Biomolekula horien egitura ez ezik, bizidunengan gertatzen diren erreakzio kimiko guztiak ere ikertzen ditu biokimikak. Erreakzio kimiko horien multzoa metabolismo deritzona da.
Biokimikak biziaren oinarri kimikoak aztertzen ditu. Bizidun guztiek materia eta energia trukatzen dituzte ingurunearekin, eta, metabolismoaren erreakzio kimiko batzuen bitartez, truke hori bideratzen dute. Biokimikak zelula barnean gertatzen diren erreakzioak zein organismo zelulaniztunen barne-inguruan gertatutakoak ikertzen ditu. Kimika organikoaren erreakzioen aldean, bizidunen erreakzioak tenperatura baxuetan gertatzen dira (45 ºC-tik behera), entzima izeneko katalizatzaileei esker.
Metabolismoa osatzen duten bizidunen erreakzio kimiko guztiek elkarrekintzaren sare korapilatsua eratzen dute. Bi metabolismo mota daude: energia lortzeko biomolekulak degradatu eta oxidatzen dituena (katabolismo) eta energia erabiliz zelulen osagaiak eta makromolekula konplexuak sortzen dituena (anabolismo).
Bizidun guztiek, bakterioengandikugaztunenganaino, antzeko biokimika dute, eboluzio biologikoaren aldeko froga garbia dena (gaurko bizidunek arbaso komun batengandik baitatoz, hots, jatorri berdina dute).
Bere lan-eremua dela eta, esan ohi da biokimikak Kimika eta Fisiologiaren arteko esparrua hartzen duela ikergaitzat.
Aspalditik ezagutzen du gizakiak biokimikaren aplikazio praktikoak, bere oinarri teorikoa ezagutu ez arren. Duela 8.000 urte Asiako zibilizazioek, hartziduraren bidez, garagardoa ekoizten zuten, eta, duela 5.000 urte, ogia egiten zuten Egiptonlegamiak erabiliz. Edari alkoholdun edo esnekien ekoizpena oso aspaldikoa izan arren, XIX. mendera arte ―hartziduraren oinarri biokimikoa argitu arte―, gizakiak etekina ateratzen zien prozesu biokimikoei, haien funtsa ezagutzen ez bazuen ere.
Antzina uste zen izaki bizidunen materiak berezko legeak zituela, ez zuela naturaren lege fisiko-kimikoak jarraitzen. Eta bizidunen molekulak bizidunek berek besterik ez zituztela sortzen. Teoria «bitalista» haien ustez, «bizi-fluido» ikusezin batek zuzenduko lituzke bizidunen prozesu guztiak. 1828an, baina, bitalismoak zartada gogorra jaso zuen Friedrich Wöhler kimikari alemaniarrak urea (gernuan dagoen molekula) laborategian sintetizatu zuenean. Wöhlerrek urea lortu zuen azido zianikoaamoniakoarekin nahastuz; modu honetan frogatu zuen izaki bizidunen osaera ez zegoela naturaren gainerako elementuetatik bereizita. Kimika organikoaren sorrera ezarrita zegoen, eta materia ez-organikotik molekula organikoak lor zitezkeelako teoria egiaztatu zen.
Biokimikaren historia, gaur egun ezagutzen dugun gisa, ia-ia modernoa da; XIX. mendetik aurrera, biologiaren eta kimikaren zati handi bat diziplina integratzaile berri bat sortzera bideratzen hasi ziren: kimika fisiologiko edo biokimika. Baina biokimikaren aplikazioa eta bere ezagutza duela 5.000 urte hasi zen ziurrenik, legamiak erabiliz ogia ekoizten, hartzidura izenez ezagutzen den prozesu batean.
Zaila da biokimikaren historiari heltzea, kimika organikoaren eta biologiaren arteko nahasketa konplexua baita, eta, batzuetan, zaila da bereiztea biologiko hutsa dena eta kimiko organiko hutsa dena, eta agerikoa da oso ekarpen zabala egin diola jakintza-arlo horri. Egia da, hala ere, badirela biokimikan oinarrizkoak diren datu esperimentalak.
Biokimikaren hasiera kokatu ohi da Friedrich Wöhler-ek 1828an egindako aurkikuntzetan. Urearen sintesiari buruzko artikulu bat argitaratu zuen, eta frogatu zuen konposatu organikoak artifizialki sor daitezkeela, denbora luzez onartu ohi den ustearen kontra, hau da, konposatu horiek izaki bizidunen barruan bakarrik sor zitezkeela.
XIX. mendearen erdialdean, Louis Pasteur-ek bizidunetatik datozen azido tartarikoaren molekulen eta laborategian kimikoki sintetizatutakoen artean dagoen isomeria kimikoaren fenomenoak frogatu zituen. Hartziduraren fenomenoa ere aztertu, eta legamia batzuek esku hartzen zutela ikusi zuen eta, beraz, ez zela soilik fenomeno kimiko bat, ordura arte defendatzen zena (haien artean Liebig bera); honela idatzi zuen Pasteurrek: «alkohol-hartzidura legamien zelulen bizitzarekin eta antolaketarekin lotutako ekintza bat da, eta ez zelulen heriotzarekin eta usteltzearekin lotutako ekintza bat». Gainera, esnea, ardoa eta garagardoaesterilizatzeko metodo bat garatu zuen (pasteurizazioa), eta izaki bizidunen berezko sorkuntzaren ideia ezeztatzen asko lagundu zuen. 1903an, Carl Neuberg kimikariak izen berria eman zion ordura arte kimika fisiologikoa deitutakoari: Biokimika.
1869an, nukleina aurkitu zuten, eta fosforo asko duen substantzia dela ikusten da. Bi urte geroago, Albrecht Kosselek ondorioztatu du nukleina proteina ugari dituela eta adenina eta guanina base purikoak eta zitosina eta timinapirimidinikoak dituela. 1889an, nukleinaren bi osagai nagusiak isolatzen dira:
1878an, Wilhelm Kühnefisiologoakentzima hitza asmatu zuen hartzidura sortzen zuten osagai biologiko ezezagunak izendatzeko. Entzima hitza, gero, pepsina gisako substantzia bizigabeak izendatzeko erabili zen.
1897an, Eduard Buchner legamia-aterakinek azukrea hartzitzeko zuten gaitasuna aztertzen hasi zen, nahiz legamia-zelula bizidunik izan ez. Berlingo Humboldt Unibertsitatean egindako esperimentu batzuetan aurkitu zuen azukrea hartzitzen zela legamia-zelulen kultiboetan elementu bizirik ez bazegoen ere. Sakarosaren hartzidura eragiten duen entzimari «zimasa» deitu zion. Entzimek zelula bizi batetik kanpo funtziona zezaketela frogatzean, hurrengo pausoa izan zen biokatalizatzaile horien izaera biokimikoa zein zen frogatzea. Eztabaida luzea izan zen; haietako asko, Richard Willstätter biokimikari alemaniarra kasu, ez zeuden ados katalizatzaile entzimatikoa proteina zela baieztapenarekin, harik eta 1926an, James B. Sumner-ekureasa entzima proteina hutsa zela frogatu, eta kristalizatu zuen arte. John Howard Northropek eta Wendell Meredith Stanleyk, zeinek lan egin zuten pepsina, tripsina eta kimotripsina gisako entzima digestiboekin, 1930 inguruan frogatu zuten entzimek, frogatu zuten entzimak proteina puruak zirela.
XX. mendeko lehenengo zatiak biomolekulen ezagutza sakona ekarri zuen. Hainbat bide metabolikoren nondik-norakoak aurkitu ziren:
1920an, zeluletan DNA eta RNA daudela ikusten da, eta azukrean desberdintzen direla, zeina haien konposizioaren parte den: desoxirribosa edo erribosa. DNA nukleoan datza. Urte batzuk geroago aurkitzen dute espermatozoideetan batez ere DNA eta proteinak daudela, eta, ondoren, Feulgenek aurkitu zuen kromosometan DNA dagoela konposatu horrentzako tindaketa espezifikoarekin.
Richard Willstätterrek (1910 inguruan) klorofila aztertzen du, eta hemoglobinarekin dagoen antzekotasuna egiaztatzen du. Ondoren, Hans Fischer-ek, 1930 inguruan, klorofila edo hemoglobinaren talde porfirinikoa sortzen duten porfirinen kimika ikertzen du. Hemina eta bilirrubina sintetizatzea lortzen du. Aldi berean, Heinrich Otto Wieland-ekdeshidrogenazioei buruzko teoriak formulatzen ditu, eta beste substantzia konplexu askoren osaera azaltzen du, hala nola pteridinarena, hormona sexualena edo behazun-azidoena.
1984an, beste argentinar batek, Cesar Milsteinek, Bahia Blanca hirian jaioa, Medikuntzako Nobel saria jaso zuen antigorputz monoklonalen inguruan egindako ikerketengatik, gaur egun gaixotasun asko tratatzeko erabiltzen direnak, minbizi mota batzuk barne[3].
Animaliaren zelula tipiko baten eskema, bere organulu eta egiturekin.
Ikerketa biokimiko klasikoaren oinarrizko zutabea proteinen propietateetan oinarritzen da, horietako asko entzimak baitira. Hala ere, badira beste diziplina batzuk karbohidratoen (glukobiologia) eta lipidoen (lipobiologia) propietate biologikoetan zentratzen direnak.
Arrazoi historikoak direla eta, zelularen metabolismoaren biokimika sakon ikertu da, gaur egungo ikerketa-lerro garrantzitsuenak (adibidez, Genoma Proiektua, zeinaren funtzioa giza material genetiko guztia identifikatzea eta erregistratzea baita) bideratzen baitira DNAren, RNAren, proteinen sintesiaren, zelula-mintzaren dinamikaren eta energia-zikloen ikerketara.
Biokimikaren adarrak oso zabalak eta askotarikoak dira, eta denborarekin eta biologiaren, kimikaren eta fisikaren aurrerapenekin aldatuz joan dira.
Biokimika estrukturala: biokimikaren arlo bat da, makromolekula biologikoen arkitektura kimikoa ulertu nahi duena, bereziki proteinena eta azido nukleikoena (DNA eta RNA). Horrela, sekuentzia peptidikoak, egitura, konformazio tridimentsionala eta egitura horiek ahalbidetzen dituzten elkarrekintza fisiko-kimiko atomikoak ezagutu nahi dira. Erronka handienetako bat da proteina baten egitura zehaztea aminoazidoen sekuentzia soilik ezagutuz, proteinen diseinu arrazionalerako (proteinen ingeniaritza) funtsezko oinarria izango litzatekeena[4].Kimika organikoaKimika organikoa: kimikaren arlo bat da, zehazki izaki bizidunetatik datozen konposatu organikoak (hau da, karbono-karbono edo karbono-hidrogeno lotura kobalenteak dituztenak) aztertzeaz arduratzen dena. Zientzia horrek lotura estua du biokimika klasikoarekin[5]; izan ere, konposatu biologiko gehienetan[6], karbonoak hartzen du parte[7]. Biokimika klasikoak, berriz, prozesu biologikoak ulertzen laguntzen du, hainbat alderditan oinarrituta: egitura, lotura kimikoa, elkarrekintza molekularrak eta molekula organikoen erreaktibotasuna; kimika bio-organikoa saiatzen da sintesi organikoei, erreakzio-mekanismoei, egitura-analisiei eta metodo analitikoei buruzko ezagutzak lehen eta bigarren mailako erreakzio metaboliko, biosintesiarekin, zelulen errekonozimenduarekin eta organismo bizidunen dibertsitate kimikoarekin integratzen. Handik sortzen da Produktu Naturalen Kimika[8].
Entzimologia: katalizatzaile biologikoen edo entzimen (adibidez, zenbait proteina eta zenbait RNA katalitiko) portaera aztertzen du, baita koentzimena eta kofaktoreena ere (adibidez, metalak eta bitaminak). Horrela, zalantzan jartzen dira katalisi-mekanismoak, entzima-substratuen interakzio-prozesuak, trantsizio-egoera katalitikoak, entzima-jarduerak, erreakzioaren zinetika eta entzima-erregulazio- eta adierazpeneko mekanismoak, hori guztia ikuspuntu biokimikotik. Zentro aktiboaren eta parte hartzen ez dutenen funtsezko elementuak aztertzen eta ulertzen saiatzen da, bai eta elementu horiek aldatzean gertatzen diren efektu katalitikoak ere; zentzu horretan, maiz, mutagenesi gidatua eta antzeko teknikak erabiltzen dituzte[9].
Biokimika metabolikoa: biokimikaren arlo bat da, eta zelula-mailako ibilbide metaboliko motak eta haien testuinguru organikoa ezagutzea du helburu. Horrela, entzimologia eta biologia zelularraren oinarrizko ezagutzak dira. Bizia ahalbidetzen duten erreakzio biokimiko zelular guztiak aztertzen ditu, baita indize biokimiko organiko osasuntsuak, gaixotasun metabolikoen oinarri molekularrak edo maila globaleko bitartekari metabolikoen fluxuak ere. Hortik, diziplina akademikoak sortzen dira, hala nola Bioenergetika (organismo bizietako energia-fluxuaren azterketa), Biokimika nutrizionala (ibilbide metabolikoei lotutako nutrizio-prozesuen azterketa)[10] eta Biokimika klinikoa (gaixotasun- edo traumatismo-egoerako alterazio biokimikoen azterketa). Metabolomika da sistema biologiko batean aurkitu daitezkeen bitartekari metaboliko, metabolito primario eta sekundarioak osatzen dituzten molekulen multzoak osatzen duen sistemaren azterketa osoa egiten duten zientzia eta tekniken multzoa.
Xenobiokimika: organismo jakin baten metabolismo erregularrean egitura kimikorik ez duten konposatuen portaera metabolikoa aztertzen duen diziplina da. Beste organismo batzuen metabolito sekundarioak izan daitezke (adibidez, mikotoxinak, suge-pozoiak eta fitokimikoak giza organismoan sartzen direnean) edo naturan oso ohikoak ez diren edo existitzen ez diren konposatuak[11]. Farmakologiaxenobiotikoak aztertzen dituen diziplina da. Xenobiotiko horiek zelulen funtzionamenduari egiten diote mesede, eragin terapeutiko edo prebentiboengatik (botikak). Farmakologiak aplikazio klinikoak ditu substantziak gaixotasun baten sintomak diagnostikatzeko, prebenitzeko, tratatzeko eta arintzeko erabiltzen direnean, bai eta hain inbaditzaileak ez diren eta jomuga bio-molekular zehatzen aurka eraginkorragoak diren substantziak zentzuz garatzeko ere. Beste alde batetik, toxikologia da xenobiotikoek eragiten dituzten kontrako efektuen (efektu toxikoak) mekanismoak identifikatu, aztertu eta deskribatzen dituen ikerketa. Gaur egun, toxikologiak osagai endogenoen mekanismoa ere aztertzen du, hala nola oxigenorik gabeko erradikalak eta beste bitartekari erreaktibo batzuk, xenobiotikoek eta endobiotikoek sortuak.
Immunologia: biologiaren arloa da, organismoak beste organismo batzuen aurrean (bakterioak eta birusak, adibidez) duen erreakzioaz arduratzen dena. Hori guztia izaki bizidunen immunitate-sistemaren erreakzioa eta funtzionamendua kontuan hartuta. Arlo horretan funtsezkoa da antigorputzen ekoizpen- eta portaera-azterketak garatzea[12].
Endokrinologia: hormona izeneko barne-jariakinen azterketa da. Hormona horiek zelula espezializatuek sortutako substantziak dira, eta beste zelula batzuen funtzioari eragitea dute helburu. Endokrinologiak hormonen, zelulen eta horiek jariatzen dituzten ehunenbiosintesia, biltegiratzea eta funtzioa lantzen ditu, baita hormona-seinaleztapenerako mekanismoak ere. Badira azpi-diziplina batzuk, hala nola endokrinologia medikoa, landare-endokrinologia eta animalia-endokrinologia[13].
Neurokimika: neuronen jardueran parte hartzen duten molekula organikoen azterketa da. Termino hori askotan erabiltzen da neurotransmisoreak eta beste molekula batzuk izendatzeko, hala nola neurona-funtzioan eragina duten droga neuro-aktiboak.
Kimiotaxonomia: organismoen sailkapena eta identifikazioa aztertzeaz arduratzen da, haien konposizio kimikoan froga daitezkeen desberdintasun eta antzekotasunen arabera. Aztertutako konposatuak fosfolipidoak, proteinak, peptidoak, heterosidoak, alkaloideak eta terpenoak izan daitezke. John Griffith Vaughan kimiotaxonomiaren aitzindarietako bat izan zen. Kimiotaxonomiaren aplikazioen adibideen artean aipa daitezke Asclepiadaceae eta Apocynaceae familiak latexaren presentziaren irizpidearen arabera bereiztea; agarofuranoen presentzia Celastraceae familian; Asteraceae familiako ezaugarriak duten Germakrano-eskeletoko seskiterpenlaktonak, edo abietanoen presentzia Mundu Zaharreko[Salbia]] generoko landareen aireko aldeetan, Mundu Berrikoetan ez bezala, zeinak batez ere neo-klerodanoak dituzten[14].
Ekologia kimikoa: organismo bizidunen elkarreraginetan parte hartzen duten jatorri biologikoko konposatu kimikoen azterketa da. Molekula seinaleztatzaileen (erdikimikoak) ekoizpenean eta erantzunean oinarritzen da, bai eta beste organismo batzuen hazkundean (alelokimikoak), baita biziraupenean eta ugalketan eragiten duten konposatuetan ere.
Birologia: biologiaren arloa, bio-sistemarik oinarrizkoenak aztertzen dituena da: birusak, bai sailkapenean eta ezagutzan, bai funtzionamenduan eta egitura molekularrean. Zuzenean edo prebentzioz heda ez daitezen botiken eta txertoen balizko jarduerarako jomugak ezagutu nahi ditu. Era berean, eboluzio-terminoetan, genoma birikoen aldaketa eta konbinazioa ere aztertzen eta iragartzen dira, azkenean arriskutsuagoak izan baitaitezke. Azkenik, bektore errekonbinante gisa proiekzio handia duen tresna bat dira, eta terapia genikoan erabili izan dira[15].
Irudia: Proteina mioglobinoaGenetika molekularra eta ingeniaritza genetikoa: geneak, haien herentzia eta adierazpena aztertzen dituen biokimika eta biologia molekularraren arloa da. Molekulei dagokienez, DNA eta RNA ikertzen ditu batez ere, eta tresna eta teknika indartsuak erabiltzen ditu horiek aztertzeko, hala nola PCR eta haren aldaerak, sekuentziadore masiboak, DNA eta RNA erauzteko kit komertzialak, in vitro eta in vivo transkripzio- eta itzulpen-prozesuak, murrizketa-entzimak, DNA ligasak… Funtsezkoa da jakitea DNA nola erreplikatzen, transkribatzen eta itzultzen den proteinetara (Biologia Molekularraren Dogma Zentrala), bai eta genomakogeneen adierazpen basalen eta induzigarrien mekanismoak ere. Geneen txertaketa, geneen isiltzea eta geneen adierazpen diferentziala eta horien efektuak ere aztertzen ditu. Horrela, espezieen arteko mugak eta oztopoak gaindituz, espezie baten genoma beste batean txertatu, eta espezie berriak sor ditzakegu. Gaur egungo helburu nagusietako bat da erregulazio eta adierazpen genetikoaren mekanismoak ezagutzea, hau da, kode epigenetiko bat lortzea. Funtsezko oinarria da diziplina biozientifiko guztietan, bereziki bioteknologian. Bioteknologia modernoak aplikazio ugari eta askotarikoak ditu, eta barne hartzen ditu sendagaien fabrikazioaz gain, elikagaiak eta papera, besteak beste, baita interes agronomikoko animaliak eta landareak hobetzea ere[16].
Biologia molekularra: izaki bizidunetan gertatzen diren prozesuak ikuspuntu molekularretik aztertzea helburu duen diziplina zientifikoa da. Biokimika klasikoak zehatz-mehatz ikertzen ditu: ziklo metabolikoak eta izaki bizidunak osatzen dituzten molekulen integrazioa eta desintegrazioa; biologia molekularrak, berriz, makromolekulen (DNA, RNA, entzimak, hormonak, eta abar) portaera biologikoari erreparatu nahi dio, zelularen barruan, eta propietate horiengatik izaki bizidunak maila molekularrean dituen funtzio biologikoak azaldu[17].
Biologia zelularra: (Antzinen, zitologia, citos=zelula eta logos=azterketa edo tratatua) biologiaren arlo bat da, zelula prokarioto eta eukariotoen morfologia eta fisiologia aztertzen dituena. Haien propietateak, egitura, konposizio biokimikoa, funtzioak, organuluak, ingurunearekin duten interakzioa eta bizi-zikloa ezagutzen saiatzen da. Arlo horretan, funtsezkoa da zelulen zikloan zehar zelulen bizitzak berezkoak dituen prozesuak ezagutzea, hala nola elikadura, arnasketa, osagaien sintesia, defentsa-mekanismoak, zelulen zatiketa eta zelulen heriotza. Zelulen komunikazio-mekanismoak (bereziki organismo zelulaniztunetan) edo zelulen arteko loturak ere ezagutu behar dira. Zelula-kulturak behatzeko eta esperimentatzeko eremu bat da funtsean, eta, maiz, zelula-populazioak identifikatzea eta bereiztea eta organulu zelularrak ezagutzea izaten du helburu. Biologia zelularrean erabiltzen diren teknika batzuek zerikusia dute zitokimika-tekniken erabilerarekin, zelula-kultibo landatzea, mikroskopia optiko eta elektroniko bidezko behaketarekin, immunozitokimikarekin, immunohistokimikarekin, ELISArekin edo fluxu-zitometriarekin[18].
Enrique, BATTANER ARIAS (24 de febrero de 2014). Compendio de enzimología. Ediciones Universidad de Salamanca. ISBN 978-84-9012-295-2. Consultado el 2 de junio de 2020.
