History of biochemistry
कहा जा सकता है कि जैव रसायन का इतिहास प्राचीन यूनानियों के साथ शुरू हुआ था जो जीवन की संरचना और प्रक्रियाओं में रुचि रखते थे, हालांकि एक विशिष्ट वैज्ञानिक विषय के रूप में जैव रसायन की शुरुआत 19वीं शताब्दी के आसपास हुई थी। कुछ लोगों ने तर्क दिया कि जैव रसायन की शुरुआत 1833 में एन्सेल्म पायेन द्वारा पहले एंजाइम, डायस्टेज़ (जिसे आज एमाइलेज कहा जाता है) की खोज हो सकती है, जबकि अन्य लोगों ने एडवर्ड बुशनर के कोशिका-मुक्त अर्क में एक जटिल जैव रासायनिक प्रक्रिया मादक किण्वन के पहले प्रदर्शन को जैव रसायन का जन्म माना। कुछ लोग 1842 से जस्टस वॉन लीबिग के प्रभावशाली काम, पशु रसायन विज्ञान, या शरीर विज्ञान और विकृति विज्ञान के लिए इसके अनुप्रयोगों में कार्बनिक रसायन विज्ञान की ओर भी इशारा कर सकते हैं, जिसने चयापचय का एक रासायनिक सिद्धांत प्रस्तुत किया, या एंटोनी लावोइसियर द्वारा किण्वन और श्वसन पर 18 वीं शताब्दी के अध्ययन से भी पहले। जैव रसायन शब्द स्वयं जैव-, जिसका अर्थ है 'जीवन', और रसायन विज्ञान के संयोजन रूप से लिया गया है। यह शब्द पहली बार 1848 में अंग्रेजी में दर्ज किया गया था, जबकि 1877 में, फेलिक्स होपे-सेलर ने शारीरिक रसायन विज्ञान के पर्याय के रूप में ज़ीट्सक्रिप्ट फर फिजियोलॉजिशे केमी (जर्नल ऑफ फिजियोलॉजिकल केमिस्ट्री) के पहले अंक की प्रस्तावना में (जर्मन में) शब्द का उपयोग किया और इसके अध्ययन के लिए समर्पित संस्थानों की स्थापना के लिए तर्क दिया। फिर भी, कई स्रोत जर्मन रसायनज्ञ कार्ल न्युबर्ग का हवाला देते हैं जिन्होंने 1903 में नए विषय के लिए शब्द गढ़ा था, और कुछ लोग इसका श्रेय फ्रांज हॉफमेस्टर को देते हैं। जैव रसायन में अध्ययन का विषय जीवित जीवों में रासायनिक प्रक्रियाएं हैं, और इसके इतिहास में जीवन के जटिल घटकों की खोज और समझ और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के मार्गों की व्याख्या शामिल है। अधिकांश जैव रसायन कोशिका घटकों जैसे प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, न्यूक्लिक एसिड और अन्य जैव अणुओं की संरचनाओं और कार्यों से संबंधित है; उनके चयापचय मार्ग और चयापचय के माध्यम से रासायनिक ऊर्जा का प्रवाह; कैसे जैविक अणु जीवित कोशिकाओं के भीतर होने वाली प्रक्रियाओं को जन्म देते हैं; यह जैव रासायनिक संकेत के माध्यम से सूचना प्रवाह के नियंत्रण में शामिल जैव रासायनिक प्रक्रियाओं पर भी ध्यान केंद्रित करता है, और वे पूरे जीवों के कामकाज से कैसे संबंधित हैं। पिछले 40 वर्षों में इस क्षेत्र को जीवित प्रक्रियाओं को समझाने में सफलता मिली है कि अब वनस्पति विज्ञान से लेकर चिकित्सा तक जीवन विज्ञान के लगभग सभी क्षेत्र जैव रासायनिक अनुसंधान में लगे हुए हैं। विभिन्न जैव अणुओं की विशाल संख्या में, कई जटिल और बड़े अणु (जिन्हें पॉलिमर कहा जाता है) हैं, जो समान दोहराए जाने वाले उप-इकाइयों (जिन्हें मोनोमर कहा जाता है) से बने होते हैं। बहुलक जैव अणु के प्रत्येक वर्ग में उप-इकाई प्रकारों का एक अलग समूह होता है। उदाहरण के लिए, एक प्रोटीन एक बहुलक है जिसकी उप-इकाइयों को बीस या अधिक अमीनो एसिड के समूह से चुना जाता है, कार्बोहाइड्रेट मोनोसेकेराइड्स, ऑलिगोसेकेराइड्स और पॉलीसेकेराइड्स के रूप में जानी जाने वाली शर्करा से बनते हैं, लिपिड फैटी एसिड और ग्लिसरॉल से बनते हैं, और न्यूक्लिक एसिड न्यूक्लियोटाइड्स से बनते हैं। जैव रसायन प्रोटीन जैसे महत्वपूर्ण जैविक अणुओं के रासायनिक गुणों और विशेष रूप से एंजाइम-उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के रसायन विज्ञान का अध्ययन करता है। कोशिका चयापचय और अंतःस्रावी तंत्र के जैव रसायन का व्यापक रूप से वर्णन किया गया है। जैव रसायन के अन्य क्षेत्रों में आनुवंशिक कोड (डी. एन. ए., आर. एन. ए.), प्रोटीन संश्लेषण, कोशिका झिल्ली परिवहन और संकेत पारगमन शामिल हैं। प्रोटो-बायोकेमिस्ट्री एक मायने में, जैव रसायन का अध्ययन प्राचीन काल में शुरू हुआ माना जा सकता है, उदाहरण के लिए जब जीव विज्ञान ने पहली बार समाज में रुचि लेनी शुरू की-क्योंकि प्राचीन चीनी ने यिन और यांग पर आधारित चिकित्सा की एक प्रणाली विकसित की, और पांच चरण भी, जो दोनों रसायनिक और जैविक हितों के परिणामस्वरूप थे। प्राचीन भारतीय संस्कृति में इसकी शुरुआत चिकित्सा में रुचि से जुड़ी थी, क्योंकि उन्होंने तीन हास्य की अवधारणा विकसित की जो यूनानियों के चार हास्य के समान थी (हास्यवाद देखें)। उन्होंने ऊतकों से बने शरीर की रुचि पर भी ध्यान दिया। प्राचीन यूनानियों की जैव रसायन की अवधारणा पदार्थ और बीमारी पर उनके विचारों से जुड़ी हुई थी, जहां माना जाता था कि अच्छा स्वास्थ्य मानव शरीर में चार तत्वों और चार हास्य के संतुलन से आता है। अधिकांश प्रारंभिक विज्ञानों की तरह, इस्लामी दुनिया ने प्रारंभिक जैविक प्रगति के साथ-साथ रसायनिक प्रगति में महत्वपूर्ण योगदान दिया; विशेष रूप से एविसेना के द कैनन ऑफ मेडिसिन में प्रस्तुत नैदानिक परीक्षणों और नैदानिक औषध विज्ञान की शुरुआत के साथ। रसायन विज्ञान के पक्ष में, प्रारंभिक प्रगति को रसायनिक हितों की खोज के लिए बहुत अधिक जिम्मेदार ठहराया गया था, लेकिन इसमें धातु विज्ञान, वैज्ञानिक विधि और परमाणुवाद के प्रारंभिक सिद्धांत भी शामिल थे। हाल के दिनों में, रसायन विज्ञान के अध्ययन को मेंडेलीव की आवर्त सारणी, डाल्टन के परमाणु मॉडल और द्रव्यमान सिद्धांत के संरक्षण जैसे मील के पत्थरों द्वारा चिह्नित किया गया था। यह अंतिम उल्लेख इन तीनों का सबसे अधिक महत्व रखता है क्योंकि यह नियम ऊष्मागतिकी के साथ रसायन विज्ञान को आपस में जोड़ता है। एंजाइम 18वीं शताब्दी के अंत और 19वीं शताब्दी की शुरुआत में, पेट के स्राव द्वारा मांस का पाचन और पौधे के अर्क और लार द्वारा स्टार्च का शर्करा में रूपांतरण ज्ञात था। हालाँकि, यह किस तंत्र द्वारा हुआ, इसकी पहचान नहीं की गई थी। 19वीं शताब्दी में, खमीर द्वारा अल्कोहल में चीनी के किण्वन का अध्ययन करते समय, लुई पाश्चर ने निष्कर्ष निकाला कि इस किण्वन को खमीर कोशिकाओं के भीतर निहित एक महत्वपूर्ण बल द्वारा उत्प्रेरित किया गया था, जिसे उन्होंने सोचा था कि केवल जीवित जीवों के भीतर ही कार्य करता है। उन्होंने लिखा कि "मादक किण्वन खमीर कोशिकाओं के जीवन और संगठन के साथ सहसंबद्ध एक कार्य है, न कि कोशिकाओं की मृत्यु या सड़न के साथ।" 1833 में एन्सेल्मे पायेन ने पहले एंजाइम, डायस्टेज़ की खोज की, और 1878 में जर्मन शरीर विज्ञानी विल्हेम कुने (1837-1900) ने इस प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए एंजाइम शब्द गढ़ा, जो 'खमीर में' ग्रीक से आता है। एन्जाइम शब्द का उपयोग बाद में पेप्सिन जैसे निर्जीव पदार्थों को संदर्भित करने के लिए किया गया था, और किण्वन शब्द का उपयोग जीवित जीवों द्वारा उत्पादित रासायनिक गतिविधि को संदर्भित करने के लिए किया गया था। 1897 में एडवर्ड बुकनर ने जीवित खमीर कोशिकाओं की अनुपस्थिति के बावजूद चीनी को किण्वित करने के लिए खमीर के अर्क की क्षमता का अध्ययन करना शुरू किया। बर्लिन विश्वविद्यालय में प्रयोगों की एक श्रृंखला में, उन्होंने पाया कि चीनी तब भी किण्वित होती थी जब मिश्रण में कोई जीवित खमीर कोशिकाएं नहीं होती थीं। उन्होंने उस एंजाइम का नाम दिया जो सुक्रोज ज़ाइमेज़ के किण्वन के बारे में लाया। 1907 में उन्हें "उनके जैव रासायनिक अनुसंधान और कोशिका मुक्त किण्वन की खोज के लिए" रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला। बुकनर के उदाहरण के बाद; एंजाइमों का नाम आमतौर पर उनकी प्रतिक्रिया के अनुसार रखा जाता है। आमतौर पर प्रत्यय-एस को सब्सट्रेट के नाम में जोड़ा जाता है (उदाहरण के लिए, लैक्टेज एंजाइम है जो लैक्टोज को अलग करता है) या प्रतिक्रिया का प्रकार (उदाहरण के लिए, डी. एन. ए. पोलीमरेज़ डी. एन. ए. पॉलिमर बनाता है)। यह दिखाने के बाद कि एंजाइम एक जीवित कोशिका के बाहर काम कर सकते हैं, अगला कदम उनकी जैव रासायनिक प्रकृति का निर्धारण करना था। कई प्रारंभिक श्रमिकों ने नोट किया कि एंजाइमी गतिविधि प्रोटीन से जुड़ी थी, लेकिन कई वैज्ञानिकों (जैसे नोबेल पुरस्कार विजेता रिचर्ड विल्स्टैटर) ने तर्क दिया कि प्रोटीन केवल वास्तविक एंजाइमों के लिए वाहक थे और प्रोटीन स्वयं उत्प्रेरण में असमर्थ थे। हालांकि, 1926 में, जेम्स बी. समनर ने दिखाया कि एंजाइम यूरेस एक शुद्ध प्रोटीन था और इसे क्रिस्टलीकृत किया; समनर ने 1937 में एंजाइम कैटालेस के लिए भी ऐसा ही किया। यह निष्कर्ष कि शुद्ध प्रोटीन एंजाइम हो सकते हैं, निश्चित रूप से नॉर्थ्रॉप और स्टेनली द्वारा साबित किया गया था, जिन्होंने पाचन एंजाइम पेप्सिन (1930), ट्रिप्सिन और काइमोट्रिप्सिन पर काम किया था। इन तीनों वैज्ञानिकों को रसायन विज्ञान में 1946 का नोबेल पुरस्कार दिया गया था। यह खोज, कि एंजाइमों को क्रिस्टलीकृत किया जा सकता है, का मतलब था कि वैज्ञानिक अंततः एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा उनकी संरचनाओं को हल कर सकते हैं। यह पहली बार लाइसोजाइम के लिए किया गया था, जो आँसू, लार और अंडे के सफेद भाग में पाया जाने वाला एक एंजाइम है जो कुछ बैक्टीरिया की परत को पचाता है; संरचना को डेविड चिल्टन फिलिप्स के नेतृत्व में एक समूह द्वारा हल किया गया था और 1965 में प्रकाशित किया गया था। लाइसोजाइम की इस उच्च-रिज़ॉल्यूशन संरचना ने संरचनात्मक जीव विज्ञान के क्षेत्र की शुरुआत और यह समझने के प्रयास को चिह्नित किया कि एंजाइम परमाणु स्तर पर कैसे काम करते हैं। मेटाबॉलिज्म प्रारंभिक चयापचय रुचि मेटाबॉलिज्म शब्द ग्रीक से लिया गया है-'परिवर्तन', या 'ओवरथ्रो' के लिए। चयापचय के वैज्ञानिक अध्ययन का इतिहास 800 वर्षों तक फैला हुआ है। सबसे पहला चयापचय अध्ययन तेरहवीं शताब्दी (1213-1288) की शुरुआत में दमिश्क के इब्न अल-नफीस नामक एक मुस्लिम विद्वान द्वारा शुरू किया गया था। अल-नफीस ने अपनी सबसे प्रसिद्ध कृति थियोलोगस ऑटोडिडैक्टस में कहा है कि "वह शरीर और उसके सभी अंग विघटन और पोषण की निरंतर स्थिति में हैं, इसलिए वे अनिवार्य रूप से स्थायी परिवर्तन से गुजर रहे हैं।" हालांकि अल-नफीस जैव रासायनिक अवधारणाओं में रुचि रखने वाले पहले प्रलेखित चिकित्सक थे, मानव चयापचय में पहले नियंत्रित प्रयोग 1614 में सैंटोरियो सैंटोरियो द्वारा अपनी पुस्तक में प्रकाशित किए गए थे। इस पुस्तक में बताया गया है कि कैसे उन्होंने खाने, सोने, काम करने, यौन संबंध बनाने, उपवास करने, पीने और मल त्याग करने से पहले और बाद में अपना वजन कम किया। उन्होंने पाया कि उनके द्वारा लिया गया अधिकांश भोजन "असंवेदनशील पसीना" के कारण खो गया था। चयापचयः 20वीं शताब्दी-वर्तमान इन आधुनिक जैव रसायनविदों में से सबसे विपुल में से एक हंस क्रेब्स थे जिन्होंने चयापचय के अध्ययन में भारी योगदान दिया। क्रेब्स अत्यंत महत्वपूर्ण ओटो वारबर्ग के छात्र थे, और उन्होंने उस शीर्षक से वारबर्ग की एक जीवनी लिखी जिसमें उन्होंने वारबर्ग को जैविक रसायन विज्ञान के लिए शिक्षित होने के रूप में प्रस्तुत किया जो फिशर ने कार्बनिक रसायन विज्ञान के लिए किया था। जो उन्होंने किया। क्रेब्स ने युरिया चक्र की खोज की और बाद में, हंस कोर्नबर्ग, साइट्रिक एसिड चक्र और ग्लायोक्सिलेट चक्र के साथ काम करते हुए। इन खोजों के कारण क्रेब्स को 1953 में शरीर विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया, जिसे जर्मन जैव रसायनविद् फ्रिट्ज अल्बर्ट लिपमैन के साथ साझा किया गया था, जिन्होंने आवश्यक कोफैक्टर कोएंजाइम ए. ग्लूकोज अवशोषण की भी खोज की थी। 1960 में, जैव रसायनविद् रॉबर्ट के. क्रेन ने आंतों में ग्लूकोज अवशोषण के लिए तंत्र के रूप में सोडियम-ग्लूकोज कोट्रांसपोर्ट की अपनी खोज का खुलासा किया। यह एक आयन और एक सब्सट्रेट के प्रवाह के बीच एक युग्मन का पहला प्रस्ताव था जिसे जीव विज्ञान में एक क्रांति के रूप में देखा गया है। हालाँकि, यह खोज संभव नहीं होती अगर यह अणु ग्लूकोज की संरचना और रासायनिक बनावट की खोज के लिए न होती। इन खोजों का श्रेय मुख्य रूप से जर्मन रसायनज्ञ एमिल फिशर को दिया जाता है जिन्हें लगभग 60 साल पहले रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला था। ग्लाइकोलाइसिस चूंकि चयापचय अणुओं के टूटने (कैटाबोलिक प्रक्रियाओं) और इन कणों (एनाबॉलिक प्रक्रियाओं) से बड़े अणुओं के निर्माण पर केंद्रित है, इसलिए ग्लूकोज का उपयोग और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) के गठन में इसकी भागीदारी इस समझ के लिए मौलिक है। शरीर में पाया जाने वाला सबसे आम प्रकार का ग्लाइकोलाइसिस वह प्रकार है जो एम्ब्डेन-मेयरहॉफ-पार्नास (ई. एम. पी.) पथ का अनुसरण करता है, जिसकी खोज गुस्ताव एम्ब्डेन, ओटो मेयरहॉफ और जैकब करोल पार्नास ने की थी। इन तीनों पुरुषों ने पाया कि ग्लाइकोलाइसिस मानव शरीर की दक्षता और उत्पादन के लिए एक दृढ़ता से निर्धारक प्रक्रिया है। निकटवर्ती छवि में दिखाए गए मार्ग का महत्व यह है कि इस प्रक्रिया में अलग-अलग चरणों की पहचान करके डॉक्टर और शोधकर्ता पायरूवेट काइनेज की कमी जैसे चयापचय संबंधी खराबी के स्थलों को इंगित करने में सक्षम हैं जो गंभीर एनीमिया का कारण बन सकते हैं। यह सबसे महत्वपूर्ण है क्योंकि कोशिकाएं, और इसलिए जीव, उचित कार्यशील चयापचय मार्गों के बिना जीवित रहने में सक्षम नहीं हैं। उपकरण संबंधी प्रगति (20वीं शताब्दी) के बाद से, जैव रसायन विशेष रूप से 20वीं शताब्दी के मध्य से, क्रोमाटोग्राफी, एक्स-रे विवर्तन, एन. एम. आर. स्पेक्ट्रोस्कोपी, रेडियोआइसोटोपिक लेबलिंग, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और आणविक गतिकी अनुकरण जैसी नई तकनीकों के विकास के साथ उन्नत हुआ है। इन तकनीकों ने कोशिका के कई अणुओं और चयापचय मार्गों की खोज और विस्तृत विश्लेषण की अनुमति दी, जैसे कि ग्लाइकोलाइसिस और क्रेब्स चक्र (साइट्रिक एसिड चक्र)। एन. एम. आर. उपकरण के उदाहरण से पता चलता है कि इनमें से कुछ उपकरण, जैसे कि एच. डब्ल्यू. बी.-एन. एम. आर., आकार में बहुत बड़े हो सकते हैं और इनकी कीमत कुछ हजार डॉलर से लेकर लाखों डॉलर (यहां दिखाए गए उपकरण के लिए 16 मिलियन डॉलर) तक हो सकती है। पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पी. सी. आर.) प्राथमिक जीन प्रवर्धन तकनीक है जिसने आधुनिक जैव रसायन में क्रांति ला दी है। पॉलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया 1983 में कैरी मुलिस द्वारा विकसित की गई थी। एक उचित पोलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया के चार चरण हैंः 1) विकृतीकरण 2) विस्तार 3) सम्मिलन (व्यक्त किए जाने वाले जीन का) और अंत में 4) अंतःस्थापित जीन का प्रवर्धन। इस प्रक्रिया के सरल उदाहरणों के साथ इन चरणों को नीचे दी गई छवि में और इस खंड के दाईं ओर देखा जा सकता है। यह तकनीक एक एकल जीन की प्रति को सैकड़ों या लाखों प्रतियों में प्रवर्धित करने की अनुमति देती है और किसी भी जैव रसायनज्ञ के लिए प्रोटोकॉल में एक आधारशिला बन गई है जो बैक्टीरिया और जीन अभिव्यक्ति के साथ काम करना चाहता है। पी. सी. आर. का उपयोग न केवल जीन अभिव्यक्ति अनुसंधान के लिए किया जाता है, बल्कि यह कुछ बीमारियों जैसे लिम्फोमा, कुछ प्रकार के ल्यूकेमिया और अन्य घातक रोगों का निदान करने में प्रयोगशालाओं की सहायता करने में भी सक्षम है जो कभी-कभी डॉक्टरों को परेशान कर सकते हैं। पोलीमरेज़ श्रृंखला प्रतिक्रिया विकास के बिना, जीवाणु अध्ययन और प्रोटीन अभिव्यक्ति अध्ययन के क्षेत्र में कई प्रगति हुई हैं जो सफल नहीं होतीं। पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन के सिद्धांत और प्रक्रिया का विकास आवश्यक है लेकिन थर्मल साइक्लर का आविष्कार भी उतना ही महत्वपूर्ण है क्योंकि इस उपकरण के बिना प्रक्रिया संभव नहीं होगी। यह इस तथ्य का एक और प्रमाण है कि प्रौद्योगिकी की प्रगति जैव रसायन जैसे विज्ञानों के लिए उतनी ही महत्वपूर्ण है जितना कि श्रमसाध्य अनुसंधान जो सैद्धांतिक अवधारणाओं के विकास की ओर ले जाता है। जीव विज्ञान का इतिहास रसायन विज्ञान का इतिहास आणविक जीव विज्ञान का इतिहास क्रोमैटोग्राफी का इतिहास आर. एन. ए. जीव विज्ञान का इतिहास चयापचय साइट्रिक एसिड चक्र संदर्भ आगे पढ़ने के लिए फ्रूटॉन, जोसेफ एस. प्रोटीन, एंजाइम, जीनः रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान की परस्पर क्रिया। येल यूनिवर्सिटी प्रेसः न्यू हेवन, 1999। कोहलर, रॉबर्ट। चिकित्सा रसायन विज्ञान से जैव रसायन तकः एक जैव चिकित्सा अनुशासन का निर्माण। कैम्ब्रिज यूनिवर्सिटी प्रेस, 1982। जैव रसायन जीव रसायन का इतिहास