History of biochemistry
کہا جا سکتا ہے کہ بائیو کیمسٹری کی تاریخ قدیم یونانیوں سے شروع ہوئی تھی جو زندگی کی ساخت اور عمل میں دلچسپی رکھتے تھے، حالانکہ بائیو کیمسٹری ایک مخصوص سائنسی شعبے کے طور پر 19 ویں صدی کے اوائل میں شروع ہوئی تھی۔ کچھ لوگوں نے استدلال کیا کہ بائیو کیمسٹری کا آغاز 1833 میں اینسلمے پاین کے ذریعہ پہلے انزائم، ڈائسٹس (جسے آج امیلیز کہا جاتا ہے) کی دریافت ہو سکتا ہے، جبکہ دوسروں نے ایڈورڈ بوچنر کے خلیوں سے پاک نکات میں پیچیدہ بائیو کیمیکل عمل الکحل خمیر کے پہلے مظاہرے کو بائیو کیمسٹری کی پیدائش قرار دیا۔ کچھ لوگ 1842 سے جسٹس وان لیبیگ کے بااثر کام، جانوروں کی کیمسٹری، یا فزیالوجی اور پیتھولوجی پر اس کے اطلاق میں نامیاتی کیمسٹری کی طرف بھی اشارہ کر سکتے ہیں، جس نے میٹابولزم کا کیمیائی نظریہ پیش کیا، یا اس سے بھی پہلے 18 ویں صدی میں انٹوین لاوویسیئر کے خمیر اور تنفس سے متعلق مطالعات۔ بائیو کیمسٹری کی اصطلاح خود بائیو -، جس کا مطلب ہے 'زندگی'، اور کیمسٹری کے امتزاج سے ماخوذ ہے۔ یہ لفظ پہلی بار انگریزی میں 1848 میں درج کیا گیا تھا، جبکہ 1877 میں، فیلکس ہوپ-سیلر نے زیٹس کرافٹ فر فزیولوجیشے کیمی (جرنل آف فزیولوجیکل کیمسٹری) کے پہلے شمارے کے پیش لفظ میں (جرمن میں) اصطلاح کو فزیالوجیکل کیمسٹری کے مترادف کے طور پر استعمال کیا اور اس کے مطالعے کے لیے وقف اداروں کے قیام کے لیے دلیل دی۔ اس کے باوجود، کئی ذرائع جرمن کیمسٹ کارل نیوبرگ کا حوالہ دیتے ہیں کہ انہوں نے 1903 میں نئے شعبے کے لیے اصطلاح تیار کی تھی، اور کچھ لوگ اس کا سہرا فرانز ہوفمیسٹر کو دیتے ہیں۔ بائیو کیمسٹری میں مطالعہ کا موضوع زندہ حیاتیات میں کیمیائی عمل ہے، اور اس کی تاریخ میں زندگی کے پیچیدہ اجزاء کی دریافت اور تفہیم اور بائیو کیمیکل عمل کے راستوں کی وضاحت شامل ہے۔ بائیو کیمسٹری کا زیادہ تر حصہ سیلولر اجزاء جیسے پروٹین، کاربوہائیڈریٹ، لپڈ، نیوکلک ایسڈ اور دیگر بائیو مالیکیولز کے ڈھانچے اور افعال سے متعلق ہے۔ ان کے میٹابولک راستے اور میٹابولزم کے ذریعے کیمیائی توانائی کا بہاؤ ؛ حیاتیاتی مالیکیول زندہ خلیوں کے اندر ہونے والے عمل کو کس طرح جنم دیتے ہیں۔ یہ بائیو کیمیکل سگنلنگ کے ذریعے معلومات کے بہاؤ کو کنٹرول کرنے میں شامل بائیو کیمیکل عمل پر بھی توجہ مرکوز کرتا ہے، اور وہ پورے حیاتیات کے کام سے کس طرح متعلق ہیں۔ پچھلے 40 سالوں میں اس شعبے کو زندہ عمل کی وضاحت کرنے میں کامیابی ملی ہے کہ اب حیاتیات سے لے کر طب تک زندگی کے سائنس کے تقریبا تمام شعبے بائیو کیمیکل تحقیق میں مصروف ہیں۔ مختلف حیاتیاتی سالمات کی بڑی تعداد میں، بہت سے پیچیدہ اور بڑے مالیکیول ہوتے ہیں (جنہیں پولیمر کہا جاتا ہے)، جو اسی طرح کی دہرائی جانے والی ذیلی اکائیوں (جنہیں مونومر کہا جاتا ہے) پر مشتمل ہوتے ہیں۔ پولیمرک بائیو مالیکیول کے ہر طبقے میں ذیلی اکائی کی اقسام کا ایک مختلف مجموعہ ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، پروٹین ایک پولیمر ہے جس کی ذیلی اکائیاں بیس یا اس سے زیادہ امینو ایسڈ کے سیٹ سے منتخب کی جاتی ہیں، کاربوہائیڈریٹ مونوسیکرائڈز، اولیگوسیکرائڈز اور پولیسیکرائڈز کے نام سے مشہور شکر سے تشکیل پاتے ہیں، لپڈ فیٹی ایسڈ اور گلیسرول سے تشکیل پاتے ہیں، اور نیوکلیوٹائڈز سے نیوکلک ایسڈ تشکیل پاتے ہیں۔ بائیو کیمسٹری اہم حیاتیاتی مالیکیولز کی کیمیائی خصوصیات کا مطالعہ کرتی ہے، جیسے پروٹین، اور خاص طور پر انزائم-اتپریرک رد عمل کی کیمسٹری۔ سیل میٹابولزم اور اینڈوکرائن سسٹم کی بائیو کیمسٹری کو بڑے پیمانے پر بیان کیا گیا ہے۔ بائیو کیمسٹری کے دیگر شعبوں میں جینیاتی کوڈ (ڈی این اے، آر این اے)، پروٹین کی ترکیب، سیل میمبرین ٹرانسپورٹ، اور سگنل ٹرانسڈکشن شامل ہیں۔ پروٹو بائیو کیمسٹری ایک لحاظ سے، بائیو کیمسٹری کا مطالعہ قدیم زمانے میں شروع ہوا سمجھا جا سکتا ہے، مثال کے طور پر جب حیاتیات نے پہلی بار معاشرے میں دلچسپی لینا شروع کی-جیسا کہ قدیم چینیوں نے ین اور یانگ پر مبنی طب کا نظام تیار کیا، اور پانچ مراحل بھی، جو دونوں الکیمیکل اور حیاتیاتی مفادات کے نتیجے میں تھے۔ قدیم ہندوستانی ثقافت میں اس کا آغاز طب میں دلچسپی سے جڑا ہوا تھا، کیونکہ انہوں نے تین مزاح کے تصور کو تیار کیا جو یونانیوں کے چار مزاح سے ملتے جلتے تھے (مزاح دیکھیں)۔ انہوں نے جسم کے بافتوں پر مشتمل ہونے کی دلچسپی پر بھی غور کیا۔ قدیم یونانیوں کا بائیو کیمسٹری کا تصور مادے اور بیماری کے بارے میں ان کے خیالات سے جڑا ہوا تھا، جہاں اچھی صحت کے بارے میں خیال کیا جاتا تھا کہ وہ انسانی جسم میں چار عناصر اور چار مزاح کے توازن سے آتی ہے۔ ابتدائی علوم کی اکثریت کی طرح، اسلامی دنیا نے ابتدائی حیاتیاتی ترقی کے ساتھ ساتھ الکیمیکل ترقی میں نمایاں کردار ادا کیا۔ خاص طور پر کلینیکل ٹرائلز اور کلینیکل فارماکولوجی کے تعارف کے ساتھ جو اویسینا کے دی کینن آف میڈیسن میں پیش کیا گیا ہے۔ کیمسٹری کی طرف سے، ابتدائی پیشرفتوں کو الکیمیکل مفادات کی کھوج سے بہت زیادہ منسوب کیا گیا تھا لیکن اس میں یہ بھی شامل تھے: دھات کاری، سائنسی طریقہ کار، اور ایٹمزم کے ابتدائی نظریات۔ حالیہ دنوں میں، کیمسٹری کا مطالعہ مینڈلیف کے پیریڈک ٹیبل کی ترقی، ڈالٹن کے جوہری ماڈل، اور ماس تھیوری کے تحفظ جیسے سنگ میل سے نشان زد ہوا۔ یہ آخری ذکر تینوں میں سب سے زیادہ اہمیت رکھتا ہے کیونکہ یہ قانون کیمسٹری کو تھرموڈینامکس کے ساتھ باہم مربوط انداز میں جوڑتا ہے۔ انزائم 18 ویں صدی کے آخر اور 19 ویں صدی کے اوائل میں، معدے کے سراو کے ذریعے گوشت کا ہاضمہ اور پودوں کے نکات اور تھوک کے ذریعے نشاستے کو شکر میں تبدیل کرنے کے بارے میں معلوم تھا۔ تاہم، یہ کس طریقہ کار کے ذریعے ہوا اس کی نشاندہی نہیں کی جا سکی تھی۔ 19 ویں صدی میں، خمیر کے ذریعے چینی کے الکحل میں خمیر کا مطالعہ کرتے ہوئے، لوئس پاسچر نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ یہ خمیر خمیر کے خلیوں کے اندر موجود ایک اہم قوت کے ذریعے متحرک کیا گیا تھا جسے خمیر کہتے ہیں، جس کے بارے میں ان کا خیال تھا کہ یہ صرف زندہ حیاتیات کے اندر کام کرتا ہے۔ انہوں نے لکھا کہ "الکحل خمیر ایک ایسا عمل ہے جس کا تعلق خمیر کے خلیوں کی زندگی اور تنظیم سے ہے، نہ کہ خلیوں کی موت یا سڑنے سے"۔ 1833 میں اینسلمے پاین نے پہلا انزائم، ڈائسٹس دریافت کیا، اور 1878 میں جرمن فزیالوجسٹ ولہیم کونے (1837-1900) نے اس عمل کو بیان کرنے کے لیے انزائم کی اصطلاح تیار کی، جو یونانی 'خمیر میں' سے آیا ہے۔ لفظ انزائم بعد میں غیر زندہ مادوں جیسے پیپسن کے لیے استعمال کیا گیا، اور لفظ خمیر زندہ حیاتیات کے ذریعے پیدا ہونے والی کیمیائی سرگرمی کے لیے استعمال کیا گیا۔ 1897 میں ایڈورڈ بوچنر نے خمیر کے زندہ خلیوں کی عدم موجودگی کے باوجود چینی کو خمیر کرنے کے لیے خمیر کے نکات کی صلاحیت کا مطالعہ کرنا شروع کیا۔ برلن یونیورسٹی میں تجربات کے ایک سلسلے میں، انہوں نے پایا کہ چینی کو اس وقت بھی خمیر کیا گیا تھا جب اس مرکب میں خمیر کے زندہ خلیے نہیں تھے۔ انہوں نے اس انزائم کا نام دیا جس نے سکروس زیمیز کی خمیر پیدا کی۔ 1907 میں انہیں کیمسٹری کا نوبل انعام "ان کی بائیو کیمیکل تحقیق اور سیل فری فرمینٹیشن کی دریافت" کے لیے ملا۔ بوچنر کی مثال کے بعد ؛ انزائموں کا نام عام طور پر ان کے رد عمل کے مطابق رکھا جاتا ہے۔ عام طور پر لاحقہ-ایز کو سبسٹریٹ کے نام میں شامل کیا جاتا ہے (مثال کے طور پر، لییکٹوز وہ انزائم ہے جو لییکٹوز کو الگ کرتا ہے) یا رد عمل کی قسم (مثال کے طور پر، ڈی این اے پولیمرز ڈی این اے پولیمر بناتا ہے)۔ یہ ظاہر کرنے کے بعد کہ انزائم ایک زندہ خلیے کے باہر کام کر سکتے ہیں، اگلا مرحلہ ان کی حیاتیاتی کیمیائی نوعیت کا تعین کرنا تھا۔ بہت سے ابتدائی کارکنوں نے نوٹ کیا کہ انزیمیٹک سرگرمی پروٹین سے وابستہ ہے، لیکن کئی سائنس دانوں (جیسے نوبل انعام یافتہ رچرڈ ولسٹاٹر) نے استدلال کیا کہ پروٹین محض حقیقی انزائموں کے کیریئر ہیں اور یہ کہ پروٹین فی سیل اتپریرک کے قابل نہیں ہیں۔ تاہم، 1926 میں، جیمز بی سمنر نے دکھایا کہ انزائم یوریز ایک خالص پروٹین تھا اور اسے کرسٹلائز کیا۔ سمنر نے 1937 میں انزائم کیٹالیز کے لیے بھی ایسا ہی کیا۔ یہ نتیجہ کہ خالص پروٹین انزائم ہو سکتے ہیں، یقینی طور پر نارتھروپ اور اسٹینلے نے ثابت کیا، جنہوں نے ڈائجسٹیو انزائمز پیپسن (1930)، ٹرپسن اور کیموٹریپسن پر کام کیا۔ ان تینوں سائنسدانوں کو کیمسٹری میں 1946 کا نوبل انعام دیا گیا۔ یہ دریافت، کہ انزائموں کو کرسٹلائز کیا جا سکتا ہے، اس کا مطلب یہ ہے کہ سائنس دان بالآخر ایکس رے کرسٹلگرافی کے ذریعے ان کے ڈھانچے کو حل کر سکتے ہیں۔ یہ سب سے پہلے لائسوزیم کے لیے کیا گیا تھا، جو آنسوؤں، تھوک اور انڈے کے سفید حصے میں پایا جانے والا ایک انزائم ہے جو کچھ بیکٹیریا کی کوٹنگ کو ہضم کرتا ہے۔ اس ڈھانچے کو ڈیوڈ چلٹن فلپس کی قیادت میں ایک گروپ نے حل کیا اور 1965 میں شائع کیا گیا۔ لائسوزیم کے اس اعلی ریزولوشن ڈھانچے نے ساختی حیاتیات کے میدان کے آغاز اور یہ سمجھنے کی کوشش کی کہ انزائم جوہری سطح پر تفصیل سے کیسے کام کرتے ہیں۔ میٹابولزم ابتدائی میٹابولک دلچسپی میٹابولزم کی اصطلاح یونانی سے ماخوذ ہے-جس کا مطلب ہے 'تبدیلی'، یا 'ختم کرنا'۔ میٹابولزم کے سائنسی مطالعہ کی تاریخ 800 سال پر محیط ہے۔ تمام میٹابولک مطالعات میں سب سے قدیم تیرہویں صدی کے اوائل میں (1213-1288) دمشق کے ایک مسلمان عالم ابن النفیس کے ذریعے شروع ہوا۔ النفیس نے اپنی سب سے مشہور کتاب تھیولوگس آٹوڈیڈیکٹس میں کہا ہے کہ "یہ جسم اور اس کے تمام حصے مسلسل تحلیل اور غذائیت کی حالت میں ہیں، اس لیے وہ لامحالہ مستقل تبدیلی سے گزر رہے ہیں"۔ اگرچہ النفیس بائیو کیمیکل تصورات میں دلچسپی رکھنے والے پہلے دستاویزی معالج تھے، لیکن انسانی میٹابولزم میں پہلے کنٹرول شدہ تجربات سینٹوریو سینٹوریو نے 1614 میں اپنی کتاب میں شائع کیے تھے۔ اس کتاب میں بیان کیا گیا ہے کہ کس طرح اس نے کھانے، سونے، کام کرنے، جنسی تعلقات، روزہ رکھنے، پینے اور پاخانہ کرنے سے پہلے اور بعد میں اپنا وزن کم کیا۔ اس نے پایا کہ اس نے جو زیادہ تر کھانا کھایا وہ "بے حس پسینے" کے ذریعے ضائع ہو گیا تھا۔ میٹابولزم: 20 ویں صدی-موجودہ ان جدید بائیو کیمسٹس میں سے ایک ہنس کریبس تھے جنہوں نے میٹابولزم کے مطالعہ میں بہت بڑا تعاون کیا۔ کریبس انتہائی اہم اوٹو واربرگ کے طالب علم تھے، اور اس عنوان سے واربرگ کی سوانح عمری لکھی جس میں انہوں نے واربرگ کو حیاتیاتی کیمسٹری کے لیے تعلیم یافتہ ہونے کے طور پر پیش کیا جو فشر نے نامیاتی کیمسٹری کے لیے کیا تھا۔ جو اس نے کیا۔ کریبس نے یوریا سائیکل دریافت کیا اور بعد میں ہنس کارنبرگ، سائٹرک ایسڈ سائیکل اور گلائی آکسیلیٹ سائیکل کے ساتھ کام کیا۔ ان دریافتوں کی وجہ سے کریبس کو 1953 میں فزیولوجی میں نوبل انعام سے نوازا گیا، جسے جرمن بائیو کیمسٹ فرٹز البرٹ لپ مین کے ساتھ شیئر کیا گیا، جنہوں نے ضروری کوفیکٹر کوینزیم اے گلوکوز جذب کی بھی کھوج کی۔ 1960 میں، بائیو کیمسٹ رابرٹ کے کرین نے آنتوں میں گلوکوز جذب کرنے کے طریقہ کار کے طور پر سوڈیم گلوکوز کوٹرانسپورٹ کی اپنی دریافت کا انکشاف کیا۔ یہ آئن اور سبسٹریٹ کے بہاؤ کے درمیان جوڑے کی پہلی تجویز تھی جسے حیاتیات میں انقلاب برپا کرنے کے طور پر دیکھا گیا ہے۔ تاہم، یہ دریافت ممکن نہ ہوتی اگر یہ انو گلوکوز کی ساخت اور کیمیائی میک اپ کی دریافت کے لیے نہ ہوتی۔ یہ دریافتیں بڑی حد تک جرمن کیمسٹ ایمل فشر سے منسوب ہیں جنہیں تقریبا 60 سال قبل کیمسٹری کا نوبل انعام ملا تھا۔ چونکہ میٹابولزم مالیکیولز کے ٹوٹنے (کیٹابولک عمل) اور ان ذرات (انابولک عمل) سے بڑے مالیکیولز کی تعمیر پر مرکوز ہے، اس لیے گلوکوز کا استعمال اور اڈینوسین ٹرائی فاسفیٹ (اے ٹی پی) کی تشکیل میں اس کی شمولیت اس تفہیم کے لیے بنیادی ہے۔ جسم میں پائے جانے والے گلائکولیسس کی سب سے عام قسم وہ قسم ہے جو ایمبڈن-میرہوف-پرناس (ای ایم پی) راستے کی پیروی کرتی ہے، جسے گستاو ایمبڈن، اوٹو میئرہوف، اور جیکب کرول پرناس نے دریافت کیا تھا۔ ان تینوں افراد نے دریافت کیا کہ گلائکولیسس انسانی جسم کی کارکردگی اور پیداوار کے لیے ایک مضبوط فیصلہ کن عمل ہے۔ ملحقہ تصویر میں دکھائے گئے راستے کی اہمیت یہ ہے کہ اس عمل میں انفرادی مراحل کی نشاندہی کرکے ڈاکٹر اور محققین میٹابولک خرابی جیسے پائروویٹ کینیز کی کمی کے مقامات کی نشاندہی کرنے کے قابل ہیں جو شدید خون کی کمی کا باعث بن سکتے ہیں۔ یہ سب سے زیادہ اہم ہے کیونکہ خلیات، اور اس وجہ سے جاندار، مناسب کام کرنے والے میٹابولک راستوں کے بغیر زندہ رہنے کے قابل نہیں ہیں۔ آلات کی ترقی (20 ویں صدی) اس کے بعد سے، بائیو کیمسٹری نے ترقی کی ہے، خاص طور پر 20 ویں صدی کے وسط سے، نئی تکنیکوں جیسے کرومیٹوگرافی، ایکس رے ڈفریکشن، این ایم آر سپیکٹروسکوپی، ریڈیوآسوٹوپک لیبلنگ، الیکٹران مائکروسکوپی اور مالیکیولر ڈائنامکس سمیلیشنز کی ترقی کے ساتھ۔ ان تکنیکوں نے خلیے کے بہت سے مالیکیولز اور میٹابولک راستوں، جیسے گلائکولیسس اور کریبس سائیکل (سائٹرک ایسڈ سائیکل) کی دریافت اور تفصیلی تجزیہ کی اجازت دی۔ این ایم آر آلے کی مثال سے پتہ چلتا ہے کہ ان میں سے کچھ آلات، جیسے کہ ایچ ڈبلیو بی-این ایم آر، سائز میں بہت بڑے ہو سکتے ہیں اور ان کی قیمت چند ہزار ڈالر سے لے کر لاکھوں ڈالر (یہاں دکھائے گئے آلے کے لیے 16 ملین ڈالر) تک ہو سکتی ہے۔ پولی میریز چین ری ایکشن (پی سی آر) بنیادی جین امپلیفکیشن تکنیک ہے جس نے جدید بائیو کیمسٹری میں انقلاب برپا کیا ہے۔ پولیمیرس چین ری ایکشن کیری مولس نے 1983 میں تیار کیا تھا۔ مناسب پولیمریز چین ری ایکشن کے چار مراحل ہیں: 1) ڈی نیچوریشن 2) ایکسٹینشن 3) داخل کرنا (ظاہر کیے جانے والے جین کا) اور آخر میں 4) داخل شدہ جین کی وسعت۔ اس عمل کی سادہ مثالوں کے ساتھ یہ اقدامات نیچے دی گئی تصویر میں اور اس حصے کے دائیں طرف دیکھے جا سکتے ہیں۔ یہ تکنیک ایک ہی جین کی کاپی کو سینکڑوں یا لاکھوں کاپیوں میں بڑھانے کی اجازت دیتی ہے اور کسی بھی بائیو کیمسٹ کے لیے پروٹوکول میں ایک سنگ بنیاد بن گئی ہے جو بیکٹیریا اور جین کے اظہار کے ساتھ کام کرنا چاہتا ہے۔ پی سی آر کا استعمال نہ صرف جین کے اظہار کی تحقیق کے لیے کیا جاتا ہے بلکہ یہ لیمفوما، کچھ قسم کے لیوکیمیا، اور دیگر مہلک بیماریوں کی تشخیص میں لیبارٹریوں کی مدد کرنے کی بھی صلاحیت رکھتا ہے جو بعض اوقات ڈاکٹروں کو پریشان کر سکتی ہیں۔ پولیمریز چین ری ایکشن ڈویلپمنٹ کے بغیر، بیکٹیریل اسٹڈی اور پروٹین ایکسپریشن اسٹڈی کے شعبے میں بہت سی پیش رفت ہوئی ہیں جو کامیاب نہیں ہوتیں۔ پولیمریز چین ری ایکشن کے نظریہ اور عمل کی ترقی ضروری ہے لیکن تھرمل سائیکلر کی ایجاد بھی اتنی ہی اہم ہے کیونکہ یہ عمل اس آلے کے بغیر ممکن نہیں ہوگا۔ یہ اس حقیقت کا ایک اور ثبوت ہے کہ ٹیکنالوجی کی ترقی بائیو کیمسٹری جیسے علوم کے لیے اتنی ہی اہم ہے جتنی کہ محنتی تحقیق جو نظریاتی تصورات کی ترقی کی طرف لے جاتی ہے۔ یہ بھی دیکھیں حیاتیات کی تاریخ کیمسٹری کی تاریخ سالماتی حیاتیات کی تاریخ کرومیٹوگرافی کی تاریخ آر این اے حیاتیات میٹابولزم سائٹرک ایسڈ سائیکل حوالہ جات مزید پڑھنے فرٹون، جوزف ایس۔ پروٹینز، انزائمز، جینز: کیمسٹری اور حیاتیات کا تعامل۔ ییل یونیورسٹی پریس: نیو ہیون، 1999۔ کوہلر، رابرٹ۔ میڈیکل کیمسٹری سے بائیو کیمسٹری تک: بائیو میڈیکل ڈسپلن کی تشکیل۔ کیمبرج یونیورسٹی پریس، 1982۔ بائیو کیمسٹری بائیو کیمسٹری کی تاریخ