Lífefnafræði

Lífefnafræði er sú undirgrein efnafræði og líffræði sem fjallar um efnahvörf sem eiga sér stað í lífverum, byggingu lífefna á borð við prótín, sykrunga, lípíð og kjarnsýrur, starfsemi þeirra í frumunni og stjórnun hennar.

Bygging prótínsins hemóglóbín.

Viðfangsefni lífefnafræði

Viðfangsefnum rannsókna í lífefnafræði má skipta í þrjá meginflokka^[1]:

• Rannsóknir á byggingu lífefna. Rannsóknir á þessu sviði leitast við að svara spurningum á borð við: Hvernig eru lífefnin samsett? Hvernig er byggingu þeirra stjórnað í frumunni? Hvernig eru byggingareiningar lífefnanna framleiddar og hvernig verka þær hver á aðra?

• Rannsóknir á efnaskiptum: Hver eru næringarefni lífvera og hvernig er þeim umbreytt í lífverum? Hvernig nema lífverur orku úr næringarefnum sínum? Hvernig ganga hvarfarásir lífveranna fyrir sig og hvernig er þeim stjórnað?

• Rannsóknir á upplýsingaflæði innan frumu, á milli frumna, vefja, lífvera og kynslóða: Hvernig eru upplýsingar um ástand umhverfisins numdar og hvernig er unnið úr þeim? Hvernig berast þær á milli frumna, vefja eða lífvera? Hvernig berast arfbærar upplýsingar á milli kynslóða? Hvaða áhrif hafa upplýsingarnar, arfbærar sem óarfbærar, á hvarfarásir frumunnar og stjórnun þeirra?

Saga lífefnafræði

Friedrich Wöhler fylgist með myndum þvagefnis ((NH₂)₂CO).

Rannsóknir á lífefnafræðilegum ferlum eiga sér langa sögu, þrátt fyrir að lífefnafræði sem fræðigrein hafi ekki orðið til fyrr en á 19. öld, þegar þekkingu og rannsóknatækni í efnafræði hafði fleygt nægilega fram til að unnt væri að rannsaka starfsemi einstakra lífefna. Þannig fengust til dæmis bæði René Réaumur og Lazzaro Spallanzani þegar á 18. öld við rannsóknir á meltingu og sýndu fram á að magasafi úr fálka getur melt kjöt utan líkamans.^[2] Þeir höfðu hins vegar engin tök á að útskýra hvernig meltingin átti sér stað, það varð að bíða tilrauna Johns Young, sem uppgötvaði magasýrur í byrjun 19. aldar, og Theodors Schwann sem uppgötvaði meltingarensímið pepsín árið 1835. Fyrir miðja 19. öld var almennt álitið að lífefni gætu ekki myndast úr „dauðum“ efnum, heldur eingöngu úr öðrum lífefnum. Með frægri tilraun sinni^[3] frá 1828 sýndi Friedrich Wöhler fram á að þvagefni (á þeim tíma vel þekkt efni úr lífverum) getur myndast úr ammóníum sýanati (sem talið var dautt efni). Þar með sýndi Wöhler fram á að enginn eðlismunur væri á lifandi og dauðu efni. Þessi tilraun er gjarnan talin marka upphaf lífefnafræði.

Helstu áfangar í sögu lífefnafræði

Sítrónsýruhringurinn er einn af hornsteinum lífefnafræðilegra hvarfarása frumunnar

• 1833 – Anselme Payen uppgötvar fyrsta ensímið, „díastasa“ (nú amýlasi).
• 1869 – Friedrich Miescher uppgötvar kjarnsýrur.
• 1873 – Eðlisfræðingurinn Willard Gibbs skilgreinir frjálsorku.
• 1896 – Eduard Buchner framkvæmir gerjun utan frumna.
• 1913 – Leonor Michaelis og Maud Menten útskýra hraðafræði ensímhvataðra efnahvarfa með Michaelis-Menten jöfnunni.
• 1926 – Otto Warburg uppgötvar sýtókróm oxidasa, lykilensím í öndunarhvarfarásinni.
• 1929 – Gustav Embden, Otto Meyerhof og Jakub Parnas leiða út hvörf sykurrofsins.
• 1932 – Hans Krebs leiðir út hvörf sítrónsýruhringsins.
• 1932 – Oswald Avery endurtekur tilraun Griffiths og sýnir fram á að það er DNA sem ber arfbærar upplýsingar.
• 1953 – James Watson og Francis Crick leiða út byggingu DNA.
• 1960 – Robert K. Crane útskýrir hvernig glúkósi er tekinn upp í meltingarvegi með samferjun með Na⁺-jónum.
• 1975 – Frederick Sanger þróar fyrstu fljótvirku aðferðina (dídeoxý-aðferðina) til raðgreiningar DNA.
• 1983 – Kary Mullis finnur upp PCR, aðferð til sértækrar mögnunar á ákveðnum DNA-kirnaröðum utan frumunnar.