रासायनिक जीवविज्ञान
रासायनिक जीवविज्ञान, रसायन विज्ञान और जीवविज्ञान के अंतर्संबंध पर स्थित एक वैज्ञानिक क्षेत्र है जो जैविक प्रणालियों के अध्ययन के लिए रासायनिक विधियों का अनुप्रयोग करता है। इसमें रासायनिक तकनीकों, विश्लेषणात्मक दृष्टिकोणों और अक्सर संश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान द्वारा उत्पादित छोटे अणुओं का उपयोग करके आणविक स्तर पर जैविक प्रक्रियाओं और प्रणालियों की जांच, विशेषता निर्धारण और हेरफेर करना शामिल है। यद्यपि यह जैव रसायन विज्ञान से कुछ हद तक मिलता-जुलता है, जो जैव अणुओं के रसायन विज्ञान और कोशिकाओं के भीतर और बीच जैव रासायनिक मार्गों के नियमन पर केंद्रित है, रासायनिक जीवविज्ञान की विशेषता यह है कि यह जैविक प्रश्नों के समाधान के लिए रासायनिक उपकरणों के सुनियोजित डिजाइन और अनुप्रयोग पर जोर देता है।[1]
इतिहास
[संपादित करें]हालाँकि इसे अपेक्षाकृत नया वैज्ञानिक क्षेत्र माना जाता है,"रासायनिक जीवविज्ञान" शब्द का प्रयोग 20वीं शताब्दी के आरंभ से ही हो रहा है, और इसकी जड़ें 19वीं शताब्दी के आरंभ की वैज्ञानिक खोजों में निहित हैं। 'रासायनिक जीवविज्ञान' शब्द का पहला उल्लेख 1907 में अलोंजो ई. टेलर द्वारा प्रकाशित पुस्तक "ऑन फर्मेंटेशन" में मिलता है, और बाद में इसका प्रयोग जॉन बी. लीथ्स के 1930 के लेख "द हार्वेयन ऑरेशन ऑन द बर्थ ऑफ केमिकल बायोलॉजी" में किया गया था।[2] हालाँकि, यह स्पष्ट नहीं है कि इस शब्द का पहली बार प्रयोग कब किया गया था। फ्रेडरिक वोहलर द्वारा 1828 में यूरिया का संश्लेषण, जीवविज्ञान को आगे बढ़ाने में संश्लेषित रसायन विज्ञान के अनुप्रयोग का एक प्रारंभिक उदाहरण है। इसने दिखाया कि अकार्बनिक प्रारंभिक पदार्थों से जैविक यौगिकों का संश्लेषण किया जा सकता है और जीववाद की पिछली धारणा को कमजोर किया, यानी कि कार्बनिक यौगिकों के उत्पादन के लिए एक 'जीवित' स्रोत की आवश्यकता होती है। वोहलर के काम को अक्सर कार्बनिक रसायन विज्ञान और प्राकृतिक उत्पाद संश्लेषण के विकास में महत्वपूर्ण माना जाता है, जो दोनों आधुनिक रासायनिक जीव विज्ञान में एक बड़ा हिस्सा निभाते हैं। 19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में फ्रेडरिक मीशर द्वारा मानव ल्यूकोसाइट्स की कोशिकीय सामग्री की जांच के कार्य से 'न्यूक्लिन' की खोज हुई, जिसे बाद में डीएनए नाम दिया गया। प्रोटीज पाचन के माध्यम से ल्यूकोसाइट्स के नाभिक से न्यूक्लिन को पृथक करने के बाद, मीशर ने न्यूक्लिन की संरचना निर्धारित करने के लिए मौलिक विश्लेषण और घुलनशीलता परीक्षण जैसी रासायनिक तकनीकों का उपयोग किया। इस कार्य ने वाटसन और क्रिक द्वारा डीएनए की दोहरी-हेलिक्स संरचना की खोज की नींव रखी। रासायनिक जीव विज्ञान में बढ़ती रुचि के कारण इस क्षेत्र को समर्पित कई पत्रिकाएँ प्रकाशित हुई हैं।[3] 2005 में स्थापित नेचर केमिकल बायोलॉजी और 2006 में स्थापित एसीएस केमिकल बायोलॉजी इस क्षेत्र की दो सबसे प्रसिद्ध पत्रिकाएँ हैं, जिनका प्रभाव कारक क्रमशः 14.8 और 4.0 है।[4][5]
अनुसंधान क्षेत्र
[संपादित करें]ग्लाइकोबायोलॉजी
[संपादित करें]
ग्लाइकोबायोलॉजी कार्बोहाइड्रेट की संरचना और कार्यप्रणाली का अध्ययन है। जबकि डीएनए, आरएनए और प्रोटीन आनुवंशिक स्तर पर एन्कोड किए जाते हैं, कार्बोहाइड्रेट सीधे जीनोम से एन्कोड नहीं होते हैं, और इसलिए उनके अध्ययन के लिए अलग-अलग उपकरणों की आवश्यकता होती है।[6] ग्लाइकोबायोलॉजी में रासायनिक सिद्धांतों को लागू करके, कार्बोहाइड्रेट के विश्लेषण और संश्लेषण के लिए नई विधियाँ विकसित की जा सकती हैं। उदाहरण के लिए, कोशिकाओं को प्राकृतिक शर्करा के कृत्रिम रूपों की आपूर्ति करके उनकी कार्यप्रणाली का अध्ययन किया जा सकता है। कैरोलिन बर्टोज़ी के शोध समूह ने कृत्रिम शर्करा के माध्यम से कोशिकाओं की सतह पर अणुओं को विशिष्ट रूप से प्रतिक्रिया कराने की विधियाँ विकसित की हैं।[7]
संयोजन रसायन विज्ञान
[संपादित करें]
संयोजनात्मक रसायन विज्ञान में उच्च-थ्रूपुट विश्लेषण के लिए बड़ी संख्या में संबंधित यौगिकों का एक साथ संश्लेषण शामिल है। रासायनिक जीवविज्ञानी सक्रिय दवा यौगिकों के संश्लेषण और स्क्रीनिंग दक्षता को अधिकतम करने में संयोजनात्मक रसायन विज्ञान के सिद्धांतों का उपयोग करने में सक्षम हैं। इसी तरह, इन सिद्धांतों का उपयोग कृषि और खाद्य अनुसंधान के क्षेत्रों में, विशेष रूप से अप्राकृतिक उत्पादों के संश्लेषण और नए एंजाइम अवरोधकों के निर्माण में किया जा सकता है।[8]
पेप्टाइड संश्लेषण
[संपादित करें]
प्रोटीन का रासायनिक संश्लेषण रासायनिक जीव विज्ञान में एक महत्वपूर्ण उपकरण है क्योंकि यह अप्राकृतिक अमीनो अम्लों के समावेश के साथ-साथ फॉस्फोरिलेशन, ग्लाइकोसिलेशन, एसिटिलेशन और यहां तक कि यूबिक्विटिनेशन जैसे "अनुवांशिक संशोधनों" के अवशेष-विशिष्ट समावेश की अनुमति देता है। ये गुण रासायनिक जीवविज्ञानियों के लिए मूल्यवान हैं क्योंकि अप्राकृतिक अमीनो अम्लों का उपयोग प्रोटीन की कार्यप्रणाली की जांच और उसमें परिवर्तन करने के लिए किया जा सकता है, जबकि अनुवांशिक संशोधन प्रोटीन की संरचना और गतिविधि को विनियमित करने के लिए व्यापक रूप से जाने जाते हैं। हालांकि इन उद्देश्यों को प्राप्त करने के लिए विशुद्ध रूप से जैविक तकनीकें विकसित की गई हैं, पेप्टाइड के रासायनिक संश्लेषण में वांछित प्रोटीन की छोटी मात्रा प्राप्त करने में अक्सर कम तकनीकी और व्यावहारिक बाधा होती है। संश्लेषण द्वारा बनाए गए छोटे पेप्टाइड खंडों के साथ प्रोटीन के आकार की पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला बनाने के लिए, रासायनिक जीवविज्ञानी मूल रासायनिक लिगेशन की प्रक्रिया का उपयोग कर सकते हैं। नेटिव केमिकल लिगेशन में सी-टर्मिनल थायोएस्टर और एन-टर्मिनल सिस्टीन अवशेष का युग्मन शामिल होता है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः एक "नेटिव" एमाइड बॉन्ड का निर्माण होता है। अन्य रणनीतियाँ जिनका उपयोग नेटिव केमिकल लिगेशन के साथ पहली बार पेश की गई एसिल ट्रांसफर केमिस्ट्री का उपयोग करके पेप्टाइड टुकड़ों के लिगेशन के लिए किया गया है, उनमें एक्सप्रेस प्रोटीन लिगेशन, सल्फराइजेशन/डीसल्फराइजेशन तकनीकें, और हटाने योग्य थायोल सहायक का उपयोग शामिल हैं।[9]
रासायनिक जीवविज्ञान में शिक्षा
[संपादित करें]स्नातक शिक्षा
[संपादित करें]रसायन विज्ञान विभागों में जैविक अनुसंधान में वृद्धि के बावजूद, स्नातक पाठ्यक्रमों में रासायनिक जीव विज्ञान को एकीकृत करने के प्रयास अपर्याप्त हैं। उदाहरण के लिए, यद्यपि अमेरिकन केमिकल सोसाइटी (एसीएस) रसायन विज्ञान में स्नातक की डिग्री के मूलभूत पाठ्यक्रमों में जैव रसायन को शामिल करना अनिवार्य करती है, लेकिन जीव विज्ञान से संबंधित कोई अन्य रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम अनिवार्य नहीं है। यद्यपि रसायन विज्ञान में स्नातक की डिग्री के लिए रासायनिक जीव विज्ञान पाठ्यक्रम अक्सर अनिवार्य नहीं होता है, फिर भी कई विश्वविद्यालय अब अपने स्नातक छात्रों के लिए परिचयात्मक रासायनिक जीव विज्ञान पाठ्यक्रम प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय चौथे वर्ष में सिंथेटिक रासायनिक जीव विज्ञान का पाठ्यक्रम प्रदान करता है।[10]
इन्हें भी देखें
[संपादित करें]सन्दर्भ
[संपादित करें]- ↑ Schreiber, Stuart L. (2005). "Small molecules: the missing link in the central dogma". Nature Chemical Biology (अंग्रेज़ी भाषा में). 1 (2): 64–66. डीओआई:10.1038/nchembio0705-64. आईएसएसएन 1552-4469.
- ↑ Hricovini, Milos; Jampilek, Josef (2023-02-16). "Chemistry towards Biology". International Journal of Molecular Sciences. 24 (4): 3998. डीओआई:10.3390/ijms24043998. आईएसएसएन 1422-0067. पीएमसी 9960482. पीएमआईडी 36835407.
{{cite journal}}: CS1 maint: unflagged free DOI (link) - ↑ Hricovini, Milos; Jampilek, Josef (2023-02-16). "Chemistry towards Biology". International Journal of Molecular Sciences. 24 (4): 3998. डीओआई:10.3390/ijms24043998. आईएसएसएन 1422-0067. पीएमसी 9960482. पीएमआईडी 36835407.
{{cite journal}}: CS1 maint: unflagged free DOI (link) - ↑ Leathes, J. B. (1930-10-25). "The Harveian Oration on THE BIRTH OF CHEMICAL BIOLOGY". British Medical Journal. 2 (3642): 671–676. डीओआई:10.1136/bmj.2.3642.671. आईएसएसएन 0007-1447. पीएमसी 2451377. पीएमआईडी 20775787.
- ↑ Morrison, Kim L.; Weiss, Gregory A. (2006). "The origins of chemical biology". Nature Chemical Biology (अंग्रेज़ी भाषा में). 2 (1): 3–6. डीओआई:10.1038/nchembio0106-3. आईएसएसएन 1552-4469.
- ↑ "Bertozzi Group". Bertozzi Group (अमेरिकी अंग्रेज़ी भाषा में). अभिगमन तिथि: 2026-02-21.
- ↑ Dwek, Raymond A. (1996). "Glycobiology: Toward Understanding the Function of Sugars". Chemical Reviews (अंग्रेज़ी भाषा में). 96 (2): 683–720. डीओआई:10.1021/cr940283b.
- ↑ Liu, Ruiwu; Li, Xiaocen; Lam, Kit S. (2017). "Combinatorial chemistry in drug discovery". Current Opinion in Chemical Biology. 38: 117–126. डीओआई:10.1016/j.cbpa.2017.03.017. आईएसएसएन 1879-0402. पीएमसी 5645069. पीएमआईडी 28494316.
- ↑ Muir, T. W.; Sondhi, D.; Cole, P. A. (1998-06-09). "Expressed protein ligation: a general method for protein engineering". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (12): 6705–6710. डीओआई:10.1073/pnas.95.12.6705. आईएसएसएन 0027-8424. पीएमसी 22605. पीएमआईडी 9618476.
- ↑ "Chemistry 461: Synthetic Chemical Biology | UBC Chemistry". www.chem.ubc.ca. अभिगमन तिथि: 2026-02-21.
अग्रिम पठन
[संपादित करें]- Dertinger SKW, Chiu DT, Jeon NL, Whitesides GM (2001). "Generation of gradients having complex shapes using microfluidic networks". Analytical Chemistry. 73 (6): 1240–1246. बिबकोड:2001AnaCh..73.1240D. डीओआई:10.1021/ac001132d.
- Greif D, Pobigaylo N, Frage B, Becker A, Regtmeier J, Anselmetti D (September 2010). "Space- and time-resolved protein dynamics in single bacterial cells observed on a chip". Journal of Biotechnology. 149 (4): 280–288. डीओआई:10.1016/j.jbiotec.2010.06.003. पीएमआईडी 20599571.
- Li L, Ismagilov RF (2010). "Protein crystallization using microfluidic technologies based on valves, droplets, and SlipChip". Annual Review of Biophysics. 39: 139–158. डीओआई:10.1146/annurev.biophys.050708.133630. पीएमआईडी 20192773.
- Lucchetta EM, Lee JH, Fu LA, Patel NH, Ismagilov RF (April 2005). "Dynamics of Drosophila embryonic patterning network perturbed in space and time using microfluidics". Nature. 434 (7037): 1134–1138. बिबकोड:2005Natur.434.1134L. डीओआई:10.1038/nature03509. पीएमसी 2656922. पीएमआईडी 15858575.
- Melin J, Quake SR (2007). "Microfluidic large-scale integration: the evolution of design rules for biological automation". Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure. 36: 213–231. डीओआई:10.1146/annurev.biophys.36.040306.132646. पीएमआईडी 17269901.
- Shen F, Du W, Kreutz JE, Fok A, Ismagilov RF (October 2010). "Digital PCR on a SlipChip". Lab on a Chip. 10 (20): 2666–2672. डीओआई:10.1039/c004521g. पीएमसी 2948063. पीएमआईडी 20596567.
- Song H, Chen DL, Ismagilov RF (November 2006). "Reactions in droplets in microfluidic channels". Angewandte Chemie. 45 (44): 7336–7356. बिबकोड:2006ACIE...45.7336S. डीओआई:10.1002/anie.200601554. पीएमसी 1766322. पीएमआईडी 17086584.
- Spiller DG, Wood CD, Rand DA, White MR (June 2010). "Measurement of single-cell dynamics". Nature. 465 (7299): 736–745. बिबकोड:2010Natur.465..736S. डीओआई:10.1038/nature09232. पीएमआईडी 20535203. एस2सीआईडी 4426105.
- Tice JD, Song H, Lyon AD, Ismagilov RF (2003). "Formation of droplets and mixing in multiphase microfluidics at low values of the Reynolds and the capillary numbers". Langmuir. 19 (22): 9127–9133. डीओआई:10.1021/la030090w.
- Vincent ME, Liu W, Haney EB, Ismagilov RF (March 2010). "Microfluidic stochastic confinement enhances analysis of rare cells by isolating cells and creating high density environments for control of diffusible signals". Chemical Society Reviews. 39 (3): 974–984. डीओआई:10.1039/b917851a. पीएमसी 2829723. पीएमआईडी 20179819.
- Weibel DB, Whitesides GM (December 2006). "Applications of microfluidics in chemical biology". Current Opinion in Chemical Biology. 10 (6): 584–591. बिबकोड:2006COCB...10..584W. डीओआई:10.1016/j.cbpa.2006.10.016. पीएमआईडी 17056296.
- Whitesides GM (July 2006). "The origins and the future of microfluidics". Nature. 442 (7101): 368–373. बिबकोड:2006Natur.442..368W. डीओआई:10.1038/nature05058. पीएमआईडी 16871203. एस2सीआईडी 205210989.
- Young EW, Beebe DJ (March 2010). "Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments". Chemical Society Reviews. 39 (3): 1036–1048. डीओआई:10.1039/b909900j. पीएमसी 2967183. पीएमआईडी 20179823.