Биохемија или биолошка хемија је хемија живота, мост између биологије и хемије, која проучава начин на који комплексне хемијске реакције стварају живот. Биохемија је хибридни део хемије који проучава хемијске процесе у живим организмима.chapter 1 Како сви облици живота имају заједничко порекло, они имају и сличне биохемије, као што су генетички код и стереохемија многих биомолекула. Контролом протока информација путем биохемијске сигнализације и протока хемијске енергије путем метаболизма, биохемијски процеси омогућавају постојање комплексности живота. Током задњих деценија двадесетог века, биохемија је постала у тој мери успешна у објашњавању процеса живих бића да у данашње време скоро све области науке о животу од ботанике до медицине до генетике учествују у биохемијским истраживањима. Данашњи главни фокус чисте биохемије је на разумевању начина на који биолошки молекули производе процесе који се одвијају у живим ћелијама, што је блиско повезано са изучавањем и разумевањем ткива, органа, и целих организама — другим речима, целокупне биологије.
Биохемија је блиско сродна са молекуларном биологијом, изучавањем молекуларних механизама којима генетичка информација кодирана у ДНК доводи до процеса живота. У зависности од дефиниције термина, молекуларна биологија се може сматрати граном биохемије, или биохемија оруђем којим се истражује и студира молекуларна биологија.
Биохемија се бави структурама, функцијама и интеракцијама ћелијских компоненти, као што су протеини, угљени хидрати, липиди, нуклеинске киселине и остали биомолекули, који производе ћелијску структуру и изводе многобројне функције везане за живот. Иако постоји огроман број различитих биомолекула, они се често састоје од истих јединица које се понављају, мономера који се понављају у различитим секвенцама. Хемија ћелија исто тако зависи од реакција малих молекула и јона. Они могу да буду неоргански, на пример вода и јони метала, или органски, као што су аминокиселине, које се користе за синтезу протеина., Chapter 14. Биохемијске студије превасходно изучавају малу групу елемената: угљеник, водоник, азот, кисеоник, фосфор, и сумпор; који се често називају -{CHNOPS}-. Низ других елемената учествује у биохемијским процесима, али у знатно нижим концентрацијама. Механизми помоћу којих ћелије добијају енергију из свог окружења путем хемијских реакција се зову метаболизам. Биохемија метаболизма ћелије и биохемија ендокриног система су два домена која су интензивно студирана.
Друге области обухваћене појмом биохемије су генетички код (ДНК, РНК), синтеза протеина, транспорт кроз ћелијску мембрану и трансдукција сигнала. Резултати биохемијских истраживања налазе примену у медицини, исхрани, и пољопривреди. У медицини, биохемичари истражују узроке и лекове болести. У пољу исхране, се изучава начин одржавања здравља и ефекти нутриционе дефицијенције. У пољопривреди предмет истраживања су земљиште и ђубрива, и ради се на побољшању култивације усева, њиховог складиштења и контроле штеточина.
Развој биохемије мини|180|Герти Кори и Карл Кори су заједно награђени Нобеловом наградом 1947. године за њихово откриће Коријевог циклуса мини|180|Фридрих Велер
У почетку се веровало да на живе материје закони науке делују другачије од неживих материја. Веровало се да само жива бића могу да произведу молекуле живота (од претходно постојећих живих молекула). Међутим Фридрих Велер је 1828. објавио стручни рад који је за тему имао синтезу урее, притом доказавши да органска једињења могу бити створена вештачким путем. Синтеза урее, односно карбамида из амонијум-цијанида била је прва лабораторијска синтеза неког органског једињења.
У својој најширој дефиницији, биохемија се може сматрати студијом компоненти и композиције живих организама и начина на који оне формирају интеракције стварајући живот. Може се сматрати да историја биохемије започиње са античком Грчком. Међутим, биохемија као специфична научна дисциплина има свој почетак током 19. века, или мало раније, у зависности од тога на којем аспекту биохемије је фокус. Неки извори заузимају становиште да почетак биохемије кореспондира са открићем првог ензима, диастазе (који се данас назива амилазом), 1833. од стране Анселма Пајена, док други сматрају Бухнерову прву демонстрацију комплексног биохемијског процеса алкохолне ферментације у бешћелијским екстрактима 1897. године рођењем биохемије. Исто тако се може сматрати почетком биохемије објављивање утицајног рада Јустуса фон Либига, Животињска хемија, или, органска хемија у њеној примени на физиологију и патологију 1842. године, у коме је представио хемијску теорију метаболизма, или чак раније студије из 18. века о ферментацији и респирацији Антоана Лавоазјеа. Многи други пионири поља који су помогли да се открију слојеви комплексности биохемије су били прокламисани оснивачима модерне биохемије, на пример Емил Фишер због његовог рада на хемији протеина, и Ф. Гоуланд Хопкинс због рада на ензимима и динамичкој природи биохемије.
Сам термин „биохемија“ је изведен из комбинације речи биологија и хемија. Године 1877, Феликс Хопе-Сејлер је користио овај термин (-{biochemie}- у Немачком) као синоним за физиолошку хемију у предговору првог издања -{Zeitschrift für Physiologische Chemie}- (часописа за физиолошку хемију), где се он залагао за успостављање институција посвећених том пољу истраживања. Немачки хемичар Карл Нојберг се међутим често наводи у литератури као особа која је сковала реч биохемија 1903. године,Ben-Menahem док неки извори наводе Франца Хофмајстера као творца речи.
мини|180п|лево|Анимација структуре једног дела ДНК () Некад је преовладавало мишљење да живот и његови материјали имају нека есенцијална својства или супстанце (што је често називано „виталним принципом”) која су различита од оних које су присутне у неживој материји, и постојало је веровање да само живи организми могу произвести молекуле живота. Године 1828, Фридрих Велер је објавио чланак о синтези уреје, чиме је доказао да органска једињења могу да буду креирана вештачким путем. Од тада је биохемија навелико напредовала, нарочито током средине 20. века, са открићем и развојем метода као што су хроматографија, рендгенска дифракција, нуклеарна магнетна резонанција (НМР), радиоизотопско обележавање, електронска микроскопија и симулације молекуларне динамике. Захваљујући овим методима научници су открили и детаљно анализирали многе молекуле као и активности у самим ћелијама на молекуларном нивоу, као што су путеви метаболизма у ћелијама, тј. гликолиза и Кребсов циклус (циклус лимунске киселине).
Још један значајни историјски догађај у биохемији је откриће гена и њихове улоге у трансферу информација у ћелији. Тај део биохемије се обично назива молекуларном биологијом. Током 1950-их, Џејмс Д. Вотсон, Франсис Крик, Росалинд Франклин, и Морис Вилкинс су решили ДНК структуру и објаснили њену релацију са генетичким трансфером информација. Године 1958, Џорџ Бидл и Едвард Тејтум су награђени Нобеловом наградом за рад на гљивама којим су показали да један ген производи један ензим. Године 1988, Колин Пичфорк је био прва особа која је осуђена за убиство на бази ДНК доказа, чему је следио знатан развој форензике. У ближој прошлости су Ендру Фајер и Крејг Мело награђени Нобеловом наградом 2006 за откриће улоге РНК интерференције (РНКи), у онемогућавању експресије гена.
Хемијски елементи живота мини|250п|Главни елементи од којих је сачињено људско тело су приказани од најзаступљенијег (по маси) до најмање заступљеног.
Око 20-30 елемената од 92 елемента који се јављају у природи су есенцијални за разне врсте биолошког живота. Већина ретких елемената на Земљи нису неопходни за живот (изузеци су селен и јод). Исто тако неколико распрострањених елемената (алуминијум и титанијум) се не користе. Већина организама има истоветне потребе за елементима. Постоје извесне разлике између биљака и животиња. На пример, океанске алге користе бром, док не постоје индикације да је тај елемент неопходан копненим биљкама и животињама. Свим животињама је неопходан натријум, што није случај с биљкама. Биљкама је неопходан бор и силицијум, док они нису неопходни животињама (или су потребни у ултра-малим количинама).
Јединствена својства угљеника
Само шест релативно малих елемената: угљеник, водоник, азот, кисеоник, калцијум, и фосфор сачињава скоро 99% масе живих ћелија, укључујући оне у људском телу. Осим тих шест главних елемената који сачињавају већину људског тела, људима су неопходне мале количине 18 других елемената. Шест главних елемената лако формирају ковалентне везе. Они сачињавају 92% суве тежине живих бића (скоро сви организми су ~70% вода). Остатак се састоји од елемената који су углавном присутни као јони и који се највећим делом јављају само у траговима (они обично врше своје функције на активним местима ензима). Међутим, треба имати у виду да нема познатих биолошких захтева за већином од 92 природна елемената. Гледано с друге стране, са изузетком кисеоника и калцијума, биолошки најзаступљенији елементи су само мање заступљени састојци Земљине коре (чије најизобилније компоненте су -{O}- 47%; -{Si}- 28%; -{Al}- 7,9%; -{Fe}- 4,5%; и -{Ca}- 3,5%).
Доминација угљеника у живој материји је без сумње резултат његове огромне хемијске свестраности у поређењу са свим осталим елементима. Угљеник има јединствену способност да формира практично бесконачан број једињења, као резултат његове способности да успостави чак четири врло стабилне ковалентне везе (укључујући једноструку, двоструку и троструку везу) у комбинацији са његовом способношћу да формира ковалентно повезане ланце неограничене дужине. Према томе, од скоро 40 милиона хемијских једињења која су тренутно позната, ~90% су органске супстанце (материје које садрже угљеник). Инспекцијом осталих елемената периодног система се може утврдити зашто они не поседују ову комбинацију својстава.
Само пет елемената, -{B}-, -{C}-, -{N}-, -{Si}-, и -{P}-, има способност формирања три или више веза, и да стога формирају ланце ковалентно повезаних атома који исто тако могу да имају бочне ланце. Други елементи су метали, који имају тенденцију формирања јона, пре него ковалентних веза; племенити гасови, који су есенцијално хемијски инертни; или атоми као што су -{H}- или -{O}- који могу да направе једну или две ковалентне везе. Међутим, мада -{B}-, -{N}-, -{Si}-, и -{P}- могу да имају бар три ковалентне везе, они су из разлога који су образложени испод, неподобни као база комплексне хемије.
Бор има мањи број валентних електрона (3) него валентних орбитала (4), те је електронски дефицитаран. То у знатној мери ограничава број типова и стабилност једињења која -{B}- може да формира. Азот има супротни проблем; он има 5 валентних електрона, што га чини електронски богатим. Одбијања између усамљених парова електрона на ковалентно везаним атомима азота у знатној мери редукују енергију веза (171 -{kJ mol}-−1 vs 348 -{kJ mol}-−1 за једноструку везу) у односу на обично стабилну троструку везу -{N}-2 молекула (946 -{kJ mol}-−1). Чак и кратки ланци ковалентно везаних -{N}- атома су стога подложни декомпозицији, обично бурној, уз формирање -{N}-2.
мини|десно|250п|Хемијска структура силицијум полидиметилсилоксана (ПДМС).