miniatura|Molècula d'hemoglobina La bioquímica és la ciència que estudia les reaccions químiques i interaccions produïdes en organismes vius, incloent-hi l'estudi i l'estructura de proteïnes, glúcids, lípids, àcids nucleics i altres molècules presents en cèl·lules. L'etimologia de la paraula bioquímica prové del grec βίος, bios, 'vida' i de química. Aquesta del baix llatí chimia, de l'àrab kīmiyã´, 'pedra filosofal', i aquest, probablement del grec khimia 'mescla de sucs'.
La supervivència dels éssers vius depèn de la seva capacitat per portar a terme un seguit de reaccions químiques adreçades a l'intercanvi de matèria i energia amb el medi ambient i a la fabricació de les seves estructures vitals. La bioquímica estudia, per tant, totes aquelles reaccions que s'esdevenen tant a l'interior de la cèl·lula com al medi intern dels organismes pluricel·lulars. Aquestes bioreaccions no difereixen essencialment de les reaccions típiques de la química orgànica, bé que són caracteritzades específicament pel fet d'esdevenir-se totes a temperatures relativament baixes (en general, inferiors a 45 °C) gràcies a l'ajut dels biocatalitzadors, anomenats enzims, i pel fet de funcionar acoblades les unes a les altres en una complexíssima xarxa d'interrelacions, que constitueix el metabolisme. El metabolisme consta de reaccions degradadores (catabolisme), que aporten la matèria i l'energia necessàries per a l'organisme, i de reaccions biosintètiques (anabolisme), que utilitzen la matèria i l'energia per a la construcció de les macromolècules i d'altres estructures complexes de l'organisme. La bioquímica és una ciència nascuda de la convergència i l'encreuament de la química orgànica i la fisiologia, dues ciències molt desenvolupades al llarg del , que han experimentat un progrés molt important durant els darrers cinquanta anys.
Com que totes les formes de vida de l'actualitat descendeixen del mateix avantpassat comú, tenen una bioquímica generalment similar. Es desconeix si les bioquímiques alternatives són possibles o pràctiques.
Història miniatura|Wöhler observa la síntesi de la urea. miniatura|Anselme Payen miniatura|Experiment de la respiració per part de Lavoisier Antigament es considerava que els éssers vius no estaven subjectes a les lleis de la ciència igual que la matèria inerta. Era àmpliament acceptat que les molècules de la vida només podien ser produïdes per éssers vius (teoria de la força vital). Però el 1828, el químic alemany Friedrich Wöhler publicà el procés de síntesi de la urea (substància present en l'orina) a partir de cianat d'amoni, una substància inorgànica, provant que els compostos orgànics podien ser creats artificialment.
Hom troba les arrels de la bioquímica moderna ja al , en els clàssics estudis del químic suec Karl Wilhelm Scheele, que identificà l'àcid làctic en la llet, el cítric en la llimona, el màlic en les pomes i l'úric en l'orina, i en els del francès Antoine Laurent Lavoisier, que demostrà que els éssers vius empren oxigen de l'aire per a la combustió dels aliments, la qual produeix calor (energia).
Foren dos els principals eixos vertebradors dels estudis bioquímics del : La identificació de nous compostos naturals (foren descrits per primer cop les proteïnes, el glicogen, l'ADN i molts aminoàcids) i l'estudi funcional de la fermentació alcohòlica.
Els més grans avanços de la bioquímica durant el anaren lligats a l'estudi de la fermentació, que fixà les bases de l'enzimologia, de la bioenergètica i de l'estudi del metabolisme. Destaquen els treballs dels científics de les escoles francesa i alemanya, com ara Anselme Payen, que descobrí el 1833 el primer enzim, la diastasa (anomenada avui amilasa), Jean-François Persoz, Carl Justus von Liebig, Louis Pasteur o Eduard Buchner, que contribuí amb la primera demostració de complexos processos bioquímics fora de la cèl·lula el 1896: la fermentació alcohòlica en extractes de llevat.
La bioquímica assolí un impuls decisiu amb els treballs sobre l'hemoglobina d'Ernst Felix Immanuel von Hoppe-Seyler o la síntesi dels glúcids, els greixos i les proteïnes d'Emil Fischer. La nova ciència rebé definitivament el nom de bioquímica, proposat pel químic alemany Carl Neuberg, el 1903. Prèviament, aquesta àrea s'havia anomenat «química fisiològica».
La primera meitat del comportà un canvi qualitatiu en el desenvolupament de la bioquímica, ja que l'interès dels bioquímics es desplaçà cap a l'estudi de les funcions, dins l'organisme, dels composts identificats al segle precedent i el significat biològic dels processos en què intervenen. Així, l'estudi de la fermentació iniciat el conduí a l'elucidació, per part dels bioquímics alemanys Gustav Georg Embden, Otto Meyerhof i Jakob Parnass el 1933, de la primera ruta metabòlica identificada, la via glucolítica. Juntament amb la glicòlisi, es descrigueren els altres dos processos principals per a l'obtenció d'energia a la cèl·lula, el cicle dels àcids tricarboxílics, per part de Hans Adolf Krebs el 1937, i la cadena respiratòria, que permet la reducció de l'oxigen i la síntesi de l'ATP, estudi que va aplegar molts dels principals bioquímics de l'època com ara Otto Warburg o Albert Lehninger.
Durant la segona meitat del , la bioquímica experimentà un gran desenvolupament gràcies a noves i complexes tècniques analítiques com ara la cromatografia, la difracció de raigs X, la ressonància magnètica nuclear, el marcatge isotòpic, la microscòpia electrònica o l'espectroscòpia molecular. Aquestes tècniques permeteren la descoberta i l'anàlisi en detall de diverses molècules i vies metabòliques de la cèl·lula, com ara la glicòlisi i el cicle de Krebs.
També s'ha fet cada cop més palesa arreu del món la necessitat de dedicar més recursos humans i econòmics a la investigació en aquesta ciència. Això ha representat un nou canvi en l'objectiu de la bioquímica: durant aquest període, el principal interès ha estat l'estudi dels mecanismes moleculars que controlen els processos descrits els anys anteriors. Així, descobriments com ara el del monofosfat d'adenosina (AMP) cíclic per Earl Sutherland el 1957 o la fosforilació de les proteïnes per Edwin Krebs i Emil Fischer el 1959 han portat al naixement de disciplines noves com l'endocrinologia molecular, que ha permès l'estudi de la regulació i la integració del metabolisme. Malgrat els importants avenços científics assolits, encara es van descobrint nous composts bioquímics (com és el cas de l'important regulador metabòlic fructosa-2,6-difosfat), com també aspectes bàsics (com ara vies metabòliques secundàries) de l'entrellat de vies metabòliques que constitueixen el metabolisme. Avui en dia, les troballes de la bioquímica s'usen en diferents àrees, des de la genètica fins a la biologia molecular passant per l'agricultura i la medicina, entre altres camps.
Camps de recerca miniatura|Elements del cos humà Actualment, la bioquímica té quatre línies principals d'estudi: la bioquímica estructural, la regulació del metabolisme, la bioquímica cel·lular i la bioquímica clínica.
La bioquímica estructural se centra en l'estructura de composts i agregats moleculars cada cop més complexos, per tal d'arribar a comprendre'n el mecanisme d'actuació i poder dissenyar fàrmacs específics per modificar-ne l'acció en casos de disfuncionalitat.
La regulació del metabolisme té com a objectiu l'estudi global i integrat del metabolisme, la seva regulació i la seva adaptació a diferents situacions fisiològiques, analitzant el control de l'activitat dels enzims (especialment pel que fa a la variació d'activitat amb relació al grau de fosforilació i l'expressió dels gens que codifiquen pels enzims) i el mecanisme d'acció de les hormones (endocrinologia molecular).
La bioquímica cel·lular estudia, a escala molecular, els diferents processos que permeten la supervivència de la cèl·lula, que abans s'havien limitat als mecanismes d'obtenció i aprofitament de matèria i energia i actualment s'estenen a tots els esdeveniments cel·lulars, com ara el cicle de divisió de la cèl·lula o la mort cel·lular.
La bioquímica clínica es planteja l'estudi de les bases moleculars que condueixen a situacions patològiques.
Monòmers i polímers
Els monòmers i polímers són la base estructural sobre la qual es basen els quatre tipus de biomolècules principals de la bioquímica (glúcids, lípids, proteïnes i àcids nucleics). Els monòmers són les unitats bàsiques constituents dels polímers; són molècules relativament petites, i és de la unió de molts monòmers que es forma un polímer o macromolècula. Quan són sintetitzades, ambdues molècules experimenten un procés anomenat síntesi de deshidratació.
Glúcids
miniatura|125px|Una molècula de sacarosa (glucosa + fructosa), un disacàrid. Els monosacàrids són els monòmers dels glúcids. De la reacció de dos grups carboxil de dos monosacàrids, es forma un enllaç nou, alliberant-se així una molècula d'aigua. Aquesta molècula s'allibera perquè en formar-se l'enllaç O-glicosídic (l'enllaç que es forma entre els grups carboxil de dos monosacàrids) es perd un grup hidroxil (-OH) d'un dels dos grups carboxil i un àtom d'oxigen de l'altre (aquest procés s'anomena síntesi de deshidratació, car en alliberar-se una molècula d'aigua per sintetitzar la nova molècula, es «deshidrata»). El producte resultant d'aquesta unió s'anomena disacàrid. De la unió successiva de monosacàrids (amilosa) o disacàrids (àcid hialurònic) es formen unes macromolècules que reben el nom de polisacàrids. Tots els sucres són glúcids, però no tots els glúcids són sucres. Hi ha més glúcids a la Terra que qualsevol altre tipus de biomolècula coneguda; serveixen per emmagatzemar energia i informació genètica (la ribosa i el seu derivat, la desoxiribosa formen part dels nucleòtids de l'ARN i l'ADN, respectivament, i també tenen un paper important en la interacció i comunicació entre cèl·lules.
Monosacàrids
miniatura|Glucosa Com ja s'ha comentat, el tipus més simple de glúcids són els monosacàrids, formats essencialment per carboni, hidrogen i oxigen, majoritàriament en una ràtio d'1:2:1 (la fórmula general és CnH2nOn, on n com a mínim és 3). Exemples d'aquests monosacàrids són la glucosa (C₆H₁₂O₆), el glúcid més important; o la fructosa (C₆H₁₂O₆), el sucre que dona el gust dolç a les fruites. Aquesta fórmula general, però, només és vàlida en els monosacàrids, ja que després d'unir-se per sintetitzar disacàrids o polisacàrids, les proporcions d'hidrogen i oxigen canvien. Els monosacàrids es classifiquen en aldoses (amb un grup aldehid al final de la cadena, com per exemple la glucosa) i en cetoses (amb un grup ceto a la cadena, com per exemple la fructosa). Tant les aldoses com les cetoses es troben en un equilibri entre les formes de cadena oberta i (a partir d'una longitud de cadena de quatre carbonis) les formes cícliques. Les formes ciclitzades es generen per la formació d'un enllaç entre un dels grups hidroxils de la cadena del sucre amb el carboni del grup aldehid o ceto per formar un enllaç hemiacetàlic. Això forma anells saturats heterocíclics pentagonals o hexagonals (furanoses i piranoses, respectivament), que contenen un oxigen com a heteroàtom.
Disacàrids
miniatura|La sacarosa: és el sucre de taula normal i corrent, i probablement és el glúcid més familiar.