初中生命科學論文(2)
初中生命科學論文篇二
有機化學與生命科學的關(guān)系
摘 要：有機化學在生命科學發(fā)展中起著理論基礎(chǔ)，研究工具，闡明本質(zhì)的重要作用，它們有著密切的關(guān)系。本文從有機化學的發(fā)展與生命科學，有機化學的主要研究成果與生命科學，有機化學研究的任務與生命科學，三個方面說明有機化學課程與生命科學中的關(guān)系。
關(guān)鍵詞：有機化學;生命科學;關(guān)系
有機化學是生命科學的基礎(chǔ)，有機化合物是構(gòu)成生物體的主要物質(zhì)，生物體中各種有機化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及它們在生物體內(nèi)的的合成、分解、轉(zhuǎn)化、代謝無不以有機化學為基礎(chǔ)。有機化學產(chǎn)品正越來越多地應用于農(nóng)業(yè)。如農(nóng)藥(殺蟲劑、殺菌劑、除草劑)、植物生長調(diào)節(jié)劑、化肥、農(nóng)膜等保證了農(nóng)業(yè)生產(chǎn);獸醫(yī)藥、飼料添加劑促進了畜牧業(yè)生產(chǎn)。要正確地使用，必須了解這些有機化合物的組成、性質(zhì)和生理功能。但是，目前有些學校的生命科學專業(yè)越來約忽視有機化學課程，課時越來越少，這樣對學生的進一步學習不利，比如生物化學、分子生物學等后續(xù)課程的學習。本文將從有機化學的發(fā)展與生命科學，有機化學的主要研究成果與生命科學，有機化學研究的任務與生命科學，三個方面說明有機化學課程與生命科學中的關(guān)系。希望能引起從事生命科學專業(yè)人對有機化學的重視。
1. 有機化學的發(fā)展與生命科學有密切的關(guān)系
有機化學就其最初的意義而言，是生物物質(zhì)的化學。1807年，J. F. Yon Berzilius首先把從活細胞中獲得的化合物命名為有機化合物。那時人們對生命現(xiàn)象的本質(zhì)還沒有認識，因而便賦予有機化合物一種神秘的色彩，許多化學家認為有機物是不可能用人工的方法合成的，它們是“生命力”所創(chuàng)造的。但是1828年，F(xiàn). Wohler從無機物氰酸銨制得了尿素，否定了關(guān)于“生命力”的假說，可以說是化學家第一次干預了生命科學。
隨后有機化學的發(fā)展主要集中在有機物的結(jié)構(gòu)研究和合成方法上，較少關(guān)心它們的生物功能。盡管如此，許多化學家的研究成果還是成為了生命科學發(fā)展過程的里程碑。比如，19世紀中葉，I. Pasteur關(guān)于左旋和右旋酒石酸經(jīng)典式的研究，導致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面體構(gòu)型學說的建立，它是生命分子結(jié)構(gòu)不對稱性的基礎(chǔ)。E. Fischer對碳水化合物立體化學和肽合成化學的貢獻是這兩大類重要的生命分子化學的奠基石。20世紀50年代，A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)的化學結(jié)構(gòu)，為Vatson-Crick DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出鋪平了道路。60年代H. G. Khorana開創(chuàng)的磷酸二酯法合成寡核苷酸，不但證明了DNA上每三個堿基組成一個三聯(lián)體密碼子編碼一個氨基酸從而提出了一套遺傳密碼，而且也開始了人工合成DNA的研究。化學家也將用化學小分子和化學工具研究生命體系。1985年H. Smith和K. Mullis發(fā)明了聚合酶鏈式反應(PCR)從而使分子生物學在技術(shù)上有了一個突破和飛躍。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然產(chǎn)物FK506時發(fā)現(xiàn)FK506的結(jié)合蛋白FKBP12。1991年他們又利用小分子探針FK506和Cyclosporin發(fā)現(xiàn)他們可以抑制磷酸化酶神經(jīng)組蛋白Calcineuin的活性。同時發(fā)現(xiàn)了可以生成FKBP-12-FK506神經(jīng)組蛋白復合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的復合物。這些小分子同時與兩個蛋白結(jié)合，而表現(xiàn)出的生物活性也是細胞內(nèi)信號傳導通路的分子基礎(chǔ)。1992年，SchrEIber在美國《化學與工程新聞》發(fā)表了題為“用有機化學的原理探索細胞學”的論文，確信生命的過程就是生物體中化學變化過程[1-3]。
總之，有機化學理論上和實踐上的成就為現(xiàn)代生物學的誕生和發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。價鍵理論、構(gòu)象學說、反應機理等成為解釋生化反應的有力手段，蛋白質(zhì)和核酸的組成和結(jié)構(gòu)研究，順序測定方法的建立，合成方法的創(chuàng)建，酶催化機制的研究，模擬酶的合成的化學模型的建立，小分子探針技術(shù)，單分子激發(fā)的技術(shù)，單分子操作的技術(shù)等重大成就，為現(xiàn)代生物學及生物技術(shù)開辟了道路。有機化學與生物問題的密切結(jié)合是推動生命科學發(fā)展的有力柱，也將人們對生命過程的了解提高到一個新的層次[4, 5]。
2. 一百多年來，有機化學的最高科學成果—— 諾貝爾化學獎綜覽
1901-2010年共110年，除去8年未授獎外，共授化學獎102項，其中有機化學方面得化學獎65項，占整個化學獎的63.7%。碳水化合物、光合作用得研究共8項;蛋白質(zhì)、酶和核酸方面得研究共18項;甾族化合物、維生素和生物堿方面研究共8項;其它方面共31項。其中與生物相關(guān)的占34項。占有機化學的52.3%。由此可以看出有機化學與生命科學有著密不可分的關(guān)系。
3. 有機化學研究的任務與生命科學的關(guān)系
有機化學研究的主要任務是分離提純、物理有機化學、合成。分離提純即分離、提取自然界存在的各種有機物，測定它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以便加以利用。物理有機化學是研究有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系、反應經(jīng)歷的途徑、影響反應的因素等，以便控制反應向我們需要的方向進行。合成是在確定了分子結(jié)構(gòu)并對許多有機化合物的反應有相當了解的基礎(chǔ)上，以由石油或煤焦油中取得的許多簡單有機物為原料，通過各種反應，合成我們所需要的自然界存在的，或者自然界不存在的全新的有機物[6]。
3.1 有機化合物的分離提純與生命科學
有機化學的分離提純與生命科學的關(guān)系主要體現(xiàn)在兩個方面，一是天然有機化學，二是分離與分析。
天然有機化學是研究動植物(包括海洋、陸地和微生物的次級代謝產(chǎn)物)及生物體內(nèi)源性生理活性物質(zhì)的有機化學。目的是希望發(fā)掘有生理活性的天然化合物，作為發(fā)展新藥先導化合物，或者直接用于臨床或為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。天然有機化學的發(fā)展與國民經(jīng)濟有密切的聯(lián)帶關(guān)系，對于開發(fā)新型藥物、新型農(nóng)藥至關(guān)重要。我國自然資源非常豐富，又有幾千年傳統(tǒng)防治疾病的經(jīng)驗積累，在我國大力發(fā)展天然有機化學的研究有著非?，F(xiàn)實的意義。對內(nèi)源性生理活性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及其生理活性研究，又開辟了天然有機化學研究的新領(lǐng)域。充分利用開發(fā)我國動植物資源包括海洋生物資源，努力開拓新的生理活性物質(zhì)，為國民經(jīng)濟服務是天然有機化學的重要任務。
分離提純和分析的緊密結(jié)合是有機分析的一大特點。在生命科學中也涉及到復雜系統(tǒng)的痕量或微量的有機物分離分析問題，比如生物活性物質(zhì)的提取和分析等。氣相色譜的發(fā)展是高效分離的突破口，而高效氣相色譜和高效液相色譜是現(xiàn)代分離技術(shù)的基礎(chǔ)。在氣相色譜中新型高選擇性的耐高溫固定相(如手性固定相和異構(gòu)體選擇性分離的固定相)仍是比較活躍的研究領(lǐng)域。液相色譜中選擇性色譜柱和選擇性流動相
的應用發(fā)展是今后若干年中的主攻方面。細徑柱的合理開發(fā)，多維色譜以及以色譜為主的系統(tǒng)分析網(wǎng)絡將使復雜系統(tǒng)有機痕量物質(zhì)的分離和分析躍上新的臺階。超臨界流體色譜，包括毛細管柱超臨界流體色譜是正在發(fā)展中的新技術(shù)。毛細管電泳是生命科學日益發(fā)展的情況下產(chǎn)生的新型的高效技術(shù)，在蛋白質(zhì)和核酸的分離方面已顯出極大的威力，是有很強發(fā)展活力的新領(lǐng)域。核磁共振波譜技術(shù)在譜儀性能和測量方法上有了巨大的進步，其中二維方法的發(fā)展已成為解決結(jié)構(gòu)問題最主要的物理方法。NMR今后的發(fā)展趨勢是如何得到更多的相關(guān)信息、簡化圖譜、提高檢測靈敏度和發(fā)展三維核磁共振技術(shù)。質(zhì)譜技術(shù)最突出的進步是新的解析電離技術(shù)的發(fā)展。隨著接口技術(shù)的進步，聯(lián)用技術(shù)的應用面更擴大，效果更為提高。這將使質(zhì)譜成為生命科學中的一個嶄新的研究手段。
3.2 物理有機化學與生命科學
物理有機化學主要是通過現(xiàn)代物理實驗方法與理論計算方法研究有機分子結(jié)構(gòu)及其物理、化學性能之間的關(guān)系，闡明有機化學的反應機理。生命科學中的物理有機化學研究，包括主——客體化學中的模擬酶催化反應，主體分子提供的微環(huán)境可控制反應，主體分子對客體分子的識別作用以及疏水親脂作用等都是具有重要理論意義的研究領(lǐng)域。量子有機化學由靜態(tài)向動態(tài)方向的發(fā)展是當前物理有機化學的重要組成，分子力學方法在有機分子結(jié)構(gòu)與構(gòu)象的研究方面有著非常樂觀的發(fā)展前景。我國化學家蔣錫夔院士等發(fā)表了題為“物理有機化學前沿領(lǐng)域兩個重要方面——有機分子簇集和自由基化學的研究”的論文，提出了可用物理有機化學方法解決生命科學的難題。
3.3 有機合成與生命科學
有機合成也與生命科學有著密切的關(guān)系。在與生命科學的聯(lián)系中，金屬有機化學和元素有機化學是最為活躍的領(lǐng)域之一。比如，有機磷化合物在農(nóng)藥、醫(yī)藥、萃取劑等方面以及有機合成化學中都有重要的應用。開展有生物活性的有機磷化合物的研究，在生命科學研究中也具有極為重要的意義。近年生物有機硅化合物以及有機硅化合物在有機合成中的應用有新的迅速發(fā)展。在基礎(chǔ)和應用基礎(chǔ)研究方面，硅烯、硅賓、硅的3d空軌道化學和多硅烷的研究是當今有機硅化學重要研究課題。有機硅化合物在有機合成中特別在天然有機物的合成中占有重要的地位。
無論從有機化學的發(fā)展、有機化學的研究成果和有機化學研究的任務來看，有機化學課程在生命科學中都起著理論基礎(chǔ)，研究工具，闡明本質(zhì)的重要作用。因此在生命科學中要加強有機化學的學習。
[參考文獻]
[1]SchrEiber SL. Using the principle of organic chemistry ti explore cell bidogy.C&E New，1992，70：22~ 32.
[2]周曉俊，吳暉. 有機化學與生命科學. 云南師范大學學報，1998，18(1)：93-96.
[3]張禮和. 從生物有機化學到化學生物學. 化學進展，2004，16(2)：313-318.
[4]朱光美，杜燦屏. 試談生物有機化學研究的現(xiàn)狀與展望. 大學化學，1994.9(4)：6-8.
[5]吳毓林，陳耀疊. 探索有機體的奧秘—談世紀交替時代的有機化學. 中國科學院院刊，1995，10(10)：215-219.
[6]汪小蘭，有機化學(第四版)，高等教育出版社，2005，1-2.
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