第一篇：化學(xué)在生命科學(xué)的作用

化學(xué)在生命科學(xué)的作用

摘要：21世紀(jì)是生物科學(xué)高速發(fā)展的時代。同時，生物技術(shù)的創(chuàng)新使人類活動發(fā)生了巨大的變化，尤其是給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了重大的革新，這些變化都離不開生物化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。

本文主要介紹了化學(xué)的研究對象和在生物科學(xué)中的作用以及對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用。

正文：人類自誕生以來，就生活在變化無窮的自然界中。自然界的變化產(chǎn)生了各種各樣的自然現(xiàn)象，當(dāng)然也包括一些化學(xué)現(xiàn)象?；瘜W(xué)的歷史如同一幅綿長的畫卷，這幅畫卷內(nèi)容豐富，記載了千千萬萬?；瘜W(xué)在各個領(lǐng)域都有涉及，它的作用更是為其他領(lǐng)域起到了促進(jìn)發(fā)展的作用，化學(xué)在生命科學(xué)中更是有舉足輕重的作用。生物化學(xué)是研究物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)，性質(zhì)，以及變化規(guī)律的科學(xué)，它是一門富有活力的學(xué)科，其分支有無機(jī)分析化學(xué)，生物化學(xué)，有機(jī)化學(xué)，熱化學(xué)等等。其中生物化學(xué)與生命科學(xué)更是息息相關(guān)。生物化學(xué)是研究細(xì)胞中生物分子運(yùn)動的化學(xué)本質(zhì)，是研究活細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)的化學(xué)組成及其分解與合成的普遍規(guī)律。生物科學(xué)的創(chuàng)立是與人們對生命本質(zhì)的認(rèn)識不斷深化的過程緊密相關(guān)，尤其是自然科學(xué)，總是依托與人們的認(rèn)知程度及社會生產(chǎn)力的發(fā)展水平。19世紀(jì)末，由德國學(xué)家buchner兄弟對磨碎酵母細(xì)胞的無細(xì)胞提取液加到蔗糖溶液中引起發(fā)酵的偶然發(fā)現(xiàn)，改變了世界著名化學(xué)家Libig認(rèn)為酵母發(fā)酵成為酒精屬于有機(jī)化學(xué)的經(jīng)典觀點，從而結(jié)束了啟蒙時代對酵母發(fā)酵機(jī)制的研究論戰(zhàn)，而

成為生物化學(xué)創(chuàng)立的奠基人；summer對伴刀豆中脲酶的分離結(jié)

晶則拉開了生化制品開發(fā)利用的序幕，使之有可能成為一個產(chǎn)

業(yè)。經(jīng)過幾代科學(xué)家的不懈努力，生物及化學(xué)的巧妙配合在推動

科學(xué)與社會的發(fā)展中越來越占有重要地位，其影響力大大超過為

生物發(fā)酵，涉及的面越來越廣，覆蓋著醫(yī)藥，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防

建設(shè)，材料科學(xué)，海洋技術(shù)及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。

生物化學(xué)是從分子水平來探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)，故又稱生命的化學(xué)，生物化學(xué)既是重要的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科，又與其他基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科有著廣泛的聯(lián)系與交叉。這些學(xué)科的研究也都深入到分子水平，并常需應(yīng)用生物化學(xué)的理論和技術(shù)去解決各自學(xué)科的問題。由此產(chǎn)生以“分子”二字冠于學(xué)科之前的許多新學(xué)科，如分子病理學(xué)，分子藥理學(xué)，分子免疫學(xué)，分子遺傳學(xué)等等，故當(dāng)今生物化學(xué)已成為生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿學(xué)科。生物化學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科，它既有悠久的發(fā)展歷史，又有近代許多重大的發(fā)展和突破。生物化學(xué)的發(fā)展，在我國可追溯到公元前21世紀(jì)，而在歐洲約為200年前。但直到20世紀(jì)初才引進(jìn)“生物化學(xué)”這個名稱而成為一門獨立的學(xué)科。生物化學(xué)的研究對象及范圍涉及整個生物界，依據(jù)研究對象的不同，可分為微生物生化，植物生化，動物生化和人體生化（醫(yī)學(xué)生化）等。人體生物化學(xué)的研究內(nèi)容十分廣泛，具體可分為：人體的物質(zhì)組成，生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)，基因信息傳遞及調(diào)控。

化學(xué)如今已成為一個龐大的學(xué)科群，并交叉和滲透到各個學(xué)科領(lǐng)域，毫無疑問，化學(xué)的確是聯(lián)系各個學(xué)科的一門中心學(xué)科。在生物科學(xué)中，化學(xué)與生物學(xué)共同研究生命體系的物質(zhì)組成，存在形式及生命過程中化學(xué)變

化，例如人體遺傳物質(zhì)的作用，人類基因，酶結(jié)構(gòu)與催化功能腦科學(xué)，模擬生命過程以及生命體系的合成等。已形成了生物化學(xué)，藥物化學(xué)，生物無機(jī)化學(xué)，生物有機(jī)化學(xué)，分子生物化學(xué)，化學(xué)生物學(xué)，量子生物學(xué)等多門交叉學(xué)科。哈佛大學(xué)教授曾預(yù)言：“21世紀(jì)，化學(xué)將涵蓋醫(yī)學(xué)與化學(xué)之間的任一事情?！?/p>

據(jù)報道人類生命的期望值也從1900的45歲上升到2000年的73歲，其中化學(xué)制造的藥物起了重要作用。藥物化學(xué)將合成出可治愈各種疑難雜癥以及不治之癥如癌癥，艾滋病等的新藥物，合成出可大大延長人類生命的“靈丹妙藥”，制備出可進(jìn)入人體治療各種疾病的分子機(jī)器人，預(yù)計本世紀(jì)末人類的平均壽命有可能達(dá)到100歲以上。日本人的壽命每過10年增加2.5歲，現(xiàn)在的平均壽命已超過80歲。

2002年在北京舉行的第二屆全國生物化學(xué)學(xué)術(shù)會議上，學(xué)術(shù)委員主席，國家自然科學(xué)基金委員會化學(xué)部主任張禮和院士說，他相信化學(xué)生物學(xué)是一片充滿機(jī)遇的科學(xué)研究處女地。作為今年來涌現(xiàn)的新學(xué)科，化學(xué)生物學(xué)融合了化學(xué)，生物學(xué)，物理學(xué)，信息科學(xué)等多個相關(guān)學(xué)科的理論，技術(shù)和研究方法，跳出了傳統(tǒng)的思路和方法，從更深的層面去研究生命過程。雖然目前還沒有一個公認(rèn)的化學(xué)生物學(xué)的定義和研究范圍，但從分子的基礎(chǔ)去研究和了解大分子之間的相互作用，以及這些作用對生命體系的調(diào)節(jié)，控制都是很多研究的共同點。上一世紀(jì)70年代化學(xué)家就曾用化學(xué)的方法去研究生命體系中的一些化學(xué)反應(yīng)如細(xì)胞過程等，從而發(fā)展出生物有機(jī)化學(xué)，生物無機(jī)化學(xué)，生物分析等一些以生命體系為研究對象的化學(xué)分支科學(xué)。到了90年代，以基因重組技術(shù)為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)，結(jié)構(gòu)生物

學(xué)的發(fā)展，人類基因組計劃框架圖譜的完成，功能基因?qū)W的實施，對化學(xué)產(chǎn)生了很大的影響，化學(xué)生物學(xué)，化學(xué)基因組學(xué)相繼出現(xiàn)。化學(xué)家相信如果人類有3.5萬個基因相互作用控制了生命過程，那么一定會發(fā)現(xiàn)至少3.5萬個可控制這些基因的化學(xué)分子，也會帶來至少3.5萬個諸如這些小分子如何調(diào)節(jié)基因的問題張禮和說，化學(xué)融入到生物學(xué)的研究領(lǐng)域為生物學(xué)帶來了快速的發(fā)展。Watson-CrickDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的確定，以及Khorona對寡核甘酸合成的貢獻(xiàn)都直接對動了近代生物學(xué)的發(fā)展，他們的成就被載入史冊。隨著科學(xué)的發(fā)展，學(xué)科的交叉和融合越來越受到重視。1986年Tom Kaiser等人組織了第一屆國際生物有機(jī)學(xué)學(xué)術(shù)討論會。2001年IUPAC將下屬第三分部改為有機(jī)和生物分組化學(xué)，突出了生物分子的化學(xué)研究。我國北京大學(xué)唐有棋院士和中國科學(xué)院上海有機(jī)所的惠永正教授在80年代初提出要研究“生命過程中的化學(xué)問題”，并組織了“攀登計劃”研究，之后中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京大學(xué)等研究所和高校也成立了化學(xué)生物研究中心或化學(xué)生物系，化學(xué)生物系開始成為21世紀(jì)一個重要的化學(xué)研究領(lǐng)域。

生物與化學(xué)的配合是各行各業(yè)得到了發(fā)展，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，運(yùn)用生物化學(xué)原理可以闡明糧食和經(jīng)濟(jì)作物在不同環(huán)境中的新陳代謝變化的規(guī)律，使人們了解關(guān)心的產(chǎn)物成分積累的途徑和控制方式，一邊設(shè)計合理的栽培措施和為作物創(chuàng)造適宜的條件，使人們獲取優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)作物產(chǎn)品；可利用限制性內(nèi)切酶消化并進(jìn)行電泳分析，根據(jù)不同品種具有獨特電泳普帶的原理，鑒別品種的差異和種子的純度，改變過去鑒定作物品種要將種子在田間分別播種，張承志朱厚熜形態(tài)上進(jìn)行比較，克服傳統(tǒng)方法時間長、人力和土地消耗多的缺點。土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)的深入研究，以來與生物化學(xué)的基礎(chǔ)知識。職務(wù)的抗旱、抗旱、抗鹽、以及抗病性的研究都離不開生物化學(xué)，生物化學(xué)的理論是病蟲害防治和植物保護(hù)的理論基礎(chǔ)。

生物與化學(xué)原理和技術(shù)促進(jìn)輕工產(chǎn)品，生物藥物的研究、開發(fā)與生產(chǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)上，如食品、發(fā)酵、制藥、生物制品及皮革生產(chǎn)等都需要廣泛應(yīng)用生物化學(xué)的理論及技術(shù)。尤其是在發(fā)酵工業(yè)中，人們一方面根據(jù)微生物合成某種產(chǎn)物的代謝規(guī)律，也別是他的代謝調(diào)節(jié)規(guī)律，通過控制反應(yīng)條件，或者利用基因工程菌種以突破其限制歩驟的調(diào)控，大量生產(chǎn)所需的生物制品；另一方面發(fā)酵產(chǎn)物的分離提純必須利用生物化學(xué)基本理論和技術(shù)手段?，F(xiàn)代生物化學(xué)工程技術(shù)已通過發(fā)酵成功的工產(chǎn)化生產(chǎn)維生素C，氨基酸、酶制劑、胰島素、透明質(zhì)酸、紫杉醇等生化產(chǎn)品。而生產(chǎn)出的酶制劑又有相當(dāng)部分應(yīng)用與醫(yī)藥行業(yè)和輕工業(yè)產(chǎn)品的加工，向市場提供安全、高效、低毒的輕工醫(yī)藥產(chǎn)品。

化學(xué)原理和技術(shù)的融合有理由推動我國農(nóng)副產(chǎn)品的加工產(chǎn)業(yè)。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值40%。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量每年以4%的幅度增長，而農(nóng)產(chǎn)品加工附加值卻很小，德國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值與附加值之比為1：2.3，美國為1:1.8、日本為1:2.2，而我國僅為1:0.5，與發(fā)達(dá)國家相差較大。大量農(nóng)產(chǎn)品只作為廉價原料提供給國外，然后再買回別人高附加值的產(chǎn)品。應(yīng)用生物化學(xué)方法可以從動物鼻骨、喉骨等組織中提取硫酸軟骨素，從陸生動物和海洋甲殼類動物以及各種稀有植物中提取有效生化成分，加工各種保健品、化妝品和醫(yī)藥品以及食品添加劑。例如，動物軟骨原料價格為0.2/kg，而提取出來的活性物質(zhì)為120元/kg。

20世紀(jì)后半葉，在所有科學(xué)探索中，生物學(xué)的發(fā)展是最為迅速的，尤其是生物化學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，使整個生命科學(xué)進(jìn)入分子時代，開創(chuàng)了從分子水平闡明生命起源的新紀(jì)元。如果說19世紀(jì)中期細(xì)胞學(xué)說的建立從細(xì)胞水平證明了生物界的統(tǒng)一性，那么，生物化學(xué)與分子生物學(xué)則從分子水平上揭示了生命世界的基本結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)生命活動的高度一致性。未來化學(xué)的研究，將會是世界研究領(lǐng)路中最活躍的一部分。也將是生命科學(xué)中最重要的一部分。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：化學(xué)在生命科學(xué)中的作用

化學(xué)在生命科學(xué)中的作用

摘要：化學(xué)貫穿于人類活動與環(huán)境的相互作用之中，與能源、材料、環(huán)境、生命和人類生活緊密相連。生命過程中的大量化學(xué)問題亟待化學(xué)知識的協(xié)助和解決。本文對化學(xué)在生命科學(xué)中起到的至關(guān)重要的作用進(jìn)行了初步的探索，并從能源、材料、環(huán)境、生命和人類生活等方面進(jìn)行了全面的討論，闡述了化學(xué)與生命科學(xué)的密切結(jié)合將促進(jìn)和推動化學(xué)和生命科學(xué)的共同發(fā)展。正文：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，化學(xué)與生命科學(xué)之間的聯(lián)系日趨緊密，產(chǎn)生了許多分支學(xué)科，化學(xué)在生命科學(xué)中也越來越重要。

一些著名的科學(xué)家在論述今后發(fā)展的趨勢時，提出了“化學(xué)是中心科學(xué)”的論點?；瘜W(xué)是在分子水平上研究物質(zhì)世界的科學(xué)，說它是中心科學(xué)，是因為它聯(lián)系著物理學(xué)和生物學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)和醫(yī)學(xué)，它是所有處理化學(xué)變化的科學(xué)的基礎(chǔ)。

而生物學(xué)在20世紀(jì)取得了巨大的進(jìn)展，以基因重組技術(shù)為代表的一批新成果標(biāo)志著生命科學(xué)研究進(jìn)入了一個嶄新的時代，人們不但可以從分子水平了解生命現(xiàn)象的本質(zhì)，而且可以從更新的高度去揭示生命的奧秘。生命科學(xué)的研究從宏觀向微觀發(fā)展，從最簡單的體系去了解基本規(guī)律，從最復(fù)雜的體系去探索相互關(guān)系。在這一切的背后，化學(xué)扮演著重要的角色?？梢哉f，化學(xué)為生命科學(xué)提供了一種可以精確描述生命過程的化學(xué)語言，從而使生物學(xué)從描述性科學(xué)成為精確的定量科學(xué)，使生物學(xué)能利用生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)闡述生命過程的種種現(xiàn)象。由于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了許多新的威脅人類生存的重要問題，如能源、資源、環(huán)境、糧食與農(nóng)業(yè)、人口與健康、等。這些問題很大程度上要依靠生命科學(xué)和化學(xué)技術(shù)的融合。

第一，化學(xué)與能源。近年來，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人口的日趨增長，使得人們對能源的需求越來越大。目前以石油, 煤為代表的化石燃料仍然是能源的主要來源。一方面，化石燃料的使用帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，大量的CO2, SO2, NOx氣體以及其他污染物，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)的產(chǎn)生和酸雨的形成。另一方面，由于化石燃料的不可再生性和有限的儲量,日益增長的能源需求帶來了嚴(yán)重的能源危機(jī)?；谝陨纤霏h(huán)境污染和能源短缺的雙重危機(jī)，發(fā)展清潔的，可再生的新能

源的要求越來越迫切。太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)、地?zé)崮?、潮汐能，具有豐富、清潔、可再生的優(yōu)點，今年來受到了國際社會的廣泛關(guān)注。尤其以太陽能、風(fēng)能以及生物質(zhì)能，更被視為未來能源的主力軍。然而，這些可再生資源具有間歇性、地域特性，并且不易儲存和運(yùn)輸?shù)奶攸c。氫，以其清潔無污染、高效、可儲存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點，被視為最理想的能源載體。目前各國都投入了大量的研究經(jīng)費(fèi)用于發(fā)展氫能源系統(tǒng)。而在這一系列新能源的開發(fā)和利用中，化學(xué)的作用是顯而易見的。

第二，化學(xué)與材料。經(jīng)典化學(xué)分析根據(jù)各種元素及其化合物的獨特化學(xué)性質(zhì)，利用與之有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，對物質(zhì)進(jìn)行定性或定量分析。同時，利用化學(xué)工程，也能提取和制造眾多材料。

酚醛樹酯的合成，開辟了高分子科學(xué)領(lǐng)域。20世紀(jì)30年代聚酰胺纖維的合成，使高分子的概念得到廣泛的確認(rèn)。后來，高分子的合成、結(jié)構(gòu)和性能研究、應(yīng)用三方面保持互相配合和促進(jìn)，使高分子化學(xué)得以迅速發(fā)展。各種高分子材料合成和應(yīng)用，為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事技術(shù)，以及人們衣食住行各方面，提供了多種性能優(yōu)異而成本較低的重要材料，成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要標(biāo)志。

自19世紀(jì)Fischer開創(chuàng)不對稱合成反應(yīng)研究領(lǐng)域以來，材料化學(xué)的不對稱反應(yīng)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。其間可分為四個階段： 手性源的不對稱反應(yīng)、手性助劑的不對稱反應(yīng)、手性試劑的不對稱反應(yīng)、不對稱催化反應(yīng)。傳統(tǒng)的不對稱合成是在對稱的起始反應(yīng)物中引入不對稱因素或與非對稱試劑反應(yīng)，這需要消耗化學(xué)計量的手性輔助試劑。不對稱催化合成一般指利用合理設(shè)計的手性金屬配合物(催化劑量)或生物酶作為手性模板控制反應(yīng)物的對映面，將大量前手性底物選擇性地轉(zhuǎn)化成特定構(gòu)型的產(chǎn)物，實現(xiàn)手性放大和手性增殖。簡單地說，就是通過使用催化劑量級的手性原始物質(zhì)來立體選擇性地生產(chǎn)大量手性特征的產(chǎn)物。它的反應(yīng)條件溫和，立體選擇性好，(R)異構(gòu)體或(S)異構(gòu)體同樣易于生產(chǎn)，且潛手性底物來源廣泛，對于生產(chǎn)大量手性化合物來講是最經(jīng)濟(jì)和最實用的技術(shù)。因此，不對稱催化反應(yīng)(包括化學(xué)催化和生物催化反應(yīng))已為全世界有機(jī)化學(xué)家所高度重視。

這些化學(xué)反應(yīng)為現(xiàn)代物質(zhì)文明提供了重要的原材料，并將開發(fā)出更多更加先

進(jìn)，更加實用的新型材料。

第三，化學(xué)與環(huán)境。由于人們對工業(yè)高度發(fā)達(dá)的負(fù)面影響預(yù)料不夠,預(yù)防不利，導(dǎo)致了全球性的三大危機(jī):資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞.人類不斷的向環(huán)境排放污染物質(zhì)。但由于大氣、水、土壤等的擴(kuò)散、稀釋、氧化還原、生物降解等的作用。污染物質(zhì)的濃度和毒性會自然降低，這種現(xiàn)象叫做環(huán)境自凈。如果排放的物質(zhì)超過了環(huán)境的自凈能力，環(huán)境質(zhì)量就會發(fā)生不良變化，危害人類健康和生存，這就發(fā)生了環(huán)境污染。

例如大氣污染中，火山爆發(fā)噴出大量之硫化物及懸浮固體物，自然水域表面釋放之硫化氫，動植物分解產(chǎn)生有機(jī)酸，土壤微生物及海藻釋放之硫化氫、二甲基硫及氮化物等，都會使雨水之pH值降至5.0左右;后者則為工業(yè)化后，燃料之大量使用，燃燒過程中產(chǎn)生一氧化碳、氯化氫、二氧化硫、氮氧化物及有機(jī)酸及懸浮固體物，排放至大氣環(huán)境中，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成硫酸、硝酸等酸性物質(zhì)使得雨水之pH值降低，形成酸雨。溫室效應(yīng)是由于大氣里溫室氣體（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的。

在對流層相當(dāng)穩(wěn)定的氟利昂，在上升進(jìn)入平流層后，在一定的氣象條件下，會在強(qiáng)烈紫外線的作用下被分解，分解釋放出的氯原子同臭氧會發(fā)生連鎖反應(yīng)，不斷破壞臭氧分子，從而形成臭氧層空洞。

含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的大氣，在陽光的照射下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生二次污染物，這種由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象，稱為光化學(xué)煙霧。

這些環(huán)境問題都于化學(xué)息息相關(guān)，要想改善環(huán)境，就要合理利用化學(xué)。第四，化學(xué)與生命。糖類：糖是自然界存在的一大類具有生物功能的有機(jī)化合物。它主要是綠色植物光合作用形成的。包括多糖、淀粉、糖原、纖維素。

蛋白質(zhì)、氨基酸：蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)里最復(fù)雜多變的一類大分子，它存在于一切活細(xì)胞中。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸是α-氨基酸，為方便起見，簡稱氨基酸。它們是α-碳[羧基(—COOH)旁邊的碳]上有一個氨基(—NH2)的有機(jī)酸。

蛋白質(zhì)分子是由一條或多條多肽鏈構(gòu)成的生物大分子。蛋白質(zhì)的種類很多，以前認(rèn)為蛋白質(zhì)都是天然的，但現(xiàn)在差不多任何順序的肽鏈都能合成，包括自然界里沒有的。所以種類是無限的，其中有的已知有生物功能和活性。

酶：科學(xué)實驗證明了酶的化學(xué)組成同蛋白質(zhì)一樣，也是由氨基酸組成的，它們都具有蛋白質(zhì)的化學(xué)本性。至今，人們已鑒定出2000種以上的酶，其中有200多種已得到了結(jié)晶。酶是一類由生物細(xì)胞產(chǎn)生的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。

核酸：核酸是一類多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸。

核酸中的堿基分兩大類：嘌呤堿與嘧啶堿。核酸中的戊糖有兩類：D-核糖和D-2-脫氧核糖。核酸的分類就是根據(jù)核酸中所含戊糖種類不同而分為核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)兩大類。

這五種物質(zhì)是構(gòu)成生命的基本營養(yǎng)物質(zhì)，因為生命本身就是由化學(xué)物質(zhì)組成的，沒有化學(xué)物質(zhì)就沒有生命。

第五，化學(xué)與人類生活。隨著生活水平的提高，人們越來越追求健康、高品位的生活，化學(xué)與生活的聯(lián)系也日趨密切。化學(xué)是一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，它是人類認(rèn)識世界、改造世界的銳利武器。只要你留心觀察、用心思考，就會發(fā)現(xiàn)生活中的化學(xué)知識到處可見。人類的生活離不開衣、食、住、行，而衣、食、住、行又離不開物質(zhì)。在這些物質(zhì)中，有的是天然存在的，比如我們喝的水、呼吸的空氣；有的是有天然物質(zhì)改造而成的，如我們吃的醬油、喝的酒，是由糧食加工和經(jīng)過化學(xué)處理得到的。更多的物質(zhì)不是天然生成的，而是由化學(xué)方法由人工合成的，如化肥、農(nóng)藥、塑料、合成橡膠、合成纖維等。他們形形色色、無所不在，使人類社會的物質(zhì)生活更加豐富多彩。放眼四顧，我們都會看到各種各樣的化學(xué)變化、五光十色的化學(xué)現(xiàn)象。

具體說來，化學(xué)對生命科學(xué)的深刻影響反映在與其關(guān)系比較密切的細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等領(lǐng)域。通過對生物高分子結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行的深入研究，揭示了生物體物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、激素作用、免疫和細(xì)胞間通訊等許多奧秘，使人們對生命本質(zhì)的認(rèn)識躍進(jìn)到一個嶄新的階段。

進(jìn)入分子水平以來，生命科學(xué)在近幾年來發(fā)展迅速。有人認(rèn)為，二十一世紀(jì)是生物學(xué)世紀(jì)。生命科學(xué)中很多分支學(xué)科都已成為分子學(xué)科。作為一個傳統(tǒng)的分子學(xué)科，化學(xué)仍將大力參與生命科學(xué)的發(fā)展并將生機(jī)勃勃地繼續(xù)發(fā)揮其重要作用。這也是為了化學(xué)本身發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)：

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第三篇：化學(xué)與生命科學(xué)

淺談結(jié)構(gòu)化學(xué)與生命科學(xué)

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)化學(xué)；生命科學(xué)；研究方法

前言

毫無疑問，生命科學(xué)與化學(xué)有著密不可分的聯(lián)系，我甚至認(rèn)為生命科學(xué)就是用化學(xué)來解釋生命。然而，僅僅知道一種物質(zhì)的化學(xué)成分是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，結(jié)構(gòu)才是其功能的基礎(chǔ)。我們知道，構(gòu)成元素相同的物質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)不同，可能在功能上就相去甚遠(yuǎn)：左、右旋光物質(zhì)的不同生理作用就是一個很好的例子。但是，我們不能孤立地來闡述生命科學(xué)與結(jié)構(gòu)化學(xué)的關(guān)系，也就是說不能把生命科學(xué)看成一塊，再把結(jié)構(gòu)化學(xué)看成另一塊，然后再說明他們間千絲萬縷的聯(lián)系；我認(rèn)為，結(jié)構(gòu)化學(xué)與生命科學(xué)是揉合在一起的，很多結(jié)構(gòu)化學(xué)家在生命科學(xué)領(lǐng)域就有不凡的建樹。鮑林就是以化學(xué)向生物學(xué)滲透的先驅(qū)者，他不僅進(jìn)行了大分子研究，還對鐮刀形細(xì)胞貧血分子病和大腦化學(xué)進(jìn)行了大量的研究。然而我認(rèn)為，最能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)化學(xué)與生命科學(xué)揉合一體的歷史故事，就是鮑林與沃森和克里克關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)之爭。在這個過程中，我們無法定義他們到底是化學(xué)家還是生物學(xué)家。而且，結(jié)構(gòu)化學(xué)的知識不僅為他們建立模型提供了理論支持，而且在幫助他們判別真理與謬誤、為他們的結(jié)論提供事實支持等方面起到了至關(guān)重要的作用。從這個故事中我們不僅可以看出，解決DNA結(jié)構(gòu)這個世界性的生命科學(xué)課題，是許多化學(xué)家、物理學(xué)家、晶體學(xué)家、生化學(xué)家共同努力的結(jié)果，而且能受到許多在科學(xué)研究上的啟發(fā)。在多學(xué)科交叉滲透的今天，我們更不能僅僅只重視專業(yè)課的學(xué)習(xí)，必須同時汲取其他學(xué)科的知識，為將來的研究打下基礎(chǔ)。

在一九二四年以前，沒有一個人真正懂得DNA的重要性。但就在那一年，科學(xué)家羅伯特?福爾根發(fā)現(xiàn)了一種方法能將DNA染成淡紫色。在這種方法的幫助下，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)DNA僅存在于細(xì)胞核中。到了一九三一年，科學(xué)家喬基姆?哈默林用實驗證明了植物長成什么樣子完全取決于細(xì)胞核。隨后的一切實驗事實都表明，發(fā)出遺傳信息的正是細(xì)胞核里的DNA。

于是，在美洲和歐、亞、非三洲各試驗室里的人們都開始研究這個問題。在美國，著名的化學(xué)家萊納斯?鮑林開始了對DNA的研究。在劍橋大學(xué)的卡文迪斯實驗室里，英國人弗朗西斯?克里克和美國人詹姆斯?沃森也著手進(jìn)行對奇異的DNA結(jié)構(gòu)的探索。這是一場用結(jié)構(gòu)化學(xué)來解釋生命科學(xué)的競賽，也是“一個遠(yuǎn)方傳奇大力士被兩個無名小卒砍倒的故事”。雖然我們已經(jīng)知道了這場競賽的結(jié)果，但我認(rèn)為，這一探索的過

程更讓人留下深刻的印象。我將雙方的研究進(jìn)行了一些對比，確實從中學(xué)到了一些東西，希望和大家一起探討。

一、雙方的開端：

當(dāng)時的鮑林已經(jīng)是化學(xué)界的“權(quán)威”，他致力于蛋白質(zhì)的研究。1951年夏天，鮑林開始深入研究有關(guān)DNA的材料，并常常找人討論。他認(rèn)為，與蛋白質(zhì)相比，弄清DNA的結(jié)構(gòu)不會很難，“這算不上一個最為緊迫的問題”。DNA在重量上是染色體的一種重要成分，但蛋白質(zhì)也一樣。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，蛋白質(zhì)部分最有可能包含著遺傳的信息。相對而言，DNA似乎就比較簡單了，它很可能只是一種結(jié)構(gòu)性的成分，只是用來幫助染色體折疊和打開的。鮑林就這樣認(rèn)為。在1952年初，幾乎所有重要的遺傳學(xué)學(xué)者都持這一種觀點。我們可以看看后來鮑林自己的話：“我以前就知道DNA是一種遺傳物質(zhì)的論點，然而我沒有接受這一論點。你們知道，那時我正熱衷于蛋白質(zhì)的研究，我認(rèn)為蛋白質(zhì)最有可能是遺傳物質(zhì)，不可能是核酸 當(dāng)然，核酸也有作用。在我著述的有關(guān)核酸的文字材料中，我總會提到核蛋白的概念。當(dāng)時，我考慮得更多的是蛋白質(zhì)，而不是核酸?！彪m然如此，鮑林還是著手研究DNA的結(jié)構(gòu)。此時，他需要清晰的DNA X光照片，他曾先后寫信給相片持有者物理學(xué)家威爾金斯（英國）及其上司，但均遭拒絕。1951年11月，《美國化學(xué)學(xué)會學(xué)報》上刊登了一篇論述DNA結(jié)構(gòu)的文章。鮑林據(jù)其深厚的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)，一下子就看出這篇文章的結(jié)果是錯的；同時，此事刺激了他開始思考DNA是如何構(gòu)筑起來的問題。鮑林設(shè)想，如果堿基朝外，那么螺旋的內(nèi)核就應(yīng)當(dāng)是由磷酸堆積起來的。磷酸聚集在中間，堿基朝外，這與X射線的資料是“吻合”的。在鮑林的頭腦中，DNA結(jié)構(gòu)的問題就已經(jīng)轉(zhuǎn)化為如何將磷酸堆積在一起的問題了。我們現(xiàn)在知道，鮑林的這一開端是錯的，并最終使他敗給了沃森和克里克。另外還必須一提的是，鮑林對DNA研究總是被各種事務(wù)打斷，使他曾多次中斷自己的思路。是否是因為鮑林沒能看到威爾金斯的相片而導(dǎo)致他的失敗呢？暫且不回答這個問題，我們先來看看沃森和克里克是如何開始的。

在戰(zhàn)爭期間，克里克原來是從事武器方面研究的。后來他決定研究生物。于是他到劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)分子學(xué)。至于沃森，他本來就一直在研究DNA。他到劍橋大學(xué)是為了對此作進(jìn)一步的研究。他們都是熱心探索的人?！拔?克組合”相對于鮑林的地位可以說是“一個在天，一個在地”，他們并沒有引起人們多大的重視，也沒有引起鮑林的注意。他們就憑著一股勁和對目標(biāo)的執(zhí)著追求開始了他們的研究。還必須提到的是另外兩位對他們的成功起著至關(guān)重要的作用的人：一位是上文提到的物理學(xué)家威爾金斯，另一位是青年女晶體學(xué)家羅莎琳德?富蘭克林。他們拍出了非常漂亮的DNA X光照片，不僅啟發(fā)了沃森和克里克，而且為他們的發(fā)現(xiàn)提供了佐證。

鮑林頗為自信，感到自己有能力解開DNA之謎。唯一的問題是，會不會有人搶先取得勝果，但是，他不會把這一點真正放在心上。他認(rèn)為威爾金斯和富蘭克林兩人(更不用說沃森和克里克了)，沒有誰有足夠的化學(xué)基礎(chǔ)對鮑林產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。

二、對對手的不同看法：

鮑林是自負(fù)的，他不相信有人能夠在他之前發(fā)現(xiàn)DNA的結(jié)構(gòu)，特別是他認(rèn)為沒有人有他那樣深厚的化學(xué)功底。他“知道”，沃森是一個好學(xué)生，但因成績還不夠突出，因而他到加州理工學(xué)院當(dāng)研究生的申請未被批準(zhǔn)?？死锟艘呀?jīng)三十五六歲了，還在讀研究生，年齡是大了一些。況且，卡迪文斯實驗室的科學(xué)家們至今尚未在任何競賽中打敗過鮑林。甚至有人認(rèn)為，沃森和克里克看上去就像是一對“雜耍演員”。

而沃森和克里克則不同。對于年方19的沃森來說，鮑林是一位值得仿效的榜樣。在盧瓦蒙會議上，沃森就是圍聚在鮑林身邊的人之一，他十分用心地聽了鮑林的講話?？死锟碎_始并不是鮑林的崇拜者，他是鮑林的競爭對手，因為鮑林曾用阿爾法螺旋表明他們的一篇關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的論文漏洞百出，讓克里克承受了由此而來的屈辱。從此，克里克借鑒了鮑林的研究方法。說實話，他們對鮑林這位怪杰都極為佩服。更重要的是，他們兩人都互相傾慕，他們可謂是天生一對。相對于鮑林來說，沃森和克里克謙遜多了。

三、研究方法及進(jìn)程：

鮑林首先想到DNA的結(jié)構(gòu)可能是螺旋型，因為其他構(gòu)型與他所看到和掌握的照片資料不相符合。但他認(rèn)為，DNA是由三條鏈互相纏繞在一起，磷酸處于中央的位置。之后，他的工作重點就聚焦于找出磷酸分子在中央合理的排列方法。雖然他知道自己提出的構(gòu)型不能完美地符合實驗測算得出的數(shù)據(jù)和X光衍射照片，但他認(rèn)為這些都只是細(xì)枝末節(jié)的東西，就像他發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)阿爾法螺旋一樣 開始的時候也有難以解釋的數(shù)據(jù)，他大膽地將之忽略，而其后的事實證明了他這種策略是明智的。另外，鮑林有些急于求成，他希望能夠盡快地發(fā)表相關(guān)文章，搶在其他科學(xué)家之前，宣布自己再次成功地解決了又一世界性的難題。于是，他很快地發(fā)表了他“發(fā)現(xiàn)”的DNA結(jié)構(gòu)。

鮑林將自己的論文也寄給了沃森和克里克。他們兩人虛驚了一場，因為他們發(fā)現(xiàn)，鮑林設(shè)想的這種構(gòu)型是他們最初設(shè)想的結(jié)果，當(dāng)時他們將這一結(jié)果給晶體學(xué)家富蘭克林看的時候，被她以充足的論據(jù)否認(rèn)，因為水容量問題與這種構(gòu)型嚴(yán)重不符。也正是因為這次錯誤，他們兩人被認(rèn)為不適合研究DNA構(gòu)型問題，被拆散到不同的課題組，從事別的研究。但沃森和克里克并沒有就此放棄，他們?nèi)匀凰较聢猿植恍傅剡M(jìn)行研究和探索。他們在研究方法上一直就有共識：與其推導(dǎo)出復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，直接而又明確地解釋X光的衍射結(jié)果，還不如借助化學(xué)常識構(gòu)筑結(jié)構(gòu)的一個模型。正如沃森所說，他們決定“仿效鮑林，并在他本人發(fā)起的這場競賽中將他擊敗”。富蘭克林的批評已

經(jīng)促使他們將磷酸放到了分子的外側(cè)；又受到奧地利生物化學(xué)家切加夫的啟示，得知內(nèi)側(cè)各對堿基之間存在著一一對應(yīng)的關(guān)系。他們開始設(shè)想，在螺旋中，嘌呤和嘧啶以某種方式挨次排列在分子中心下部。之后，他們看到了富蘭克林最新的DNA照片，不僅使他們確認(rèn)了DNA是一種螺旋，而且他們得到了幾個主要參數(shù)。由此，他們開始著手制造模型，通過不懈的努力，最終獲得了成功。

可以看出，不論是成功者還是失敗者，他們都用了一種結(jié)構(gòu)化學(xué)中重要的研究方法 建模。同時，沃森和克里克不僅受到了多學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家的啟示和幫助，而且他們自己都承認(rèn)，他們的研究方法來源于偉大的化學(xué)家 鮑林。由此可見，生命科學(xué)是集多學(xué)科，特別是化學(xué)的大成所在，他與化學(xué)，乃至物理、數(shù)學(xué)的揉合可見一斑。

為什么鮑林會失??？

鮑林有著深厚的化學(xué)知識作為自己研究的基礎(chǔ)。照常理而言，成功的應(yīng)該是他，但他為什么輸給了沃森和克里克呢？鮑林輸在浮躁和自負(fù)上。他急于求成，因為DNA是當(dāng)時最大的課題，他要去搶占這一高地。他沒有把研究的準(zhǔn)備工作做好就想碰碰自己的運(yùn)氣了。同時，他順利解決阿爾法螺旋給他套上了成功的光環(huán)，他的確是世界上解決巨分子結(jié)構(gòu)的最佳人選，但他也從此染上了自負(fù)的惡習(xí)，他以為自己不再需要做別人需要做的那些研究的準(zhǔn)備工作了。他過于相信自己的直覺和運(yùn)氣，結(jié)果輸?shù)袅诉@場大比拼。

沃森和克里克為什么會成功？

其實這個問題的答案從前面的敘述中都可以看出，但我覺得最重要的一點是不懈的思索與踏實的努力?？死锟瞬痪褪窃谝蝾^疼而不得不休息，卻又忍不住開始計算時找到了有關(guān)DNA結(jié)構(gòu)的答案嗎？他們雖然被拆散到兩個不同的研究小組，但仍然踏實地合作與工作，正是這樣，幸運(yùn)之神才降臨在他們的頭上。另外還有一點，就是他們沒有放過看似微不足道的東西。奧地利生物化學(xué)家切加夫?qū)A基一一對應(yīng)的關(guān)系同樣告訴了鮑林，但卻沒有得到鮑林的重視，而沃森和克里克并沒有放過這一點，而最終獲得啟發(fā)，找到了DNA的正確結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)化學(xué)與生命科學(xué)的揉合已無需多說，我相信這種相互融合在將來會愈演愈烈。最后我想總結(jié)的是有關(guān)鮑林的研究方法，畢竟沃森與克里克的成功也來源于此，相信它對所有的科研者都會有所幫助：

鮑林的研究方法

實驗研究和理論探討相結(jié)合鮑林比一般的化學(xué)研究生掌握了更多的數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識。他一方面是重視實驗，強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗知識；另一方面又深信化學(xué)結(jié)構(gòu)問題可以通過應(yīng)用現(xiàn)代物理學(xué)的理論來解決。

他常采用半經(jīng)驗的方法：既有根據(jù)物理學(xué)基本原理進(jìn)行的演繹推導(dǎo)或論證，又有對實驗資料的歸納，二者互相補(bǔ)充。

量子力學(xué)與化學(xué)經(jīng)驗相結(jié)合鮑林在總結(jié)過去對離子半徑的研究時曾指出：“應(yīng)用量子力學(xué)可以近似計算……但是，這種理論計算是十分復(fù)雜的，需要很大的工作量；因此，從化學(xué)方面考慮，最好有一套經(jīng)驗或半經(jīng)驗的離子半徑數(shù)據(jù)……”

他的主要做法是：

不斷提出新的概念，利用它來概括實驗資料和總結(jié)化學(xué)結(jié)構(gòu)規(guī)律。

發(fā)展簡單的理論。

努力把量子力學(xué)的研究成果轉(zhuǎn)譯成化學(xué)家的習(xí)用語言。

采用移植方法 開拓邊緣學(xué)科

鮑林不斷把結(jié)構(gòu)化學(xué)的理論和實驗方法移植到生物學(xué)、醫(yī)學(xué)以及核物理的研究中去。他按照自己的專長不斷地把新的理論原理和新的實驗方法移植于另一領(lǐng)域，解決新的研究課題，努力開拓新的邊緣學(xué)科地帶。這是他五十多年來研究成果綿綿不斷的重要原因。

直覺和模型方法

在鮑林的研究工作中，直覺的運(yùn)用占有非常突出的地位。無論是鮑林本人還是別人對他的評述都常常提到直覺。綜合起來大致有以下表現(xiàn)：

1.是與數(shù)學(xué)計算不同的一種尋求答案的方式。

2.一種好奇心，它引起鮑林對某個科學(xué)課題的注意，并直接領(lǐng)悟到有可能用經(jīng)驗的方式來解答它。

3.和想象一樣，“不能歸結(jié)為僅僅采用通常的邏輯規(guī)則和過程”，它和某種“深邃的洞察力”有關(guān)。

4.鮑林對一個晶體的結(jié)構(gòu)的確定，分為兩步：一是推測，二是證實。這種“推測”，或者是鮑林本人自稱的“隨機(jī)方法”也在直覺之列。

5.“借助于對化學(xué)事實的非凡記憶”，是“經(jīng)過實踐”養(yǎng)成的。

從整體看待世界 從實踐對待科學(xué)

鮑林作為一位自然科學(xué)家，物質(zhì)世界的統(tǒng)一性對于他來說似乎是不言而喻的。鮑林重視理論思維，并不完全同意實證主義的見解。他強(qiáng)調(diào)自己“是純粹從實踐的方面對待科學(xué)；可以說是實用地對待科學(xué)?！必灤U林研究方法中的極其寶貴的思想正是這種“從實踐的方面對待科學(xué)”的態(tài)度。

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第四篇：化學(xué)在生命科學(xué)中的重要性

化學(xué)在生命科學(xué)中的重要性

2011級土木工程二班王曉晨1102011103

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，化學(xué)與生命科學(xué)之間的聯(lián)系日趨緊密，產(chǎn)生了許多分支學(xué)科，化學(xué)在生命科學(xué)中也越來越重要。

而生物與化學(xué)的相互滲透，形成了生物化學(xué)這一獨立的學(xué)科。它是化學(xué)的理論和方法研究生命物質(zhì)的邊緣學(xué)科。其任務(wù)主要是了解生物的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命過程中各種化學(xué)變化。從早期對生物總體組成的研究，進(jìn)展到對各種組織和細(xì)胞成分的精確分析。目前正在運(yùn)用諸如光譜分析、同位素標(biāo)記、X射線衍射、電子顯微鏡一級其他物理學(xué)、化學(xué)技術(shù)，對重要的生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸等）進(jìn)行分析，以期說明這些生物大分子的多種多樣的功能與它們特定的結(jié)構(gòu)關(guān)系。無論是有機(jī)體的化學(xué)組成的測定還是對生命體新陳代謝的研究，都離不開生物化學(xué)。

由于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了許多新的威脅人類生存的重要問題，如人口與健康、糧食與農(nóng)業(yè)、環(huán)境、資源、能源等。這些問題很大程度上要依靠生命科學(xué)和化學(xué)技術(shù)的融合。由于生命活動十分復(fù)雜，在20世紀(jì)中葉以前生命科學(xué)發(fā)展較慢。但從20世紀(jì)70年代以后，由于生命科學(xué)研究成果的積累，現(xiàn)代物理、化學(xué)的發(fā)展為生命科學(xué)研究提供了先進(jìn)的儀器和方法，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的促進(jìn)，生命科學(xué)有了新的發(fā)展。人類自然科學(xué)史上的三大計劃，即曼哈頓原子彈計劃（1942～1945）、阿波羅登月計劃（1961～1972）和人類基因組計劃（1990～2003），也反映了生命科學(xué)后來居上。為此，由于人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及生命科學(xué)本身的發(fā)展和貢獻(xiàn)，生命科學(xué)在21世紀(jì)將成為科學(xué)技術(shù)的主角。生命科學(xué)之所以成為本世紀(jì)領(lǐng)頭學(xué)科，其核心是生物化學(xué)引人矚目的發(fā)展，涉及醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)學(xué)、生物能源的開發(fā)、環(huán)境治理、酶工程、單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)、微生物采礦、醫(yī)用生物材料和可降解塑料的制備、法醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域。

對于生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的研究是生物化學(xué)非常重要的一方面，而基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制是分子遺傳學(xué)研究的一個中心問題，也是核酸的結(jié)構(gòu)與功能研究的一個重要內(nèi)容。對于原核生物的基因調(diào)控已有不少的了解；真核生物基因的調(diào)控正從多方面探討。如異染色質(zhì)化與染色質(zhì)活化；DNA的構(gòu)象變化與化學(xué)修飾；DNA上調(diào)節(jié)序列如加強(qiáng)子和調(diào)制子的作用；RNA加工以及轉(zhuǎn)譯過程中的調(diào)控等。在整個對于基因問題的研究中，也不乏化學(xué)的方法。DNA的測序采用的即是化學(xué)降解法。其基本原理是：在選定的核苷酸堿基中引入化學(xué)集團(tuán)，再用化合物處理，使DNA分子在被修飾的位置降解。1986年，達(dá)爾貝科提出了人類基因組計劃。它的目的是：闡明人類基因組30億個堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因，并搞清其在染色體上的位置；破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識自我；解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長發(fā)育的規(guī)律；認(rèn)識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認(rèn)識疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。1990年，美國國會批準(zhǔn)“HGP”，9月，中國獲準(zhǔn)加入，負(fù)責(zé)測定人類基因組序列的1%；2000年6月26日，草圖繪制成功；2003年4月14日，人類基因組序列圖繪制成功。從此，人類進(jìn)入后基因組時代。生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)一經(jīng)測定，就可在實驗室中進(jìn)行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助于了解它們的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應(yīng)用價值。通過 DNA化學(xué)合成而得到-1-的人工基因可應(yīng)用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白質(zhì)及其類似物。在基因組計劃中，化學(xué)起到了十分重要的作用。如果沒有化學(xué)，那么人類的基因順序依然無法破解；如果沒有化學(xué)，生命科學(xué)的發(fā)展不會如此迅猛；如果沒有化學(xué)，科學(xué)前進(jìn)的步伐會減小許多。因此，化學(xué)在生命科學(xué)中扮演著舉足輕重的角色。沒有了化學(xué)，生命科學(xué)的發(fā)展將會十分局限，人類疾病的根源也無從尋起。

在生物進(jìn)化方面，化學(xué)也為生命科學(xué)的研究提供了更有力的證據(jù)。生物進(jìn)化學(xué)說認(rèn)為地球上數(shù)百萬種生物具有相同的起源并在大約40億年的進(jìn)化過程中逐漸形成?；瘜W(xué)的發(fā)展為這一學(xué)說在分子水平上提供了有力的證據(jù)。例如所有種屬的 DNA中含有相同種類的核苷酸。許多酶和其他蛋白質(zhì)在各種微生物、植物和動物中都存在并具有相近的氨基酸序列和類似的立體結(jié)構(gòu)，而且類似的程度與種屬之間的親緣關(guān)系相一致。DNA復(fù)制中的差錯可以說明作為進(jìn)化基礎(chǔ)的變異是如何發(fā)生的。生物由低級向高級進(jìn)化時，需要更多的酶和其他蛋白質(zhì)，基因的重排和突變?yōu)檫m應(yīng)這種需要提供了可能性。由此可見，有關(guān)進(jìn)化的化學(xué)研究將為闡明進(jìn)化的機(jī)制提供更加本質(zhì)的和定量的信息。

在酶學(xué)研究中，化學(xué)也起到了十分重要的作用。生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專一性強(qiáng)等特點。這些特點取決于酶的結(jié)構(gòu)。酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、反應(yīng)動力學(xué)及作用機(jī)制、酶活性的調(diào)節(jié)控制等是酶學(xué)研究的基本內(nèi)容。通過 X射線晶體學(xué)分析、化學(xué)修飾和動力學(xué)等多種途徑的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已經(jīng)比較清楚。70年代發(fā)展起來的親和標(biāo)記試劑和自殺底物等專一性的不可逆抑制劑已成為探討酶的活性部位的有效工具。多酶系統(tǒng)中各種酶的協(xié)同作用，酶與蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的相互作用以及應(yīng)用蛋白質(zhì)工程研究酶的結(jié)構(gòu)與功能是酶學(xué)研究的幾個新的方向。酶與人類生活和生產(chǎn)活動關(guān)系十分密切，因此酶在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用一直受到廣泛的重視。

生物學(xué)中一些看來與化學(xué)關(guān)系不大的學(xué)科，如分類學(xué)和生態(tài)學(xué)，甚至在探討人口控制、世界食品供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)等社會性問題時都需要從生物化學(xué)的角度加以考慮和研究。

在醫(yī)學(xué)研究中，對一些常見病和嚴(yán)重危害人類健康的疾病的生化問題進(jìn)行研究，有助于進(jìn)行預(yù)防、診斷和治療。如血清中肌酸激酶同工酶的電泳圖譜用于診斷冠心病、轉(zhuǎn)氨酶用于肝病診斷、淀粉酶用于胰腺炎診斷等。在治療方面，磺胺藥物的發(fā)現(xiàn)開辟了利用抗代謝物作為化療藥物的新領(lǐng)域，如5-氟尿嘧啶用于治療腫瘤。青霉素的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素化療藥物的新時代，再加上各種疫苗的普遍應(yīng)用，使很多嚴(yán)重危害人類健康的傳染病得到控制或基本被消滅。生物化學(xué)的理論和方法與臨床實踐的結(jié)合，產(chǎn)生了醫(yī)學(xué)生化的許多領(lǐng)域，如：研究生理功能失調(diào)與代謝紊亂的病理生物化學(xué)，以酶的活性、激素的作用與代謝途徑為中心的生化藥理學(xué)，與器官移植和疫苗研制有關(guān)的免疫生化等。

在生命科學(xué)中，分子生物學(xué)是極其重要的一門分支學(xué)科。它是從分子水平上研究生命現(xiàn)象物質(zhì)基礎(chǔ)的學(xué)科。研究細(xì)胞成分的物理、化學(xué)的性質(zhì)和變化以及這些性質(zhì)和變化與生命現(xiàn)象的關(guān)系，如遺傳信息的傳遞，基因的結(jié)構(gòu)、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達(dá)調(diào)控和表達(dá)產(chǎn)物的生理功能，以及細(xì)胞信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)等。在整個分子水平的研究中，化學(xué)的方法始終作為基礎(chǔ)給分子生物學(xué)提供了課題實施的平臺。

化學(xué)對生命科學(xué)的深刻影響反映在與其關(guān)系比較密切的細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等領(lǐng)域。通過對生物高分子結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行的深入研究，揭示了生物體物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、激素作用、免疫和細(xì)胞間通訊等許多奧秘，使人們對生命本質(zhì)的認(rèn)識躍進(jìn)到一個嶄新的階段。

進(jìn)入分子水平以來，生命科學(xué)在近幾年來發(fā)展迅速。有人認(rèn)為，二十一世紀(jì)是生物學(xué)世紀(jì)。生命科學(xué)中很多分支學(xué)科都已成為分子學(xué)科。作為一個傳統(tǒng)的分子學(xué)科，化學(xué)仍將大力參與生命科學(xué)的發(fā)展并將生機(jī)勃勃地繼續(xù)發(fā)揮其重要作用。這也是為了化學(xué)本身發(fā)展的需要。

第五篇：化學(xué)在生命科學(xué)中的重要性

2010生科2班馬春萌1043060

化學(xué)在生命科學(xué)中的重要性

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，化學(xué)與生命科學(xué)之間的聯(lián)系日趨緊密，產(chǎn)生了許多分支學(xué)科，化學(xué)在生命科學(xué)中也越來越重要。

而生物與化學(xué)的相互滲透，形成了生物化學(xué)這一獨立的學(xué)科。它是化學(xué)的理論和方法研究生命物質(zhì)的邊緣學(xué)科。其任務(wù)主要是了解生物的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命過程中各種化學(xué)變化。從早期對生物總體組成的研究，進(jìn)展到對各種組織和細(xì)胞成分的精確分析。目前正在運(yùn)用諸如光譜分析、同位素標(biāo)記、X射線衍射、電子顯微鏡一級其他物理學(xué)、化學(xué)技術(shù)，對重要的生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸等）進(jìn)行分析，以期說明這些生物大分子的多種多樣的功能與它們特定的結(jié)構(gòu)關(guān)系。無論是有機(jī)體的化學(xué)組成的測定還是對生命體新陳代謝的研究，都離不開生物化學(xué)。

由于現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了許多新的威脅人類生存的重要問題，如人口與健康、糧食與農(nóng)業(yè)、環(huán)境、資源、能源等。這些問題很大程度上要依靠生命科學(xué)和化學(xué)技術(shù)的融合。由于生命活動十分復(fù)雜，在20世紀(jì)中葉以前生命科學(xué)發(fā)展較慢。但從20世紀(jì)70年代以后，由于生命科學(xué)研究成果的積累，現(xiàn)代物理、化學(xué)的發(fā)展為生命科學(xué)研究提供了先進(jìn)的儀器和方法，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的促進(jìn)，生命科學(xué)有了新的發(fā)展。人類自然科學(xué)史上的三大計劃，即曼哈頓原子彈計劃（1942～1945）、阿波羅登月計劃（1961～1972）和人類基因組計劃（1990～2003），也反映了生命科學(xué)后來居上。為此，由于人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要以及生命科學(xué)本身的發(fā)展和貢獻(xiàn)，生命科學(xué)在21世紀(jì)將成為科學(xué)技術(shù)的主角。生命科學(xué)之所以成為本世紀(jì)領(lǐng)頭學(xué)科，其核心是生物化學(xué)引人矚目的發(fā)展，涉及醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)學(xué)、生物能源的開發(fā)、環(huán)境治理、酶工程、單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)、微生物采礦、醫(yī)用生物材料和可降解塑料的制備、法醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域。

對于生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的研究是生物化學(xué)非常重要的一方面，而基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制是分子遺傳學(xué)研究的一個中心問題，也是核酸的結(jié)構(gòu)與功能研究的一個重要內(nèi)容。對于原核生物的基因調(diào)控已有不少的了解；真核生物基因的調(diào)控正從多方面探討。如異染色質(zhì)化與染色質(zhì)活化；DNA的構(gòu)象變化與化學(xué)修飾；DNA上調(diào)節(jié)序列如加強(qiáng)子和調(diào)制子的作用；RNA加工以及轉(zhuǎn)譯過程中的調(diào)控等。在整個對于基因問題的研究中，也不乏化學(xué)的方法。DNA的測序采用的即是化學(xué)降解法。其基本原理是：在選定的核苷酸堿基中引入化學(xué)集團(tuán)，再用化合物處理，使DNA分子在被修飾的位置降解。1986年，達(dá)爾貝科提出了人類基因組計劃。它的目的是：闡明人類基因組30億個堿基對的序列，發(fā)現(xiàn)所有人類基因，并搞清其在染色體上的位置；破譯人類全部遺傳信息，使人類第一次在分子水平上全面地認(rèn)識自我；解碼生命、了解生命的起源、了解生命體生長發(fā)育的規(guī)律；認(rèn)識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認(rèn)識疾病產(chǎn)生的機(jī)制以及長壽與衰老等生命現(xiàn)象、為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。1990年，美國國會批準(zhǔn)“HGP”，9月，中國獲準(zhǔn)加入，負(fù)責(zé)測定人類基因組序列的1%；2000年6月26日，草圖繪制成功；2003年4月14日，人類基因組序列圖繪制成功。從此，人類進(jìn)入后基因組時代。生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)一經(jīng)測定，就可在實驗室中進(jìn)行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助于了解它們的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應(yīng)用價值。通過 DNA化學(xué)合成而得到的人工基因可應(yīng)用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白質(zhì)及其類似物。在基因組計劃中，化學(xué)起到了十分重要的作用。如果沒有化學(xué)，那么人類的基因順序依

然無法破解；如果沒有化學(xué)，生命科學(xué)的發(fā)展不會如此迅猛；如果沒有化學(xué)，科學(xué)前進(jìn)的步伐會減小許多。因此，化學(xué)在生命科學(xué)中扮演著舉足輕重的角色。沒有了化學(xué)，生命科學(xué)的發(fā)展將會十分局限，人類疾病的根源也無從尋起。

在生物進(jìn)化方面，化學(xué)也為生命科學(xué)的研究提供了更有力的證據(jù)。生物進(jìn)化學(xué)說認(rèn)為地球上數(shù)百萬種生物具有相同的起源并在大約40億年的進(jìn)化過程中逐漸形成?；瘜W(xué)的發(fā)展為這一學(xué)說在分子水平上提供了有力的證據(jù)。例如所有種屬的 DNA中含有相同種類的核苷酸。許多酶和其他蛋白質(zhì)在各種微生物、植物和動物中都存在并具有相近的氨基酸序列和類似的立體結(jié)構(gòu)，而且類似的程度與種屬之間的親緣關(guān)系相一致。DNA復(fù)制中的差錯可以說明作為進(jìn)化基礎(chǔ)的變異是如何發(fā)生的。生物由低級向高級進(jìn)化時，需要更多的酶和其他蛋白質(zhì)，基因的重排和突變?yōu)檫m應(yīng)這種需要提供了可能性。由此可見，有關(guān)進(jìn)化的化學(xué)研究將為闡明進(jìn)化的機(jī)制提供更加本質(zhì)的和定量的信息。

在酶學(xué)研究中，化學(xué)也起到了十分重要的作用。生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專一性強(qiáng)等特點。這些特點取決于酶的結(jié)構(gòu)。酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、反應(yīng)動力學(xué)及作用機(jī)制、酶活性的調(diào)節(jié)控制等是酶學(xué)研究的基本內(nèi)容。通過 X射線晶體學(xué)分析、化學(xué)修飾和動力學(xué)等多種途徑的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已經(jīng)比較清楚。70年代發(fā)展起來的親和標(biāo)記試劑和自殺底物等專一性的不可逆抑制劑已成為探討酶的活性部位的有效工具。多酶系統(tǒng)中各種酶的協(xié)同作用，酶與蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的相互作用以及應(yīng)用蛋白質(zhì)工程研究酶的結(jié)構(gòu)與功能是酶學(xué)研究的幾個新的方向。酶與人類生活和生產(chǎn)活動關(guān)系十分密切，因此酶在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用一直受到廣泛的重視。

生物學(xué)中一些看來與化學(xué)關(guān)系不大的學(xué)科，如分類學(xué)和生態(tài)學(xué)，甚至在探討人口控制、世界食品供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)等社會性問題時都需要從生物化學(xué)的角度加以考慮和研究。

在醫(yī)學(xué)研究中，對一些常見病和嚴(yán)重危害人類健康的疾病的生化問題進(jìn)行研究，有助于進(jìn)行預(yù)防、診斷和治療。如血清中肌酸激酶同工酶的電泳圖譜用于診斷冠心病、轉(zhuǎn)氨酶用于肝病診斷、淀粉酶用于胰腺炎診斷等。在治療方面，磺胺藥物的發(fā)現(xiàn)開辟了利用抗代謝物作為化療藥物的新領(lǐng)域，如5-氟尿嘧啶用于治療腫瘤。青霉素的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素化療藥物的新時代，再加上各種疫苗的普遍應(yīng)用，使很多嚴(yán)重危害人類健康的傳染病得到控制或基本被消滅。生物化學(xué)的理論和方法與臨床實踐的結(jié)合，產(chǎn)生了醫(yī)學(xué)生化的許多領(lǐng)域，如：研究生理功能失調(diào)與代謝紊亂的病理生物化學(xué)，以酶的活性、激素的作用與代謝途徑為中心的生化藥理學(xué)，與器官移植和疫苗研制有關(guān)的免疫生化等。

化學(xué)在生物科學(xué)中的應(yīng)用給了人類更大的發(fā)展空間，使得其不僅在醫(yī)學(xué)，同時也在工業(yè)生產(chǎn)中收到了良好的成效。70年代以來，生物工程受到很大重視。利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)貴重藥物進(jìn)展迅速，包括一些激素、干擾素和疫苗等。基因工程和細(xì)胞融合技術(shù)用于改進(jìn)工業(yè)微生物菌株不僅能提高產(chǎn)量，還有可能創(chuàng)造新的抗菌素雜交品種。一些重要的工業(yè)用酶，如α-淀粉酶、纖維素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投產(chǎn)后將會帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

在生命科學(xué)中，分子生物學(xué)是極其重要的一門分支學(xué)科。它是從分子水平上研究生命現(xiàn)象物質(zhì)基礎(chǔ)的學(xué)科。研究細(xì)胞成分的物理、化學(xué)的性質(zhì)和變化以及這些性質(zhì)和變化與生命現(xiàn)象的關(guān)系，如遺傳信息的傳遞，基因的結(jié)構(gòu)、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、表達(dá)調(diào)控和表達(dá)產(chǎn)物的生理功能，以及細(xì)胞信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)等。在整個分子水

平的研究中，化學(xué)的方法始終作為基礎(chǔ)給分子生物學(xué)提供了課題實施的平臺。

化學(xué)對生命科學(xué)的深刻影響反映在與其關(guān)系比較密切的細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等領(lǐng)域。通過對生物高分子結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行的深入研究，揭示了生物體物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、激素作用、免疫和細(xì)胞間通訊等許多奧秘，使人們對生命本質(zhì)的認(rèn)識躍進(jìn)到一個嶄新的階段。

進(jìn)入分子水平以來，生命科學(xué)在近幾年來發(fā)展迅速。有人認(rèn)為，二十一世紀(jì)是生物學(xué)世紀(jì)。生命科學(xué)中很多分支學(xué)科都已成為分子學(xué)科。作為一個傳統(tǒng)的分子學(xué)科，化學(xué)仍將大力參與生命科學(xué)的發(fā)展并將生機(jī)勃勃地繼續(xù)發(fā)揮其重要作用。這也是為了化學(xué)本身發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)

楊岐生《分子生物學(xué)》浙江大學(xué)出版社2004年06月

王桂云 柳明洙 《生物化學(xué)》 人民軍醫(yī)出版社2009年11月

周曉俊 吳暉《有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)》云南師范大學(xué)學(xué)報