初中生命科學(xué)論文(2)
初中生命科學(xué)論文篇二
有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系
摘 要：有機(jī)化學(xué)在生命科學(xué)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(jī)化學(xué)的發(fā)展與生命科學(xué)，有機(jī)化學(xué)的主要研究成果與生命科學(xué)，有機(jī)化學(xué)研究的任務(wù)與生命科學(xué)，三個(gè)方面說(shuō)明有機(jī)化學(xué)課程與生命科學(xué)中的關(guān)系。
關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué);生命科學(xué);關(guān)系
有機(jī)化學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)，有機(jī)化合物是構(gòu)成生物體的主要物質(zhì)，生物體中各種有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及它們?cè)谏矬w內(nèi)的的合成、分解、轉(zhuǎn)化、代謝無(wú)不以有機(jī)化學(xué)為基礎(chǔ)。有機(jī)化學(xué)產(chǎn)品正越來(lái)越多地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。如農(nóng)藥(殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑)、植物生長(zhǎng)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(jìn)了畜牧業(yè)生產(chǎn)。要正確地使用，必須了解這些有機(jī)化合物的組成、性質(zhì)和生理功能。但是，目前有些學(xué)校的生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)越來(lái)約忽視有機(jī)化學(xué)課程，課時(shí)越來(lái)越少，這樣對(duì)學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)不利，比如生物化學(xué)、分子生物學(xué)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。本文將從有機(jī)化學(xué)的發(fā)展與生命科學(xué)，有機(jī)化學(xué)的主要研究成果與生命科學(xué)，有機(jī)化學(xué)研究的任務(wù)與生命科學(xué)，三個(gè)方面說(shuō)明有機(jī)化學(xué)課程與生命科學(xué)中的關(guān)系。希望能引起從事生命科學(xué)專(zhuān)業(yè)人對(duì)有機(jī)化學(xué)的重視。
1. 有機(jī)化學(xué)的發(fā)展與生命科學(xué)有密切的關(guān)系
有機(jī)化學(xué)就其最初的意義而言，是生物物質(zhì)的化學(xué)。1807年，J. F. Yon Berzilius首先把從活細(xì)胞中獲得的化合物命名為有機(jī)化合物。那時(shí)人們對(duì)生命現(xiàn)象的本質(zhì)還沒(méi)有認(rèn)識(shí)，因而便賦予有機(jī)化合物一種神秘的色彩，許多化學(xué)家認(rèn)為有機(jī)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(wú)機(jī)物氰酸銨制得了尿素，否定了關(guān)于“生命力”的假說(shuō)，可以說(shuō)是化學(xué)家第一次干預(yù)了生命科學(xué)。
隨后有機(jī)化學(xué)的發(fā)展主要集中在有機(jī)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(xué)家的研究成果還是成為了生命科學(xué)發(fā)展過(guò)程的里程碑。比如，19世紀(jì)中葉，I. Pasteur關(guān)于左旋和右旋酒石酸經(jīng)典式的研究，導(dǎo)致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面體構(gòu)型學(xué)說(shuō)的建立，它是生命分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)性的基礎(chǔ)。E. Fischer對(duì)碳水化合物立體化學(xué)和肽合成化學(xué)的貢獻(xiàn)是這兩大類(lèi)重要的生命分子化學(xué)的奠基石。20世紀(jì)50年代，A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)的化學(xué)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(kāi)創(chuàng)的磷酸二酯法合成寡核苷酸，不但證明了DNA上每三個(gè)堿基組成一個(gè)三聯(lián)體密碼子編碼一個(gè)氨基酸從而提出了一套遺傳密碼，而且也開(kāi)始了人工合成DNA的研究?；瘜W(xué)家也將用化學(xué)小分子和化學(xué)工具研究生命體系。1985年H. Smith和K. Mullis發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)從而使分子生物學(xué)在技術(shù)上有了一個(gè)突破和飛躍。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然產(chǎn)物FK506時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)了可以生成FKBP-12-FK506神經(jīng)組蛋白復(fù)合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的復(fù)合物。這些小分子同時(shí)與兩個(gè)蛋白結(jié)合，而表現(xiàn)出的生物活性也是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)通路的分子基礎(chǔ)。1992年，SchrEIber在美國(guó)《化學(xué)與工程新聞》發(fā)表了題為“用有機(jī)化學(xué)的原理探索細(xì)胞學(xué)”的論文，確信生命的過(guò)程就是生物體中化學(xué)變化過(guò)程[1-3]。
總之，有機(jī)化學(xué)理論上和實(shí)踐上的成就為現(xiàn)代生物學(xué)的誕生和發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。價(jià)鍵理論、構(gòu)象學(xué)說(shuō)、反應(yīng)機(jī)理等成為解釋生化反應(yīng)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(cè)定方法的建立，合成方法的創(chuàng)建，酶催化機(jī)制的研究，模擬酶的合成的化學(xué)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(xué)及生物技術(shù)開(kāi)辟了道路。有機(jī)化學(xué)與生物問(wèn)題的密切結(jié)合是推動(dòng)生命科學(xué)發(fā)展的有力柱，也將人們對(duì)生命過(guò)程的了解提高到一個(gè)新的層次[4, 5]。
2. 一百多年來(lái)，有機(jī)化學(xué)的最高科學(xué)成果—— 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)綜覽
1901-2010年共110年，除去8年未授獎(jiǎng)外，共授化學(xué)獎(jiǎng)102項(xiàng)，其中有機(jī)化學(xué)方面得化學(xué)獎(jiǎng)65項(xiàng)，占整個(gè)化學(xué)獎(jiǎng)的63.7%。碳水化合物、光合作用得研究共8項(xiàng);蛋白質(zhì)、酶和核酸方面得研究共18項(xiàng);甾族化合物、維生素和生物堿方面研究共8項(xiàng);其它方面共31項(xiàng)。其中與生物相關(guān)的占34項(xiàng)。占有機(jī)化學(xué)的52.3%。由此可以看出有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)有著密不可分的關(guān)系。
3. 有機(jī)化學(xué)研究的任務(wù)與生命科學(xué)的關(guān)系
有機(jī)化學(xué)研究的主要任務(wù)是分離提純、物理有機(jī)化學(xué)、合成。分離提純即分離、提取自然界存在的各種有機(jī)物，測(cè)定它們的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以便加以利用。物理有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系、反應(yīng)經(jīng)歷的途徑、影響反應(yīng)的因素等，以便控制反應(yīng)向我們需要的方向進(jìn)行。合成是在確定了分子結(jié)構(gòu)并對(duì)許多有機(jī)化合物的反應(yīng)有相當(dāng)了解的基礎(chǔ)上，以由石油或煤焦油中取得的許多簡(jiǎn)單有機(jī)物為原料，通過(guò)各種反應(yīng)，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(jī)物[6]。
3.1 有機(jī)化合物的分離提純與生命科學(xué)
有機(jī)化學(xué)的分離提純與生命科學(xué)的關(guān)系主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是天然有機(jī)化學(xué)，二是分離與分析。
天然有機(jī)化學(xué)是研究動(dòng)植物(包括海洋、陸地和微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物)及生物體內(nèi)源性生理活性物質(zhì)的有機(jī)化學(xué)。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(dǎo)化合物，或者直接用于臨床或?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。天然有機(jī)化學(xué)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)有密切的聯(lián)帶關(guān)系，對(duì)于開(kāi)發(fā)新型藥物、新型農(nóng)藥至關(guān)重要。我國(guó)自然資源非常豐富，又有幾千年傳統(tǒng)防治疾病的經(jīng)驗(yàn)積累，在我國(guó)大力發(fā)展天然有機(jī)化學(xué)的研究有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。對(duì)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(kāi)辟了天然有機(jī)化學(xué)研究的新領(lǐng)域。充分利用開(kāi)發(fā)我國(guó)動(dòng)植物資源包括海洋生物資源，努力開(kāi)拓新的生理活性物質(zhì)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)是天然有機(jī)化學(xué)的重要任務(wù)。
分離提純和分析的緊密結(jié)合是有機(jī)分析的一大特點(diǎn)。在生命科學(xué)中也涉及到復(fù)雜系統(tǒng)的痕量或微量的有機(jī)物分離分析問(wèn)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(dòng)相
的應(yīng)用發(fā)展是今后若干年中的主攻方面。細(xì)徑柱的合理開(kāi)發(fā)，多維色譜以及以色譜為主的系統(tǒng)分析網(wǎng)絡(luò)將使復(fù)雜系統(tǒng)有機(jī)痕量物質(zhì)的分離和分析躍上新的臺(tái)階。超臨界流體色譜，包括毛細(xì)管柱超臨界流體色譜是正在發(fā)展中的新技術(shù)。毛細(xì)管電泳是生命科學(xué)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(qiáng)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(cè)量方法上有了巨大的進(jìn)步，其中二維方法的發(fā)展已成為解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題最主要的物理方法。NMR今后的發(fā)展趨勢(shì)是如何得到更多的相關(guān)信息、簡(jiǎn)化圖譜、提高檢測(cè)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(jìn)步是新的解析電離技術(shù)的發(fā)展。隨著接口技術(shù)的進(jìn)步，聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用面更擴(kuò)大，效果更為提高。這將使質(zhì)譜成為生命科學(xué)中的一個(gè)嶄新的研究手段。
3.2 物理有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)
物理有機(jī)化學(xué)主要是通過(guò)現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法與理論計(jì)算方法研究有機(jī)分子結(jié)構(gòu)及其物理、化學(xué)性能之間的關(guān)系，闡明有機(jī)化學(xué)的反應(yīng)機(jī)理。生命科學(xué)中的物理有機(jī)化學(xué)研究，包括主——客體化學(xué)中的模擬酶催化反應(yīng)，主體分子提供的微環(huán)境可控制反應(yīng)，主體分子對(duì)客體分子的識(shí)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(jī)化學(xué)由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)方向的發(fā)展是當(dāng)前物理有機(jī)化學(xué)的重要組成，分子力學(xué)方法在有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與構(gòu)象的研究方面有著非常樂(lè)觀的發(fā)展前景。我國(guó)化學(xué)家蔣錫夔院士等發(fā)表了題為“物理有機(jī)化學(xué)前沿領(lǐng)域兩個(gè)重要方面——有機(jī)分子簇集和自由基化學(xué)的研究”的論文，提出了可用物理有機(jī)化學(xué)方法解決生命科學(xué)的難題。
3.3 有機(jī)合成與生命科學(xué)
有機(jī)合成也與生命科學(xué)有著密切的關(guān)系。在與生命科學(xué)的聯(lián)系中，金屬有機(jī)化學(xué)和元素有機(jī)化學(xué)是最為活躍的領(lǐng)域之一。比如，有機(jī)磷化合物在農(nóng)藥、醫(yī)藥、萃取劑等方面以及有機(jī)合成化學(xué)中都有重要的應(yīng)用。開(kāi)展有生物活性的有機(jī)磷化合物的研究，在生命科學(xué)研究中也具有極為重要的意義。近年生物有機(jī)硅化合物以及有機(jī)硅化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用有新的迅速發(fā)展。在基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，硅烯、硅賓、硅的3d空軌道化學(xué)和多硅烷的研究是當(dāng)今有機(jī)硅化學(xué)重要研究課題。有機(jī)硅化合物在有機(jī)合成中特別在天然有機(jī)物的合成中占有重要的地位。
無(wú)論從有機(jī)化學(xué)的發(fā)展、有機(jī)化學(xué)的研究成果和有機(jī)化學(xué)研究的任務(wù)來(lái)看，有機(jī)化學(xué)課程在生命科學(xué)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(xué)中要加強(qiáng)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)。
[參考文獻(xiàn)]
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