化学在生命科学中的应用

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1、化学在生命科学中的应用刘晗冯辰生命化学是研究生命科学的化学，是研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化的一门科学，是研究生命物质的化学组成结构、及生命过程中各种化学变化的生物学分支学科。或者说生命化学是研究生命现象中的物质基础和化学变化的一门科学。更简单地说生命化学就是研究生命现象的化学本质。生命化学在分子水平上探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能，物质代谢与调节，遗传信息的传递与调控，及其在生命活动中的作用。人们通常将研究核酸、蛋白质等所有生物大分子的结构、功能及基因结构、表达与调控的内容，称为分子生物学。所以分子生物学是生命化

2、学的重要组成部分。1．生物分子的结构与功能2．物质代谢及其调节3．基因信息传递及其调控生命化学研究的主要内容分子结构原子结构细胞结构细胞结构生物体的生命现象作为物质运动的一种独有的特殊的运动形式，其基本表现形式就是（新陈代谢和自我繁殖）。那么构成这种特殊运动形式物质基础又是什么呢？恩格斯很早就说过“蛋白质是生命活动的体现者”。现在已知仅有蛋白质是远远不够的，还要有核酸，糖类、脂类、维生素、激素、萜类，卜啉等。正是这些生命物质之间的相互协调的作用才形成了丰富多彩的生命现象，那么，这些生命物质到底有那些呢？他们是怎样产生和消亡，又是怎样相互转变

3、和相互作用呢？这就是生物化学所要研究的内容。若以不同的生物为对象，生命化学可分为动物生化、植物生化、微生物生化、昆虫生化等；若以生物体的不同组织或过程为研究对象，则可分为肌肉生化、神经生化、免疫生化、生物力能学等；因研究的物质不同，又可分为蛋白质化学、核酸化学、酶学等分支；研究各种天然物质的化学称为生物有机化学；研究各种无机物的生物功能的学科则称为生物无机化学或无机生物化学。二十世纪六十年代以来，生命化学与其它学科又融合产生了—些边缘学科，如生化药理学、古生物化学、化学生态学等；或按应用领域不同，有医学生化、农业生化、工业生化、营养生化等。

4、1．结构与性质：采用系列测定、X—射线衍射、波谱，质谱、圆二色散性等技术分析其结构和功能，结构是功能的基础，有其结构必有其功能。2．功能：生理、病理、信好转导、抗病、抗旱、耐水肥、肥胖等、3．代谢及其细胞调控：表达的时空特异性，该物质何时产生与消亡，在什么组织表达？从哪儿来最终到哪儿去，其代谢受什么调控？（潜伏、激活、沉默）。生物化学的研究方法4.改造和利用：认识世界是为了改造世界，通过分离、分析后搞清了这些生命现象，最后就可以对症下药：基因治疗：血友病、癌症、肥胖等。生化药物（基因工程药物）：红细胞生成素，磺胺药。遗传改良：抗虫、抗病、抗

5、病毒等。1．初期阶段(18世纪—20世记初):生命化学的研究始于18世纪，但作为一门独立的科学是在20世纪初期。主要研究生物体的化学组成。2．蓬勃发展阶段（从20世记初—20世记中期):主要在营养学，内分泌学，酶学，物质代谢及其调控等方面取得了重大进展。3．分子生物学发展阶段（从20世纪中期至今):主要有物质代谢途径的研究继续发展，重点进入代谢调节与合成代谢的研究。生命化学发展简史另外，显著特征是分子生物学的崛起。DAN双螺旋结构模型的提出，遗传密码的破译，重组DNA技术的建立等。20世纪末始动的人类基因组计划是人类生命科学中的又一伟大创举

6、。以基因编码蛋白质的结构与功能为重点之一的功能基因组研究已迅速崛起。当前出现的的蛋白质组学领域。阐明人类基因组功能是一项多学科的任务，因而产生了一门前景广阔的新兴学科-----生物信息学。我国科学家对生命化学的发展做出了重大的贡献。生命化学这一名词的出现大约在19世纪末、20世纪初，但它的起源可追溯得更远，其早期的历史是生理学和化学的早期历史的一部分。例如18世纪80年代，拉瓦锡证明呼吸与燃烧一样是氧化作用，几乎同时科学家又发现光合作用本质上是动物呼吸的逆过程。又如1828年沃勒首次在实验室中合成了一种有机物——尿素，打破了有机物只能靠生物

7、产生的观点，给“生机论”以重大打击。1860年巴斯德证明发酵是由微生物引起的但他认为必需有活的酵母才能引起发酵。1897年毕希纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液可进行发酵，证明没有活细胞也可进行如发酵这样复杂的生命活动，终于推翻了“生机论”。生物化学的发展大体可分为三个阶段。第一阶段从19世纪末到20世纪30年代，主要是静态的描述性阶段，对生物体各种组成成分进行分离、纯化、结构测定、合成及理化性质的研究。其中菲舍尔测定了很多糖和氨基酸的结构，确定了糖的构型，并指出蛋白质是肚键连接的。1926年萨姆纳制得了脲酶结晶，并证明它是蛋白质。此后四、五年间

8、诺思罗普等人连续结晶了几种水解蛋白质的酶，指出它们都无例外地是蛋白质，确立了酶是蛋白质这一概念。通过食物的分析和营养的研究发现了一系列维生素，并阐明了它们的结构。与此同时，人们又