有機化學與生命科學的關係的論文

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導語: 有機化學在生命科學發展中起著理論基礎,研究工具,闡明本質的重要作用,它們有著密切的關係。本文從有機化學的發展與生命科學,有機化學的主要研究成果與生命科學,三個方面說明有機化學課程與生命科學中的關係。

有機化學與生命科學的關係的論文

關係有機化學是生命科學的基礎,有機化合物是構成生物體的主要物質,生物體中各種有機化合物的結構、性質以及它們在生物體內的的合成、分解、轉化、代謝無不以有機化學為基礎。有機化學產品正越來越多地應用於農業。如農藥(殺蟲劑、殺菌劑、除草劑)、植物生長調節劑、化肥、農膜等保證了農業生產;獸醫藥、飼料新增劑促進了畜牧業生產。要正確地使用,必須瞭解這些有機化合物的組成、性質和生理功能。但是,目前有些學校的生命科學專業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、分子生物學等後續課程的學習。本文將從有機化學的發展與生命科學,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係。希望能引起從事生命科學專業人對有機化學的重視。

1. 有機化學的發展與生命科學有密切的關係

有機化學就其最初的意義而言,是生物物質的化學。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。那時人們對生命現象的本質還沒有認識,因而便賦予有機化合物一種神祕的色彩,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”所創造的。但是1828年,F. Wohler從無機物氰酸銨製得了尿素,否定了關於“生命力”的假說,可以說是化學家第一次干預了生命科學。

隨後有機化學的發展主要集中在有機物的結構研究和合成方法上,較少關心它們的生物功能。儘管如此,許多化學家的研究成果還是成為了生命科學發展過程的里程碑。比如,19世紀中葉,I. Pasteur關於左旋和右旋酒石酸經典式的研究,導致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面體構型學說的建立,它是生命分子結構不對稱性的基礎。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)的化學結構,為Vatson-Crick DNA雙螺旋結構的提出鋪平了道路。60年代H. G. Khorana開創的磷酸二酯法合成寡核苷酸,不但證明了DNA上每三個鹼基組成一個三聯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發明了聚合酶鏈式反應(PCR)從而使分子生物學在技術上有了一個突破和飛躍。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然產物FK506時發現FK506的結合蛋白FKBP12。1991年他們又利用小分子探針FK506和Cyclosporin發現他們可以抑制磷酸化酶神經組蛋白Calcineuin的.活性。同時發現了可以生成FKBP-12-FK506神經組蛋白複合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的複合物。這些小分子同時與兩個蛋白結合,而表現出的生物活性也是細胞內訊號傳導通路的分子基礎。1992年,Schreiber在美國《化學與工程新聞》發表了題為“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。

總之,有機化學理論上和實踐上的成就為現代生物學的誕生和發展打下了堅實的基礎。價鍵理論、構象學說、反應機理等成為解釋生化反應的有力手段,蛋白質和核酸的組成和結構研究,順序測定方法的建立,合成方法的建立,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,單分子激發的技術,單分子操作的技術等重大成就,為現代生物學及生物技術開闢了道路。有機化學與生物問題的密切結合是推動生命科學發展的有力柱,也將人們對生命過程的瞭解提高到一個新的層次。

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,佔整個化學獎的63.7%。碳水化合物、光合作用得研究共8項;蛋白質、酶和核酸方面得研究共18項;甾族化合物、維生素和生物鹼方面研究共8項;其它方面共31項。其中與生物相關的佔34項。佔有機化學的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係。

3. 有機化學研究的任務與生命科學的關係

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,測定它們的結構和性質,以便加以利用。物理有機化學是研究有機物結構與性質間的關係、反應經歷的途徑、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構並對許多有機化合物的反應有相當瞭解的基礎上,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。

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係主要體現在兩個方面,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物)及生物體內源性生理活性物質的有機化學。目的是希望發掘有生理活性的天然化合物,作為發展新藥先導化合物,或者直接用於臨床或為農業生產服務。天然有機化學的發展與國民經濟有密切的聯帶關係,對於開發新型藥物、新型農藥至關重要。我國自然資源非常豐富,又有幾千年傳統防治疾病的經驗積累,在我國大力發展天然有機化學的研究有著非常現實的意義。對內源性生理活性物質的發現及其生理活性研究,又開闢了天然有機化學研究的新領域。充分利用開發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,為國民經濟服務是天然有機化學的重要任務。