化学在生命科学的作用

第一篇：化学在生命科学的作用

化学在生命科学的作用

摘要：21世纪是生物科学高速发展的时代。同时，生物技术的创新使人类活动发生了巨大的变化，尤其是给农业生产带来了重大的革新，这些变化都离不开生物化学学科的发展。

本文主要介绍了化学的研究对象和在生物科学中的作用以及对国民经济发展的作用。

正文：人类自诞生以来，就生活在变化无穷的自然界中。自然界的变化产生了各种各样的自然现象，当然也包括一些化学现象。化学的历史如同一幅绵长的画卷，这幅画卷内容丰富，记载了千千万万。化学在各个领域都有涉及，它的作用更是为其他领域起到了促进发展的作用，化学在生命科学中更是有举足轻重的作用。生物化学是研究物质的组成，结构，性质，以及变化规律的科学，它是一门富有活力的学科，其分支有无机分析化学，生物化学，有机化学，热化学等等。其中生物化学与生命科学更是息息相关。生物化学是研究细胞中生物分子运动的化学本质，是研究活细胞内各种物质的化学组成及其分解与合成的普遍规律。生物科学的创立是与人们对生命本质的认识不断深化的过程紧密相关，尤其是自然科学，总是依托与人们的认知程度及社会生产力的发展水平。19世纪末，由德国学家buchner兄弟对磨碎酵母细胞的无细胞提取液加到蔗糖溶液中引起发酵的偶然发现，改变了世界著名化学家Libig认为酵母发酵成为酒精属于有机化学的经典观点，从而结束了启蒙时代对酵母发酵机制的研究论战，而

成为生物化学创立的奠基人；summer对伴刀豆中脲酶的分离结

晶则拉开了生化制品开发利用的序幕，使之有可能成为一个产

业。经过几代科学家的不懈努力，生物及化学的巧妙配合在推动

科学与社会的发展中越来越占有重要地位，其影响力大大超过为

生物发酵，涉及的面越来越广，覆盖着医药，工业，农业，国防

建设，材料科学，海洋技术及环境保护等领域。

生物化学是从分子水平来探讨生命现象的本质，故又称生命的化学，生物化学既是重要的基础医学学科，又与其他基础医学学科有着广泛的联系与交叉。这些学科的研究也都深入到分子水平，并常需应用生物化学的理论和技术去解决各自学科的问题。由此产生以“分子”二字冠于学科之前的许多新学科，如分子病理学，分子药理学，分子免疫学，分子遗传学等等，故当今生物化学已成为生命科学领域的前沿学科。生物化学是一门既古老又年轻的学科，它既有悠久的发展历史，又有近代许多重大的发展和突破。生物化学的发展，在我国可追溯到公元前21世纪，而在欧洲约为200年前。但直到20世纪初才引进“生物化学”这个名称而成为一门独立的学科。生物化学的研究对象及范围涉及整个生物界，依据研究对象的不同，可分为微生物生化，植物生化，动物生化和人体生化（医学生化）等。人体生物化学的研究内容十分广泛，具体可分为：人体的物质组成，生物分子的结构与功能，物质代谢及其调节，基因信息传递及调控。

化学如今已成为一个庞大的学科群，并交叉和渗透到各个学科领域，毫无疑问，化学的确是联系各个学科的一门中心学科。在生物科学中，化学与生物学共同研究生命体系的物质组成，存在形式及生命过程中化学变

化，例如人体遗传物质的作用，人类基因，酶结构与催化功能脑科学，模拟生命过程以及生命体系的合成等。已形成了生物化学，药物化学，生物无机化学，生物有机化学，分子生物化学，化学生物学，量子生物学等多门交叉学科。哈佛大学教授曾预言：“21世纪，化学将涵盖医学与化学之间的任一事情。”

据报道人类生命的期望值也从1900的45岁上升到2000年的73岁，其中化学制造的药物起了重要作用。药物化学将合成出可治愈各种疑难杂症以及不治之症如癌症，艾滋病等的新药物，合成出可大大延长人类生命的“灵丹妙药”，制备出可进入人体治疗各种疾病的分子机器人，预计本世纪末人类的平均寿命有可能达到100岁以上。日本人的寿命每过10年增加2.5岁，现在的平均寿命已超过80岁。

2002年在北京举行的第二届全国生物化学学术会议上，学术委员主席，国家自然科学基金委员会化学部主任张礼和院士说，他相信化学生物学是一片充满机遇的科学研究处女地。作为今年来涌现的新学科，化学生物学融合了化学，生物学，物理学，信息科学等多个相关学科的理论，技术和研究方法，跳出了传统的思路和方法，从更深的层面去研究生命过程。虽然目前还没有一个公认的化学生物学的定义和研究范围，但从分子的基础去研究和了解大分子之间的相互作用，以及这些作用对生命体系的调节，控制都是很多研究的共同点。上一世纪70年代化学家就曾用化学的方法去研究生命体系中的一些化学反应如细胞过程等，从而发展出生物有机化学，生物无机化学，生物分析等一些以生命体系为研究对象的化学分支科学。到了90年代，以基因重组技术为基础的分子生物学，结构生物

学的发展，人类基因组计划框架图谱的完成，功能基因学的实施，对化学产生了很大的影响，化学生物学，化学基因组学相继出现。化学家相信如果人类有3.5万个基因相互作用控制了生命过程，那么一定会发现至少3.5万个可控制这些基因的化学分子，也会带来至少3.5万个诸如这些小分子如何调节基因的问题张礼和说，化学融入到生物学的研究领域为生物学带来了快速的发展。Watson-CrickDNA双螺旋结构的确定，以及Khorona对寡核甘酸合成的贡献都直接对动了近代生物学的发展，他们的成就被载入史册。随着科学的发展，学科的交叉和融合越来越受到重视。1986年Tom Kaiser等人组织了第一届国际生物有机学学术讨论会。2001年IUPAC将下属第三分部改为有机和生物分组化学，突出了生物分子的化学研究。我国北京大学唐有棋院士和中国科学院上海有机所的惠永正教授在80年代初提出要研究“生命过程中的化学问题”，并组织了“攀登计划”研究，之后中国科学院化学研究所，北京大学等研究所和高校也成立了化学生物研究中心或化学生物系，化学生物系开始成为21世纪一个重要的化学研究领域。

生物与化学的配合是各行各业得到了发展，比如农业生产，运用生物化学原理可以阐明粮食和经济作物在不同环境中的新陈代谢变化的规律，使人们了解关心的产物成分积累的途径和控制方式，一边设计合理的栽培措施和为作物创造适宜的条件，使人们获取优质，高产作物产品；可利用限制性内切酶消化并进行电泳分析，根据不同品种具有独特电泳普带的原理，鉴别品种的差异和种子的纯度，改变过去鉴定作物品种要将种子在田间分别播种，张承志朱厚熜形态上进行比较，克服传统方法时间长、人力和土地消耗多的缺点。土壤农业化学的深入研究，以来与生物化学的基础知识。职务的抗旱、抗旱、抗盐、以及抗病性的研究都离不开生物化学，生物化学的理论是病虫害防治和植物保护的理论基础。

生物与化学原理和技术促进轻工产品，生物药物的研究、开发与生产。在工业生产上，如食品、发酵、制药、生物制品及皮革生产等都需要广泛应用生物化学的理论及技术。尤其是在发酵工业中，人们一方面根据微生物合成某种产物的代谢规律，也别是他的代谢调节规律，通过控制反应条件，或者利用基因工程菌种以突破其限制歩骤的调控，大量生产所需的生物制品；另一方面发酵产物的分离提纯必须利用生物化学基本理论和技术手段。现代生物化学工程技术已通过发酵成功的工产化生产维生素C，氨基酸、酶制剂、胰岛素、透明质酸、紫杉醇等生化产品。而生产出的酶制剂又有相当部分应用与医药行业和轻工业产品的加工，向市场提供安全、高效、低毒的轻工医药产品。

化学原理和技术的融合有理由推动我国农副产品的加工产业。我国是农业大国，农业总产值占国民经济总产值40%。农产品产量每年以4%的幅度增长，而农产品加工附加值却很小，德国农产品产值与附加值之比为1：2.3，美国为1:1.8、日本为1:2.2，而我国仅为1:0.5，与发达国家相差较大。大量农产品只作为廉价原料提供给国外，然后再买回别人高附加值的产品。应用生物化学方法可以从动物鼻骨、喉骨等组织中提取硫酸软骨素，从陆生动物和海洋甲壳类动物以及各种稀有植物中提取有效生化成分，加工各种保健品、化妆品和医药品以及食品添加剂。例如，动物软骨原料价格为0.2/kg，而提取出来的活性物质为120元/kg。

20世纪后半叶，在所有科学探索中，生物学的发展是最为迅速的，尤其是生物化学与分子生物学的发展更是突飞猛进，使整个生命科学进入分子时代，开创了从分子水平阐明生命起源的新纪元。如果说19世纪中期细胞学说的建立从细胞水平证明了生物界的统一性，那么，生物化学与分子生物学则从分子水平上揭示了生命世界的基本结构和基础生命活动的高度一致性。未来化学的研究，将会是世界研究领路中最活跃的一部分。也将是生命科学中最重要的一部分。

参考文献：

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2．杨志敏蒋丽科主编《生物化学》高等教育出版社 2005年1月第一版

3.黄平主编赵汉分副主编人民卫生出版社2004年1月第一版

4.潘文干主编程牛亮李宏副主编《生物化学》人民卫生出版社1980年11月第一版

第二篇：化学在生命科学中的作用

化学在生命科学中的作用

摘要：化学贯穿于人类活动与环境的相互作用之中，与能源、材料、环境、生命和人类生活紧密相连。生命过程中的大量化学问题亟待化学知识的协助和解决。本文对化学在生命科学中起到的至关重要的作用进行了初步的探索，并从能源、材料、环境、生命和人类生活等方面进行了全面的讨论，阐述了化学与生命科学的密切结合将促进和推动化学和生命科学的共同发展。正文：近年来，随着科学技术的飞速发展，化学与生命科学之间的联系日趋紧密，产生了许多分支学科，化学在生命科学中也越来越重要。

一些著名的科学家在论述今后发展的趋势时，提出了“化学是中心科学”的论点。化学是在分子水平上研究物质世界的科学，说它是中心科学，是因为它联系着物理学和生物学、材料科学和环境科学、农业科学和医学，它是所有处理化学变化的科学的基础。

而生物学在20世纪取得了巨大的进展，以基因重组技术为代表的一批新成果标志着生命科学研究进入了一个崭新的时代，人们不但可以从分子水平了解生命现象的本质，而且可以从更新的高度去揭示生命的奥秘。生命科学的研究从宏观向微观发展，从最简单的体系去了解基本规律，从最复杂的体系去探索相互关系。在这一切的背后，化学扮演着重要的角色。可以说，化学为生命科学提供了一种可以精确描述生命过程的化学语言，从而使生物学从描述性科学成为精确的定量科学，使生物学能利用生物体内的化学反应阐述生命过程的种种现象。由于现代工业、农业的发展，产生了许多新的威胁人类生存的重要问题，如能源、资源、环境、粮食与农业、人口与健康、等。这些问题很大程度上要依靠生命科学和化学技术的融合。

第一，化学与能源。近年来，技术和经济的发展以及人口的日趋增长，使得人们对能源的需求越来越大。目前以石油, 煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源。一方面，化石燃料的使用带来了严重的环境污染，大量的CO2, SO2, NOx气体以及其他污染物，导致了温室效应的产生和酸雨的形成。另一方面，由于化石燃料的不可再生性和有限的储量,日益增长的能源需求带来了严重的能源危机。基于以上所述环境污染和能源短缺的双重危机，发展清洁的，可再生的新能

源的要求越来越迫切。太阳能、风能、生物质、地热能、潮汐能，具有丰富、清洁、可再生的优点，今年来受到了国际社会的广泛关注。尤其以太阳能、风能以及生物质能，更被视为未来能源的主力军。然而，这些可再生资源具有间歇性、地域特性，并且不易储存和运输的特点。氢，以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体。目前各国都投入了大量的研究经费用于发展氢能源系统。而在这一系列新能源的开发和利用中，化学的作用是显而易见的。

第二，化学与材料。经典化学分析根据各种元素及其化合物的独特化学性质，利用与之有关的化学反应，对物质进行定性或定量分析。同时，利用化学工程，也能提取和制造众多材料。

酚醛树酯的合成，开辟了高分子科学领域。20世纪30年代聚酰胺纤维的合成，使高分子的概念得到广泛的确认。后来，高分子的合成、结构和性能研究、应用三方面保持互相配合和促进，使高分子化学得以迅速发展。各种高分子材料合成和应用，为现代工农业、交通运输、医疗卫生、军事技术，以及人们衣食住行各方面，提供了多种性能优异而成本较低的重要材料，成为现代物质文明的重要标志。

自19世纪Fischer开创不对称合成反应研究领域以来，材料化学的不对称反应技术得到了迅速的发展。其间可分为四个阶段： 手性源的不对称反应、手性助剂的不对称反应、手性试剂的不对称反应、不对称催化反应。传统的不对称合成是在对称的起始反应物中引入不对称因素或与非对称试剂反应，这需要消耗化学计量的手性辅助试剂。不对称催化合成一般指利用合理设计的手性金属配合物(催化剂量)或生物酶作为手性模板控制反应物的对映面，将大量前手性底物选择性地转化成特定构型的产物，实现手性放大和手性增殖。简单地说，就是通过使用催化剂量级的手性原始物质来立体选择性地生产大量手性特征的产物。它的反应条件温和，立体选择性好，(R)异构体或(S)异构体同样易于生产，且潜手性底物来源广泛，对于生产大量手性化合物来讲是最经济和最实用的技术。因此，不对称催化反应(包括化学催化和生物催化反应)已为全世界有机化学家所高度重视。

这些化学反应为现代物质文明提供了重要的原材料，并将开发出更多更加先

进，更加实用的新型材料。

第三，化学与环境。由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够,预防不利，导致了全球性的三大危机:资源短缺、环境污染、生态破坏.人类不断的向环境排放污染物质。但由于大气、水、土壤等的扩散、稀释、氧化还原、生物降解等的作用。污染物质的浓度和毒性会自然降低，这种现象叫做环境自净。如果排放的物质超过了环境的自净能力，环境质量就会发生不良变化，危害人类健康和生存，这就发生了环境污染。

例如大气污染中，火山爆发喷出大量之硫化物及悬浮固体物，自然水域表面释放之硫化氢，动植物分解产生有机酸，土壤微生物及海藻释放之硫化氢、二甲基硫及氮化物等，都会使雨水之pH值降至5.0左右;后者则为工业化后，燃料之大量使用，燃烧过程中产生一氧化碳、氯化氢、二氧化硫、氮氧化物及有机酸及悬浮固体物，排放至大气环境中，经光化学反应生成硫酸、硝酸等酸性物质使得雨水之pH值降低，形成酸雨。温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的。

在对流层相当稳定的氟利昂，在上升进入平流层后，在一定的气象条件下，会在强烈紫外线的作用下被分解，分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应，不断破坏臭氧分子，从而形成臭氧层空洞。

含有氮氧化物和碳氧化物等一次污染物的大气，在阳光的照射下，发生光化学反应而产生二次污染物，这种由一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学烟雾。

这些环境问题都于化学息息相关，要想改善环境，就要合理利用化学。第四，化学与生命。糖类：糖是自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。它主要是绿色植物光合作用形成的。包括多糖、淀粉、糖原、纤维素。

蛋白质、氨基酸：蛋白质是细胞结构里最复杂多变的一类大分子，它存在于一切活细胞中。构成蛋白质的氨基酸是α-氨基酸，为方便起见，简称氨基酸。它们是α-碳[羧基(—COOH)旁边的碳]上有一个氨基(—NH2)的有机酸。

蛋白质分子是由一条或多条多肽链构成的生物大分子。蛋白质的种类很多，以前认为蛋白质都是天然的，但现在差不多任何顺序的肽链都能合成，包括自然界里没有的。所以种类是无限的，其中有的已知有生物功能和活性。

酶：科学实验证明了酶的化学组成同蛋白质一样，也是由氨基酸组成的，它们都具有蛋白质的化学本性。至今，人们已鉴定出2000种以上的酶，其中有200多种已得到了结晶。酶是一类由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。

核酸：核酸是一类多聚核苷酸，它的基本结构单位是核苷酸。

核酸中的碱基分两大类：嘌呤碱与嘧啶碱。核酸中的戊糖有两类：D-核糖和D-2-脱氧核糖。核酸的分类就是根据核酸中所含戊糖种类不同而分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类。

这五种物质是构成生命的基本营养物质，因为生命本身就是由化学物质组成的，没有化学物质就没有生命。

第五，化学与人类生活。随着生活水平的提高，人们越来越追求健康、高品位的生活，化学与生活的联系也日趋密切。化学是一门基础自然科学，它是人类认识世界、改造世界的锐利武器。只要你留心观察、用心思考，就会发现生活中的化学知识到处可见。人类的生活离不开衣、食、住、行，而衣、食、住、行又离不开物质。在这些物质中，有的是天然存在的，比如我们喝的水、呼吸的空气；有的是有天然物质改造而成的，如我们吃的酱油、喝的酒，是由粮食加工和经过化学处理得到的。更多的物质不是天然生成的，而是由化学方法由人工合成的，如化肥、农药、塑料、合成橡胶、合成纤维等。他们形形色色、无所不在，使人类社会的物质生活更加丰富多彩。放眼四顾，我们都会看到各种各样的化学变化、五光十色的化学现象。

具体说来，化学对生命科学的深刻影响反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。

进入分子水平以来，生命科学在近几年来发展迅速。有人认为，二十一世纪是生物学世纪。生命科学中很多分支学科都已成为分子学科。作为一个传统的分子学科，化学仍将大力参与生命科学的发展并将生机勃勃地继续发挥其重要作用。这也是为了化学本身发展的需要。

参考文献：

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第三篇：化学与生命科学

浅谈结构化学与生命科学

关键词：结构化学；生命科学；研究方法

前言

毫无疑问，生命科学与化学有着密不可分的联系，我甚至认为生命科学就是用化学来解释生命。然而，仅仅知道一种物质的化学成分是远远不够的，结构才是其功能的基础。我们知道，构成元素相同的物质，由于结构不同，可能在功能上就相去甚远：左、右旋光物质的不同生理作用就是一个很好的例子。但是，我们不能孤立地来阐述生命科学与结构化学的关系，也就是说不能把生命科学看成一块，再把结构化学看成另一块，然后再说明他们间千丝万缕的联系；我认为，结构化学与生命科学是揉合在一起的，很多结构化学家在生命科学领域就有不凡的建树。鲍林就是以化学向生物学渗透的先驱者，他不仅进行了大分子研究，还对镰刀形细胞贫血分子病和大脑化学进行了大量的研究。然而我认为，最能体现结构化学与生命科学揉合一体的历史故事，就是鲍林与沃森和克里克关于DNA结构之争。在这个过程中，我们无法定义他们到底是化学家还是生物学家。而且，结构化学的知识不仅为他们建立模型提供了理论支持，而且在帮助他们判别真理与谬误、为他们的结论提供事实支持等方面起到了至关重要的作用。从这个故事中我们不仅可以看出，解决DNA结构这个世界性的生命科学课题，是许多化学家、物理学家、晶体学家、生化学家共同努力的结果，而且能受到许多在科学研究上的启发。在多学科交叉渗透的今天，我们更不能仅仅只重视专业课的学习，必须同时汲取其他学科的知识，为将来的研究打下基础。

在一九二四年以前，没有一个人真正懂得DNA的重要性。但就在那一年，科学家罗伯特?福尔根发现了一种方法能将DNA染成淡紫色。在这种方法的帮助下，科学家们发现DNA仅存在于细胞核中。到了一九三一年，科学家乔基姆?哈默林用实验证明了植物长成什么样子完全取决于细胞核。随后的一切实验事实都表明，发出遗传信息的正是细胞核里的DNA。

于是，在美洲和欧、亚、非三洲各试验室里的人们都开始研究这个问题。在美国，著名的化学家莱纳斯?鲍林开始了对DNA的研究。在剑桥大学的卡文迪斯实验室里，英国人弗朗西斯?克里克和美国人詹姆斯?沃森也着手进行对奇异的DNA结构的探索。这是一场用结构化学来解释生命科学的竞赛，也是“一个远方传奇大力士被两个无名小卒砍倒的故事”。虽然我们已经知道了这场竞赛的结果，但我认为，这一探索的过

程更让人留下深刻的印象。我将双方的研究进行了一些对比，确实从中学到了一些东西，希望和大家一起探讨。

一、双方的开端：

当时的鲍林已经是化学界的“权威”，他致力于蛋白质的研究。1951年夏天，鲍林开始深入研究有关DNA的材料，并常常找人讨论。他认为，与蛋白质相比，弄清DNA的结构不会很难，“这算不上一个最为紧迫的问题”。DNA在重量上是染色体的一种重要成分，但蛋白质也一样。大多数学者认为，蛋白质部分最有可能包含着遗传的信息。相对而言，DNA似乎就比较简单了，它很可能只是一种结构性的成分，只是用来帮助染色体折叠和打开的。鲍林就这样认为。在1952年初，几乎所有重要的遗传学学者都持这一种观点。我们可以看看后来鲍林自己的话：“我以前就知道DNA是一种遗传物质的论点，然而我没有接受这一论点。你们知道，那时我正热衷于蛋白质的研究，我认为蛋白质最有可能是遗传物质，不可能是核酸 当然，核酸也有作用。在我著述的有关核酸的文字材料中，我总会提到核蛋白的概念。当时，我考虑得更多的是蛋白质，而不是核酸。”虽然如此，鲍林还是着手研究DNA的结构。此时，他需要清晰的DNA X光照片，他曾先后写信给相片持有者物理学家威尔金斯（英国）及其上司，但均遭拒绝。1951年11月，《美国化学学会学报》上刊登了一篇论述DNA结构的文章。鲍林据其深厚的结构化学基础，一下子就看出这篇文章的结果是错的；同时，此事刺激了他开始思考DNA是如何构筑起来的问题。鲍林设想，如果碱基朝外，那么螺旋的内核就应当是由磷酸堆积起来的。磷酸聚集在中间，碱基朝外，这与X射线的资料是“吻合”的。在鲍林的头脑中，DNA结构的问题就已经转化为如何将磷酸堆积在一起的问题了。我们现在知道，鲍林的这一开端是错的，并最终使他败给了沃森和克里克。另外还必须一提的是，鲍林对DNA研究总是被各种事务打断，使他曾多次中断自己的思路。是否是因为鲍林没能看到威尔金斯的相片而导致他的失败呢？暂且不回答这个问题，我们先来看看沃森和克里克是如何开始的。

在战争期间，克里克原来是从事武器方面研究的。后来他决定研究生物。于是他到剑桥大学学习分子学。至于沃森，他本来就一直在研究DNA。他到剑桥大学是为了对此作进一步的研究。他们都是热心探索的人。“沃?克组合”相对于鲍林的地位可以说是“一个在天，一个在地”，他们并没有引起人们多大的重视，也没有引起鲍林的注意。他们就凭着一股劲和对目标的执着追求开始了他们的研究。还必须提到的是另外两位对他们的成功起着至关重要的作用的人：一位是上文提到的物理学家威尔金斯，另一位是青年女晶体学家罗莎琳德?富兰克林。他们拍出了非常漂亮的DNA X光照片，不仅启发了沃森和克里克，而且为他们的发现提供了佐证。

鲍林颇为自信，感到自己有能力解开DNA之谜。唯一的问题是，会不会有人抢先取得胜果，但是，他不会把这一点真正放在心上。他认为威尔金斯和富兰克林两人(更不用说沃森和克里克了)，没有谁有足够的化学基础对鲍林产生严重的威胁。

二、对对手的不同看法：

鲍林是自负的，他不相信有人能够在他之前发现DNA的结构，特别是他认为没有人有他那样深厚的化学功底。他“知道”，沃森是一个好学生，但因成绩还不够突出，因而他到加州理工学院当研究生的申请未被批准。克里克已经三十五六岁了，还在读研究生，年龄是大了一些。况且，卡迪文斯实验室的科学家们至今尚未在任何竞赛中打败过鲍林。甚至有人认为，沃森和克里克看上去就像是一对“杂耍演员”。

而沃森和克里克则不同。对于年方19的沃森来说，鲍林是一位值得仿效的榜样。在卢瓦蒙会议上，沃森就是围聚在鲍林身边的人之一，他十分用心地听了鲍林的讲话。克里克开始并不是鲍林的崇拜者，他是鲍林的竞争对手，因为鲍林曾用阿尔法螺旋表明他们的一篇关于蛋白质结构的论文漏洞百出，让克里克承受了由此而来的屈辱。从此，克里克借鉴了鲍林的研究方法。说实话，他们对鲍林这位怪杰都极为佩服。更重要的是，他们两人都互相倾慕，他们可谓是天生一对。相对于鲍林来说，沃森和克里克谦逊多了。

三、研究方法及进程：

鲍林首先想到DNA的结构可能是螺旋型，因为其他构型与他所看到和掌握的照片资料不相符合。但他认为，DNA是由三条链互相缠绕在一起，磷酸处于中央的位置。之后，他的工作重点就聚焦于找出磷酸分子在中央合理的排列方法。虽然他知道自己提出的构型不能完美地符合实验测算得出的数据和X光衍射照片，但他认为这些都只是细枝末节的东西，就像他发现蛋白质阿尔法螺旋一样 开始的时候也有难以解释的数据，他大胆地将之忽略，而其后的事实证明了他这种策略是明智的。另外，鲍林有些急于求成，他希望能够尽快地发表相关文章，抢在其他科学家之前，宣布自己再次成功地解决了又一世界性的难题。于是，他很快地发表了他“发现”的DNA结构。

鲍林将自己的论文也寄给了沃森和克里克。他们两人虚惊了一场，因为他们发现，鲍林设想的这种构型是他们最初设想的结果，当时他们将这一结果给晶体学家富兰克林看的时候，被她以充足的论据否认，因为水容量问题与这种构型严重不符。也正是因为这次错误，他们两人被认为不适合研究DNA构型问题，被拆散到不同的课题组，从事别的研究。但沃森和克里克并没有就此放弃，他们仍然私下坚持不懈地进行研究和探索。他们在研究方法上一直就有共识：与其推导出复杂的数学模型，直接而又明确地解释X光的衍射结果，还不如借助化学常识构筑结构的一个模型。正如沃森所说，他们决定“仿效鲍林，并在他本人发起的这场竞赛中将他击败”。富兰克林的批评已

经促使他们将磷酸放到了分子的外侧；又受到奥地利生物化学家切加夫的启示，得知内侧各对碱基之间存在着一一对应的关系。他们开始设想，在螺旋中，嘌呤和嘧啶以某种方式挨次排列在分子中心下部。之后，他们看到了富兰克林最新的DNA照片，不仅使他们确认了DNA是一种螺旋，而且他们得到了几个主要参数。由此，他们开始着手制造模型，通过不懈的努力，最终获得了成功。

可以看出，不论是成功者还是失败者，他们都用了一种结构化学中重要的研究方法 建模。同时，沃森和克里克不仅受到了多学科领域的科学家的启示和帮助，而且他们自己都承认，他们的研究方法来源于伟大的化学家 鲍林。由此可见，生命科学是集多学科，特别是化学的大成所在，他与化学，乃至物理、数学的揉合可见一斑。

为什么鲍林会失败？

鲍林有着深厚的化学知识作为自己研究的基础。照常理而言，成功的应该是他，但他为什么输给了沃森和克里克呢？鲍林输在浮躁和自负上。他急于求成，因为DNA是当时最大的课题，他要去抢占这一高地。他没有把研究的准备工作做好就想碰碰自己的运气了。同时，他顺利解决阿尔法螺旋给他套上了成功的光环，他的确是世界上解决巨分子结构的最佳人选，但他也从此染上了自负的恶习，他以为自己不再需要做别人需要做的那些研究的准备工作了。他过于相信自己的直觉和运气，结果输掉了这场大比拼。

沃森和克里克为什么会成功？

其实这个问题的答案从前面的叙述中都可以看出，但我觉得最重要的一点是不懈的思索与踏实的努力。克里克不就是在因头疼而不得不休息，却又忍不住开始计算时找到了有关DNA结构的答案吗？他们虽然被拆散到两个不同的研究小组，但仍然踏实地合作与工作，正是这样，幸运之神才降临在他们的头上。另外还有一点，就是他们没有放过看似微不足道的东西。奥地利生物化学家切加夫将碱基一一对应的关系同样告诉了鲍林，但却没有得到鲍林的重视，而沃森和克里克并没有放过这一点，而最终获得启发，找到了DNA的正确结构。

结构化学与生命科学的揉合已无需多说，我相信这种相互融合在将来会愈演愈烈。最后我想总结的是有关鲍林的研究方法，毕竟沃森与克里克的成功也来源于此，相信它对所有的科研者都会有所帮助：

鲍林的研究方法

实验研究和理论探讨相结合鲍林比一般的化学研究生掌握了更多的数学和物理学知识。他一方面是重视实验，强调经验知识；另一方面又深信化学结构问题可以通过应用现代物理学的理论来解决。

他常采用半经验的方法：既有根据物理学基本原理进行的演绎推导或论证，又有对实验资料的归纳，二者互相补充。

量子力学与化学经验相结合鲍林在总结过去对离子半径的研究时曾指出：“应用量子力学可以近似计算……但是，这种理论计算是十分复杂的，需要很大的工作量；因此，从化学方面考虑，最好有一套经验或半经验的离子半径数据……”

他的主要做法是：

不断提出新的概念，利用它来概括实验资料和总结化学结构规律。

发展简单的理论。

努力把量子力学的研究成果转译成化学家的习用语言。

采用移植方法 开拓边缘学科

鲍林不断把结构化学的理论和实验方法移植到生物学、医学以及核物理的研究中去。他按照自己的专长不断地把新的理论原理和新的实验方法移植于另一领域，解决新的研究课题，努力开拓新的边缘学科地带。这是他五十多年来研究成果绵绵不断的重要原因。

直觉和模型方法

在鲍林的研究工作中，直觉的运用占有非常突出的地位。无论是鲍林本人还是别人对他的评述都常常提到直觉。综合起来大致有以下表现：

1.是与数学计算不同的一种寻求答案的方式。

2.一种好奇心，它引起鲍林对某个科学课题的注意，并直接领悟到有可能用经验的方式来解答它。

3.和想象一样，“不能归结为仅仅采用通常的逻辑规则和过程”，它和某种“深邃的洞察力”有关。

4.鲍林对一个晶体的结构的确定，分为两步：一是推测，二是证实。这种“推测”，或者是鲍林本人自称的“随机方法”也在直觉之列。

5.“借助于对化学事实的非凡记忆”，是“经过实践”养成的。

从整体看待世界 从实践对待科学

鲍林作为一位自然科学家，物质世界的统一性对于他来说似乎是不言而喻的。鲍林重视理论思维，并不完全同意实证主义的见解。他强调自己“是纯粹从实践的方面对待科学；可以说是实用地对待科学。”贯穿鲍林研究方法中的极其宝贵的思想正是这种“从实践的方面对待科学”的态度。

参考文献

甘道初著，《化学大渗透》，195-199，中国青年出版社，1987年5月。

吴守玉等著，《化学史图册》，166，142，高等教育出版社，1993年5月。

中国自然辨证法研究会化学化工专业组《化学哲学基础》编委会编著，《化学哲学基础》，431-435，科学出版社，1986年12月。

赵匡华编著，《化学通史》，361，高等教育出版社，1990年5月。

[美]J.D.沃森，《双螺旋 发现DNA结构的故事》，科学出版社，1984年8月。

[美]L.鲍林著，《告别战争：我们的未来设想》，3-7，湖南出版社，1992年12月。

[美]托马斯.哈格著，《20世纪的科学怪杰 鲍林》，399-436，复旦大学出版社，1999年1月。

[英]罗斯曼里.保丹尔著，《六个伟大的科学家》，51-66，江苏人民出版社，1980年7月。

[美]L.鲍林著，《化学键的本质》，VIII,上海科技出版社，1966年。

第四篇：化学在生命科学中的重要性

化学在生命科学中的重要性

2011级土木工程二班王晓晨1102011103

近年来，随着科学技术的飞速发展，化学与生命科学之间的联系日趋紧密，产生了许多分支学科，化学在生命科学中也越来越重要。

而生物与化学的相互渗透，形成了生物化学这一独立的学科。它是化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究，进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜一级其他物理学、化学技术，对重要的生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行分析，以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。无论是有机体的化学组成的测定还是对生命体新陈代谢的研究，都离不开生物化学。

由于现代工业、农业的发展，产生了许多新的威胁人类生存的重要问题，如人口与健康、粮食与农业、环境、资源、能源等。这些问题很大程度上要依靠生命科学和化学技术的融合。由于生命活动十分复杂，在20世纪中叶以前生命科学发展较慢。但从20世纪70年代以后，由于生命科学研究成果的积累，现代物理、化学的发展为生命科学研究提供了先进的仪器和方法，以及经济发展需要的促进，生命科学有了新的发展。人类自然科学史上的三大计划，即曼哈顿原子弹计划（1942～1945）、阿波罗登月计划（1961～1972）和人类基因组计划（1990～2003），也反映了生命科学后来居上。为此，由于人类生存和经济发展的需要以及生命科学本身的发展和贡献，生命科学在21世纪将成为科学技术的主角。生命科学之所以成为本世纪领头学科，其核心是生物化学引人瞩目的发展，涉及医药学、农学、生物能源的开发、环境治理、酶工程、单细胞蛋白的生产、微生物采矿、医用生物材料和可降解塑料的制备、法医学等许多领域。

对于生物大分子的结构与功能的研究是生物化学非常重要的一方面，而基因表达的调节控制是分子遗传学研究的一个中心问题，也是核酸的结构与功能研究的一个重要内容。对于原核生物的基因调控已有不少的了解；真核生物基因的调控正从多方面探讨。如异染色质化与染色质活化；DNA的构象变化与化学修饰；DNA上调节序列如加强子和调制子的作用；RNA加工以及转译过程中的调控等。在整个对于基因问题的研究中，也不乏化学的方法。DNA的测序采用的即是化学降解法。其基本原理是：在选定的核苷酸碱基中引入化学集团，再用化合物处理，使DNA分子在被修饰的位置降解。1986年，达尔贝科提出了人类基因组计划。它的目的是：阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因，并搞清其在染色体上的位置；破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我；解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律；认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。1990年，美国国会批准“HGP”，9月，中国获准加入，负责测定人类基因组序列的1%；2000年6月26日，草图绘制成功；2003年4月14日，人类基因组序列图绘制成功。从此，人类进入后基因组时代。生物大分子的化学结构一经测定，就可在实验室中进行人工合成。生物大分子及其类似物的人工合成有助于了解它们的结构与功能的关系。有些类似物由于具有更高的生物活性而可能具有应用价值。通过 DNA化学合成而得到-1-的人工基因可应用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白质及其类似物。在基因组计划中，化学起到了十分重要的作用。如果没有化学，那么人类的基因顺序依然无法破解；如果没有化学，生命科学的发展不会如此迅猛；如果没有化学，科学前进的步伐会减小许多。因此，化学在生命科学中扮演着举足轻重的角色。没有了化学，生命科学的发展将会十分局限，人类疾病的根源也无从寻起。

在生物进化方面，化学也为生命科学的研究提供了更有力的证据。生物进化学说认为地球上数百万种生物具有相同的起源并在大约40亿年的进化过程中逐渐形成。化学的发展为这一学说在分子水平上提供了有力的证据。例如所有种属的 DNA中含有相同种类的核苷酸。许多酶和其他蛋白质在各种微生物、植物和动物中都存在并具有相近的氨基酸序列和类似的立体结构，而且类似的程度与种属之间的亲缘关系相一致。DNA复制中的差错可以说明作为进化基础的变异是如何发生的。生物由低级向高级进化时，需要更多的酶和其他蛋白质，基因的重排和突变为适应这种需要提供了可能性。由此可见，有关进化的化学研究将为阐明进化的机制提供更加本质的和定量的信息。

在酶学研究中，化学也起到了十分重要的作用。生物体内几乎所有的化学反应都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、专一性强等特点。这些特点取决于酶的结构。酶的结构与功能的关系、反应动力学及作用机制、酶活性的调节控制等是酶学研究的基本内容。通过 X射线晶体学分析、化学修饰和动力学等多种途径的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已经比较清楚。70年代发展起来的亲和标记试剂和自杀底物等专一性的不可逆抑制剂已成为探讨酶的活性部位的有效工具。多酶系统中各种酶的协同作用，酶与蛋白质、核酸等生物大分子的相互作用以及应用蛋白质工程研究酶的结构与功能是酶学研究的几个新的方向。酶与人类生活和生产活动关系十分密切，因此酶在工农业生产、国防和医学上的应用一直受到广泛的重视。

生物学中一些看来与化学关系不大的学科，如分类学和生态学，甚至在探讨人口控制、世界食品供应、环境保护等社会性问题时都需要从生物化学的角度加以考虑和研究。

在医学研究中，对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究，有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面，磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域，如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代，再加上各种疫苗的普遍应用，使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合，产生了医学生化的许多领域，如：研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学，以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学，与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。

在生命科学中，分子生物学是极其重要的一门分支学科。它是从分子水平上研究生命现象物质基础的学科。研究细胞成分的物理、化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象的关系，如遗传信息的传递，基因的结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能，以及细胞信号的转导等。在整个分子水平的研究中，化学的方法始终作为基础给分子生物学提供了课题实施的平台。

化学对生命科学的深刻影响反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。

进入分子水平以来，生命科学在近几年来发展迅速。有人认为，二十一世纪是生物学世纪。生命科学中很多分支学科都已成为分子学科。作为一个传统的分子学科，化学仍将大力参与生命科学的发展并将生机勃勃地继续发挥其重要作用。这也是为了化学本身发展的需要。

第五篇：化学在生命科学中的重要性

2010生科2班马春萌1043060

化学在生命科学中的重要性

近年来，随着科学技术的飞速发展，化学与生命科学之间的联系日趋紧密，产生了许多分支学科，化学在生命科学中也越来越重要。

而生物与化学的相互渗透，形成了生物化学这一独立的学科。它是化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。从早期对生物总体组成的研究，进展到对各种组织和细胞成分的精确分析。目前正在运用诸如光谱分析、同位素标记、X射线衍射、电子显微镜一级其他物理学、化学技术，对重要的生物大分子（如蛋白质、核酸等）进行分析，以期说明这些生物大分子的多种多样的功能与它们特定的结构关系。无论是有机体的化学组成的测定还是对生命体新陈代谢的研究，都离不开生物化学。

由于现代工业、农业的发展，产生了许多新的威胁人类生存的重要问题，如人口与健康、粮食与农业、环境、资源、能源等。这些问题很大程度上要依靠生命科学和化学技术的融合。由于生命活动十分复杂，在20世纪中叶以前生命科学发展较慢。但从20世纪70年代以后，由于生命科学研究成果的积累，现代物理、化学的发展为生命科学研究提供了先进的仪器和方法，以及经济发展需要的促进，生命科学有了新的发展。人类自然科学史上的三大计划，即曼哈顿原子弹计划（1942～1945）、阿波罗登月计划（1961～1972）和人类基因组计划（1990～2003），也反映了生命科学后来居上。为此，由于人类生存和经济发展的需要以及生命科学本身的发展和贡献，生命科学在21世纪将成为科学技术的主角。生命科学之所以成为本世纪领头学科，其核心是生物化学引人瞩目的发展，涉及医药学、农学、生物能源的开发、环境治理、酶工程、单细胞蛋白的生产、微生物采矿、医用生物材料和可降解塑料的制备、法医学等许多领域。

对于生物大分子的结构与功能的研究是生物化学非常重要的一方面，而基因表达的调节控制是分子遗传学研究的一个中心问题，也是核酸的结构与功能研究的一个重要内容。对于原核生物的基因调控已有不少的了解；真核生物基因的调控正从多方面探讨。如异染色质化与染色质活化；DNA的构象变化与化学修饰；DNA上调节序列如加强子和调制子的作用；RNA加工以及转译过程中的调控等。在整个对于基因问题的研究中，也不乏化学的方法。DNA的测序采用的即是化学降解法。其基本原理是：在选定的核苷酸碱基中引入化学集团，再用化合物处理，使DNA分子在被修饰的位置降解。1986年，达尔贝科提出了人类基因组计划。它的目的是：阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因，并搞清其在染色体上的位置；破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我；解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律；认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。1990年，美国国会批准“HGP”，9月，中国获准加入，负责测定人类基因组序列的1%；2000年6月26日，草图绘制成功；2003年4月14日，人类基因组序列图绘制成功。从此，人类进入后基因组时代。生物大分子的化学结构一经测定，就可在实验室中进行人工合成。生物大分子及其类似物的人工合成有助于了解它们的结构与功能的关系。有些类似物由于具有更高的生物活性而可能具有应用价值。通过 DNA化学合成而得到的人工基因可应用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白质及其类似物。在基因组计划中，化学起到了十分重要的作用。如果没有化学，那么人类的基因顺序依

然无法破解；如果没有化学，生命科学的发展不会如此迅猛；如果没有化学，科学前进的步伐会减小许多。因此，化学在生命科学中扮演着举足轻重的角色。没有了化学，生命科学的发展将会十分局限，人类疾病的根源也无从寻起。

在生物进化方面，化学也为生命科学的研究提供了更有力的证据。生物进化学说认为地球上数百万种生物具有相同的起源并在大约40亿年的进化过程中逐渐形成。化学的发展为这一学说在分子水平上提供了有力的证据。例如所有种属的 DNA中含有相同种类的核苷酸。许多酶和其他蛋白质在各种微生物、植物和动物中都存在并具有相近的氨基酸序列和类似的立体结构，而且类似的程度与种属之间的亲缘关系相一致。DNA复制中的差错可以说明作为进化基础的变异是如何发生的。生物由低级向高级进化时，需要更多的酶和其他蛋白质，基因的重排和突变为适应这种需要提供了可能性。由此可见，有关进化的化学研究将为阐明进化的机制提供更加本质的和定量的信息。

在酶学研究中，化学也起到了十分重要的作用。生物体内几乎所有的化学反应都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、专一性强等特点。这些特点取决于酶的结构。酶的结构与功能的关系、反应动力学及作用机制、酶活性的调节控制等是酶学研究的基本内容。通过 X射线晶体学分析、化学修饰和动力学等多种途径的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已经比较清楚。70年代发展起来的亲和标记试剂和自杀底物等专一性的不可逆抑制剂已成为探讨酶的活性部位的有效工具。多酶系统中各种酶的协同作用，酶与蛋白质、核酸等生物大分子的相互作用以及应用蛋白质工程研究酶的结构与功能是酶学研究的几个新的方向。酶与人类生活和生产活动关系十分密切，因此酶在工农业生产、国防和医学上的应用一直受到广泛的重视。

生物学中一些看来与化学关系不大的学科，如分类学和生态学，甚至在探讨人口控制、世界食品供应、环境保护等社会性问题时都需要从生物化学的角度加以考虑和研究。

在医学研究中，对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究，有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面，磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域，如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代，再加上各种疫苗的普遍应用，使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合，产生了医学生化的许多领域，如：研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学，以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学，与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。

化学在生物科学中的应用给了人类更大的发展空间，使得其不仅在医学，同时也在工业生产中收到了良好的成效。70年代以来，生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速，包括一些激素、干扰素和疫苗等。基因工程和细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不仅能提高产量，还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶，如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投产后将会带来更大的经济效益。

在生命科学中，分子生物学是极其重要的一门分支学科。它是从分子水平上研究生命现象物质基础的学科。研究细胞成分的物理、化学的性质和变化以及这些性质和变化与生命现象的关系，如遗传信息的传递，基因的结构、复制、转录、翻译、表达调控和表达产物的生理功能，以及细胞信号的转导等。在整个分子水

平的研究中，化学的方法始终作为基础给分子生物学提供了课题实施的平台。

化学对生命科学的深刻影响反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。

进入分子水平以来，生命科学在近几年来发展迅速。有人认为，二十一世纪是生物学世纪。生命科学中很多分支学科都已成为分子学科。作为一个传统的分子学科，化学仍将大力参与生命科学的发展并将生机勃勃地继续发挥其重要作用。这也是为了化学本身发展的需要。

参考文献

杨岐生《分子生物学》浙江大学出版社2004年06月

王桂云 柳明洙 《生物化学》 人民军医出版社2009年11月

周晓俊 吴晖《有机化学与生命科学》云南师范大学学报