有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系

1、有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系有機(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)開(kāi)展中起著理論根底，研究工具，說(shuō)明本質(zhì)的重要作用，它們有著親密的關(guān)系。本文從有機(jī)化學(xué)的開(kāi)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)系論文聯(lián)盟有機(jī)化學(xué)是生命科學(xué)的根底，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)化合物的構(gòu)造、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)為基矗有機(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)消費(fèi)；獸醫(yī)藥、飼

2、料添加劑促進(jìn)了畜牧業(yè)消費(fèi)。要正確地使用，必須理解這些有機(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)約無(wú)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，比方生物化學(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)的開(kāi)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)的開(kāi)展與生命科學(xué)有親密的關(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.YnBerzilius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

3、命現(xiàn)象的本質(zhì)還沒(méi)有認(rèn)識(shí)，因此便賦予有機(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).hler從無(wú)機(jī)物氰酸銨制得了尿素，否認(rèn)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)的開(kāi)展主要集中在有機(jī)物的構(gòu)造研究和合成方法上，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)開(kāi)展過(guò)程的里程碑。比方，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Vanthf和LeBel碳原子四面體構(gòu)型學(xué)說(shuō)的建立，它是生命分子構(gòu)造不對(duì)稱(chēng)性的基矗E.Fisher對(duì)碳水化合物立體化學(xué)和肽合

4、成化學(xué)的奉獻(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.Tdd建立的核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)的化學(xué)構(gòu)造，為Vatsn-rikDNA雙螺旋構(gòu)造的提出鋪平了道路。60年代H.G.Khrana創(chuàng)始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)場(chǎng)了人工合成DNA的研究。化學(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.Sith和K.ullis創(chuàng)造了聚合酶鏈?zhǔn)椒错?PR)從而使分子生物學(xué)在技術(shù)上有了一個(gè)打破和飛躍。1988年ShrEiber在做靶向合成(TS)天然產(chǎn)物FK506時(shí)發(fā)現(xiàn)FK

5、506的結(jié)合蛋白FKBP12。1991年他們又利用小分子探針FK506和ylsprin發(fā)現(xiàn)他們可以抑制磷酸化酶神經(jīng)組蛋白alineuin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ylphilin-ylsplin-alineulin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)通路的分子基矗1992年，Shreiber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)的原理探究細(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?？傊袡C(jī)化學(xué)理論上和理論上的成就為現(xiàn)代生物學(xué)的誕生和開(kāi)展打下了堅(jiān)實(shí)的基矗價(jià)鍵理論、構(gòu)象學(xué)說(shuō)、反響機(jī)理等成為解

6、釋生化反響的有力手段，蛋白質(zhì)和核酸的組成和構(gòu)造研究，順序測(cè)定方法的建立，合成方法的創(chuàng)立，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)拓了道路。有機(jī)化學(xué)與生物問(wèn)題的親密結(jié)合是推動(dòng)生命科學(xué)開(kāi)展的有力柱，也將人們對(duì)生命過(guò)程的理解進(jìn)步到一個(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1901-2022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

7、、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)是別離提純、物理有機(jī)化學(xué)、合成。別離提純即別離、提取自然界存在的各種有機(jī)物，測(cè)定它們的構(gòu)造和性質(zhì)，以便加以利用。物理有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)物構(gòu)造與性質(zhì)間的關(guān)系、反響經(jīng)歷的途徑、影響反響的因素等，以便控制反響向我們需要的方向進(jìn)展。合成是在確定了分子構(gòu)造并對(duì)許多有機(jī)化合物的反響有相當(dāng)理解的根底上，以由石油或煤焦油中獲得的許多簡(jiǎn)單有機(jī)物為原料，通過(guò)各種反響，合成我們所需要的自然界存在的，或者自然界

8、不存在的全新的有機(jī)物6。3.1有機(jī)化合物的別離提純與生命科學(xué)有機(jī)化學(xué)的別離提純與生命科學(xué)的關(guān)系主要表達(dá)在兩個(gè)方面，一是天然有機(jī)化學(xué)，二是別離與分析。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)。目的是希望開(kāi)掘有生理活性的天然化合物，作為開(kāi)展新藥先導(dǎo)化合物，或者直接用于臨床或?yàn)檗r(nóng)業(yè)消費(fèi)效勞。天然有機(jī)化學(xué)的開(kāi)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)有親密的聯(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)歷積累，在我國(guó)大力開(kāi)展天然有機(jī)化學(xué)的研究有著非常現(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)拓了天然有機(jī)化學(xué)研究

9、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)效勞是天然有機(jī)化學(xué)的重要任務(wù)。別離提純和分析的嚴(yán)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)物別離分析問(wèn)題，比方生物活性物質(zhì)的提取和分析等。氣相色譜的開(kāi)展是高效別離的打破口，而高效氣相色譜和高效液相色譜是現(xiàn)代別離技術(shù)的基矗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)體選擇性別離的固定相仍是比擬活潑的研究領(lǐng)域。液相色譜中選擇性色譜柱和選擇性流動(dòng)相的應(yīng)用開(kāi)展是今后假設(shè)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)的別離

10、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開(kāi)展中的新技術(shù)。毛細(xì)論文聯(lián)盟管電泳是生命科學(xué)日益開(kāi)展的情況下產(chǎn)生的新型的高效技術(shù)，在蛋白質(zhì)和核酸的別離方面已顯出極大的威力，是有很強(qiáng)開(kāi)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)量方法上有了宏大的進(jìn)步，其中二維方法的開(kāi)展已成為解決構(gòu)造問(wèn)題最主要的物理方法。NR今后的開(kāi)展趨勢(shì)是如何得到更多的相關(guān)信息、簡(jiǎn)化圖譜、進(jìn)步檢測(cè)靈敏度和開(kāi)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)的開(kāi)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，效果更為進(jìn)步。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

11、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)分子構(gòu)造及其物理、化學(xué)性能之間的關(guān)系，說(shuō)明有機(jī)化學(xué)的反響機(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)中的模擬酶催化反響，主體分子提供的微環(huán)境可控制反響，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)方向的開(kāi)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)分子構(gòu)造與構(gòu)象的研究方面有著非常樂(lè)觀的開(kāi)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

12、成也與生命科學(xué)有著親密的關(guān)系。在與生命科學(xué)的聯(lián)絡(luò)中，金屬有機(jī)化學(xué)和元素有機(jī)化學(xué)是最為活潑的領(lǐng)域之一。比方，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)用有新的迅速開(kāi)展。在根底和應(yīng)用根底研究方面，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)的開(kāi)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)中都起著理論根底，研究工具，說(shuō)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)1ShrEiberSL.UsingthepriniplefrganiheistrytiexplreellbidgyENe，1992，70：2232.2周曉俊，吳暉.有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué).云南師范大