生物与化学之间的联系浅谈

生物与化学之间的联系浅谈王继妍天津师范大学生命科学学院摘要随着科学的发展，比生物科学早很多兴起的化学科学与生物科学之间的联系已越来越密切，从而兴起了生物化学，生物化学生态学等新兴学科。16世纪开始，欧洲工业生产蓬勃兴起，推动了医药化学和冶金化学的创立和发展。使炼金术转向生活和实际应用，继而更加注意物质化学变化本身的研究。在元素的科学概念建立后，通过对燃烧现象的精密实验研究，建立了科学的氧化理论和质量守恒定律，随后又建立了定比定律、倍比定律和化合量定律，为化学进一步科学的发展奠定了基础。而生物科学，世纪特别是40年代以来，生物学吸收了数学、物理学和化学等的成就，逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学，人们已经认识到生命是物质的一种运动形态。生命的基本单位是细胞，它是由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成的物质系统，生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。生物科学与化学的联系在生物科学发展的起始阶段就有紧密联系。关键词：光合作用、呼吸作用、生物酶、生物与化学的发展在我最开始学习生物这门学科的时候，我们就知道生命的物质在无机环境中全部都能找到。而且知道有光合作用，呼吸作用等一系列的化学变化使无际无边城有机物，又从有机物变成无机物，从而释放能量,让生物与化学紧密的结合起来。到了大学，我选择了生物科学这门专业，更让我了解到了生物与化学之间那种密不可分的关系，我学习的学科：有机化学，生物化学，高级生物化学等学科，都说明了生物与化学之间的关系。19世纪有机化学和生理学的发展为研究生物体的化学组成和性质积累了丰富的知识和经验，由于生物化学对于人类能更好地生存和发展至关重要，从而吸引众多科学家的关注和研究热情。EQ\o\ac(○,1)如果让我用实际东西来描述它们之间的关系，我觉得化学就像一个人，而化学就是他的能量，他的武器。下面我从生物的生理变化和生物内部的物质、能量变化来谈谈生物与化学之间的关系。十八世纪至十九世纪，法国科学家G.Boussingault（1802-1899）建立砂培实验法，并开始以植物为对象进行研究。德国科学家J,vonLiebig(1803-1873)提出施矿质肥料以补充土壤营养的消耗，成为利用化学肥料理论的创始人。德国科学家J.vonSachs（1832-1897）对植物的生长、光合作用和矿质营养做了很多重要的实验，促使植物生理学形成一个完整的体系。EQ\o\ac(○,2)这个时期自然科学的三大发现——细胞学说、进化论、和能量守恒学说对植物生理学的发展也产生了深远的影响。其中光合作用中光能转为化学能并以有机物的形式储存起来时生物与化学之间联系起来的重要发现。也是化学与生物科学之间联系的重要过程。1828年，德国化学家弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸铵（NH4CNO，一种无机化合物，可由氯化铵和氰酸银反应制得)与硫酸铵人工合成了尿素。EQ\o\ac(○,3)本来他打算合成氰酸铵，却得到了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。由此，证明了活力论的错误，实际上开辟了有机化学（活力论认为无机物与有机物有根本性差异，无机物所以无法变成有机物，有机化合物只能由生物的细胞在一种特殊的力量——生命力的作用下产生，人工合成是不可能的。哺乳动物、两栖动物和一些鱼的尿中含有尿素；鸟和爬行动物排放的是尿酸，因为其氮代谢过程使用的水量比较少）。这为以后的生命体与无机环境之间的关系的研究做出了很大贡献。这也说明了生物科学与化学之间密不可分的关系。直到18世纪中期，人们一直以为植物体内的全部营养物质，都是从土壤中获得的，并不认为植物体能够从空气中得到什么。1880年，美国科学家恩格尔曼（G.Engelmann,1809-1884）用水绵进行了光合作用的实验：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且是黑暗的环境里，然后用极细的光束照射水绵。通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。恩格尔曼的实验证明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。EQ\o\ac(○,4)光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光合作用把无机环境中的物质通过一系列的化学变化（重要的酶的参与下）转化为有机化合物，让物质和能量在无机环境和生物体中相互转化。呼吸作用，生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程，叫做呼吸作用。呼吸作用，是生物体在细胞内将有机物氧化分解并产生能量的化学过程，是所有的动物和植物都具有一项生命活动。生物的生命活动都需要消耗能量，这些能量来自生物体内糖类、脂类和蛋白质等有机物的氧化分解。生物体内有机物的氧化分解为生物提供了生命所需要的能量，具有十分重要的意义体现。光合作用和呼吸作用间的物质能量转化，体现了化学与生物科学之间的紧密联系。生物体内的信息传递，生物在生命活动过程中，产生一些可以传递信息的化学物质，诸如植物的生物碱，有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等，就是化学信息，化学信息主要是生命活动的代谢产物以及性外激素等，有种内信息素（外激素）和种间信息素（异种外激素）之分。种间信息素主要是次生代谢物（如生物碱、萜类、黄酮类）以及各种苷类、芳香族化合物等。生物体内的信息传递包含了大量的化学反应，由反应产生的化学物质承载信息，进而传递。着也体现了生物科学与化学之间的联系。在生物科学与化学之间，生物酶是他们联系的重要枢纽。生物酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，大部分为蛋白质，也有极少部分为RNA。生物酶的作用机理：酶蛋白与其它蛋白质的不同之处在于酶都具有活性中心。酶可分为四级结构：一级结构是氨基酸的排列顺序；二级结构是肽链的平面空间构象；三级结构是肽链的立体空间构象；四级结构是肽链以非共价键相互结合成为完整的蛋白质分子。真正起决定作用的是酶的一级结构，它的改变将改变酶的性质(失活或变性)。酶的作用机理比较被认同的是Koshland的“诱导契合”学说，其主要内容是：当底物结合到酶的活性部位时，酶的构象有一个改变。催化基团的正确定向对于催化作用是必要的。底物诱导酶蛋白构象的变化，导致催化基团的正确定位与底物结合到酶的活性部位上去。生物酶催化生物体内的化学反应，让生命活动能够正常进行。现代生物与化学，都是运用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、电子显微镜以及其他物理学、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。生物科学的发展前景：美国著名的《科学》杂志评出1995~2002年各年度的十大科学成就，生物学科技成果连续六年均占半壁江山！1999年美国科学院院士和外籍院士共2217名，与生物学密切相关的院士1112名，占总人数50.16%，2003年美国科学院院士和外籍院士共2263名，与生物学密切相关的院士1164名，占总人数51.44%，.以美国为例，近年统计了48万博士学位获得者中，从事生物学的占51%……

近年来，世界上越来越多的数、理、化等科学家被吸引到生物科学研究的领域中，在发达国家，优秀青年科学家流向生物科学，在发达国家已成明显趋势，学习生物、农学、医学的青年增加很快。现代生物技术越来越为各国政府和企业界所关注，与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。现代的生物科学发展越来越快，但是没有化学研究的支持，生物科学发展真的不可能发展这么快。所以在生物发货站之前，化学的发展尤为重要，就像我说的生物科学犹如一个人，如果他没有化学着个能量的支持，他站都站不起来。他们之间相辅相成，一个都不能掉队。上面我从生物生理变化中的光合作用，呼吸作用，生物酶，生物发展前景中化学的重要性几个方面。浅谈了生物与化学之间的联系。参考文献：EQ\o\ac(○,1)张丽萍著，生物化学简明教程第