化學在生命科學中的作用
化學不僅是重要的基礎科學之一,也是一門以實驗為基礎的科學,以下是小編搜集整理的一篇探究化學在生命科學作用的論文范文,歡迎閱讀參考。
摘 要:化學是自然科學的基礎,也是生命科學的語言。隨著現代科學和技術的發展,化學與生物學不斷交叉、滲透和發展而形成的邊緣學科――生命科學已成為21世紀最富有拓展力和生命力的科學領域之一。該文從化學的學科地位以及對生命科學的貢獻兩方面闡述了化學在生命科學研究中的突出作用,旨在為生物科學類的本科生明確化學學習的目的和重要性,在學習過程中掌握科學的研究方法,培養良好的創新思維提供參考。
關鍵詞:化學 生命科學 生物科學
眾所周知,化學是自然科學的基礎,它貫穿于人類活動與環境的相互作用之中,與能源、材料、環境和人類生活緊密相連。隨著現代科學技術的發展,化學又滲透到與人類健康密切聯系的生命科學領域,而成為21世紀最富有拓展力和生命力的科學領域之一[1]。因此,化學又被稱為是生命科學的語言。
1、化學在傳統學科中的地位
化學被稱為“中心科學”,在“數理化天地生”六門傳統科學中的占據重要地位。什么是“化學”呢?化學是自然科學的一種,是在分子、原子層次上研究物質的組成、性質、結構與變化規律,創造新物質的科學。
化學不僅是重要的基礎科學之一,也是一門以實驗為基礎的科學;瘜W作為基礎學科在自身快速的發展的同時,也推動了其他學科和技術的發展。例如,核酸化學的研究成果使今天的生物學從細胞水平提高到分子水平,建立了分子生物學;對地球、月球和其他星體的化學成分的分析,得出了元素存在的規律,發現了星際空間有簡單化合物的存在,為天體演化和現代宇宙學提供了實驗資源,還豐富了自然辯證法的內容。在新物質的創新性研究中,要想得到精確的物質結構必須進行精準的化學實驗。在我國古代,道家為尋求長生不老藥煉制“不老仙丹”,甚至希望能“點石成金”,這些聽起來似乎有些不可思議,但從理論上來講,他們卻成了研究物質化學變化的先驅。前人所用的研究方法即是“實驗”法,只是限于當時科學和技術的發展水平,對物質組成的了解和實驗技術的掌握尚不足,導致這些開創性的研究工作成為后人的“笑談”。隨著科技和人類認知的發展,作為我國四大發明的“火藥”被發明。據記載,“火藥”是煉丹的副產品。此外,陶器和玻璃的發明與制作都是古人在長期的生產活動中,利用化學反應進行的實踐活動。著名化學家拉瓦錫,早在200多年前就用定量試驗的方法測定了空氣成分。這些在客觀上為化學學科的建立積累了研究基礎。
2、生命科學的研究范疇及發展前景
2l世紀是信息與生命科學的時代。那么,何為生命科學呢?生命科學是研究生命現象及其規律的科學。雖然至今學界對于生命的概念仍未有清楚的認識,但基本上,生命具有與化學成分同一性的特征,具備嚴整有序的結構,能夠自我新陳代謝并產生應激性和運動等特征[2]。
就生命科學的起源而言,它并不是近代才產生的。在人類出現文明的初期,生命與非生命的差異就被人類認識到,并開始對生物進行觀察、描述,留下了大量的材料。17世紀以前,由于科學技術水平的限制以及神學對人們思想的禁錮,古老的生物學始終停留在觀察和描述階段。到18世紀,伴隨自然科學的發展,生物學的積累已經達到了一定程度,對生物進行分門別類的研究成為主要課題。19世紀,隨著物理學和化學的發展,新技術被不斷應用于生物研究,使生物學由描述性的學科發展成為實驗性的學科。1838―1839年,德國植物學家施萊登和動物學家施旺分別通過對植物和動物細胞的研究,提出了細胞學說。這一學說的提出,使生命科學的研究由宏觀水平深入到微觀水平,對于揭示生命運動規律起到了不可估量的積極作用。1865年,遺傳學的奠基人孟德爾發現了生物性狀遺傳的兩個基本定律,標志著遺傳學的誕生。20世紀初,美國遺傳學家摩爾根在基因概念的基礎上,進一步提出了基因定位于染色的基因學說,生物學的發展出現了質的飛躍。
到20世紀后半葉,生命科學在分子生物學領域取得了前所未有的突破。具體表現在學科分支細化和深化,各近代學科間的交叉加強,從而產生了一系列的邊緣學科。如研究基因及其表達的分子遺傳學,研究生物大分子的結構與功能、生物體內化學變化的生物化學等等。20世紀70年代以后,生物工程、克隆技術、PCR技術構成了現代生物技術的核心。
3、化學對生命科學的貢獻
3.1 化學學科分類及研究內容
按照學科分類,現代化學包括無機化學、有機化學、物理化學、分析化學與高分子化學等五門學科。
無機化學研究的是除碳氫化合物之外的一切物質;有機化學研究的是所有的碳化合物;物理化學是應用物理的原理、方法研究化學的現象以便用數學的語言定量地描述化學的有關信息;分析化學是定性確定各種物質的組成、結構以及定量表示物質組分的含量;高分子化學是研究高分子化合物合成和反應的學科,包括各種聚合反應理論,新的聚合和改性方法、高分子基團反應等。
3.2 化學對生命科學的貢獻
3.2.1 無機化學與對生命科學的貢獻
早期化學領域的研究無不是以無機化學為基礎的。如法國的拉瓦錫、英國的玻意爾和道爾頓、俄國的門捷列夫等,他們的研究都是以無機物質的變化、反應和性質為研究對象的。20世紀發展起來的各化學理論也是從研究無機物質的結構和價鍵開始的。無機化學在自身發展的同時,與其他學科的交叉與融合進一步加強。無機化學與生命科學交叉使人們不僅僅關注技術配合物與生物大分子相互作用及其模擬,而且從活性分子、活體細胞和組織等多個層次研究無機物質與生命體相互作用的分子機理,熱力學和動力學平衡、代謝過程,同時,更加關注生物啟發的無機智能材料在生物體自修復、生物信息響應和傳導及生物免疫體系構筑中應用的研究[3]。
3.2.2有機化學對生命科學的貢獻 有機化學學科是現代科學技術的重要基礎學科,并已滲透到生命科學領域。有機化學在揭示物質結構的本質的同時,促進了生命科學等相關學科和邊緣學科的發展,同時,生命科學又為有機化學的發展提供了豐富的研究內容。生物的多樣性使有機化學的研究充滿了活力,有機分子的生物功能也充分反映了兩學科之間的同源和緊密聯系。20世紀60年代,我國科學家在世界上首次合成了具有生物活性的蛋白質―― 牛胰島素,隨后80年代又合成了酵母丙氨酸轉移核糖核酸,這是在揭示生物體生命過程的化學本質上取得的重大成就。
20世紀后半期,復雜生命現象的研究進入分子水平。從DNA的雙螺旋結構到人類基因組計劃,有機化學的理論和方法在生命科學的發展中起了重要作用。美國著名生物化學家、諾貝爾生理學和醫學獎獲得者阿瑟科恩伯格指出:“現今分子生物學的成就其實屬于化學”,“生命實際上是一個化學過程”,“人類的形態和行為就如同它的起源,它與環境的相互作用和它的命運一樣,都是由一系列各負其責的化學反應來決定的”?梢姡袡C化學在生命科學的發展過程中起著非常積極的作用。
3.2.3 生物化學對生命科學的貢獻
19世紀以來,化學理論和技術介入到生物學領域,建立起“生物化學”這一新學科。生物化學是的主要任務是了解生物的化學組成和它們的化學活動。生物化學從早期對生物總體組成的研究,進展到對生物的各種組織和細胞成分的精確分析,使得生物學研究逐漸從宏觀的描述水平深入到微觀的分子水平,極大地促進了生物科學的發展。
生命科學基礎研究中最活躍的前沿包括:生物化學和分子生物學、細胞生物學、發育生物學、神經生物學、免疫學、生態學。由這些前沿引伸出的核心問題的探索包括:生命的起源,物種和生態系統的進化,遺傳發育及其在基因組和表觀基因組層面的調控、蛋白質的分類、結構與功能、細胞信號轉導行為與腦的認知等[4],這些核心問題都包含著急待解決的化學問題。生命科學和生物技術的研究與開發也成為了當今世界最為活躍的科技領域。
4、結語
生命活動的基礎是生物體內物質分子運動,有學者認為可以“把生命理解成化學”。雖然,生命過程不能簡單地還原為簡單的化學過程,但研究生命過程的化學機理,從分子層次上來了解生命問題的本質,揭示生命運動的規律,將會對人類認識生命提供基礎。作為本科學生,不僅要學習化學知識與技能,更重要的是通過學習過程訓練科學方法和思維,培養科學精神和品德。
參考文獻
[1] 杜琳瓏,馮定坤,韋建前.生命科學與諾貝爾化學獎[J]. 黔南民族師范學院學報,2006(3):72-74.
[2] 謝放.中外文化發展歷程[M].吉林:長春出版社,2013.
[3] 國家自然科學基金委員會,中國科學院.未來10年中國學科發展戰略化學[M].科學出版社,2012.
[4] 陳竺,邢雪榮.2005年國內外生命科學與生物技術進展[J].中國科學院院刊,2006,21(3):224-233.
有機化學與生命科學的關系的論文
關系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于農業。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、飼料添加劑促進了畜牧業生產。要正確地使用,必須了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、分子生物學等后續課程的學習。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系。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系
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秘的色彩,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從無機物氰酸銨制得了尿素,否定了關于“生命力”的假說,可以說是化學家第一次干預了生命科學。
隨后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。盡管如此,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關于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上每三個堿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神經組蛋白復合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的復合物。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信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,合成方法的創建,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辟了道路。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了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,占整個化學獎的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、維生素和生物堿方面研究共8項;其它方面共31項。其中與生物相關的占34項。占有機化學的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系。
3. 有機化學研究的任務與生命科學的關系
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系、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并對許多有機化合物的反應有相當了解的基礎上,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系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,或者直接用于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系,對于開發新型藥物、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,F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,又開辟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。
分離提純和分析的緊密結合是有機分析的一大特點。在生命科學中也涉及到復雜系統的痕量或微量的有機物分離分析問題,比如生物活性物質的提取和分析等。氣相色譜的發展是高效分離的突破口,而高效氣相色譜和高效液相色譜是現代分離技術的基礎。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體選擇性分離的固定相)仍是比較活躍的研究領域。液相色譜中選擇性色譜柱和選擇性流動相的應用發展是今后若干年中的主攻方面。細徑柱的合理開發,多維色譜以及以色譜為主的系統分析網絡將使復雜系統有機痕量物質的分離和分析躍上新的臺階。超臨界流體色譜,包括毛細管柱超臨界流體色譜是正在發展中的新技術。毛細管電泳是生命科學日益發展的情況下產生的新型的高效技術,在蛋白質和核酸的分離方面已顯出極大的威力,是有很強發展活力的新領域。核磁共振波譜技術在譜儀性能和測量方法上有了巨大的進步,其中二維方法的發展已成為解決結構問題最主要的物理方法。NMR今后的發展趨勢是如何得到更多的相關信息、簡化圖譜、提高檢測靈敏度和發展三維核磁共振技術。質譜技術最突出的進步是新的解析電離技術的發展。隨著接口技術的進步,聯用技術的應用面更擴大,效果更為提高。這將使質譜成為生命科學中的一個嶄新的研究手段。
3.2 物理有機化學與生命科學
物理有機化學主要是通過現代物理實驗方法與理論計算方法研究有機分子結構及其物理、化學性能之間的關系,闡明有機化學的反應機理。生命科學中的物理有機化學研究,包括主——客體化學中的模擬酶催化反應,主體分子提供的微環境可控制反應,主體分子對客體分子的識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域。量子有機化學由靜態向動態方向的發展是當前物理有機化學的重要組成,分子力學方法在有機分子結構與構象的研究方面有著非常樂觀的發展前景。我國化學家蔣錫夔院士等發表了題為“物理有機化學前沿領域兩個重要方面——有機分子簇集和自由基化學的研究”的論文,提出了可用物理有機化學方法解決生命科學的難題。
3.3 有機合成與生命科學
有機合成也與生命科學有著密切的關系。在與生命科學的聯系中,金屬有機化學和元素有機化學是最為活躍的領域之一。比如,有機磷化合物在農藥、醫藥、萃取劑等方面以及有機合成化學中都有重要的應用。開展有生物活性的有機磷化合物的研究,在生命科學研究中也具有極為重要的意義。近年生物有機硅化合物以及有機硅化合物在有機合成中的應用有新的迅速發展。在基礎和應用基礎研究方面,硅烯、硅賓、硅的3d空軌道化學和多硅烷的研究是當今有機硅化學重要研究課題。有機硅化合物在有機合成中特別在天然有機物的合成中占有重要的地位。
無論從有機化學的發展、有機化學的研究成果和有機化學研究的任務來看,有機化學課程在生命科學中都起著理論基礎,研究工具,闡明本質的重要作用。因此在生命科學中要加強有機化學的學習。
化學與生命科學學院精神文明建設工作總結范文
我校安全保衛工作緊緊圍繞年初制定的工作目標,以黨的十八大和十八屆二中、三中全會會議精神為工作指導,進一步加強思想道德教育,認真貫徹落實《公民道德建設實施綱要》。以增強誠信意識、服務意識為重點,積極引導全處干警自覺履行法定義務和社會責任。注重加強校園安全文化建設,堅持經常性的安全教育活動,營造校園安全文化環境。加大思想道德建設的宣傳工作力度,營造濃厚的思想道德教育氛圍。
一、健全組織建設,從容應對突發事件
為了進一步貫徹落實學校黨委20xx年精神文明建設目標,建立健全學校黨委總攬全局、協調各方的工作機制,經校黨委研究決定,學校成立妥善處置突發事件、維護校園穩定工作領導小組。領導小組辦公室設在學校保衛處綜治辦。各黨總支及直屬黨支部要成立維護學校安全穩定工作小組,并指定一名專人與學校維護安全穩定工作領導小組辦公室進行工作聯系。
二、進一步強化快速處置校園突發事件的反應機制
我校處置各類突發事件的工作原則是“積極預防,快速反應,區別性質,講究策略,依法辦事,果斷處置,迅速平息,把各類事件的政治影響減少到最低限度”。凡因校園內各類問題而引發的各類鬧事事件,特別是一些事件,小組成員和各單位領導、干部要迅速趕赴現場,積極穩妥予以處置,要堅持在教育疏導基礎上,使各類事件平息在校園內,嚴防因處理不當,使事態擴大化,必要時可以啟用《長春工業大學妥善處置突發事件維護校園穩定工作預案》。
三、加強應急隊伍建設,拓寬信息渠道,提高信息質量
我校在不斷充實應急隊伍力量的同時,還積極吸納大學生進入處置突發事件隊伍中來,每年的10月份,根據校學生會、團委、學生信息管理委員會換屆的實際,在全校學生中采取“納新”的形式,經過初試、復試階段,選出一批思想覺悟高、道德修養好、安全意識強的學生作為我們的應急員和兼職信息聯絡員,在對他們普遍宣傳《中華人民共和國突發事件應對法》的基礎上進行重點的、更深層次的教育,使他們的維護國家安全和應對突發事件的責任感明顯增強,應急員隊伍遍及學校每個角落,使應急員隊伍的布局趨于合理,真正達到“橫向到邊、縱向到底”,同時為學校領導和上級國家機關決策提供了依據。
四、積極開展應急預案的演練,提高師生員工的安全意識和自防、自救、互助能力
一年來,為了提高師生員工妥善處置突發事件的能力,積極定期組織演練,例如防火、防震演練,我校還邀請了省地震局專家來我校對廣大師生做了一次防震自救知識講座,各學院結合自己的實際情況分別在南湖校區、林園、北湖校區組織學生進行了防火、防震逃生自救、互救演練20余次,參加人員10000余人,取得了很好效果。通過舉行防火、防震演練,師生員工學會并掌握了在災害來臨時如何逃生、如何自救、互救等知識,使全校師生員工的安全防范意識明顯增強,應對突發事件的能力有了進一步提高。
五、整合校園治安資源,進一步加強和完善治安防范隊伍
在校園防控體系建設中,我校更新綜治工作理念,從單純依靠保衛干部抓內部治安的單打一老思路中跳出來,變靜態管理為動態管理,動靜結合。通過有效的組織和發動,極大地調動師生員工參與校園治安防范工作的積極性,除學校護衛隊24小時巡邏外,成立了大學生維護校園治安護衛隊。形成“大家參與、共創平安”的綜合治理工作的新局面。在師生員工中招聘人員組建了校園護衛隊伍、看樓護院隊伍、心理咨詢隊伍、法制宣傳教育隊伍、校屬各學院均成立了矛盾糾紛排查隊伍。此外,學校還成立了大學生信息管理委員會,在各學院選擇一些政治覺悟高、安全意識強,樂于奉獻的學生充實信息員隊伍,形成了覆蓋全校及周邊的治安防范組織,把校園治安綜合治理防控工作的觸角延伸到學校的每一個角落,使我校的信息網絡真正達到“橫向到邊,縱向到底”。及時將影響校園政治穩定的苗頭有效地化解在萌芽狀態。
六、扎扎實實的做好校園的安全穩定工作,認真貫徹落實上級有關文件和會議精神
一年來,我處高度重視校園安全穩定工作,認真貫徹落實上級有關文件和會議精神,多次組織召開專題會議,研究部署學校安全穩定工作。先后成立了學校維護穩定工作領導小組和校園治安綜合治理工作領導小組,明確了任務,細化了分工。每年的年初,學校黨委書記與各學院黨委書記、相關部門書記層層簽訂校園治安綜合治理責任狀。校長與各學院院長、各職能部門一把手層層簽訂安全防火責任狀。由于學校領導對綜治工作的重視,各學院、各職能部門層層落實責任,使全校的教職工的安全意識、責任意識明顯增強,實現了校園內無刑事案件,無造成嚴重影響或嚴重后果的重大xx事件,無造成嚴重影響國家安全或政治穩定的重大事件,無引發系統恐慌的重特大惡性案件或社會治安案件,無造成師生傷害嚴重影響或嚴重后果的安全事故的“五無”目標。
七、加強校園交通安全管理,做好重大活動的安全保衛工作,營造和諧有序育人環境
近年來,校園車輛不斷增加,交通秩序形勢嚴峻,車輛停放面臨難題,我校根據校園內道路交通的實際情況,制定了《長春工業大學校園交通秩序管理實施細則》,我處校衛隊加強了對進入校園的車輛的管理,對學校公務用車和經常出入校園的教職員工車輛實行電子注冊,統一動態管理,發放校內通行證,合理規劃停車位,專人負責車輛擺放,嚴禁機動車校園內超速行駛、亂停亂放,嚴格控制外來車輛進入校園。為提高了校內交通安全系數,減少校園內的交通事故,今年在校園各個路口安裝了交通廣角鏡。
一年來,在執行上級領導來校視察、省市精神文明評比檢查驗收、迎新、畢業生就業洽談會、重要節假日等一系列重大安全保衛任務時,我們都進行了精心安排,周密布置,制定工作預案,圓滿完成各項工作任務,確保萬無一失。
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