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生命科学前沿论文

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生命科学前沿论文

生命科学是通过分子遗传学为主的研究生命活动规律、生命的本质、生命的发育规律,以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。下面是由我整理的生命科学学术论文,谢谢你的阅读。

有机化学与生命科学的关系

摘 要:有机化学在生命科学发展中起着理论基础,研究工具,阐明本质的重要作用,它们有着密切的关系。本文从有机化学的发展与生命科学,有机化学的主要研究成果与生命科学,有机化学研究的任务与生命科学,三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。

关键词:有机化学;生命科学;关系

有机化学是生命科学的基础,有机化合物是构成生物体的主要物质,生物体中各种有机化合物的结构、性质以及它们在生物体内的的合成、分解、转化、代谢无不以有机化学为基础。有机化学产品正越来越多地应用于农业。如农药(杀虫剂、杀菌剂、除草剂)、植物生长调节剂、化肥、农膜等保证了农业生产;兽医药、饲料添加剂促进了畜牧业生产。要正确地使用,必须了解这些有机化合物的组成、性质和生理功能。但是,目前有些学校的生命科学专业越来约忽视有机化学课程,课时越来越少,这样对学生的进一步学习不利,比如生物化学、分子生物学等后续课程的学习。本文将从有机化学的发展与生命科学,有机化学的主要研究成果与生命科学,有机化学研究的任务与生命科学,三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。希望能引起从事生命科学专业人对有机化学的重视。

1. 有机化学的发展与生命科学有密切的关系

有机化学就其最初的意义而言,是生物物质的化学。1807年,J. F. Yon Berzilius首先把从活细胞中获得的化合物命名为有机化合物。那时人们对生命现象的本质还没有认识,因而便赋予有机化合物一种神秘的色彩,许多化学家认为有机物是不可能用人工的方法合成的,它们是“生命力”所创造的。但是1828年,F. Wohler从无机物氰酸铵制得了尿素,否定了关于“生命力”的假说,可以说是化学家第一次干预了生命科学。

随后有机化学的发展主要集中在有机物的结构研究和合成方法上,较少关心它们的生物功能。尽管如此,许多化学家的研究成果还是成为了生命科学发展过程的里程碑。比如,19世纪中叶,I. Pasteur关于左旋和右旋酒石酸经典式的研究,导致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面体构型学说的建立,它是生命分子结构不对称性的基础。E. Fischer对碳水化合物立体化学和肽合成化学的贡献是这两大类重要的生命分子化学的奠基石。20世纪50年代,A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的化学结构,为Vatson-Crick DNA双螺旋结构的提出铺平了道路。60年代H. G. Khorana开创的磷酸二酯法合成寡核苷酸,不但证明了DNA上每三个碱基组成一个三联体密码子编码一个氨基酸从而提出了一套遗传密码,而且也开始了人工合成DNA的研究。化学家也将用化学小分子和化学工具研究生命体系。1985年H. Smith和K. Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)从而使分子生物学在技术上有了一个突破和飞跃。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然产物FK506时发现FK506的结合蛋白FKBP12。1991年他们又利用小分子探针FK506和Cyclosporin发现他们可以抑制磷酸化酶神经组蛋白Calcineuin的活性。同时发现了可以生成FKBP-12-FK506神经组蛋白复合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的复合物。这些小分子同时与两个蛋白结合,而表现出的生物活性也是细胞内信号传导通路的分子基础。1992年,SchrEIber在美国《化学与工程新闻》发表了题为“用有机化学的原理探索细胞学”的论文,确信生命的过程就是生物体中化学变化过程[1-3]。

总之,有机化学理论上和实践上的成就为现代生物学的诞生和发展打下了坚实的基础。价键理论、构象学说、反应机理等成为解释生化反应的有力手段,蛋白质和核酸的组成和结构研究,顺序测定方法的建立,合成方法的创建,酶催化机制的研究,模拟酶的合成的化学模型的建立,小分子探针技术,单分子激发的技术,单分子操作的技术等重大成就,为现代生物学及生物技术开辟了道路。有机化学与生物问题的密切结合是推动生命科学发展的有力柱,也将人们对生命过程的了解提高到一个新的层次[4, 5]。

2. 一百多年来,有机化学的最高科学成果—— 诺贝尔化学奖综览

1901-2010年共110年,除去8年未授奖外,共授化学奖102项,其中有机化学方面得化学奖65项,占整个化学奖的。碳水化合物、光合作用得研究共8项;蛋白质、酶和核酸方面得研究共18项;甾族化合物、维生素和生物碱方面研究共8项;其它方面共31项。其中与生物相关的占34项。占有机化学的。由此可以看出有机化学与生命科学有着密不可分的关系。

3. 有机化学研究的任务与生命科学的关系

有机化学研究的主要任务是分离提纯、物理有机化学、合成。分离提纯即分离、提取自然界存在的各种有机物,测定它们的结构和性质,以便加以利用。物理有机化学是研究有机物结构与性质间的关系、反应经历的途径、影响反应的因素等,以便控制反应向我们需要的方向进行。合成是在确定了分子结构并对许多有机化合物的反应有相当了解的基础上,以由石油或煤焦油中取得的许多简单有机物为原料,通过各种反应,合成我们所需要的自然界存在的,或者自然界不存在的全新的有机物[6]。

有机化合物的分离提纯与生命科学

有机化学的分离提纯与生命科学的关系主要体现在两个方面,一是天然有机化学,二是分离与分析。

天然有机化学是研究动植物(包括海洋、陆地和微生物的次级代谢产物)及生物体内源性生理活性物质的有机化学。目的是希望发掘有生理活性的天然化合物,作为发展新药先导化合物,或者直接用于临床或为农业生产服务。天然有机化学的发展与国民经济有密切的联带关系,对于开发新型药物、新型农药至关重要。我国自然资源非常丰富,又有几千年传统防治疾病的经验积累,在我国大力发展天然有机化学的研究有着非常现实的意义。对内源性生理活性物质的发现及其生理活性研究,又开辟了天然有机化学研究的新领域。充分利用开发我国动植物资源包括海洋生物资源,努力开拓新的生理活性物质,为国民经济服务是天然有机化学的重要任务。

分离提纯和分析的紧密结合是有机分析的一大特点。在生命科学中也涉及到复杂系统的痕量或微量的有机物分离分析问题,比如生物活性物质的提取和分析等。气相色谱的发展是高效分离的突破口,而高效气相色谱和高效液相色谱是现代分离技术的基础。在气相色谱中新型高选择性的耐高温固定相(如手性固定相和异构体选择性分离的固定相)仍是比较活跃的研究领域。液相色谱中选择性色谱柱和选择性流动相

的应用发展是今后若干年中的主攻方面。细径柱的合理开发,多维色谱以及以色谱为主的系统分析网络将使复杂系统有机痕量物质的分离和分析跃上新的台阶。超临界流体色谱,包括毛细管柱超临界流体色谱是正在发展中的新技术。毛细管电泳是生命科学日益发展的情况下产生的新型的高效技术,在蛋白质和核酸的分离方面已显出极大的威力,是有很强发展活力的新领域。核磁共振波谱技术在谱仪性能和测量方法上有了巨大的进步,其中二维方法的发展已成为解决结构问题最主要的物理方法。NMR今后的发展趋势是如何得到更多的相关信息、简化图谱、提高检测灵敏度和发展三维核磁共振技术。质谱技术最突出的进步是新的解析电离技术的发展。随着接口技术的进步,联用技术的应用面更扩大,效果更为提高。这将使质谱成为生命科学中的一个崭新的研究手段。

物理有机化学与生命科学

物理有机化学主要是通过现代物理实验方法与理论计算方法研究有机分子结构及其物理、化学性能之间的关系,阐明有机化学的反应机理。生命科学中的物理有机化学研究,包括主——客体化学中的模拟酶催化反应,主体分子提供的微环境可控制反应,主体分子对客体分子的识别作用以及疏水亲脂作用等都是具有重要理论意义的研究领域。量子有机化学由静态向动态方向的发展是当前物理有机化学的重要组成,分子力学方法在有机分子结构与构象的研究方面有着非常乐观的发展前景。我国化学家蒋锡夔院士等发表了题为“物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学的研究”的论文,提出了可用物理有机化学方法解决生命科学的难题。

有机合成与生命科学

有机合成也与生命科学有着密切的关系。在与生命科学的联系中,金属有机化学和元素有机化学是最为活跃的领域之一。比如,有机磷化合物在农药、医药、萃取剂等方面以及有机合成化学中都有重要的应用。开展有生物活性的有机磷化合物的研究,在生命科学研究中也具有极为重要的意义。近年生物有机硅化合物以及有机硅化合物在有机合成中的应用有新的迅速发展。在基础和应用基础研究方面,硅烯、硅宾、硅的3d空轨道化学和多硅烷的研究是当今有机硅化学重要研究课题。有机硅化合物在有机合成中特别在天然有机物的合成中占有重要的地位。

无论从有机化学的发展、有机化学的研究成果和有机化学研究的任务来看,有机化学课程在生命科学中都起着理论基础,研究工具,阐明本质的重要作用。因此在生命科学中要加强有机化学的学习。

[参考文献]

[1]SchrEiber SL. Using the principle of organic chemistry ti explore cell New,1992,70:22~ 32.

[2]周晓俊,吴晖. 有机化学与生命科学. 云南师范大学学报,1998,18(1):93-96.

[3]张礼和. 从生物有机化学到化学生物学. 化学进展,2004,16(2):313-318.

[4]朱光美,杜灿屏. 试谈生物有机化学研究的现状与展望. 大学化学,(4):6-8.

[5]吴毓林,陈耀叠. 探索有机体的奥秘—谈世纪交替时代的有机化学. 中国科学院院刊,1995,10(10):215-219.

[6]汪小兰,有机化学(第四版),高等教育出版社,2005,1-2.

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生命科学导论论文环境提供法理依据和制度保障。一、物种入侵的概念及过程。按照世界自然保护同盟(IUCN)的定义,所谓外来物种,是指那些出现在其过去或现在的自然分布范围及扩散潜力以外(即在其自然分布范围以外或在没有直接或间接引入或人类照顾之下而不能存在)的物种、亚种或以下的分类单元,包括其所有可能存活、继而繁殖的部分、配子或繁殖体。 外来入侵物种则是指从自然分布区通过有意或无意的人类活动而被引入,在当地的自然或半自然生态系统中形成了自我再生能力,并给当地的生态系统或景观造成明显损害或影响的物种。从新石器时代起农民就不断地移植植物物种、动物物种。17世纪以来,旅行的人们加强了这种混杂,有时结果是好的,但更经常是带来灾难性后果。 随着交通方式的进步、国际贸易和旅游业的发展,外来物种入侵的概率大大增加。一个地域的某物种比过去更经常地被有意或无意地携带或转移到另一个地域,并在缺乏天敌等制约因素的新环境下繁殖、扩散, 进而对当地生态环境、社会经济和人身健康产生难以估量的影响,如众所周知的水葫芦、松材线虫等。随着全球化进程中国际间经贸交流和人员往来的日益频繁,外来物种扩散的规模和速度均超过以往,给人类造成的危害日益加剧。外来物种入侵的方式主要包括以下两种:一是有意引进,包括用于养殖、种植、花卉等目的的引种,用于生物防治、绿化、水土保持、环境保护等目的的引进;二是无意引进,包括随航空、陆路、水路运输工具和压舱水的引入,随进出口货物和包装材料的引入,旅客无意引入等。那么,外来物种究竟是怎样成功“入侵”我国的呢?在国家环境保护总局南京环境科学研究所的组织协调下,中国自2001年12月开始在全国展开了历史上首次外来入侵物种调查。经过近两年的努力,最近终于摸清了外来入侵物种的底数,本次调查共查明外来入侵物种283种。调查结果显示,在283种外来入侵物种中,是属于有意引进造成的,是属无意引进造成的,自然入侵(指物种随风媒、虫媒和鸟媒等媒介自然传播)的仅占。而在外来入侵的植物中,有一半左右是作为有用植物引进的。 可见,人们对外来入侵物种认识滞后是造成外来物种入侵的最大因素,很多单位和个人对外来物种可能导致的生态和环境后果缺乏足够的认识,对外来物种的引进方面存在很大的盲目性和急功近利的倾向。有些地方和部门,盲目认为外来植物比本地植物好,因此在工作中不注意发掘本地的优良品种,而热衷于从国外引种,极大地增加了外来物种入侵的风险。可以说,“人祸”(人为原因)是外来有害生物入侵的“帮凶”,外来物种入侵问题首先是一个人为的问题。而外来物种通过各种途径到达某一生态系统,并不是一进入新的生态系统就能形成入侵,而是在一定条件下实现从“移民”到“侵略者”的转变。外来入侵种的入侵是一个复杂的生态过程,这个过程通常可分为四个阶段: 1.侵入:指是生物离开原生存的生态系统到达一个新境; 2.定居:是指生物到达入侵地后,经当地生态条件的驯化,能够生长、发育并进行了繁殖,至少完成了一个世代; 3.适应:是指入侵生物已繁殖了几代,由于入侵时间短,个体基数少,因而种群增长不快,但每一代对新环境的适应能力都有所增强; 4.扩散:是指入侵生物已基本适应生活于新的生态系统,种群已经发展到一定数量,具有合理的年龄结构和性比,并具有快速增长和扩散的能力,当地又缺乏控制该物种种群数量的生态调节机制,该物种就大肆转播蔓延,形成生态“暴发”,并导致生态和经济危害。 但并不是每个物种的入侵都必须完成这四个阶段,如豚草和三裂叶豚草的入侵某一地区并成为优势种群,大约经历三个阶段:第一是入侵阶段,通常呈单株散生或是成小丛;第二是定居阶段,通常呈小斑块或呈大斑块分布,许多干扰生境还没有被占据;第三是稳定阶段,通常呈大群分布,几乎占据了当地所有适于豚草类生长的干扰生境。 二、物种入侵的危害外来物种的危害极大,一般说来,有以下几点:1. 直接减少当地物种数量。2. 间接减少依赖于当地物种生存的物种数量。3. 改变当地生态系统和景观。4. 对火灾和虫害的抵抗能力降低。5. 土壤保持和营养改善能力下降。6. 水分保持和水质提高能力下降。7. 生物多样性保护能力下降。 据了解,世界许多国家因外来物种入侵造成的经济损失都很惊人,美国每年损失1500亿美元,印度每年损失1300亿美元,南非损失800亿美元。 IUCN 2003年2月5日发表的研究报告估计,目前,外来入侵物种给各国造成的经济损失每年超过4000亿美元。IUCN还指出:当前,外来生物入侵是导致原生物种衰竭、生物多样性减少的重要原因。中国首次外来入侵物种调查的结果表明,外来入侵物种已对中国生物多样性和生态环境造成了严重破坏,一些物种在某些地方已经达到难以控制的程度。据中国农业部最新的统计显示,目前已经至少有380种植物、40种动物、23种微生物正“全面”入侵我国,外来入侵物种每年对中国国民经济有关行业造成直接经济损失共计亿元。专家们根据间接经济损失评估模型计算的结果表明,外来入侵物种对我国生态系统、物种多样性及遗传资源造成的间接经济损失每年为亿元,两项相加,外来入侵物种对中国造成的总经济损失为每年亿元,为国内生产总值的。 入侵物种给我国带来的更大灾难是对生态环境的破坏。能够成功入侵的外来物种,往往具有先天的竞争优势,一旦在新的滋生地摆脱了人类的控制和天敌的制约,就会出现爆发性的疯长,排挤本土物种,形成单一优势种群,最终导致滋生地物种多样性、生物遗传资源多样性丧失。生物入侵经典案例:1859年,当澳大利亚的一个农夫为了打猎而从外国弄来十几只兔子后,一场可怕的生态灾难爆发了。兔子是出了名的快速繁殖者,一只雌兔一年可以产25只兔仔。而且这些野兔发现自己来到了天堂:澳大利亚没有鹰、狐狸这些天敌,与兔子处于同一种小生态 的小袋鼠对它们也没有竞争能力,因此兔子数量剧增。这些野生的兔子吃牧草,啃小麦,剥食树皮草根,所到之处麦苗牧草荡然无存。它们还到处打洞,破坏水源,使良田变荒漠,一些小岛甚至发生了水土流失。当地的农业和畜牧业遭受巨大损失,并使当地有袋类由于食物缺乏而受危。人们筑围墙、打猎、捕捉、放毒等等,办法用尽,而兔灾仍然无法消除。1950年,人们尝试一种控制野兔的新方法。一种能杀死的兔子的病,即粘液瘤病(兔的一种病毒性传染病枣译注),被引入澳大利亚。科学家先将该病传染给蚊子,然后经蚊子再传染给兔子。但是针对兔子的细菌战被证明只是使不断恶化的状况得到暂时缓解,一小部分兔子对这种病毒具有天然的免疫能力,它们在侥幸逃生后又快速繁殖起来。整个20世纪中期,澳大利亚的灭兔行动从未停止过。克氏原螯虾(procambius clarkii),也就是我们平时吃的小龙虾,我们在垂涎其美味的同时恐怕从没想过他是一种危害极大的入侵种。我国20世纪30~40年代从日本引进,日本于更早时期从美国引种,主要用作食物和宠物。如今在中国分布范围日渐扩大,在我国南方特别是长江流域的诸省市都能见到。螯虾能给堤坝造成危害是由其喜欢穴居的生活习性决定的,它的前端长有一对钳子般的螯足,打洞的速度很快,范围也较大。由于它们经常生活在江、河、水库、池塘和水田等的岸边,因此对于堤坝的危害可能比白蚁的危害更大。它们的洞通常深度1-5米,直径6-12厘米,有垂直洞,也有水平洞,有时洞洞相连,在大堤背水面数十米以内经常发现。这些虾洞往往与管涌形成有关,对堤防危害极大:在1998年长江特大洪灾中,防汛人员在长江荆江大堤章化段巡堤查险发现清水漏洞,开挖处理时在堤身挖出大量螯虾;鄂州长江干堤燕矶段也发现10多起螯虾危害大堤的情况,武汉市汉阳区汉江大堤上黄金口段的一处约100平方米的池塘边就曾发现了37个虾洞,经及时用砂石料填埋,才消除了隐患。它们能在临时性水体中生存,且食性广泛,建立种群的速度极快,易于扩散。对当地鱼类、甲壳类、水生植物极具威胁,破坏当地食物链;因其取食根系而直接对作物(尤其是水稻等水生、半水生作物)和天然植被有灾害性破坏;螯虾食性很杂,对鱼苗发花和1龄鱼种培育有一定程度的影响,并危害人工繁育的幼蚌。由于克氏原螯虾适应性强,抗逆能力强,食性广泛,种群增殖速度快,目前对克氏原螯虾尚无有效的防治方法。近年来,入侵中国的外来生物呈现传入数量增多、传入频率加快、蔓延范围扩大、发生危害加剧,每年因此而造成的经济和生态损失高达数千亿元,潜在危害更是难以估量。 四、治理措施中国是世界上遭受生物入侵危害最严重的国家之一,入侵种多、危害严重。目前广泛采取引进新物种的“天敌替代法”有可能是“引狼驱虎”,我国应立足本土生物多样性优势,寻找对付入侵的“本土卫士”。 中科院植物研究所副研究员高贤明博士认为造成生物入侵危机的主要原因就是各地盲目引进各种外来物种,同时在生物入侵的治理中,为追求“立竿见影”的短期效果,各地未经过任何科学的论证和必要的试验,就普遍采取从国外引进天敌和替代物种的“以夷治夷”方式,殊不知这样的做法导致新的生物入侵危险性极高。 近来科学家在四川、云南、贵州等地已发现众多能排挤、抵御外来生物入侵的本土物种,这使中国的生物入侵治理有了新的“转机”。参与中科院“重要外来物种的入侵生态学效应及管理技术研究”项目的专家最近重点对四川省攀枝花市仁和区进行了初步调查,发现在与被称为植物界“食人鱼”的紫茎泽兰生存竞争中最终可以占优势的本土植物有100多种。目前他们正在对这些植物进一步筛选,并在良种选育、采种园建设、栽培技术、管护措施等方面进行深入研究。另外,我国应尽快制定《防止外来物种入侵法》和《入侵物种管理法》,而且由于外来入侵物种的影响面极大,我国应成立包括农业、林业、环保、海洋、贸易、检疫、卫生、国防、司法、教育、科研等国家主管部门在内的统一管理协调委员会,从国家利益的高度全面管理外来入侵物种。立法时的核心问题是加强和完善对外来物种引入的评估和审批制度,并应充分考虑到入侵种传入的各个环节,针对每一传入途径制定相应的法制管理对策。具体应当包括如下方面:第一、建立完善的外来物种入侵风险评估体系。作为国家与地方管理部门早期预警和决策的依据,外来物种入侵风险评估体系的建立势在必行。需要进行风险评估的方面主要有:健康风险、对经济生产的威胁、对当地野生生物和生物多样性的威胁,以及引起环境破坏或导致生态系统生态效益损失的风险等。 应当在立法中明确规定,凡从国外引入,或者从国内跨生态系统引入时,都需要办理申请和经过评估。在充分的科学研究和信息收集整理的基础上,制定我国外来入侵物种的管理名录及评估方法,将其作为法律附件,为司法实践提供科学参考。法律本身可以长期稳定不变,但这些附件应该是动态的,需要根据科学研究的结果更新。第二、建立外来入侵物种早期预警、监测和快速反应体系。首先,我国建立外来入侵物种早期预警体系应包括建立国家和省级水平的早期预警工作体系。早期预警单位应该进行野外调查,验证所收到的报告与物种鉴定的结果,以及做出是否需要加强监测的建议。而且在监测的管理方面,应大力加强有关信息系统的建设,并建立起相应的入侵物种数据库和物种鉴定专家数据库。立法应当明确规定建立定期(年度)普查制度。地方与中央则应分别建立相应的定期报告与公告制度,以便及时汇总信息以发布国家生态安全预警名录,制止外来物种的入侵和蔓延。另外,我国亟需建立专门的入侵物种快速反应体系。国家环保总局在构建该体系中应发挥积极作用,充分结合各部门已有的和拟建的快速反应机制,使之形成全过程的监督管理体系,实现协调统一和信息共享。第三,建立完备的预防措施、野外释放试验、清除、控制体系。预防措施首先要通过立法建立双许可证制度,即从国外引进物种时,均要求有出口国和引进国两个许可证明,从而控制潜在风险物种的进口、出口和转移。另外应当改革现有防范机制,并加强海关执法,强化海关对于物种的非法转移及物种转移的许可文件的检查。 由于外来入侵种常常有停滞期,所以在允许大面积扩大释放之前必须进行一个试验,即在被控制的和可恢复的条件下进行野外释放试验。如果外来物种产生不良影响,即应迅速制定清除计划。此类计划极易引起更严重的生态破坏,所以必须十分周密,针对不同的情况采用不同的方法,并确保清除方法有效、无污染,而且不能危害人类和本地动植物。清除计划必须确保有足够的立法和机构组织保障,还包括清除后必要的生态系统恢复措施。 但是实际生活中,彻底清除有害生物和物种常常很难,这时只能使用控制计划,将入侵物种控制在可以管理、引起灾害尽量小的状态。控制计划当然也应当通过立法给予保障。第四、关于责任和费用承担问题 按照“谁受益、谁补偿,谁破坏、谁恢复”的原则,建立完备的生态效益补偿制度[8]。法律应明确规定引入者所必须承担的相应的清除和经济赔偿责任,其中包括进行危险性评估、实验、监测和治理的义务。同时国家行政主管部门通过立法对引种不当的责任机构或人员,予以经济处罚。责任人应向受害者支付补偿费,或受害者可以依法申请国家赔偿。由于外来物种入侵所造成的经济损失往往极为严重,而预防、清除或控制此种危害,维护现有的生物安全所需要的费用,更是责任人难以承受的天文数字,所以应建立风险分担机制,规定进口单位需要购买责任保险,以将经济风险转移给商业保险公司或社会保险机构。当然,国家和地方政府也必须将控制外来物种入侵种作为生态保护的措施之一纳入财政预算,建立相应的基金。最后,立法中应明确规定鼓励使用当地物种,外来物种仅在安全和必要的前提下,才能考虑是否引入。 daobanda

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综合性生物科学 较为前。

计算生物学、微生物前沿、生物过程、生物物理学这些都可以,不过,只有微生物前沿是本武大核心期刊,其它的是普刊,但是都录用率很高

生物类或生物化学类的中文核心期刊哪个容易投中北大核心里综合性生物类核心期刊表根据主管单位级别期刊等级,基本全是国家级:1.《生态学报》国家级,主管:中国科学技术协会2.《生物化学与生物物理学报(英文)》国家级,主管:中国科学院3.《遗传学报(英文版)》国家级,主管:中国科学院4.《中国生物化学与分子生物学报》国家级别,主管:中国科学技术协会5.《生物化学与生物物理进展》国家级,主管:中国科学院6.《微生物学报》国家级,主管:中国科学院7.《生物物理学报》国家级别,主管:中国科学技术协会8.《遗传》国家级,主管:中国科学院9.《生物工程学报》国家级,主管:中国科学院10.《应用生态学报》国家级,主管:中国科学院11.《中国科学院》国家级,主管:中国科学院12.《中国科学.C辑》国家级,主管:中国科学院13.《古生物学报》国家级,主管:中国科学院14.《微生物学通报》国家级,主管:中国科学院15.《水生生物学报》国家级,主管:中国科学院出版图书情报委员会16.《菌物系统(改名为:菌物学报)》国家级,主管:中国科学院17.《生物多样性》国家级,主管:中国科学院18.《生物工程进展(改名为:中国生物工程杂志)》国家级,主管:中国科学院19.《实验生物学报》新闻出版总署未查到,应该属于停刊或改名期刊20.《生命的化学》国家级别,主管:中国科学技术协会21.《古脊椎动物学报》国家级,主管:中国科学院22.《微体古生物学报》国家级,主管:中国科学院23.《生态学杂志》国家级别,主管:中国科学技术协会24.《生物数学学报》新闻出版总署未查到,应该属于停刊或改名期刊

生命科学前沿进展论文

现代生物技术制药研究及展望生物技术药物(biotech drugs)或称生物药物(biopharmaceutics)是集生物学、医学、药学的先进技术为一体,以组合化学、药学基因(功能抗原学、生物信息学等高技术为依托,以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。现在,世界生物制药技术的产业化已进入投资收获期,生物技术药品已应用和渗透到医药、保健食品和日化产品等各个领域,尤其在新药研究、开发、生产和改造传统制药工业中得到日益广泛的应用,生物制药产业已成为最活跃、进展最快的产业之一。有些学者认为,20世纪的科学技术是以物理学和化学的成就占主导地位,而21世纪的科学技术是以生物学的成就占主导地位。无论这种说法是否得到普遍的认同,生物技术是当今高技术中发展最快的领域似乎是不争的事实。 科学家预测,生命科学到2015年会取得革命性进展。这些进展可以帮助人类解决很多目前无法医治的疾病的治疗问题,彻底消除营养不良,改善食品的生产方式,消除各种污染,延长人类寿命,提高生命质量,为社会安全和刑侦提供新的手段。有些成果还可以帮助人类加速植物和动物的人工进化以及改善生态环境对人类的影响等。产生新的有机生命的研究也会取得进展。1.生物制药现状目前生物制药主要集中在以下几个方向:1 肿瘤 在全世界肿瘤死亡率居首位,美国每年诊断为肿瘤的患者为100万,死于肿瘤者达万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病,目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤,应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤,应用基因治疗法治疗肿瘤(如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤)。基质金属蛋白酶抑制剂(TNMPs)可抑制肿瘤血管生长,阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂,已有3种化合物进入临床试验。2 神经退化性疾病 老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗,胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子(NGF)和BDNF(脑源神经营养因子)用于治疗末稍神经炎,肌萎缩硬化症,均已进入Ⅲ期临床。美国每年有中风患者60万,死于中风的人数达15万。中风症的有效防治药物不多,尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少,Cerestal已证明对中风患者的脑力能有明显改善和稳定作用,现已进入Ⅲ期临床。Genentech的溶栓活性酶(Activase重组tPA)用于中风患者治疗,可以消除症状30%。3 自身免疫性疾病 许多炎症由自身免疫缺陷引起,如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4000万,每年医疗费达上千亿美元,一些制药公司正在积极攻克这类疾病。如 Genentech公司研究一种人源化单克隆抗体免疫球蛋白E用于治疗哮喘,已进入Ⅱ期临床;Cetor′s公司研制一种TNF-α抗体用于治疗风湿性关节炎,有效率达80%。Chiron公司的β-干扰素用于治疗多发性硬化病。还有的公司在应用基因疗法治疗糖尿病,如将胰岛素基因导入患者的皮肤细胞,再将细胞注入人体,使工程细胞产生全程胰岛素供应。4 冠心病 美国有100万人死于冠心病,每年治疗费用高于1 170亿美元。今后10年,防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′s Reopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功,这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。基因组科学的建立与基因操作技术的日益成熟,使基因治疗与基因测序技术的商业化成为可能,正在达到未来治疗学的新高度。转基因技术用于构造转基因植物和转基因动物,已逐渐进入产业阶段,用转基因绵羊生产蛋白酶抑制剂ATT,用于治疗肺气肿和囊性纤维变性,已进入Ⅱ,Ⅲ期临床。大量的研究成果表明转基因动、植物将成为未来制药工业的另一个重要发展领域。2.生物制药展望今后10年生物技术将对当代重大疾病治疗剂创造更多的有效药物,并在所有前沿性的医学领域形成新领域。目前热门的药物生物技术如下:表1 热门药物生物技术疫苗 62 组织纤溶酶原激活剂 4基因治疗 28 凝血因子 3白介素 11 集落细胞刺激因子 3干扰素 10 促红细胞生成素 2生长因子 10 SOD 1重组可溶性受体 6 其他 56反义药物 6 总数 284生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展,而且依赖于很多相关领域的技术走向,例如微机电系统、材料科学、图像处理、传感器和信息技术等。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测,但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。除了遗传学之外,生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力,使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势,对感染形成新的攻势。除了解决传统的细菌和病毒问题之外,人们正在开发解决化学不平衡和化学成分积累的新疗法。例如,正在开发之中的抗体可以攻击体内的可卡因,将来可以用于治疗成瘾问题。这种方法不仅有助于改善瘾君子的状况,而且对于解决全球性非法毒品贸易问题具有重大影响。各种新技术的出现有助于新药物的开发。计算机模拟和分子图像处理技术(例如原子力显微镜、质量分光仪和扫描探测显微镜)相结合可以继续提高设计具有特定功能特性的分子的能力,成为药物研究和药物设计的得力工具。药物与使用该药物的生物系统相互作用的模拟在理解药效和药物安全方面会成为越来越有用的工具。例如,美国食品药物管理局(FDA)在药物审批的过程中利用Dennis Noble的虚拟心脏模拟系统了解心脏药物的机理和临床试验观测结果的意义。这种方法到2015年可能会成为心脏等系统临床药物试验的主流方法,而复杂系统(例如大脑)的药物临床试验需要对这些系统的功能和生物学进行更为深入的研究。到下世纪初生物技术药物的种类数目尚不会超过一般药物的总数,但生物技术制药公司总数将超过前10年的6倍。目前主要生物技术公司多分布在美国,如Amgen,Genetics institute,Genzyme,Genentech和Chiron,还有Biogen也发展较快。1987年尚没有一种重组DNA药物进入世界药品销售额排名前列表,但到1996年已有多种生物工程药物榜上有名。经上市的生物技术药物主要含3大类,即重组治疗蛋白质、重组疫苗和诊断或治疗用的单克隆抗体。药物的研究开发成本目前已经高到难以为继的程度,每种药物投放市场前的平均成本大约为6亿美元。这样高的成本会迫使医药工业对技术的进步进行巨大的投资,以增强医药工业的长期生存能力。综合利用遗传图谱、基于表现型的定制药物开发、化学模拟程序和工程程序以及药物试验模拟等技术已经使药物开发从尝试型方法转变为定制型开发,即根据服药群体对药物反应的深入了解会设计、试验和使用新的药物。这种方法还可以挽救过去在临床试验中被少数患者排斥但有可能被多数患者接受的药物。这种方法可以改善成功率、降低试验成本、为适用范围较窄的药物开辟新的市场、使药物更加适合适用对症群体的需要。如果这种技术趋于成熟,可以对制药工业和健康保险业产生重大影响。值得注意的是,制药工业的知识产权保护在世界各地是不平衡的。某些地区(例如亚洲)会继续以生产专利过期药物为主,有些地区(如美国和欧洲)除了继续生产低利润的药物外会不断开发新的药物。总之,综合多学科的努力,通过新技术的创立可以大大拓宽发明新药的空间,增加发明新药的机遇与速度。因为这些手段可以寻找快速鉴定药物作用的靶,更有效地发现更多新的先导物化学实体,从而为发明新药提供更加广阔的前景。仅供参考,请自借鉴希望对您有帮助

、我国每年的“禁毒宣传月”从6月3日开始,这是因为历史上的这一天一位著名的民族英雄开始领导人民销毁收缴的鸦片,取得了禁烟斗争的伟大胜利,这位民族英雄是

药品生物测定的发展趋势 〔摘要〕 生物测定是经典的药品检测专业之一,现代仪器分析的广泛应用,给其带来了极大的挑战和机遇,面对目前的基本状况,阐明了生物测定专业在中药开发、新药研制、药物安全性评价及微生物限度检查方面的应用和发展趋势。 〔关键词〕 生物测定;药理;药品药品是特殊商品,药品质量直接关系到用药者的安全和疗效药品检测方法和检测水平随着制药工业的发展不断改进提高。由于现代科学技术的发展,相邻学科之间的相互渗透,分析化学的发展经历了三次巨大的变革,使分析化学发展成为以仪器分析为主的现代分析化学。面对生命科学中复杂的分离分析任务,发展了色谱分析方法。结构分析、价态分析、晶体分析等方面的研究又促进了光谱分析的发展。以计算机应用为主要标志的信息时代的来临,仪器分析迅速发展,为药物检测提供各种非常灵敏、准确而快速的分析方法〔1〕。生物测定受到了极大的挑战,其发展前景令我们从事药品生物测定工作者所关注。 1 药品生物的特点与业务范围 药品生物测定的定义与特点 药品生物测定(简称生测)是利用药品(或药品中的有害杂质)对生物(或离体器官及组织)所引起的反应来测定药品的含量或安全性的一种方法。 生测法的优点是测定的结果与医疗要求基本一致,能直接反映药品的效果或毒副作用,这是其他物理学方法或化学方法所不能达到的。因此,目前各国药典仍大都采用这一方法。生测法的缺点是检验周期长,微生物有生长繁殖过程,动物有生理代谢过程,观察分析时间一般在2~7天,有些试验会更长。影响因素多,有生物差异性,也有系统操作误差和环境条件等造成的影响。用品用具、动物质量、仪器设备都会对结果产生影响〔2〕。所以,以生测主检的品种在中国药典中逐版减少。 药品生物测定的业务范围 中国药典是法定的药品标准,它将药品质量控制项目归为四类:性状、鉴别、检查和含量。生测的业务主要涉及到中西药品的检查类和含量类其中作为药品安全性检查项目最多,包括:无菌、热原、细菌内毒素、异常毒性、安全试验、急性全身毒性、过敏物质、刺激性、溶血、降压物质、微生物限度等。含量(或效价)测定包括:抗生素微生物检定法,胰岛素、硫酸鱼精蛋白、缩宫素、卵泡刺激素、黄体生成素、升压素等生物检定法。 2 药品生物测定的现状由于现代化检测仪器的广泛应用,药品生物测定的品种和范围,方法和要求,也发生了很大变化。 品种和范围的变化 抗生素的含量测定,最初大部分抗生素用微生物法测定含量。随着制药工业发展,提纯方法不断改进,有效组分更加明确,许多品种检测方法不断改为仪器测定和化学测定。例如:2000年版中国药典收载约219个抗生素品种,其中有15个原料药及其制剂从1995年版的化学法和微生物法改为高效液相色谱法(简称HPLC),使该法达到97种,微生物法仅有24个,其中9个品种是新增加的。有人预计本世纪初,HPLC法会发展成为中国药典使用频率最高的一种仪器分析法〔3〕。规定取消抗生素过期检验,抗生素微生物效价测定的业务工作量更是明显减少药品注射剂的热源检查。1942年美国首先将家兔法收入药典,相继世界各国药典均规定用该法。中国药典从1953年开始收载。自1973年以来,鲎试剂被证明是一种检测细菌内毒素(热原)存在的灵敏试剂。用鲎试剂要比家兔试验迅速、经济,所需样品量少,操作过程工作量小,每天可进行许多样品检测。1980年美国药典20版首载“细菌内毒素检查法”,1985年USP21版收载5种注射用水及40种放射性药品。1991年11月执行的USP22版第五增补版公布了185种药品删除家兔法,用细菌内毒素检查法代替。1995年USP23版注射剂的热源项几乎都被细菌内毒素检查法代替〔4〕。 我国从20世纪70年代开始研究制备鲎试剂,1988年卫生部颁布细菌内毒素检查法,1993年中国药典第二增补本收载该法,但未涉及任何品种,1995年中国药典二部正式收载,并规定了注射用水、氯化钠注射液和二十多种放射性药品并删除热源检查,以内毒素代替。2000年版中国药典进一步扩大到68种。预计2005年版中国药典还要继续增加品种,热源项都将被内毒素代替。动物试验改为生化试验。 实验动物 生测离不开实验动物,在实验中,为了减少生物差异,提高动物反应敏感性,以最少的动物达到最满意的结果。国家非常重视实验动物,1988年国务院颁布了《实验动物管理条件》,对实验动物的饲管、管理、使用等做出了明确规定,实行达标认证制度,严格管理。按微生物控制程度把实验动物分为四级:普通动物、清洁动物、无特殊病原体动物和无菌动物〔5〕。一般动物实验必须达到清洁动物标准,种系清楚,不杂乱,无规定指出的疾病。动物级别越高,饲养管理条件越严,设施投资越大。实验动物是实验研究的活试剂,既要有纯度,也要有数量,背景明确,来源清楚,符合要求才能使用。(随着药品纯度的提高,凡是有准确的化学和物理方法或细胞学方法能取代动物实验,进行药品和生物制品质量检测,应尽量采用,以减少动物的使用。) 药品生物测定在方法上的改进与变化 为了缩短操作时间,减少实验误差,近年来生测方面也研制并投入使用了部分仪器设备,如:抗生素抑菌圈测定仪、微机热原测温仪、集菌仪、细菌数测定仪等,减轻了工作强度,提高了工作效率,检测结果更加准确可靠。 3 药品生物测定的发展趋势生测作为经典方法沿用至今,表明它有其他方法不能替代的特点,在药品检验中发挥了重要作用。不少老产品改为其他方法控制质量,也会不断有新产品离不开生测法,我们应当充分发挥它的优点,尽量克服它的不足,开拓新的业务范围。 微生物限度检查工作量大 为了控制药品染菌限度,1975年美国药典19版首载微生物限度检查,1980年英国药典收载,我国在1990年由卫生部颁布了药品卫生标准及检验方法,1995年版中国药典正式收载〔6〕。2000年版中国药典按剂型规定了微生物限度标准,执行范围除注射剂和中药饮片外几乎包括中西药的所有制剂和原料。该项检查成为药典品种适用最多的检查项目,占当前地市级药品检验所生测室业务工作量的80%以上。在这项检查中,有大量的业务技术需要我们进一步研究,改进试验条件,使数据准确,探讨快速检测的新方法。药包材的检查,国家药监局已经发布试行标准,业务范围将更加扩大,这是我们进一步做好工作,努力探讨研究的新领域。 药品生物测定在中药开发中的作用 我国是中药王国,2000年版中国药典一部共收载920种,其中中成药398种。有含量测定的157种,仅占总数的17%,中药成分多,杂质和干扰物质很多。复方制剂,尤其大复方制剂专属性的检出处方中所含药材很困难,有大量的研究工作需要做。中成药中的杂质如重金属、残留农药等达到一定水平会产生毒副作用,影响药物安全性〔7〕。要让中药制剂打进国际市场,我们在检查类的控制项目和含量类的方法探讨方面有大量工作要做,生物测定可以在毒理、药理方面进行研究、探讨,逐步完善质量控制标准,提高制剂质量发挥更大的作用。 新药研制开发与安全性评价 新药研制开发是多学科合作的系统工程。在获得一个具有生物活性的化合物后,研究开发组织者要在生物医学领域进行药物评价研究,首先必须组织药理学、毒理学、病理学、兽医学、遗传学、生物化学、药代动力学方面的专家进行合作研究,按药物非临床研究管理规范GLP进行管理。组织药理、毒理(包括一般毒理和特殊毒理)、病理、药代动力学和毒代动力学、药物分析、临床化学、实验动物、生物统计、质量保证等部门有关人员进行讨论,分阶段做出评价〔8〕。生测在这方面可以参加开发研究或进行技术指导。 药物动力学研究,通常需要从动物体液或组织器官匀浆中分离、鉴定和检测代谢后的原粉及其他代谢产物。但是,将服药动物按指定时间间隔处死,测定随时间变化的血药浓度,不仅动物用量大,而且常因动物个体差异无法得到可靠结果,也无法在同一动物重复实验确证。处死动物的代谢产物也只能反映被处死时的结果,无法了解药物代谢的全过程。有学者报道,采用微透析取样技术,可在活的动物不同部位重复取样,用微柱液相色谱〔9〕或毛细管电泳〔10〕进行分析,测定药物的吸收、分布、代谢和排泄情况〔11〕。 自动进取样装置和计算机工作站应用于药理实验的探讨,使药品生物测定趋向微量、灵敏、专属、简便、快速和自动化的方向发展。 综上所述,药品生物测定是药物分析的重要组成部分,是不可缺的检测专业,现代仪器的大量使用,不仅不会影响其发展,而是如虎添翼,让药品生物测定展示出新的前景。

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生命科学前沿课程论文参考文献

生物教学论文参考文献

生物教学论文参考文献有哪些呢?生物教学论文参考文献是毕业论文的重要的组成部分。欢迎阅读我整理的生物教学论文参考文献,希望能够帮到大家。

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浅谈蛋白质折叠的有关问题 [关键字]生物 大分子 分子伴侣 蛋白质的折叠 识别 结合 生物大分子的结构与功能的研究是了解分子水平的先象的基础。没有对生物大分子的结构与功能的认识,就没有分子生物学。正如没有DNA双螺旋结构的发现,就没有遗传传达传递的中心法则,也就没有今天的分子生物学。结构分子以由第一分子进入对复和物乃至多亚基,多分子复和体结构研究。同时,过去难以研究的分子水平上的生命运动情况也随着研究的深入和技术手段的发展而逐渐由难点变为热点。蛋白质晶体学研究已从生物大分子静态(时间统计)的结构分析开始进入动态(时间分辨)的结构分析及动力学分析。第十三届国际生物物理大会的25个专题讨论会中有一半以上涉及蛋白质的结构与功能,而“结构与功能”又强调“动力学(Dynamics)”,即动态的结构或结构的运动与蛋白质分子功能的关系,以及对大分子相互作用的贡献。 蛋白质折叠问题被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题,它是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结构并进一步预测其功能,是极富挑战性的工作。研究蛋白质折叠,尤其是折叠早期过程,即新生肽段的折叠过程是全面的最终阐明中心法则的一个根本问题,在这一领域中,近年来的新发现对新生肽段能够自发进行折叠的传统概念做了根本的修正。这其中,X射线晶体衍射和各种波谱技术以及电子显微镜技术等发挥了极其重要的作用。第十三届国际生物物理大会上,Nobel奖获得者Ernst在报告中强调指出,NMR用于研究蛋白质的一个主要优点在于它能极为详细的研究蛋白质分子的动力学,即动态的结构或结构的运动与蛋白质分子功能的关系。目前的NMR技术已经能够在秒到皮秒的时间域上观察蛋白质结构的运动过程,其中包括主链和侧链的运动,以及在各种不同的温度和压力下蛋白质的折叠和去折叠过程。蛋白质大分子的结构分析也不仅仅只是解出某个具体的结构,而是更加关注结构的涨落和运动。例如,运输小分子的酶和蛋白质通常存在着两种构象,结合配体的和未结合配体的。一种构象内的结构涨落是构象转变所必需的前奏,因此需要把光谱学,波谱学和X射线结构分析结合起来研究结构涨落的平衡,构象改变和改变过程中形成的多种中间态,又如,为了了解蛋白质是如何折叠的,就必须知道折叠时几个基本过程的时间尺度和机制,包括二级结构(螺旋和折叠)的形成,卷曲,长程相互作用以及未折叠肽段的全面崩溃。多种技术用于研究次过程,如快速核磁共振,快速光谱技术(荧光,远紫外和近紫外圆二色)。 一、新生肽段折叠研究中的新观点 长期以来关于蛋白质折叠,形成了自组装(self-assembly)的主导学说,因此,在研究新生肽段的折叠时,就很自然的把在体外蛋白质折叠研究中得到的规律推广到体内,用变性蛋白的复性作为新生肽段折叠的模型,并认为细胞中新合成的多肽链,不需要别的分子的帮助,不需要额外能量的补充,就应该能够自发的折叠而形成它的功能状态。 1988年,邹承鲁明确指出,新生肽段的折叠在合成早期业已开始,而不是合成完后才开始进行,随着肽段的延伸同时折叠,又不断进行构象的调整,先形成的结构会作用于后合成的肽段的折叠,而后合成的结构又会影响前面已形成的结构的调整。因此,在肽段延伸过程中形成的结构往往不一定是最终功能蛋白中的结构。这样,三维结构的形成是一个同时进行着的,协调的动态过程。九十年代一类具有新的生物功能的蛋白,分子伴侣(Molecularchaperone)的发现,以及在更广泛意义上说的帮助蛋白质折叠的辅助蛋白(Accessoryprotein)的提出,说明细胞内新生肽段的折叠一般意义上说是需要帮助的,而不是自发进行的。 二、蛋白质分子的折叠和分子伴侣的作用 蛋白质分子的三维结构,除了共价的肽键和二硫键,还靠大量极其复杂的弱次级键共同作用。因此新生肽段在一边合成一边折叠过程中有可能暂时形成在最终成熟蛋白中不存在不该有的结构,他们常常是一些疏水表面,它们之间很可能发生本不应该有的错误的相互作用而形成的非功能的分子,甚至造成分子的聚集和沉淀。按照自组装学说,每一步折叠都是正确的,充分的,必要的。实际上折叠过程是一个正确途径和错误途径相互竞争的过程,为了提高蛋白质生物合成的效率的,应该有帮助正确途径的竞争机制,分子伴侣就是这样通过进化应运而生的。它们的功能是识别新生肽段折叠过程中暂时暴露的错误结构的,与之结合,生成复和物,从而防止这些表面之间过早的相互作用,阻止不正确的非功能的折叠途径,抑制不可逆聚合物产生,这样必然促进折叠向正确方向进行。(从哲学的观点说,似乎很容易驳斥自组装学说,它违背了矛盾的普遍性原理,试想,如果蛋白质的每一步折叠均是正确的,充分的,必要的,岂不是在无任何矛盾的前提下,完成了复杂的最稳定构象的形成,即完成了由量变到质变的伟大飞跃,从无活性的肽链变成有活性的功能蛋白,这显然是违背哲学基本原理的。换一个角度想,生物进化的过程本来就充满着不定向的变异,这些变异中有适应环境的,也有不适应环境的,“物竞天择”,自然的选择淘汰了那些不适应的,保留了那些适应的。蛋白质分子的折叠不也与此类似吗?我想,蛋白质的一级结构只是肽链折叠并形成功能蛋白的特定三维结构的内因,实际上,多肽链在形成活性蛋白的每一步,都有潜在的可能形成“不正确”的折叠,如果没有象分子伴侣或其它帮助蛋白等外部因素的作用,多肽链也永远不能折叠成为活性蛋百。) 三,分子伴侣的作用机制 分子伴侣的作用机制实际上就是它如何与靶蛋白识别,结合,又解离的机制。有的分子伴侣具高度专一性,如一些分子内分子伴侣,还有细菌Pseudomonascepacia的酯酶,有它自己的“私有分子伴侣”。它是由基因limA编码的,与酯酶的基因LipA只隔3个碱基,可能是进化过程中发生的基因分裂造成的。而一般的分子伴侣识别特异性不高,它是怎样识别需要它帮助的对象的呢?现在只能说分子伴侣识别非天然构象,而不去理会天然的构象。由于在天然分子中,疏水残基多半位于分子的内部而形成疏水核,去折叠后就可能暴露出来,或者在新生肽段的折叠过程中,会暂时形成在天然构象中本应该存在于分子内部的疏水表面,因此认为分子伴侣最有可能是与疏水表面相结合,如硫氰酸酶(Rhodanese)分子α-helix的疏水侧面。但是只有β-sheet结构的蛋白质才可为分子伴侣识别。 最近关于识别机制有较大的进展。Bip是内质网管腔内的分子伴侣,用一种affinitypanning的方法检查Bip与有随机序列的十二肽结合的特异性,结果发现,Hy-(W/X)-Hy-X-Hy-X-Hymotif与Bipj结合最强,Hy最多的是Trp、Leu、Phe,即较大的疏水残基。一般来说,2-4个疏水残基就足够进行结合。还有一种较普遍的说法是分子伴侣识别所谓熔球体结构(moltenglobule)。另一方面,分子伴侣本身与肽结合部位的结构分析最近也有些进展。譬如,PapD的晶体结构表明,多肽结合在它的β-sheet区。GroEL中,约40kD的153-531结构域是核苷酸的结合区。 分子伴侣作用的第二步是与靶蛋白形成复合物。非常盛行的一种模型认为分子伴侣常常以多聚`体形式而形成中心空洞的结构,用电子显微镜已经观察到由二圈层圆面包圈形组成的十四体GroEL分子和一个一层圆面包圈的七体GroES分子协同作用形成中空的非对称笼状结构(cagemodel),推测靶蛋白可以在与周围环境隔离的中间空腔内不受干扰的进一步折叠。但是不久前一个日本实验室发现GroEL的一个亚基,甚至其N端去除78个氨基酸残基的50kD片段,已经不能再组装成十四体结构,都有确定的分子伴侣功能。由此,我想:也许环状分子伴侣并非每个部位都是有效的结合部位,也就是说,该二层圆面包圈组成的十四体GroEL分子只有一个或若干个部位能够与疏水残基或所谓的熔球体结构结合,而其余部位起识别作用,就像一个探测器一样,整个十四体GroEL分子以圈层或笼状结构”包裹”在多肽链的主链上,以旋进方式再多肽链的链体上运动,一旦环状多聚体的某一识别部位发现疏水结构或所谓的熔球体结构等新生肽链折叠过程中暂时暴露的错误结构,经信号转导,多聚体的结合部位便与之结合,生成复合物,抑制不正确的折叠。以上完全是我个人的猜想,是基于上述两个试验现象的矛盾而试图作一番解释。至于为什么假设以旋进方式在多肽链上运动,我并没有相应的根据,只是觉得这应该是一个动态过程,因此作了一番狂妄的假想,另外,我觉得也许可以用X射线衍射来探测一下分子伴侣GroEL和GroES组成的笼状结构,看看它的a×b×c是否足以容纳多肽链的某一段,或者它的内部和外部的疏水性质和其他一些物化性质如何,也许可以找到支持或驳斥上述假设的证据。 以上谈的都是蛋白质的分子伴侣。不久前又出现了一个新名词“DNAchaperones”,DNA分子伴侣,这种分子伴侣是与DNA相结合并帮助DNA折叠的。在这种复合物中,DNA分子包围在蛋白质分子的表面,既是高度有序的,又是在一定程度上结构已有所改变的。DNA与蛋白的这种相互作用对DNA的转录,复制以及重组都十分重要;或如在核小体中,对DNA的包装是必须的。DNA在溶液中的结构有相当的刚性,必须克服一个能障才能转变成它的蛋白复合物中的结构,分子伴侣的作用就是帮助DNA分子进行折叠和扭曲,从而把DNA稳定在一个适合于和蛋白结构的特定构型中。这种结合是协同的,可逆的在形成复合物之后便解离下来。因此,不论是DNA分子伴侣还是蛋白分子伴侣,都与DNA和蛋白的相互作用有关,与基因调控有关,看来,分子伴侣确实与最终阐明中心法则当前主要问题有密切关系。 四、分子伴侣和酶的区别 与分子伴侣不同,以确定为帮助蛋白质折叠的酶目前只有两个,一个是蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI);另一个是肽基脯氨酸顺反异构酶(peptidylprolylcis-transisomerase,PPI)。以PDI为例,众所周知,蛋白质分子中的二硫键与新生肽段的折叠密切相关,对维系蛋白质分子的结构稳定性和功能发挥也有重要作用。PDI定位在内质网管腔内,含量丰富,催化蛋白质分子内巯基与二硫键之间的交换反应。同时,它是目前发现的最为突出的多功能蛋白,除了二硫键的异构酶的基本功能外,它还是脯氨酸-4-羟化酶的α亚基;又是微粒体内甘油三酯转移蛋白复合物的小亚基,还是一种糖基化位点结合蛋白(gkycisylationsitebindingprotein)等。其中,最引人注目的还是它有与多肽结合的能力,可以结合具有不同序列,长度和电荷分布的肽,特异性较低,主要是与肽的主链相作用,但对巯基尚有一些偏爱。按照分子伴侣的定义,一般认为PDI和分子伴侣是两类不同的帮助蛋白,但是我国上海生物物理研究所最近提出不同的看法,认为蛋白质二硫键异构酶也具有分子伴侣的功能。 蛋白质分子中天然二硫键的形成要求这些在肽链上往往处于不相邻位置的巯基,首先通过肽链一定程度的折叠,才能相互接近到可以正确形成二硫键的位置。肽链的自身折叠是一个慢过程,而蛋白质二硫键异构酶催化蛋白质天然二硫键的形成却是一个快过程。另一方面,蛋白质二硫键异构酶具有低特异性的与各种不同肽链相结合的能力,在内质网中以极高的浓度存在,又是是一个钙结合蛋白,是一个能被磷酸化的蛋白,这些都已经符合了分子伴侣的条件。因此他们推测蛋白质二硫键异构酶很可能首先通过它与伸展的,或部分折叠的肽段的结合,阻止错误的折叠途径,促进正确的中间物生成,帮助肽链折叠是相应的巯基配对,从而是正确的二硫键得以形成;然后催化巯基的氧化或二硫键的异构而形成天然二硫键。他们认为蛋白质二硫键异构酶的酶活性与它的分子伴侣功能不是相互排斥,而是密切相关,协调统一的。分子伴侣与帮助新生肽链折叠的酶之间,大概不应该,也不能够划一条绝对的分界线。我想:酶的最主要特性就是催化生化反应,分子伴侣的主要作用是与新生肽段的错误构象结合,从而阻止肽链不正确的非功能的折叠途径,促使其向正确的折叠方向反应,这难道不可以理解成间接的催化肽链的折叠吗?从表观上看,抑制不正确的折叠途径等于加快了正确反应的速度。所以,我本人也很赞成他们的观点。最近的试验已经为这一假说提供了很好的证据。PDI明显抑制变性的甘油醛-3-磷酸脱氢酶在复性股过程中的严重聚合,有效的提高它的复性效率,与典型的分子伴侣GroE系统对甘油醛3-磷酸脱氢酶复性的效应极其相似。 五、分子伴侣的结构 目前唯一解出晶体结构的分子伴侣是的PapD,帮助鞭毛蛋白折叠的分子伴侣。还有HSP70的N端结构域,即ATP结合域也以有晶体结构。用电子显微镜已经清楚的看到了GroEL的十四聚体和GroEL的七聚体的四级结构,象两个圆形中空的面包圈叠在一起,用NMR以及各种溶液构象变化是研究分子伴侣作用机制的有效手段。 六、分子伴侣研究的实际应用 分子伴侣的研究成果必然会大大加深我们对生命现象的认识,同时也一定会增加我们与自然斗争的能力和自身生存的能力。由于分子伴侣在生命活动的各个层次都具有重要作用,它的突变和损伤也必定会引起疾病,因此可以期望运用分子伴侣的知识来治疗所谓的”分子伴侣病”。另一方面,利用对分子伴侣的研究成果从根本上提高基因工程和蛋白工程的成功率,也必将对大幅度提高人类生活水平起重要作用。 [参考书目] 1.李宝健主编,面向21世纪生命科学发展前沿,广东科技出版社,1996年11月第一版:93-104页 2.郝柏林刘寄星主编,理论物理与生命科学,上海科学技术出版社,1997年12月第一版:29-58页 3.中国生物物理代表团,从第十三届国际生物物理大会看生物物理学研究的现状和趋势,生物物理学报,1999年第十五卷第四期:826-827页

生命科学是通过分子遗传学为主的研究生命活动规律、生命的本质、生命的发育规律,以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。下面是由我整理的生命科学学术论文,谢谢你的阅读。

有机化学与生命科学的关系

摘 要:有机化学在生命科学发展中起着理论基础,研究工具,阐明本质的重要作用,它们有着密切的关系。本文从有机化学的发展与生命科学,有机化学的主要研究成果与生命科学,有机化学研究的任务与生命科学,三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。

关键词:有机化学;生命科学;关系

有机化学是生命科学的基础,有机化合物是构成生物体的主要物质,生物体中各种有机化合物的结构、性质以及它们在生物体内的的合成、分解、转化、代谢无不以有机化学为基础。有机化学产品正越来越多地应用于农业。如农药(杀虫剂、杀菌剂、除草剂)、植物生长调节剂、化肥、农膜等保证了农业生产;兽医药、饲料添加剂促进了畜牧业生产。要正确地使用,必须了解这些有机化合物的组成、性质和生理功能。但是,目前有些学校的生命科学专业越来约忽视有机化学课程,课时越来越少,这样对学生的进一步学习不利,比如生物化学、分子生物学等后续课程的学习。本文将从有机化学的发展与生命科学,有机化学的主要研究成果与生命科学,有机化学研究的任务与生命科学,三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。希望能引起从事生命科学专业人对有机化学的重视。

1. 有机化学的发展与生命科学有密切的关系

有机化学就其最初的意义而言,是生物物质的化学。1807年,J. F. Yon Berzilius首先把从活细胞中获得的化合物命名为有机化合物。那时人们对生命现象的本质还没有认识,因而便赋予有机化合物一种神秘的色彩,许多化学家认为有机物是不可能用人工的方法合成的,它们是“生命力”所创造的。但是1828年,F. Wohler从无机物氰酸铵制得了尿素,否定了关于“生命力”的假说,可以说是化学家第一次干预了生命科学。

随后有机化学的发展主要集中在有机物的结构研究和合成方法上,较少关心它们的生物功能。尽管如此,许多化学家的研究成果还是成为了生命科学发展过程的里程碑。比如,19世纪中叶,I. Pasteur关于左旋和右旋酒石酸经典式的研究,导致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面体构型学说的建立,它是生命分子结构不对称性的基础。E. Fischer对碳水化合物立体化学和肽合成化学的贡献是这两大类重要的生命分子化学的奠基石。20世纪50年代,A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的化学结构,为Vatson-Crick DNA双螺旋结构的提出铺平了道路。60年代H. G. Khorana开创的磷酸二酯法合成寡核苷酸,不但证明了DNA上每三个碱基组成一个三联体密码子编码一个氨基酸从而提出了一套遗传密码,而且也开始了人工合成DNA的研究。化学家也将用化学小分子和化学工具研究生命体系。1985年H. Smith和K. Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)从而使分子生物学在技术上有了一个突破和飞跃。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然产物FK506时发现FK506的结合蛋白FKBP12。1991年他们又利用小分子探针FK506和Cyclosporin发现他们可以抑制磷酸化酶神经组蛋白Calcineuin的活性。同时发现了可以生成FKBP-12-FK506神经组蛋白复合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的复合物。这些小分子同时与两个蛋白结合,而表现出的生物活性也是细胞内信号传导通路的分子基础。1992年,SchrEIber在美国《化学与工程新闻》发表了题为“用有机化学的原理探索细胞学”的论文,确信生命的过程就是生物体中化学变化过程[1-3]。

总之,有机化学理论上和实践上的成就为现代生物学的诞生和发展打下了坚实的基础。价键理论、构象学说、反应机理等成为解释生化反应的有力手段,蛋白质和核酸的组成和结构研究,顺序测定方法的建立,合成方法的创建,酶催化机制的研究,模拟酶的合成的化学模型的建立,小分子探针技术,单分子激发的技术,单分子操作的技术等重大成就,为现代生物学及生物技术开辟了道路。有机化学与生物问题的密切结合是推动生命科学发展的有力柱,也将人们对生命过程的了解提高到一个新的层次[4, 5]。

2. 一百多年来,有机化学的最高科学成果—— 诺贝尔化学奖综览

1901-2010年共110年,除去8年未授奖外,共授化学奖102项,其中有机化学方面得化学奖65项,占整个化学奖的。碳水化合物、光合作用得研究共8项;蛋白质、酶和核酸方面得研究共18项;甾族化合物、维生素和生物碱方面研究共8项;其它方面共31项。其中与生物相关的占34项。占有机化学的。由此可以看出有机化学与生命科学有着密不可分的关系。

3. 有机化学研究的任务与生命科学的关系

有机化学研究的主要任务是分离提纯、物理有机化学、合成。分离提纯即分离、提取自然界存在的各种有机物,测定它们的结构和性质,以便加以利用。物理有机化学是研究有机物结构与性质间的关系、反应经历的途径、影响反应的因素等,以便控制反应向我们需要的方向进行。合成是在确定了分子结构并对许多有机化合物的反应有相当了解的基础上,以由石油或煤焦油中取得的许多简单有机物为原料,通过各种反应,合成我们所需要的自然界存在的,或者自然界不存在的全新的有机物[6]。

有机化合物的分离提纯与生命科学

有机化学的分离提纯与生命科学的关系主要体现在两个方面,一是天然有机化学,二是分离与分析。

天然有机化学是研究动植物(包括海洋、陆地和微生物的次级代谢产物)及生物体内源性生理活性物质的有机化学。目的是希望发掘有生理活性的天然化合物,作为发展新药先导化合物,或者直接用于临床或为农业生产服务。天然有机化学的发展与国民经济有密切的联带关系,对于开发新型药物、新型农药至关重要。我国自然资源非常丰富,又有几千年传统防治疾病的经验积累,在我国大力发展天然有机化学的研究有着非常现实的意义。对内源性生理活性物质的发现及其生理活性研究,又开辟了天然有机化学研究的新领域。充分利用开发我国动植物资源包括海洋生物资源,努力开拓新的生理活性物质,为国民经济服务是天然有机化学的重要任务。

分离提纯和分析的紧密结合是有机分析的一大特点。在生命科学中也涉及到复杂系统的痕量或微量的有机物分离分析问题,比如生物活性物质的提取和分析等。气相色谱的发展是高效分离的突破口,而高效气相色谱和高效液相色谱是现代分离技术的基础。在气相色谱中新型高选择性的耐高温固定相(如手性固定相和异构体选择性分离的固定相)仍是比较活跃的研究领域。液相色谱中选择性色谱柱和选择性流动相

的应用发展是今后若干年中的主攻方面。细径柱的合理开发,多维色谱以及以色谱为主的系统分析网络将使复杂系统有机痕量物质的分离和分析跃上新的台阶。超临界流体色谱,包括毛细管柱超临界流体色谱是正在发展中的新技术。毛细管电泳是生命科学日益发展的情况下产生的新型的高效技术,在蛋白质和核酸的分离方面已显出极大的威力,是有很强发展活力的新领域。核磁共振波谱技术在谱仪性能和测量方法上有了巨大的进步,其中二维方法的发展已成为解决结构问题最主要的物理方法。NMR今后的发展趋势是如何得到更多的相关信息、简化图谱、提高检测灵敏度和发展三维核磁共振技术。质谱技术最突出的进步是新的解析电离技术的发展。随着接口技术的进步,联用技术的应用面更扩大,效果更为提高。这将使质谱成为生命科学中的一个崭新的研究手段。

物理有机化学与生命科学

物理有机化学主要是通过现代物理实验方法与理论计算方法研究有机分子结构及其物理、化学性能之间的关系,阐明有机化学的反应机理。生命科学中的物理有机化学研究,包括主——客体化学中的模拟酶催化反应,主体分子提供的微环境可控制反应,主体分子对客体分子的识别作用以及疏水亲脂作用等都是具有重要理论意义的研究领域。量子有机化学由静态向动态方向的发展是当前物理有机化学的重要组成,分子力学方法在有机分子结构与构象的研究方面有着非常乐观的发展前景。我国化学家蒋锡夔院士等发表了题为“物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学的研究”的论文,提出了可用物理有机化学方法解决生命科学的难题。

有机合成与生命科学

有机合成也与生命科学有着密切的关系。在与生命科学的联系中,金属有机化学和元素有机化学是最为活跃的领域之一。比如,有机磷化合物在农药、医药、萃取剂等方面以及有机合成化学中都有重要的应用。开展有生物活性的有机磷化合物的研究,在生命科学研究中也具有极为重要的意义。近年生物有机硅化合物以及有机硅化合物在有机合成中的应用有新的迅速发展。在基础和应用基础研究方面,硅烯、硅宾、硅的3d空轨道化学和多硅烷的研究是当今有机硅化学重要研究课题。有机硅化合物在有机合成中特别在天然有机物的合成中占有重要的地位。

无论从有机化学的发展、有机化学的研究成果和有机化学研究的任务来看,有机化学课程在生命科学中都起着理论基础,研究工具,阐明本质的重要作用。因此在生命科学中要加强有机化学的学习。

[参考文献]

[1]SchrEiber SL. Using the principle of organic chemistry ti explore cell New,1992,70:22~ 32.

[2]周晓俊,吴晖. 有机化学与生命科学. 云南师范大学学报,1998,18(1):93-96.

[3]张礼和. 从生物有机化学到化学生物学. 化学进展,2004,16(2):313-318.

[4]朱光美,杜灿屏. 试谈生物有机化学研究的现状与展望. 大学化学,(4):6-8.

[5]吴毓林,陈耀叠. 探索有机体的奥秘—谈世纪交替时代的有机化学. 中国科学院院刊,1995,10(10):215-219.

[6]汪小兰,有机化学(第四版),高等教育出版社,2005,1-2.

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