生物在化学中的应用

科学技术的快速发展,促进了各科专业逐渐的联系,不同学科之间相互渗透程度不断加大,生物与化学专业进行很好的融合,主要对核酸、多糖以及蛋白质三大生物大分子化合物以及其他参与生命过程的有机分子进行分析,可以有效提高对生命工程的研究效率。生物有机化学主要由有机化学、以及生物科学相互渗透组成,实现对仿效生化过程以提高化学反应速率与选择性的研究。就生物有机化学研究现状来看,研究方向主要包括蛋白质化学、糖类化学、核酸化学以及人工酶模型等几个方面,并且取得了一定的成果。

一、生物有机化学研究现状分析

生物有机化学研究的开展,需要在结合生物科学以及有机化学相互融合的基础上,现在研究最为常见的一种方式主要根据酶的特性来进行,即针对酶中起主导因素设计并模拟构成生命基础的分子模型,或者是将酶模型化,进而对各种因素产生影响的机制进行研究。在进行研究时,主要根据酶的速效性与转移性,在相对温和的条件下,将经典有机合成中难于实现的反应完成,并且保证反应过程的效率以及质量,对原有反应过程的节能效果进行优化。生物有机化学的研究以及生产中的实际应用,与单纯有机化学应用效果相比综合性效益更高,对提高人类生存以及工农业生产都具有重要意义。对于生物有机化学的研究已经取得一定的成果,在研究的过程中也更为深刻的认识到生物有机化学与超分子化学之间的内在联系,对进一步提高研究成果具有深远的影响。

二、生物有机化学研究趋势分析

1.蛋白质化学

蛋白质是生命活动,如遗传信息的保存与传速、组胞周期、免疫反应以及胚胎发育等活动实现的主要載体,其是生物体的基本构成,更是维持生命活动的重要保障。蛋白质为一种生物大分子,主要由多种天然存在的氨基酸通过肽键以特定顺序连接而成,其中氨基酸为蛋白质构成基础単元。不同氨基酸R基团并不相同, 其性质与命名也就不同。蛋白质由 L-a一氨基酸结合而成,随着氨基酸残基、排列顺序、数目以及多肽链数目与空问结构不同,蛋自质的种类也各不相同,目前蛋白质结构主要可以分为一级结构、二级结构、三级结构与四级结构。

在所有蛋自质种类中,天然蛋白质处于能量最低的状态,并且其结构比较稳定,蛋白质结构的稳定性是保持生物个体功能以及物种相对稳定的基础。通过研究发现,大部分蛋白质体外并不能自发形成天然状态的三维结构,并且体内折叠与体外折叠也不完全相同,其中蛋白质体内前导肽段、折叠酶以及分子伴侶对体内折叠起着重要作用。

2.糖类化学

糖类化合物即碳水化合物,种类繁多在自然界中分布广泛,是所有生物体维持生命活动所需能量的主要来源,更是生物体完成其它化合物合成的主要原料,常用通式为Cx(H

O)y。糖类化合物主要可以分为三类,即单糖、寡糖以及多糖,其中

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的单糖不能进行水解,而寡糖为2～8个单糖组成,多糖则是由8个以上单糖构成。对于糖类化合物的研究很早就已经开始,在应用更多高新技术的基础上,糖类化合物生物功能如细胞识别、免疫、生长与分化等被逐渐纳入到研究范围内,并提出糖类化合物为生物信息携带者的研究理念。

与蛋白质相比,糖链结构复杂性更高,从化学角度来研究,寡糖为一类比较复杂的生物大分子,在研究其分子结构以及化学合成上存在很大困难。而从生物学科角度来研究,糖链结构的复杂性以及多样性特点使其能够成为携带生物信息的裁体。与多肽以及核酸相比,寡糖链结构存在很大的不同,例如多肽与核酸携带信息需要依赖于组成单体的种类、数量以及其连接顺序,而寡糖链结构携带信息除了以上所有情况外,还可以通过异头碳构型以及分支结构等,其在生物信息携带方面的研究意义更大。

3.核酸化学

核酸可以完成异常信息的传递,可以将特有的生物特性保持下去,对生物体的延续具有重要意义。核酸主要可以分为脱氧核糖核酸(DNA)与核糖核酸(RNA)两种,其中DNA为主要完成储存与传递信息两种功能的高分子聚合物,,RNA为将特殊遗传信息转变为特殊氨基酸指令系列。DNA可以将生物遗传信息转化为RNA,然后在

通过 RNA来完成蛋白质的合成,最终由蛋白质来实现生物性状的表现。著名生物学家谈家桢曾经提出:“如今已有大量事实表明,更本质的生命物质是核酸,而不是蛋白质。”他列举了三点事实依据: 1、病毒的结构很简单,它由蛋白质外壳和里面的DNA(脱氧核糖核酸)组成。病毒繁殖的方式是,通过外壳将DNA注射到寄主细胞中,使细胞在它的控制下,为合成它的核酸和蛋白质服务。最后,这些核酸和蛋白质装配成许多子代病毒,杀死细胞,破门而出。事实表明,一切生命体的表现形式,是蛋白质结构的反映。但是,必须有一定结构的DNA,才会产生一定结构的蛋白质。

4.人工酶模拟

生命活动主要表现形式之一就是新陈代谢,主要是在生物体内不断地进行一系列相对复杂的化学变化,并且需要在酶的催化下完成。通过对生物有机化学逐渐深入的研究,发现少数核糖核酸也具备一定的催化功能,但是因为其催化效果比较轻微,并不能完全代替酶来完成代谢,酶依然是主要催化因素。生物体内新陈代谢的发生主要是在调节控制下来完成,并且相互之间存在一定动态的联系。通过对人工酶以及模拟酶的研究,可以设计出结构更简单, 但是催化效果更好的专一性小分子生物有机模型,促进生物体的新陈代谢。

参考文献:

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[2]贾秀玲,薛中会,张兴堂,杜祖亮.牛血清白蛋白 LB膜诱导方解石的生长[J].无机化学学报.2011,(10).