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生命科学毕业论文

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生命科学毕业论文

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63.7%。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52.3%。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]。

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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 bidogy.C&E 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,1994.9(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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[2]李亚敏,陈俊国.临床医学八年制的现状分析与思考[J].中国高等医学教育,2010(4):117-118. [3]陈静,李树清,张颖,等.以病案为基础的PBL教学法在病理生理学教学中的应用[J].重庆医学,2014,43(20):2677-2678. [4]胡晓梅,汪正清,胡福泉,等.医学微生物学创新教育的实践与思考[J].中华医学教育探索杂志,2012,11(11):1108-1110. [5]汪凤兰,邢凤梅,张小丽,等.文献导读研讨教学模式对护理学硕士研究生评判性思维能力的影响[J].重庆医学,2014,43(11):1399-1401. [6]陈霞.学生自主讲课方式在临床实习教学中的实践研究[J].中国医药指南,2012,36(36):662-663. [7]张洪平,张永红,张海英.中药药理学教学改革初探———对大学生自主讲课的几点思考[J].中国中医药现代远程教育,2013,11(15):70-72. [8]何海洋,吴玉章.医学本科生第二课堂教学实践与体会[J].现代医药卫生,2014,30(12):1885-1886. [9]王文,任浩,赵平.开展医学微生物学第二课堂教学的实践与思考[J].基础医学教育,2013,15(5):492-493. 本科临床医学毕业论文范文篇二:《临床医学专科毕业生就业现状思考》 摘要:本文分析了当前临床医学专科毕业生的就业现状及原因,从专业建设的角度上,为改善毕业生就业提出了解决途径。 关键词:临床医学专业;专科毕业生;就业状况 0引言 《国务院办公厅关于加强普通高等学校毕业生就业工作的通知》和《教育部关于全面提高高等职业教育质量的若干意见》两个文件中明确要求,“以市场为导向,加快高等职业教育教学改革,提高人才培养质量,促进毕业生就业”。本文就黑龙江护理高等专科学校2015届临床医学专业专科毕业生就业情况进行分析,把人才培养与就业紧密结合起来,根据岗位要求的变化,及时调整专业方向,通过更新、调整及增加必要的专业技术课程和实训实习项目,提高学生的就业能力和适应性。 1调查研究结果 以黑龙江护理高等专科学校2015届临床医学专科毕业生为调查对象,就业情况如下:本校2015届三年制临床医学专业毕业生共87名,统计时间截止到9月底为止,综合就业人数59,综合就业率67.81%,灵活就业率8%,实际就业率为59.81%。灵活就业主要为通过“专升本”升入本科院校就读。实际就业率中,面向三级医院比例为3.4%,乡镇、社区医院及以下比例为28.73%,未就业率32.18%。通过以上数据显示,暂缓就业毕业生较多。选择到县以上医院进修一年,等待助理执业医师考试,希望拿到助理执业医师资格证以后再到经济效益好的城市大医院就业的毕业生有近三分之一。还有近8%的学生选择继续深造。临床医学专业的毕业生因为其独特的专业特性,导致其就业 渠道 相对狭窄;其在校期间学习压力巨大,与社会的沟通和信息交流能力较低,对就业信息的获取或就业趋势的了解不足,进一步加重了其就业困境。 2应对策略 如何面对越来越沉重的毕业生就业压力,是摆在所有高校,尤其是高职高专学校面前的严峻挑战,如何应对压力走出困境,也是每一位高校教师都应思考的问题。 首先,加强就业工作的指导和服务力度,扭转毕业生的择业观念,打开面向基层就业的广阔空间和重要渠道。就全国医疗卫生人才需求情况分析,虽然以省会城市为代表的大中型城市对基础人才的需求基本饱和,但从整体水平上考虑医疗机构对基础人才的需求依然存在,广阔的新型乡镇、社区及边疆地区对临床医学专业毕业生的需求依然巨大。随着我国新型农村合作医疗的开展,基层医疗卫生机构急需大量的人才,它们拥有接纳和吸收临床医学专业专科毕业生的巨大潜力。黑龙江护理高等专科学校在促进毕业生面向基层就业方面做出了一些有益的尝试,并构建了以面向基层就业为导向的专业人才培养模式。作为一所高职高专医学院校,从每年新生入校的第一堂就业指导课开始就为学生树立面向基层就业的思想,强调服务基层、服务乡村的医疗理念。针对三年制临床医学专业毕业生在见习和实习阶段,打破原有班级结构,以地域和学生自主报名为基础,设置多个临床见习、实习基地,使学生的实习医院和自身拟就业的场景靠近,有利于毕业生就近了解拟就业的医疗机构服务特点。在临床医学专业班级的管理上,设置专业辅导员作为负责人,在学生入学到毕业的三年中一直负责学生的学习督促和就业指导,并将就业指导落实到系部每一位授课教师身上,在授课的过程中潜移默化地引导学生自我定位和确立正确的择业观。 其次,帮助毕业生参加并顺利通过执业助理医师资格考试,获得医师执业资格,合法上岗,提高用人单位使用医学专科毕业生的积极性。全面优化课程结构,提高培育精度,针对执业助理医师资格考试对学生进行专门培训,提高参加执业助理医师资格考试通过率。学校拟行在毕业生毕业后开设执业助理医师资格考试考前辅导课程,协助学生考取助理医师及医师资格,为学生的高质量择业再尽绵力。同时在课程体系建设中,以执业医师考试大纲为蓝本,确立三年制临床医学专业人才培养方案。以应对实践技能考试和综合笔试为目标,组织编写实用型校本教材。组织青年教师亲身参加执业医师资格考试,从综合复习和临场应对中总结 经验 ,将第一手的应考经历融合在执业助理医师资格考试考前辅导教学中;再将辅导教学中总结提炼的历年考点和知识点融汇在常规教学中,注重实践能力和临床思维能力的培养,从而从根本上提高临床专业专科毕业生的综合能力,在就业和以后的临床工作中具有更好的适应性。 再之,鼓励临床医学学生辅修或者参加特色专业课程培训,开设儿科、妇幼卫生、急诊急救等专业方向课程学习,有针对性地满足农村基层医疗卫生在此方面的人才需求。市场化机制的不断完善,使我们认识到有特色、有个性的商品会更有市场竞争力。虽然医院对应聘毕业生的学历要求越来越高,专科生的就业形势越来越严峻,但是基层医院在专长型人才方面始终都有相当稳定的需求。也就是说在人才培养方向上,不仅是要培养高素质的全科医疗人才,还要让培养的学生具有特色,在自己喜爱的特殊学科上,在专业老师的引导下,课堂学习、网络学习和自我学习相结合,形成自己的专长,提高就业竞争力。同时,加强人文素质教育,拓展学生的综合素质。提高毕业生与社会的沟通和信息交流能力,从而在就业信息的获取或就业趋势的把握方面得到加强。 3结语 综上所述,引导毕业生转变就业指导思路,将三年制临床医学专业的培养目标与面向基层医疗机构就业的岗位设置相结合,建立以就业为导向的专业人才培养模式,通过用人单位和毕业生反馈,征求基层医疗一线专家意见,调整专业人才培养模式,进而增强毕业生的就业竞争力,为社会培养合格的、学有所长的专业型医疗卫生人才。 参考文献: [1]李皓,肖爱平.关于临床医学专业专科毕业生就业现状的调查与思考[J].医学教育探索,2009,8(6):741-743. [2]牛春红,刘斌焰,李丽芬,等.医学毕业生就业现状的调查分析及对策的研究[J].中国高等医学教育,2011,(11):16-18. 本科临床医学毕业论文范文篇三:《新形势下提高临床医学生骨科实习质量》 临床医学是一门实践性、应用性很强的学科,需要通过循序渐进的教育模式培养高素质的医务工作者[1]。在实习期间,尤其是骨外科的学习,其专业性较强,涵盖范围广泛,对带教老师及教学方法有着更高的要求。本文对如何提高医学生在骨科实习期间的教学质量作一些探讨。 1 影响临床实习教学主要因素 1.1 医患关系不和谐 当前社会环境下,随着患者及其家属的法律意识的不断提高,医患关系不和谐以及医患之间缺乏信任,给医学生的临床实习教学带来了一定的阻碍。患者从自身利益出发,不能理解临床教学的目的,将实习生拒之门外;患者质疑实习生的临床诊疗资格,不让实习生进行一些简单体格检查的行为时有发生[2]。但是,患者及其家属并不完全认可这些规定,造成了医生在开展医疗工作也愈发小心翼翼,这在很大程度上限制了带教教师将手中的诊疗权利下放给实习生,一些本可以让实习生参与的诊疗操作全权代理,如此一来,实习生的临床技能无法得到全面的提高,临床实习教学的成效就大打折扣。 1.2 考研 及就业与实习冲突 国家的大规模扩招和大学教育的大众化,学生越来越多,七年制本应该是定位培养高级临床医生,但综观全国形势,可见每年全国各个医学院校七年制招生将近几千人,教学质量如何保障,实习作为教学培养的一个环节出现问题在所难免。同样引发的就业问题也不能不面对,本科生基本就无法找到合适理想的工作,面对生存的压力,学生又怎能不逃实习去准备考研,以取得更高的学位,只为找到理想的工作。 1.3 实习时间短 一个科室3周,根本无法系统地掌握各专科常见病的诊治,尤其对于七年制目标就是培养临床型的研究生,应该前期适当压缩课程,至少要在大四前完成对理论的学习。然后安排1~2年的时间轮转实习,这样一个科室基本能有1~2个月时间,这样才能参与一个完整患者的诊治全过程,不至于出现现在的自己出科,患者还没出院的现象。 2 提高骨科实习质量的措施 2.1 缓解紧张的医患关系 医生与患者及其家属间的矛盾由来已久,社会大众普遍存在不信任医生的心理,不论是在医术上,抑或是在医德上;而医生则认为很多时候是患者的无理取闹,于是医患之间缺乏最基本的信任,这种现象在短期内是很难消除的。医生和患者、医院和患者要换位思考,相互理解。医生应从患者的角度出发,耐心倾听患者诉说病情,真诚地同情并支持患者,努力为其消除或者缓解病情,用真心关怀每一位患者;这样有利于患者更好地配合临床教学工作,对实习生参与诊疗操作能够充分理解。同时,努力提高公众对临床实习的认识,社会各界也应增加对医院和医生的理解,树立正确的舆论导向,为临床教学的开展建立良好的氛围[3]。 2.2 加强医学生考勤考评制度 学生的临床实习是学校与实习医院共同的工作,需要相互配合和协作,加强与实习医院交流,及时发现问题,提出改进意见。尽可能地让学生在有限的时间内对骨科的常见病种有所了解。例如在骨肿瘤的教学过程中,带教老师需要做好充分的准备,选择足够多、各重点病种的患者,备齐有特征性的影像学资料,重点和主要的精力放在病例讲解、比较以及提问上,进而调动学生主动思维理解[4]。另外,在实习的不同阶段,设立一定的考勤及考评机制,督促学生更好地实习。 2.3 严格选拔带教人员,确保临床带教质量 教师在教学工作中起着最重要的主导作用,带教教师队伍素质,是提高临床教学质量的关键。在提高带教队伍的过程中,也需要加强教师的教学方法的培训:以问题为导向的教学方法PBL实践[5];Sally pickard教学过程中采用模拟患者,促进实习生操作技能[6]。同时,定期组织同行间、师生间开展教学评议活动,促进教学。 2.4 注意提高实习生理论联系实际的能力 临床实践能力的一个重要组成部分是临床思维能力的培养。踏实的临床实践能力离不开扎实的专业理论知识和科学的思维能力。应重视学生骨科临床思维能力和实际工作能力的培养。启发学生研讨有关的基础与临床知识,并定期开展读书报告会。 3 小结 实习很重要,尤其对于毕业后立即选择工作者。实习可将理论知识运用到实践中,开拓自己临床视野。开始了从学生过渡到医生心理角色的转变。所以要求实习生掌握最基础的医疗常规,比如采集病史、体格检查尤其是各专科的体检,掌握对常见病的常规检查与处理;掌握基本医疗文书的书写,比如病历、病程、化验单;掌握最基本的手术操作、术前准备,培养起码的无菌原则等。对于带教老师尤其是高年资老师学会对于医生成长至关重要的 人际交往 的方法、谈话的技巧,特别是在最短的时间内如何获得患者对自己的信任。实习生应充分重视和清楚认识自己的因素,最大限度地利用这段珍贵的时间来提高自己的临床实践能力。 [参考文献] [1]苏博,刘鉴汶. 高等医学教育学[M]. 北京:人民军医出版社,2004. [2]喻格书,胡岗. 影响医学生临床实习质量的因素及对策探讨册[J]. 时珍国医国药,2009,20(7):1824-1825. [3]高永军,徐蔚,刘静,等. 从“北大医院事件”看医学生临床实习教学[J]. 中国医学伦理学,2010,23(6):70-71. [4]鲁英. 骨科骨肿瘤、骨病临床教学的体会[J]. 中国骨肿瘤骨病,2005,4(3):175-176. [5]李红卫,苏彦河,杨现会,等. 七年制医学生实习带教的实践与认识[J]. 河南外科学杂志,2011,17(2):109-110. [6]李柳炳,沈忆新,崔凤梅,等. 提高七年制临床医学生实习质量的探讨[J]. 安徽医药,2009,13(6):693-694. 猜你喜欢: 1. 本科医学毕业论文范本 2. 本科毕业论文范文 3. 本科毕业论文范文下载 4. 电大本科毕业论文范文 5. 本科毕业论文范文模板 6. 本科护理毕业论文范文

生物医药产业近年来引起世界各国的高度重视,我国也把生物医药产业作为重点发展的支柱性产业,从政策和规划上积极进行扶持。下面是我为大家整理的生物医药论文,供大家参考。

合成生物学在医药中的应用

生物医药论文摘要

摘 要:合成生物学是在项目学理论的带领下,对天然生物体系从头开展策划以及整改。并且策划同时制造新的生物部件、模式以及体系的全新科目。合成生物学是自然科目前进到一定程度形成的新学科,同时在医药方面已获取了明显的成就。 文章 综合讲述了在项目细胞使用合成生物科目方式研究出了能够抵抗疟病的治理药物的前身青蒿二烯,抵抗癌症的药物前身紫杉二烯,还有脂肪醇、酸以及高级醇的生成方式等探索进步。除此之外,有的关键的合成生物学有关 措施 ,在很大程度上加快了项目细胞的重新组合以及演化,为建筑运用于制造范畴的新效用细胞供应便利适用的东西。

生物医药论文内容

关键词:合成生物学;基因模块;医药

引言

最近几年,合成生物学发展的速度有了很大程度的提升,慢慢的造就了特征明显的探索实质以及运用范畴。其探索实施关键包含:(1)新生物原件、构件以及体系的策划和建筑。(2)对现在拥有的、自然的生物体系开展从新策划。二零零九年美国医学部门的带领下组建了一支由十二支社会各界学士构成的IDR小组,研究合成生物科目的前进朝向以及多科目交叉状况。认为合成生物科目是集电脑、物理、工程以及生物等科目一起进行研究交叉的科目,能够经过重组生物运用在环境、药物、民众健康、资源等部分。

合成生物科目是项目学以及生物科目一起前进到一定程度形成的。人类基因体和很多形式的生物基因体测定未知序列的完成,还有很多的后基因体作业,促进累计的生物学资料出现了天文级。但是,现在拥有的资料挖掘当时依旧限制于对生命特征的深层探索,很难对生命的内在工作样式开展探索分析。合成生物科目就在这种环境下形成,经过从下到上的建筑生命行为,按照其独具的角度解释生命,为理性策划以及革新生命供应了基础。最近几年,基因体测定未知序列以及合成单位已经在全球范畴内普遍建立,供应品质优、价格低的服务。优异的基因体测定未知序列以及合成措施推动合成生物科目策划新生命组合以及建筑功效细胞更简单。

最关键的是,人类身体健康情况、资源、条件等范畴的巨大需要也推动着合成生物科目的快速前进。把基因部件按照项目的需求,有机从新组建整合在一起,就出现了效用基因模式。在加上对现在已经拥有的生物网络的使用,并且引进新的效用基因模式,表明天然细胞不可以合成的物品,在合成部分已经有了很大程度的前进。现在我们解析一下在药物范畴内使用的合成生物科目

1 青蒿二烯的生物合成

杰伊?科斯林在项目细胞中制造出抵抗疟疾的前身青蒿二烯的探索作业实在经典。在产生青蒿二烯合成方式的重要新基因资料后,科斯林团队在二零零三年在大肠杆菌中胜利的研究出了制造青蒿二烯的另一种方式。这种合成方式划分为两种形式。第一种形式是在Acetyl-CoA为出发点,通过甲瓦龙酸来制造IPP。这就摆脱了大肠杆菌本来的G3P以及乙酰甲酸为前身制造的异戊二烯焦磷酸方式,能够使细胞代谢经过新方式形成异戊二烯焦磷酸分子,为下游制造方式供应足够多的底物分子。第二个形式就是从C5的异戊二烯焦磷酸为出发点,通过异戊二烯链拉长方式形成C15的FPP,最后在ADS酶的功用下制造青蒿二烯,最高形成量能够达到一百二十二毫克每升。上下游模式都是来源于真核生物中的代谢方式,把其密码改善同时从新构筑在原核生物大肠杆菌内,同时胜利制造想要得到的物品,开拓了制造生物的新方式。

2006年,Keasling小组又以酵母菌为宿主,通过对内源的乙酰辅酶A到FPP途径的关键基因进行上调或下调,同时引入基因优化过的外源模块,成功实现了产物青蒿二烯产量的稳步提高。对内源基因上调的方式有两种,其一是增加基因拷贝数,如tHMGR酶的基因,其二是通过转录因子来上调基因表达量,如ERG系列的基因。对内源基因的下调则是采用基因敲除的 方法 。通过对合成路径涉及基因的一系列微调,使产量达到153mg?L-1,是以往报道的二烯类分子产量的500倍。

在此基础上,研究小组又设计了人工蛋白支架(synthetic protein scaffolds),对大肠杆菌内已构建的上游模块:从乙酰辅酶A到甲羟戊酸的合成途径进行了优化。三个反应酶AtoB,HMGS,tHMGR通过蛋白支架以不同分子数比例捆绑在一起发挥作用,解决了中间代谢物积累造成的合成效率降低以及对宿主的毒副作用问题。具体机理是将高等动物细胞中的配体受体作用关系引入到大肠杆菌中,将配体分子的基因序列与模块中的反应酶基因融合表达,从而将受体分子以不同分子数连成一串,构成柔性支架。由于脚手架内各个受体分子间由一定长度的多肽连接,就避免了因多个配体受体结合造成的空间位阻问题。在反复实验与调试后,研究小组发现三个酶分子以1:2:2的比例连在一起作用效果最强,产量达初始值的77倍,约5mmol?I-1(740mg?L-1)。

随着后期工业化发酵,研究小组又发现来自酵母的外源基因HMGS和tHMGR表达的酶不足以平衡外源代谢流,成为瓶颈反应。他们以金黄葡萄菌中的相关酶基因进行替换后,青蒿二烯产量立刻增加一倍。通过与工业发酵过程优化的结合,作为工业产品的青蒿二烯最终产量高达27.4g?L-1。合成生物学成功用于重要药物的合成,引起了广泛关注。

2 紫杉二烯的生物合成

Gregory Stephanopoulos的科研组织在二零一零年时在大肠杆菌中胜利完成了抵抗癌症药物的前身紫杉二烯物质的合成。这是在这个科研小组在萜类生物代谢方法和大肠杆菌细胞细微调节的长时间探索中获取的成效。科学组织把内在的过氧化二碳酸二异丙酯合成方式定位上游模式,把之后合成紫杉二烯的方式定位成下游模式,其作业也关键聚合在怎样对上下游模式开展微调。因为假如只顾上游,肯定会导致中间代谢物的消耗,并且形成中间障碍;但是如果下游经过量太多就会浪费很多的酶分子,增加了细胞表述负荷。

研究小组采用改变质粒拷贝数和启动子强度的方法对上下游通量的比例进行了微调。通过对已有文献的整合以及自己的测试工作,研究小组确定了三种质粒pSCl01,p15A,pBR322的拷贝数分别urNorphadicnc为5,10,20,而整合入基因组中的基因拷贝数相当于1。三种启动子Trc,T5,T7的相对强度分别为1,2,5。通过这几种质粒和启动子的组合,使上下游模块的通量比例发生变化,再检铡含有不同通量比例的细胞内的产物产量。在此过程中,模块内部基因是单顺反子还是多顺反子表达形式也影响产量变化,即多个基因是在一个启动子后表达还是在各自的启动子后表达。经过一系列微调与组合后,具有最优性状的菌株目标产物的产量高达(1020±80)mg?L-1,实现了对碳代谢流的高效利用和协调。同时,通过蛋白质工程的手段对细胞色素P450氧化还原酶进行改造,在工程菌中首次成功异源表达。

3 展望

合成生物科目根据项目学原理为指引,对现在拥有的、天然具备的生物体系从头策划以及整改,并且全力对策划合成出新的生物部件、模式以及体系努力。特别在使用部分,合成生物科目建筑的人工生物体系能够在制成关键生物品种、呵护人类身体等部分有主要的前进空间。现在合成生物科目的探索成就主要使用在医学方面,将来在别的行业范畴内也肯定会有引人注目的成就出现。总而言之,合成生物科目拥有普遍的运用前提以及强有力的措施撑持。

我国生物医药产业发展研究

生物医药论文摘要

【摘要】生物医药产业是由生物技术产业与医药产业共同组成。本文分析了当前国内外生物医药产业发展状况,分析医药产业发展中存在的问题,并且着重调查生物医药产业发展的基础及发展中存在的不足,寻找对策,在生物医药产业发展的过程中实现“四个化”,促进生物医药产业快速稳步地发展。

生物医药论文内容

【关键词】生物医药发展对策

一、国内生物医药产业发展现状

1986 年我国正式实施“863 计划”,生物技术被列为包括航空航天、信息技术等7 个高技术领域之首。政府在生物技术的研发和产业化发展的过程中给予了一定的优惠和扶持;国内各大企业为生物技术产业投入了大量资金;我国金融界也积极参与生物技术产业的发展,许多有实力的公司进行了生物技术开发,并且从金融市场融资从事生物技术研究和产业化。目前全球正处于生物医药技术大规模产业化的开始阶段,预计2020年后将进入快速发展期,并逐步成为世界经济的主导产业之一。

1、产业政策倾力扶持,高度重视生物医药产业发展

我国政府把生物医药产业作为21世纪优先发展的战略性产业,加大对生物医药产业的政策扶持与资金投入。“十五”规划明确提出“十五” 期间医药的发展重点在于生物制药、中药现代化等。国家对生物医药产品的开发、生产和销售制订了一系列扶持政策,包括对生物制药企业实行多方面税收优惠、延长产品保护期和提供研发资金支持等。同时, 国家为加强行业管理,对生物医药产品的研制和生产采取严格的审批程序,并针对重复建设严重这一情况,对部分生物医药产品的项目审批采取了限制家数的措施,以确保新药的市场独占权和合理的利润回报,鼓励新药的研制。2007年国家发改委公布了《生物产业发展“十一五” 规划》,该《规划》在组织领导、产业技术创新体系、人才队伍、投入、税收优惠政策、市场环境等方面制定了相关政策措施保障生物产业的快速发展, 因而对生物医药产业的发展意义重大。

2、生物医药产业化进程明显加快,投资规模与市场规模迅速扩张

自20世纪80年代中期以来,在国家以及地方各级政府政策的大力支持下,生物医药产业在我国蓬勃发展,国家经贸委的有关资料显示:1998年以前,我国对生物医药技术开发的总投资累计约为40亿元,自1999年开始,国家明显加大了对生物医药的投入力度,平均每年达20亿元左右,2003年这一投入达到60亿元,极大地促进了生物医药产业的发展。在生物医药产业相关优惠政策的作用下,国内一些生物医药企业通过自有资金和银行贷款两种 渠道 获得了大量的资金,用于研发新产品。目前我国从事生物技术产业和相关产品研发的公司、大学和科研院所达600余家,其中注册的生物医药公司有200余家,具备生产能力的有60余家(其中的48家已取得生产基因工程药物试产或生产批文)。

3、初步形成了以上海张江,北京中关村等为代表的医药产业集群

在生物技术产业迅猛发展的浪潮推动下,经过多年的发展和市场竞争,加上政府不失时机地加以引导,我国生物技术、人才、资金密集的区域,已逐步形成了生物医药产业聚集区,由此形成了比较完善的生物医药产业链和产业集群。如由罗氏、葛兰素一史克、先锋药业等40多个国内外一流药厂组成的侧重于基因研究,化合物筛选和新药开发的张江药谷产业集群;拥有诺和诺德制药公司和8个生物科技国家863项目的北京中关村生命科学园区;侧重于生物制药、特别是遗传工程药学的深圳生命科学园区等。这些产业集群聚集了包括生物公司、研究、技术转移中心、银行、投资、服务等在内的大量机构,初步形成了产业群体(药厂),研究开发、孵化创新、 教育 培训、专业服务、风险投资6个模块组成的良好的创新创业环境,对扩大生物医药产业规模、增强产业竞争力作出了重要贡献。

二、国内生物医药产业存在问题

1、投资模式不利于生物制药产业的发展

国际医药产业巨大的经济效益来源于创新,发达国家现代生物医药产业都拥有自己实力雄厚的研究机构,通常每年投入的经费占全部销售额的10%一20%,而美国每年用于研究开发生物药品的投人占总投资额的 60%~70%。每个大型医药公司都有自己“拳头产品”,单个产品的年销售额就可达十亿至几十亿多元。公司拥有这些产品的知识产权,国家给予专利保护,产占可以在10 年或更长时间内独占市场,一个产品就可赢得丰厚的利润,再从利润中拿出巨额资金投入研究开发新的具有知识产权的创新药物,周而复始形成良性循环。

从美国生物制药发展模式来看,技术力量雄厚的专家型小生物技术公司进行技术开发与创新,大制药公司通过战略联盟实现生物技术的产业化,风险投资为生物技术开发提供资金支持,这三种力量的有机结合是生物制药产业良性发展的关键。而从目前我国生物制药产业模式来看,主要通过购买技术实现生产,风险投资机制不足且资金太少,另外技术创新力量薄弱。因此,生物技术产业很难形成气候。

我国的医药企业规模小而分散,大多不具备技术开发与创新能力,生产的产品基本是引起仿制产品,重复开发投资现象也非常严重,恶性性竟争必然带来效益低下的状况。我国药品进口额呈逐年上升趋势,三资企业产品销售额也在逐年增长,一份国外研究 报告 中指出:“如果政府不干预,中国的医药市场将在5 年内完全被国际医药大公司操纵。”

2、低水平重复研究、重复建设严重,市场竞争非常激烈

生物技术产品的广阔前景和丰厚收益吸引了国内众多企业加人开发,但其中多数是仿制国外的,品种少,厂家多,在同一水平上重复建设投资。例如,研制rhuG—CSF 的就有18 家公司。据统计,仅1996-1998年,获卫生部新药批准文号的厂家,重组人白介素一2(l—2)的有10 家,重组人促红细胞生成素(EPO)的有10 多家。如此势必造成资源浪费、竟相压价、市场混乱的局面。更由于一些企业缺少产品 市场调查 分析,造成大量产品堆积,以致投资价格很高的成套流水线设备利用率很低,有的年使用率低于一个月。价格战反过来造成产品质量下降,假劣产品充斥市场。消费者对国产生物技术产品信任度低,而宁愿使用昂贵的国外进口制品。

3、科研和产业脱节现象仍较为严重

在我国科研单位研究目的是为跟进国际先进科技的发展,研究方向过多集中于对几个热门品种上游技术的开发,而能够实现产业化的项目很少,在国外,科研成果完成后,落到企业的研发中心进行进一步孵化,形成技术工艺后再规模化生产,在我国两者严重脱节。缺少有科学头脑的企业家和有技术开发能力的企业将研究成果转变为生产,大大阻碍了产业化发展。

4、开拓市场能力低

由于产品生产工艺水平和经营手段落后,国内市场将面临进口药品的冲击。具体表现为:一是对国外市场开拓不够,许多企业的市场定位不准;二是开发市场的投入量不足;三是生物药品良好的临床效果虽得到医务人员和患者的肯定,但其售价相对偏高,消费能力不足。因此,我国需要进一步加大对生物制药产业的资金与投术投人,并深化科研成果产业化的机制改革,在这一过程中,尤其要发挥资本市场和凤险投资公司的积极作用。

三、加快我国生物医药产业发展的对策建议

我国生物技术药物的研究和开发起步较晚,直到20世纪70年代初才开始将DNA重组技术应用到医学上,但国家高度重视生物产业发展把生物技术产业作为21世纪优先发展的战略性产业,加大对生物医药产业的政策扶持与资金投入。2006年国务院出台的《国家中长期科学和技术发展纲要(2006一2020年)》指出,未来15年,中国要在生物技术领域部署一批前沿技术,包括靶标发现技术、动植物品种与药物分子设计、基因操作和蛋白质工程、基于干细胞的人体组织工程和新一代工业生物技术等。这一部署无疑为中国生物制药的发展指明了方向。一位参与“十二五”医药产业专项规划的专家组成员透露:在正在制定的专项规划中,生物医药产业和产业升级将成为未来3年发展的重点方向。专项规划把生物医药产业发展和产业升级作为“十二五”医药产业的重点,要求追踪生物医药前沿技术,占领生物医药产业制高点。

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毫无疑问,生命科学与化学有着密不可分的联系,我甚至认为生命科学就是用化学来解释生命。然而,仅仅知道一种物质的化学成分是远远不够的,结构才是其功能的基础。我们知道,构成元素相同的物质,由于结构不同,可能在功能上就相去甚远:左、右旋光物质的不同生理作用就是一个很好的例子。但是,我们不能孤立地来阐述生命科学与结构化学的关系,也就是说不能把生命科学看成一块,再把结构化学看成另一块,然后再说明他们间千丝万缕的联系;我认为,结构化学与生命科学是揉合在一起的,很多结构化学家在生命科学领域就有不凡的建树。鲍林就是以化学向生物学渗透的先驱者,他不仅进行了大分子研究,还对镰刀形细胞贫血分子病和大脑化学进行了大量的研究。然而我认为,最能体现结构化学与生命科学揉合一体的历史故事,就是鲍林与沃森和克里克关于DNA结构之争。在这个过程中,我们无法定义他们到底是化学家还是生物学家。而且,结构化学的知识不仅为他们建立模型提供了理论支持,而且在帮助他们判别真理与谬误、为他们的结论提供事实支持等方面起到了至关重要的作用。从这个故事中我们不仅可以看出,解决DNA结构这个世界性的生命科学课题,是许多化学家、物理学家、晶体学家、生化学家共同努力的结果,而且能受到许多在科学研究上的启发。在多学科交叉渗透的今天,我们更不能仅仅只重视专业课的学习,必须同时汲取其他学科的知识,为将来的研究打下基础。在一九二四年以前,没有一个人真正懂得DNA的重要性。但就在那一年,科学家罗伯特·福尔根发现了一种方法能将DNA染成淡紫色。在这种方法的帮助下,科学家们发现DNA仅存在于细胞核中。到了一九三一年,科学家乔基姆·哈默林用实验证明了植物长成什么样子完全取决于细胞核。随后的一切实验事实都表明,发出遗传信息的正是细胞核里的DNA。于是,在美洲和欧、亚、非三洲各试验室里的人们都开始研究这个问题。在美国,著名的化学家莱纳斯·鲍林开始了对DNA的研究。在剑桥大学的卡文迪斯实验室里,英国人弗朗西斯·克里克和美国人詹姆斯·沃森也着手进行对奇异的DNA结构的探索。这是一场用结构化学来解释生命科学的竞赛,也是“一个远方传奇大力士被两个无名小卒砍倒的故事”。虽然我们已经知道了这场竞赛的结果,但我认为,这一探索的过程更让人留下深刻的印象。我将双方的研究进行了一些对比,确实从中学到了一些东西,希望和大家一起探讨。一、双方的开端:当时的鲍林已经是化学界的“权威”,他致力于蛋白质的研究。1951年夏天,鲍林开始深入研究有关DNA的材料,并常常找人讨论。他认为,与蛋白质相比,弄清DNA的结构不会很难,“这算不上一个最为紧迫的问题”。DNA在重量上是染色体的一种重要成分,但蛋白质也一样。大多数学者认为,蛋白质部分最有可能包含着遗传的信息。相对而言,DNA似乎就比较简单了,它很可能只是一种结构性的成分,只是用来帮助染色体折叠和打开的。鲍林就这样认为。在1952年初,几乎所有重要的遗传学学者都持这一种观点。我们可以看看后来鲍林自己的话:“我以前就知道DNA是一种遗传物质的论点,然而我没有接受这一论点。你们知道,那时我正热衷于蛋白质的研究,我认为蛋白质最有可能是遗传物质,不可能是核酸 当然,核酸也有作用。在我著述的有关核酸的文字材料中,我总会提到核蛋白的概念。当时,我考虑得更多的是蛋白质,而不是核酸。”虽然如此,鲍林还是着手研究DNA的结构。此时,他需要清晰的DNA X光照片,他曾先后写信给相片持有者物理学家威尔金斯(英国)及其上司,但均遭拒绝。1951年11月,《美国化学学会学报》上刊登了一篇论述DNA结构的文章。鲍林据其深厚的结构化学基础,一下子就看出这篇文章的结果是错的;同时,此事刺激了他开始思考DNA是如何构筑起来的问题。鲍林设想,如果碱基朝外,那么螺旋的内核就应当是由磷酸堆积起来的。磷酸聚集在中间,碱基朝外,这与X射线的资料是“吻合”的。在鲍林的头脑中,DNA结构的问题就已经转化为如何将磷酸堆积在一起的问题了。我们现在知道,鲍林的这一开端是错的,并最终使他败给了沃森和克里克。另外还必须一提的是,鲍林对DNA研究总是被各种事务打断,使他曾多次中断自己的思路。是否是因为鲍林没能看到威尔金斯的相片而导致他的失败呢?暂且不回答这个问题,我们先来看看沃森和克里克是如何开始的。在战争期间,克里克原来是从事武器方面研究的。后来他决定研究生物。于是他到剑桥大学学习分子学。至于沃森,他本来就一直在研究DNA。他到剑桥大学是为了对此作进一步的研究。他们都是热心探索的人。“沃·克组合”相对于鲍林的地位可以说是“一个在天,一个在地”,他们并没有引起人们多大的重视,也没有引起鲍林的注意。他们就凭着一股劲和对目标的执着追求开始了他们的研究。还必须提到的是另外两位对他们的成功起着至关重要的作用的人:一位是上文提到的物理学家威尔金斯,另一位是青年女晶体学家罗莎琳德·富兰克林。他们拍出了非常漂亮的DNA X光照片,不仅启发了沃森和克里克,而且为他们的发现提供了佐证。鲍林颇为自信,感到自己有能力解开DNA之谜。唯一的问题是,会不会有人抢先取得胜果,但是,他不会把这一点真正放在心上。他认为威尔金斯和富兰克林两人(更不用说沃森和克里克了),没有谁有足够的化学基础对鲍林产生严重的威胁。二、对对手的不同看法:鲍林是自负的,他不相信有人能够在他之前发现DNA的结构,特别是他认为没有人有他那样深厚的化学功底。他“知道”, 沃森是一个好学生,但因成绩还不够突出,因而他到加州理工学院当研究生的申请未被批准。克里克已经三十五六岁了,还在读研究生,年龄是大了一些。况且,卡迪文斯实验室的科学家们至今尚未在任何竞赛中打败过鲍林。甚至有人认为,沃森和克里克看上去就像是一对“杂耍演员”。而沃森和克里克则不同。对于年方19的沃森来说,鲍林是一位值得仿效的榜样。在卢瓦蒙会议上,沃森就是围聚在鲍林身边的人之一,他十分用心地听了鲍林的讲话。克里克开始并不是鲍林的崇拜者,他是鲍林的竞争对手,因为鲍林曾用阿尔法螺旋表明他们的一篇关于蛋白质结构的论文漏洞百出,让克里克承受了由此而来的屈辱。从此,克里克借鉴了鲍林的研究方法。说实话,他们对鲍林这位怪杰都极为佩服。更重要的是,他们两人都互相倾慕,他们可谓是天生一对。相对于鲍林来说,沃森和克里克谦逊多了。三、研究方法及进程:鲍林首先想到DNA的结构可能是螺旋型,因为其他构型与他所看到和掌握的照片资料不相符合。但他认为,DNA是由三条链互相缠绕在一起,磷酸处于中央的位置。之后,他的工作重点就聚焦于找出磷酸分子在中央合理的排列方法。虽然他知道自己提出的构型不能完美地符合实验测算得出的数据和X光衍射照片,但他认为这些都只是细枝末节的东西,就像他发现蛋白质阿尔法螺旋一样 开始的时候也有难以解释的数据,他大胆地将之忽略,而其后的事实证明了他这种策略是明智的。另外,鲍林有些急于求成,他希望能够尽快地发表相关文章,抢在其他科学家之前,宣布自己再次成功地解决了又一世界性的难题。于是,他很快地发表了他“发现”的DNA结构。鲍林将自己的论文也寄给了沃森和克里克。他们两人虚惊了一场,因为他们发现,鲍林设想的这种构型是他们最初设想的结果,当时他们将这一结果给晶体学家富兰克林看的时候,被她以充足的论据否认,因为水容量问题与这种构型严重不符。也正是因为这次错误,他们两人被认为不适合研究DNA构型问题,被拆散到不同的课题组,从事别的研究。但沃森和克里克并没有就此放弃,他们仍然私下坚持不懈地进行研究和探索。他们在研究方法上一直就有共识:与其推导出复杂的数学模型,直接而又明确地解释X光的衍射结果,还不如借助化学常识构筑结构的一个模型。正如沃森所说,他们决定“仿效鲍林,并在他本人发起的这场竞赛中将他击败”。富兰克林的批评已经促使他们将磷酸放到了分子的外侧;又受到奥地利生物化学家切加夫的启示,得知内侧各对碱基之间存在着一一对应的关系。他们开始设想,在螺旋中,嘌呤和嘧啶以某种方式挨次排列在分子中心下部。之后,他们看到了富兰克林最新的DNA照片,不仅使他们确认了DNA是一种螺旋,而且他们得到了几个主要参数。由此,他们开始着手制造模型,通过不懈的努力,最终获得了成功。可以看出,不论是成功者还是失败者,他们都用了一种结构化学中重要的研究方法 建模。同时,沃森和克里克不仅受到了多学科领域的科学家的启示和帮助,而且他们自己都承认,他们的研究方法来源于伟大的化学家 鲍林。由此可见,生命科学是集多学科,特别是化学的大成所在,他与化学,乃至物理、数学的揉合可见一斑。为什么鲍林会失败?鲍林有着深厚的化学知识作为自己研究的基础。照常理而言,成功的应该是他,但他为什么输给了沃森和克里克呢?鲍林输在浮躁和自负上。他急于求成,因为DNA是当时最大的课题,他要去抢占这一高地。他没有把研究的准备工作做好就想碰碰自己的运气了。同时,他顺利解决阿尔法螺旋给他套上了成功的光环,他的确是世界上解决巨分子结构的最佳人选,但他也从此染上了自负的恶习,他以为自己不再需要做别人需要做的那些研究的准备工作了。他过于相信自己的直觉和运气,结果输掉了这场大比拼。沃森和克里克为什么会成功?其实这个问题的答案从前面的叙述中都可以看出,但我觉得最重要的一点是不懈的思索与踏实的努力。克里克不就是在因头疼而不得不休息,却又忍不住开始计算时找到了有关DNA结构的答案吗?他们虽然被拆散到两个不同的研究小组,但仍然踏实地合作与工作,正是这样,幸运之神才降临在他们的头上。另外还有一点,就是他们没有放过看似微不足道的东西。奥地利生物化学家切加夫将碱基一一对应的关系同样告诉了鲍林,但却没有得到鲍林的重视,而沃森和克里克并没有放过这一点,而最终获得启发,找到了DNA的正确结构。结构化学与生命科学的揉合已无需多说,我相信这种相互融合在将来会愈演愈烈。最后我想总结的是有关鲍林的研究方法,毕竟沃森与克里克的成功也来源于此,相信它对所有的科研者都会有所帮助:鲍林的研究方法实验研究和理论探讨相结合鲍林比一般的化学研究生掌握了更多的数学和物理学知识。他一方面是重视实验,强调经验知识;另一方面又深信化学结构问题可以通过应用现代物理学的理论来解决。他常采用半经验的方法:既有根据物理学基本原理进行的演绎推导或论证,又有对实验资料的归纳,二者互相补充。 量子力学与化学经验相结合鲍林在总结过去对离子半径的研究时曾指出:“应用量子力学可以近似计算……但是,这种理论计算是十分复杂的,需要很大的工作量;因此,从化学方面考虑,最好有一套经验或半经验的离子半径数据……”他的主要做法是:不断提出新的概念,利用它来概括实验资料和总结化学结构规律。发展简单的理论。努力把量子力学的研究成果转译成化学家的习用语言。采用移植方法 开拓边缘学科鲍林不断把结构化学的理论和实验方法移植到生物学、医学以及核物理的研究中去。他按照自己的专长不断地把新的理论原理和新的实验方法移植于另一领域,解决新的研究课题,努力开拓新的边缘学科地带。这是他五十多年来研究成果绵绵不断的重要原因。直觉和模型方法在鲍林的研究工作中,直觉的运用占有非常突出的地位。无论是鲍林本人还是别人对他的评述都常常提到直觉。综合起来大致有以下表现:1.是与数学计算不同的一种寻求答案的方式。2.一种好奇心,它引起鲍林对某个科学课题的注意,并直接领悟到有可能用经验的方式来解答它。3.和想象一样,“不能归结为仅仅采用通常的逻辑规则和过程”,它和某种“深邃的洞察力”有关。4.鲍林对一个晶体的结构的确定,分为两步:一是推测,二是证实。这种“推测”,或者是鲍林本人自称的“随机方法”也在直觉之列。5.“借助于对化学事实的非凡记忆”,是“经过实践”养成的。从整体看待世界 从实践对待科学鲍林作为一位自然科学家,物质世界的统一性对于他来说似乎是不言而喻的。鲍林重视理论思维,并不完全同意实证主义的见解。他强调自己“是纯粹从实践的方面对待科学;可以说是实用地对待科学。”贯穿鲍林研究方法中的极其宝贵的思想正是这种“从实践的方面对待科学”的态度。

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63.7%。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52.3%。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]。

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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 bidogy.C&E 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,1994.9(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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抽象的价值——数学与当代生命科学吴家睿 20世纪中期,随着蛋白质空间结构的解析和DNA双螺旋的发现,形成了以遗传信息载体核酸和生命功能执行者蛋白质为主要研究对象的分子生物学时代。分子生物学的诞生使传统的生物学研究转变为现代实验科学。但是,在生命科学领域的实验科学与其它实验科学如实验物理学相比,更多地是注重经验,而非抽象的理论或概念。此外,这些生物学家们大多关注定性的研究,以发现新基因或新蛋白质为主要目标,对于定量的研究,如分子动力学过程等没有给予足够的重视。尽管如此,现代生命科学在20世纪的下半叶还是取得了丰盛的成果。正如美国科学院院长分子生物学家阿尔伯特(B. Albert)所说,“在一个基因克隆占主要地位的时代,当今许多优秀的科学家在不具备任何定量研究的能力下仍然取得了巨大的成绩”。但是,随着后基因组时代的到来,生物学研究者的定量研究能力和知识已不再是可有可无的了。 大势所趋英国生物学家保罗•纳斯(Paul Nurse) 因细胞周期方面的卓越研究成为了2001年度诺贝尔生理学或医学奖的得主。他曾在一篇回顾20世纪细胞周期研究的综述文章中以这样的文字结束:“我们需要进入一个更为抽象的陌生世界,一个不同于我们日常所想象的细胞活动的、能根据数学有效地进行分析的世界。” 也许基于同样的考虑,2000年10月美国国家科学基金会(NSF)的主任科勒威尔(R. Colwell)在向国会提交的报告中,称数学是当前所有新兴学科和研究领域的基础,要求下一年度对数学的资助要增加3倍以上,达到1.21亿元美金。在这些增加的预算中,有很大的一部分被用来支持数学与其它学科的交叉研究,尤其是数学与生物学的交叉研究项目。尽管数学一直在现代生命科学中扮演着一定的角色,如数量遗传学、生物数学等。但真正体会到数学重要性的还是20世纪90年代生物学家。基因组学是这种趋势的主要催化剂。随着DNA序列测定技术的快速发展,20世纪90年代后期每年测定的DNA碱基序列以惊人的速度迅速增长。以美国的基因数据库(GenBank)为例,1997年拥有的碱基序列为1x109,次年就翻了一番,为2x109;到2000年GenBank已拥有近8x109个碱基序列。同样,在蛋白质组研究和转录组研究等快速推进的过程中,各种数据也在迅猛的增加。据估计,现在生物数据量可以达到每年1015字节。如何管理这些“海量”数据,以及如何从它们中提取有用的知识成为了对当前生物学家、数学家、计算机专家等的巨大挑战。由此引出了一门新兴学科:生物信息学(Bioinformatics)。此外,对细胞和神经等复杂系统和网络的研究导致了数学生物学(Mathematical Biology)的诞生。美国国家科学基金委员会为此专门启动了一项“定量的环境与整合生物学”的项目,以鼓励生物学家把数学应用到生物学研究中去。几乎在同一个时间,美国国立卫生研究院也设立了一项“计算生物学”的重大项目。 理解生命的新工具:模型上面的论述也许会造成这样一种印象,数学在现代生命科学中的应用主要是在“海量”数据的处理方面。可以这样说,今天的确是有许多生物学家是从“计算”的角度来看待数学对生命科学的作用。然而,对于理解生命现象来说,计算是远远不够的。当我们把通过基因芯片获得的成千上万的实验数据喂进一台计算机,让计算机根据一定的运行程序吐出一堆堆的结论时,我们是否可以认为,我们已经理解了所要研究的生物学问题?不仅如此,我们也许还需要警惕,不要让计算机代替我们的思考。对于今天的生命科学工作者,数学的价值应该体现在“模型化”(Modelling)方面。通过模型的构建,那些看上去杂乱无章的实验数据将被整理成有序可循的数学问题;通过模型的构建,所要研究的问题的本质将被清晰地抽象出来;通过模型的构建,研究者们的实验不再是一种随意的探索,而是通过“假设驱动”(Hypothesis-driven approach)的理性实验,就如同物理学家们的工作一样。上个世纪的实验生物学家把生命视为一个线性的系统,力图以一种简单的因果关系来解释生命活动。通常在那些寻找新基因的研究者的内心深处,大多拥有一个“基因决定论”的愿望:一旦找到了某一种基因,就能解答一个生物学问题。癌症有“癌基因”,长寿有“长寿基因”,聪明有“聪明基因”,甚至犯罪都是由一种“犯罪基因”所造成。但是,几十年的研究轨迹,划出的却是一幅幅越来越复杂的图案。以人类发现的第一个肿瘤抑制基因p53来说,自1979年发现至今,已有近2万5千篇文章涉及到它;直接与p53相互作用的蛋白质多达数十种,新的还在发现之中。现在人们看到的p53已经是一个相当复杂的调控网络。显然,没有数学模型的帮助,要理解和分析p53的功能将不是一件容易的事。不久前,发现p53的生物学家之一莱文尔(A. J. Levine)和数学家一起,建立了一个解释p53调控线路的数学模型[1]。数学不仅能帮助我们从已有的生物学实验和数据中抽象出模型和进行解释,它还可以用于设计和建造生物学模型,也许这些生物学模型在自然的状态下是不存在的。在这种意义上说,基于数学模型和假设进行的生物学实验将更接近我们所熟知的物理学和化学实验,更多的依赖于抽象和理性,不再是一门经验科学。新世纪伊始,数学指导实验已成为了现实。不久前,美国的科学家在《自然》(Nature)杂志上报道了他们人工设计的生物模型。普林斯顿大学科学家设计了一个自然界不存在的控制基因表达的网络。这个网络可以周期性的调控大肠杆菌内一个外源基因的表达[2]。在同一期杂志上,波士顿大学的生物学家也报告了他们相类似的工作[3]。这两个工作的共同特点是,首先应用某种微分方程(两个实验室采用了不同的微分方程)进行推导和设计,然后再根据其设计去进行生物科学实验,如构造基因表达质粒,进行检测基因表达情况等。这些科学家认为:“这种‘网络的理性设计’可以导致新型的细胞工程和促进人们对自然界存在的调控网络的理解。”[2] “万物皆数也”数学常常被人视为工具。它的确也是非常有用的工具。但是,只要是作为工具,就具有可替换性。“条条道路通罗马”。工具就是道路,可以选择途径A,也可以选择途径B,只要能达到目的地就行。当然,有的可能是捷径,有的可能是弯路。但它们毕竟都不是唯一的。就如同过去的生命科学研究,没有数学也取得了不错的成绩。数学的应用显然会对现在和今后的生物学研究有帮助,但生物学家不用数学行不行呢?人类对自然和生命的关注,通常体现在两个方面的问题:构成世间万物的本质是什么以及如何去认识和探寻这种本质。前一类问题是属于本体论,后一类问题则属于认识论。如果采用这样假设:生命的本质最终是体现在数学规律的构成上。那么,没有数学显然我们就不能真正和彻底地揭示出生命的本质。DNA和蛋白质是两类最重要的生物大分子。它们通常都是由众多的基本元件(碱基、氨基酸)相互联结而成的长链分子。但是,它们的空间形状并非是一条平直的线条,而是一个规则的“螺旋管”。尽管在20世纪中叶人们就发现了DNA双螺旋和蛋白质α螺旋结构,但至今为止,人们还是难以解释,为什么大自然要选择“螺旋形”作为这些生物大分子的结构基础。不久前,美国和意大利的一组科学家,利用离散几何的方法研究了致密线条的“最大包装”(Optimal Packing)问题,得到的答案是,在一个体积一定的容器里,能够容纳的最长的线条的形状是螺旋形 [4]。研究者们意识到,“天然形成的蛋白质正是这样的几何形状”[4]。显然由此我们能够窥见生命选择了螺旋作为其空间结构基础的数学原因:在最小空间内容纳最长的分子。凡是熟悉分子生物学和细胞生物学的人都知道,生物大分子的包装是生命的一个必要过程。作为遗传物质载体的DNA,其线性长度远远大于容纳它的细胞核的直径。例如构成一条人染色体的DNA的长度是其细胞核的数千倍。因此通常都要对DNA链进行多次的折叠和包扎,使长约5厘米的DNA双螺旋链变成大约5微米的致密的染色体。由此我们可以认为,生命遵循“最大包装”的数学原理来构造自己的生物大分子。细胞是生命的基本组成单元和功能单元。而细胞分裂(又称为细胞增殖)是细胞最基本和最重要的活动。完成一次细胞分裂的活动称为细胞周期。不同物种的细胞周期的时间长短是不一样的,有着严格的调控。那么,是什么构成了细胞周期的“时钟”?最近的研究表明,对于酵母细胞而言,一种细胞周期调控蛋白的磷酸化程度有可能被用作细胞周期运行的“时钟”。这种被称为Sicl的蛋白质上有9个位置可以被蛋白激酶CDK进行磷酸化。当它被加上第1个磷酸基因至第5个磷酸基团的时候,其分子的行为没有出现变化。但是,一旦被加上第6个磷酸基团时,它就可以和一种称为Cdc4的蛋白发生相互作用,然后被蛋白酶降解,从而导致细胞进入DNA合成期(S期),最后完成细胞分裂。研究者详尽而深入的工作揭示出,Sicl蛋白的每一次磷酸化都有助于与Cdc4的相互作用,但只有到第6次或6次以上,其结合力才达到与Cdc4稳固的结合。此外,如果给Sicl蛋白人为装上一段外源氨基酸肽段,一次磷酸化就能使Sicl与Cdc4结合并导致其降解,这时Sicl控制细胞周期时间的功能就会丧失[5]。这个研究成果很典型地揭示了细胞是如何通过数量的控制来实现其生命活动。古希腊著名的数学家毕达哥拉斯(Pythagoras)曾给后人留下过这样一个观点:“万物皆数也”。如果他的观点是正确的,作为大自然的杰作——生命,一定也是按照数学方式设计而成的。因此,数学不仅仅能够提升生命科学研究,使生命科学成为抽象的和定量的科学,而且是揭示生命奥秘的必由之路

1.海豚的行为模式与人类说话有相似之处人类说话时越常用的词就越短,英国和西班牙研究人员最近发现,这种“简短原则”也适用于一些动物,并观察到海豚在水面上的行为也体现出相似特点。英国阿伯丁大学的研究人员及其西班牙同行在新一期美国《复杂性》(Complexity)杂志上报告了这项发现。他们观察了海豚在水面上的行为,并将各种不同的行为模式分解为1到4个不等的基本元素。如“探头侦察”这一模式,包含了“头”、“在水中停下”和“伸头”3个元素;“侧跳”这一模式则含有“跳”和“侧身”2个元素;“弯身下潜”的模式只含有“拱背”1个元素。研究人员发现,在超过30种的行为模式中,海豚用得最多的是那些只含有1个元素的模式,而含有4个元素的模式用得很少。研究人员说,语言学家早就发现了人类倾向于使用更简单的词汇的现象,而此次研究首次提供了动物行为也有相似特点的证据。这也说明人类语言是建立在普适自然原理的基础之上。2.我国科学家首次证明iPS细胞全能性由中科院动物所和上海交大医学院科学家共同完成国际权威科学杂志《自然》(Nature)7月23日在线发表中国科学院动物研究所研究员周琪领导的研究组和上海交通大学医学院教授曾凡一领导的研究组共同完成的一项研究成果,我国科学家首次利用iPS细胞(诱导性多能干细胞),通过四倍体囊胚注射得到存活并具有繁殖能力的小鼠,从而在世界上第一次证明了iPS细胞的全能性。iPS细胞全称为诱导性多能干细胞,是由体细胞诱导而成的干细胞,具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。2006年7月,日本科学家首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞的方法;2007年11月,美国和日本科学家将人类细胞诱导为iPS细胞,被《科学》(Science)杂志评为2008年世界十大科技进展之首。iPS细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景,有望成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。iPS的研究突飞猛进,但是iPS细胞是否真正拥有与胚胎干细胞一样的全能性?是否能够真正与胚胎干细胞媲美呢?四倍体囊胚注射方法是目前国际上验证细胞是否具有全能性的“黄金标准”。这一方法是将胚胎干细胞注射进四倍体的小鼠早期胚胎,这种胚胎没有进一步发育能力,仅提供营养环境的胚胎,然后再移植入代孕母鼠体内,胚胎干细胞可以发育成正常的小鼠。但此前的研究发现,iPS细胞不能像胚胎干细胞一样通过四倍体囊胚注射发育成活体小鼠,iPS细胞注射后形成的小鼠胎儿在怀孕早期至晚期全部死亡,这些结果表明iPS细胞尚不具有全能性。周琪等制备了37株iPS细胞,利用其中6株iPS细胞系注射了1500多个四倍体胚胎,最终3株iPS细胞系获得了共计27个活体小鼠,经多种分子生物学技术鉴定,证实该小鼠确实从iPS细胞发育而成,有些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。这是世界上第一次获得完全由iPS细胞制备的活体小鼠,有力地证明了iPS细胞具有真正的全能性。这项工作为进一步研究iPS技术在干细胞、发育生物学和再生医学领域的应用提供了技术平台,将iPS细胞研究推进到了一个新的高度,成为中国科学家在这一国际热点研究领域所作出的一项重要贡献。

基因筛选无癌宝宝

中科院评选的2009生物科技新闻(2010-01-03 02:05:57)标签:“无癌”婴儿 中药 艾滋病疫苗 杂谈 1.基因筛选“无癌”婴儿诞生 1月9日,一个名叫“天使”(Angel)的小女孩来到人世。她的诞生,除了给自己的父母带来欣喜和宽慰之外,也同时在医学界掀起了轩然大波。这是因为,她还有另外一个更为人熟知和公认的称呼——“无癌”宝宝,这样的身份注定她既是人类生育医学的里程碑,也是一个人类生育伦理的挑战者。 但孩子的父亲相信,这是上天赐予的最好礼物,因为她的降临终结了自己家族的噩梦:他的外祖母、母亲和姐姐先后患上了乳腺癌,她们体内都有一个变异的BRCA1基因,这个基因可让女性罹患乳癌或卵巢癌的几率达到50%到80%,而他本人也是这种变异基因的携带者。由于担心“我有可能把致癌基因遗传给孩子”,这个不幸家庭不得已向伦敦大学学院附属医院求助。 希望维系在一种被称作“胚胎植入前诊断技术”(PGD)的医学手段上。这项也被称为“第三代试管婴儿”的技术一言以蔽之,就是选择健康基因,放弃变异基因,那些具有遗传自父系的变异BRCA1基因以及其他致病基因的胚胎被摈弃,一家人如愿以偿,得到一个“无癌”宝宝,逃离了病魔的阴影。 事实上,“无癌”宝宝并不是第一个PGD试管婴儿。从1989年英国科学家发明该技术以来,在生育前针对某种遗传性疾病进行PGD筛选就成为常见做法,至今已有千余个健康宝宝出世。但此次胚胎筛选引发的争论焦点在于,此前PGD技术只用于筛选几种极为有限的100%遗传的家族病,还没有对只有50%到80%患病几率的癌症基因进行筛选的先例,将仅仅只是有可能患上乳腺癌的胚胎排除,显失公平。 很多人担忧,这种首开先河的做法会不会让今后胚胎筛选的底线逐渐放低,在生育前对孩子的相貌、智力、寿命等进行最佳基因组合,从而打开技术滥用的潘多拉之盒?现在,各类“设计婴儿”的技术层出不穷,人造子宫、人造精子和卵子等相关实验司空见惯,那么,当越来越多的非疾病生理特征相关基因被发现,当一个“定制婴儿”易如反掌的时代到来,人类将何去何从?2.甲流全球肆虐,中药发挥独特防治优势 这是21世纪第一次流感大流行,也是40多年来全世界面临的第一次全球疫情。 4月的墨西哥,紧急实施的封城行动与人人自危的白色口罩,重现2002年春夏之际因SARS引起的惊恐画面。病人的血液样本显示,人类世界出现了一种新型流感病毒——甲型H1N1。拜全球化所赐,新病毒迅速波及5大洲20多个国家。6月11日,世界卫生组织决定,将甲流警戒级别提升至最高级别6级。 另一场时间竞赛也早已经悄然展开,全球4个实验室争分夺秒加紧研制相关疫苗。5月6日,加拿大宣布完成了对3个甲型H1N1流感病毒样本的基因测序工作;5月底,墨西哥专家掌握了病毒的染色体序列;7月22日,应对疫苗在澳大利亚和中国分别开始临床试验;10月,各国民众相继开始接种甲流疫苗。全球卫生体系成功完成了一次通力合作。 而且,中药在甲流防治过程中也发挥了重要作用。我国首个与达菲对照进行循证医学研究的药物连花清瘟胶囊已被证实具有确切疗效,其对甲流病毒转阴率与达菲相当,退热时间优于达菲,缓解咳嗽、肌肉酸痛、乏力、头痛等症状均明显优于达菲,安全性高,而价格仅为达菲的1/8,在降低防治成本方面极有优势,目前已列入国家医保目录。 但这远远不是最终的胜利。世卫组织的最新疫情通报说,截至12月20日,甲型H1N1流感在全球已造成至少11516人死亡。近两个月来,多国都出现了甲流病毒变异病例和耐药性病例,并且猪、猫和狗等与人类密切接触的动物感染甲流的病例也先后发生,病毒基因变异或与其他病毒重组成为最大的担忧,而跨物种间的病毒交叉感染则可能使疫情进一步扩大。 从SARS到禽流感,再到甲型H1N1流感,乃至12月在荷兰最新暴发并已致2300多人感染、6人死亡的Q热病(羊流感),短短几年里,警钟一遍遍敲响。环境污染、养殖业盲目扩张、滥用抗生素,使以往只在动物身上传播的病毒演变得越来越强大,而最终作茧自缚,自食其果的是人类自己。3.艾滋病疫苗初现免疫效果 两种独立使用均无效果的疫苗,“双剑合璧”之后,竟然给长达20余年的艾滋病治疗领域带来了历史性的突破:世界上第一种具有一定免疫效果的艾滋病疫苗诞生了。 美国和泰国研究人员描述了这两种疫苗协同作战的策略,其一负责刺激免疫系统,使其做好攻击艾滋病病毒的准备;其二则担当“助攻手”,负责增强免疫反应。9月24日,研究人员宣布,1.6万名志愿者组成的世界最大的艾滋病疫苗试验人群历时6年的试验结果显示,新型“联合疫苗”可使人体感染艾滋病病毒的风险降低31%。这是科学界首次获得具体证据证明,研发艾滋病疫苗是可行的。 而就在一年前,一种因在猴子试验中获得明显成功而被认为最有希望的艾滋病疫苗人体试验宣告无果而终,被医学界称为“灾难性的失败”。新型疫苗的突出表现,无疑向处于阴霾之中的艾滋病防疫投射了一丝亮光。一时之间,“分水岭”、“里程碑”、“免疫效果从无到有的跨越”等众多溢美之词充斥着报章。 然而,31%这个数字固然令人振奋,但绝对无法让人就此安心。 有效疫苗应该至少能将感染风险降低50%,但新型疫苗的免疫效果远未达到可以大规模进入临床应用的标准。另外,新型疫苗的有效免疫期有多久?针对不同的艾滋病病毒,疫苗是否具有相同效果?这些问题都还没有答案。艾滋病防治工作也并没有因此打开一个全新的局面,疫苗研制依然任重而道远。 果然,最新的打击在12月14日出现。来自“第五届非洲艾滋病疫苗项目论坛”的消息称,另一项由非洲多国参与、针对一种艾滋病防护制剂的大规模试验宣告失败。 毫无疑问,艾滋病病毒复杂的变异性预示着人类还将同这一终极顽症进行漫长对抗。但是,新型疫苗的有限效果仍然为研发工作指明了一个方向,在这条路上的点滴进展,都是在一步步接近成功。

生命科学学院优秀毕业论文

截止2012年6月,学院有本科生855人,硕士研究生194人,博士研究生50人。学院学生秉承学校的丁颖精神,学习刻苦,成绩优秀。博士生王中华在刘耀光研究员指导下的博士毕业论文被评为2007年全国百篇优秀博士学位论文。在学科竞赛中,获2009年第十一届“挑战杯”国家级一等奖1项;2011年第十二届“挑战杯”国家级三等奖1项;2008年“高教杯”全国数学建模大赛一等奖1项;2011年广东大学生生物化学实验技能大赛一等奖1项、二等奖2项、三等奖2项。学院学生科技活动丰富多彩,学院着力打造的品牌活动——生物化学实验技能大赛自2008年纳入广东省大学生科技学术节比赛项目,成为省级赛事。每届均吸引省内40余所高校350多支队伍上千人参赛。

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63.7%。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52.3%。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]。

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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 bidogy.C&E 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,1994.9(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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