化學(xué)前沿中的生命化學(xué)方法論問(wèn)題
化學(xué)先生 / 2019-08-21
當(dāng)代生命化學(xué) ，主要 集中在對(duì)生物大分 子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究上。特別是對(duì)蛋白質(zhì)、蛋白組學(xué)的研究，對(duì)包括人的基因在內(nèi)的基因破譯等。對(duì)生命大分子和蛋白質(zhì)的研究.也是重點(diǎn)研究其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，只有在掌握了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以后，才能對(duì)這些生命大分子做進(jìn)一步的探索。但是，對(duì)生命大分子的研究，比對(duì)一股化學(xué)物質(zhì)的研究要困難得多、例如，對(duì)肌球素的結(jié)構(gòu)研究，先要用X射線繞射，制出x射線繞射圖，再根據(jù)繞射圖的式樣和有關(guān)化學(xué)性能的知識(shí)，描繪出比較適合人們認(rèn)識(shí)習(xí)慣的結(jié)構(gòu)模型。
從圖16-5的X射線繞射圖，很難看出它們的結(jié)構(gòu)，還需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化和直觀化,目的有兩個(gè)，一是更符合人們認(rèn)識(shí)的尺度、標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣，二是更能本質(zhì)地反應(yīng)客觀實(shí)在。因此，我們可以用小球連線描繪它的分子結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)這轉(zhuǎn)化，肌球素的結(jié)構(gòu)清楚了，也直觀了。
制作生物大分 子結(jié)構(gòu)圖的過(guò)程，有普遍意義。從方法論上說(shuō)，任何結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式(模型、圖示照片)都要在尺度，色調(diào)等方面，適合人的感官，能和人的感官直接地相聯(lián)系、相作用，否則這種表達(dá)是毫無(wú)意義的。認(rèn)識(shí)生物大分子的方式，也不例外，先要把它轉(zhuǎn)化為適合主體的方式。當(dāng)然，這種主體化轉(zhuǎn)化不是沒(méi)有根據(jù)的盲目轉(zhuǎn)化，是按照人們的習(xí)慣認(rèn)識(shí)方式并根據(jù)人們探測(cè)的結(jié)果提煉模型。
對(duì)生命化學(xué)的研究，和 般化學(xué)研究還有 一點(diǎn)根本的不同，那就是它需要個(gè)和生命條件相近似的環(huán)境，一般不能在高溫、高壓、低溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)磁場(chǎng)等極端條件下完成，而只能在溫和的環(huán)境中進(jìn)行，因此，充分發(fā)揮酶的作用，是特別重要的，如酶對(duì)接、酶切割、酶催化等。沒(méi)有適當(dāng)?shù)臈l件，就不能完成生命化學(xué)的研究。生命是脆弱的,生命需要的條件是十分嚴(yán)格而苛刻的，因此，對(duì)生命化學(xué)的研究，必須針對(duì)生物分子的特點(diǎn)，創(chuàng)立適當(dāng)?shù)臈l件.使切生 命化學(xué)反應(yīng) 和化學(xué)變化,都在恰當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行。美國(guó)著名化學(xué)家伍德沃德和霍夫曼在合成葉綠素、維生素B:等一系列復(fù)雜化合物時(shí)中國(guó)學(xué)者在合成牛胰島素、醉母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸時(shí)，都充分注意到條件的作用。在適當(dāng)條件下,利用生物酶的功能，完成了系列復(fù)雜艱難的 合成工作。
生物化學(xué)的研究，遲早 會(huì)導(dǎo)致合成生命的出現(xiàn)。但是，以前因?yàn)樵谶@方面對(duì)科學(xué)思想和方法論問(wèn)題探索得十分不夠，所以一度曾出現(xiàn)過(guò)太樂(lè)觀的估計(jì)，特別是在1953年美國(guó)的米勒模擬實(shí)驗(yàn)之后，認(rèn)為用簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)模擬原始地球的條件，可以制出鎮(zhèn)林服、共至可以進(jìn)步產(chǎn)生生物，從而證明生 命的化學(xué)起飯，所以人們的黃有把附地明待著生命化學(xué)盡快地獲得重大突破.但是:21世紀(jì)近兒年的研究表明.這種期望是對(duì)困難估計(jì)不足浩成的。
各種復(fù)雜生命大分子的合成和對(duì)生命化學(xué)過(guò)程的探索表明，當(dāng)代生命化學(xué)的研實(shí)中，有一個(gè)有決定意的戰(zhàn)略性問(wèn)題，需要從暫學(xué)方法論的角度做出回答，即生命體中，化學(xué)分子的對(duì)稱(chēng)性破缺問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題靠化學(xué)本身是無(wú)法解決的。
學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，在生 命體中組成蛋白質(zhì)的氨基酸構(gòu)型，其旋光性幾乎都是左旋的異構(gòu)體，而右旋的氨基酸只有在細(xì)菌和真菌產(chǎn)生的某些化學(xué)物質(zhì)中，或者在抗南素中才能找到.這說(shuō)明，在高級(jí)生命體內(nèi)，氨基酸的旋光性是不對(duì)稱(chēng)的。而在米勒實(shí)驗(yàn)中或后來(lái)?？怂沟膶?shí)驗(yàn)中用人工方法合成的氨基酸，既有左旋的，又有右旋的，其旋光性是對(duì)稱(chēng)的。這說(shuō)明，這些合成工作離生命的本質(zhì)還有很大的距離。男外，在生命體中,糖和糖酐的旋光性與氨基酸的相反，都是右旋的異構(gòu)體，而沒(méi)有左旋的，其對(duì)稱(chēng)性也是破缺的。由此可見(jiàn).生命的產(chǎn)生和維持，正是由于生物大分子和細(xì)胞中的物質(zhì)分布高度非均勾性、非對(duì)稱(chēng)性造成的，且物質(zhì)或能 量的分 布均勻化和對(duì)稱(chēng)化,生命也就完結(jié)了。
物質(zhì)能量的非均勾、非對(duì)稱(chēng)分布產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)，一般的小分 子結(jié)構(gòu)發(fā)生對(duì)稱(chēng)破缺，形成了有生物活性的大分子，這些大分子對(duì)稱(chēng)性再破缺才出現(xiàn)了生命。這條隨著對(duì)稱(chēng)破缺而進(jìn)化的線索，從科學(xué)方法論的角度，我們已經(jīng)初步看清了.下一步須從自然科學(xué)角度提出具體的證明，并揭示其過(guò)程的機(jī)制，用充分的材料和科學(xué)的理論精辟解釋非對(duì)稱(chēng)在創(chuàng)造世界、創(chuàng)造生命、創(chuàng)造人類(lèi)中的重要作用。
另外，在生命化學(xué)的研究中,因非對(duì)稱(chēng)性 手型結(jié)構(gòu)有著 普遍的重要意義，所以應(yīng)充分注意其方法論問(wèn)題，當(dāng)代方法論研究，正是綜合了這些問(wèn)題，形成了對(duì)稱(chēng)方法的初步思想，把包括手結(jié)構(gòu)在內(nèi)的許多對(duì)稱(chēng)和對(duì)稱(chēng)破缺問(wèn)題都統(tǒng)加以研究，其基本內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn):
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