La relación entre la química orgánica y las ciencias de la vida
Resumen: La química orgánica juega un papel importante en el desarrollo de las ciencias de la vida, como base teórica, herramientas de investigación y clarificación de la esencia. es una conexión estrecha. Este artículo expone la relación entre los cursos de química orgánica y las ciencias de la vida desde tres aspectos: el desarrollo de la química orgánica y las ciencias de la vida, los principales resultados de la investigación en química orgánica y las ciencias de la vida, y las tareas de la investigación en química orgánica y las ciencias de la vida.
Palabras clave: química orgánica; ciencias de la vida; relación
La química orgánica es la base de las ciencias de la vida, y los compuestos orgánicos son las principales sustancias que constituyen los organismos vivos. La estructura y propiedades de diversos compuestos orgánicos en los organismos y su síntesis, descomposición, transformación y metabolismo en los organismos se basan en la química orgánica. Los productos químicos orgánicos se utilizan cada vez más en la agricultura. Como pesticidas (insecticidas, fungicidas, herbicidas), reguladores del crecimiento de las plantas, fertilizantes químicos, películas agrícolas, etc. , garantizar la producción agrícola; los medicamentos veterinarios y los aditivos alimentarios promueven la producción ganadera. Para poder utilizar correctamente estos compuestos orgánicos es necesario conocer su composición, propiedades y funciones fisiológicas. Sin embargo, en la actualidad, las carreras de ciencias biológicas en algunas escuelas están descuidando cada vez más la química orgánica como curso, y las horas de clase son cada vez menos, lo que no favorece el aprendizaje posterior de los estudiantes, como la bioquímica, la biología molecular y otros estudios posteriores. cursos. Este artículo profundizará en la relación entre los cursos de química orgánica y las ciencias de la vida desde tres aspectos: el desarrollo de la química orgánica y las ciencias de la vida, los principales resultados de la investigación de la química orgánica y las ciencias de la vida, y las tareas de la investigación de la química orgánica y las ciencias de la vida. Espero que las personas que se dedican a las ciencias biológicas presten atención a la química orgánica.
1. El desarrollo de la química orgánica está estrechamente relacionado con las ciencias de la vida.
En su sentido original, la química orgánica es la química de las sustancias biológicas. En 1807, J. F. Yon Berzilius fue el primero en denominar compuestos orgánicos a los compuestos obtenidos de células vivas. En ese momento, la gente no entendía la naturaleza de los fenómenos de la vida, por lo que le daban a los compuestos orgánicos un color misterioso. Muchos químicos creen que los compuestos orgánicos no se pueden sintetizar artificialmente. ¿Sí? ¿vitalidad? Creado. Sin embargo, en 1828, Weller produjo urea a partir de cianato de amonio inorgánico, lo que refutó las afirmaciones sobre? ¿vitalidad? Se puede decir que los químicos intervinieron por primera vez en las ciencias de la vida.
Posteriormente, el desarrollo de la química orgánica se centró principalmente en la investigación estructural y métodos de síntesis de compuestos orgánicos, prestando menos atención a sus funciones biológicas. A pesar de ello, los resultados de las investigaciones de muchos químicos se han convertido en hitos en el desarrollo de las ciencias de la vida. Por ejemplo, a mediados del siglo XIX, la investigación de I. Pasteur sobre las fórmulas moleculares clásicas del ácido tartárico izquierdo y derecho condujo al establecimiento de la teoría de la configuración tetraédrica del átomo de carbono de Vanthof y LeBel en la década de 1970, que es la base de la estructura asimétrica de las moléculas de la vida. Las contribuciones de E. Fischer a la estereoquímica de los carbohidratos y la química sintética de los péptidos son las piedras angulares de estas dos importantes químicas moleculares de la vida. En la década de 1950, las estructuras químicas del ácido ribonucleico (ARN) y del ácido desoxirribonucleico (ADN) establecidas por A. Todd allanaron el camino para la propuesta de la estructura de doble hélice del ADN de Vatson-Crick. El método del fosfodiéster para sintetizar oligonucleótidos, iniciado por H.G. Kolanna en la década de 1960, no sólo demostró que cada tres bases del ADN constituye un codón triplete que codifica un aminoácido, sino que también propuso un conjunto de cifrados genéticos y también inició la investigación sobre el ADN sintético. Los químicos también utilizan pequeñas moléculas químicas y herramientas químicas para estudiar los sistemas vivos. En 1985, H. Smith y K. Mullis inventaron la reacción en cadena de la polimerasa, logrando un gran avance y un salto en la biología molecular. En 1988, SchrEiber descubrió la proteína de unión FKBP12 de FK506 mientras realizaba una síntesis dirigida (TOS) del producto natural FK506. En 1991, utilizaron la sonda de molécula pequeña FK506 y ciclosporina para descubrir que puede inhibir la actividad de la neurohistona fosforilasa de calcio.
También se descubrió que se pueden generar el complejo de histonas neurales FKBP-12-FK506 y el complejo ciclofilina-ciclofilina-calmodulina. Estas pequeñas moléculas se unen a dos proteínas al mismo tiempo y su actividad biológica es también la base molecular de las vías de transducción de señales intracelulares. En 1992, SchrEIber publicó un artículo titulado? ¿Explorar la citología utilizando principios de química orgánica? tesis, convencido de que el proceso de la vida es el proceso de cambios químicos en los organismos [1-3].
En resumen, los resultados teóricos y prácticos de la química orgánica sentaron una base sólida para el nacimiento y desarrollo de la biología moderna. La teoría del enlace de valencia, la teoría de la conformación y el mecanismo de reacción se han convertido en medios poderosos para explicar las reacciones bioquímicas. Investigación sobre la composición y estructura de proteínas y ácidos nucleicos, establecimiento de métodos de determinación de secuencias, establecimiento de métodos de síntesis, investigación sobre mecanismos de catálisis enzimática, establecimiento de modelos químicos para simular la síntesis de enzimas, tecnología de sondas de moléculas pequeñas, tecnología de excitación de una sola molécula, una sola molécula La tecnología de manipulación allanó el camino para la biología y la biotecnología modernas. La estrecha integración de la química orgánica y los problemas biológicos es un pilar poderoso en la promoción del desarrollo de las ciencias de la vida y también ha elevado la comprensión de los procesos vitales a un nuevo nivel [4, 5].
2. Panorama general del Premio Nobel de Química, el mayor logro científico en química orgánica de los últimos 100 años.
1901-2010 * * 110 Excepto 8 años, * * * se otorgaron un total de 102 premios de química, de los cuales 65 en química orgánica, lo que supone el 63,7% del total de premios de química. 8 Investigación sobre carbohidratos. y fotosíntesis; ***18 proyectos de investigación sobre proteínas, enzimas y ácidos nucleicos; 8 investigaciones sobre esteroides, vitaminas y alcaloides; ***31 proyectos más; 34 de ellos están relacionados con seres vivos. Representa el 52,3% de la química orgánica. Se puede observar que la química orgánica y las ciencias de la vida están estrechamente relacionadas.
3. La relación entre las tareas de investigación en química orgánica y las ciencias de la vida.
Las principales tareas de la investigación en química orgánica son la separación y purificación, la química física orgánica y la síntesis. La separación y purificación se refiere a la separación y extracción de diversas sustancias orgánicas existentes en la naturaleza y a la determinación de su estructura y propiedades para que puedan ser utilizadas. La química física orgánica es el estudio de la relación entre la estructura y las propiedades de los compuestos orgánicos, la forma de reacción y los factores que afectan la reacción, para controlar la reacción en la dirección que necesitamos. La síntesis se basa en determinar la estructura molecular y una buena comprensión de las reacciones de muchos compuestos orgánicos, utilizando como materia prima muchos compuestos orgánicos simples obtenidos del alquitrán de petróleo o de hulla, y sintetizando a través de diversas reacciones lo que necesitamos en la naturaleza o nuevos compuestos orgánicos que no existen en la naturaleza [6].
3.1 Separación y purificación de compuestos orgánicos y ciencias de la vida
La relación entre la separación y purificación de la química orgánica y las ciencias de la vida se refleja principalmente en dos aspectos, uno es la química orgánica natural, y el otro es el análisis de separación.
La química orgánica natural es la química orgánica que estudia sustancias endógenas fisiológicamente activas en animales y plantas (incluidos metabolitos secundarios marinos, terrestres y microbianos) y organismos. El propósito es explorar compuestos naturales con actividad fisiológica como compuestos líderes para el desarrollo de nuevos medicamentos, o para uso directo en producción clínica o agrícola. El desarrollo de la química orgánica natural está estrechamente relacionado con la economía nacional y es crucial para el desarrollo de nuevos medicamentos y pesticidas. Nuestro país es rico en recursos naturales y ha acumulado miles de años de experiencia tradicional en la prevención y el tratamiento de enfermedades. Es de gran importancia práctica desarrollar vigorosamente la investigación sobre la química orgánica natural en nuestro país. El descubrimiento de sustancias endógenas fisiológicamente activas y el estudio de sus actividades fisiológicas han abierto un nuevo campo de investigación en química orgánica natural. Es una tarea importante de la química orgánica natural utilizar y desarrollar plenamente los recursos animales y vegetales de mi país, incluidos los recursos biológicos marinos, y esforzarse por desarrollar nuevas sustancias fisiológicamente activas al servicio de la economía nacional.
La estrecha integración de la separación, la purificación y el análisis es una característica importante del análisis orgánico. En las ciencias de la vida, también implica la separación y el análisis de trazas o cantidades mínimas de materia orgánica en sistemas complejos, como la extracción y el análisis de sustancias biológicamente activas. El desarrollo de la cromatografía de gases es un gran avance en la separación de alta eficiencia. La cromatografía de gases de alta resolución y la cromatografía líquida de alta resolución son la base de la tecnología de separación moderna. En la cromatografía de gases, las nuevas fases estacionarias altamente selectivas y de alta temperatura (como las fases estacionarias quirales y las fases estacionarias de separación selectiva de isómeros) siguen siendo un área de investigación activa. Columnas selectivas y fases móviles en cromatografía líquida
La aplicación y el desarrollo serán los principales aspectos en los próximos años.
El desarrollo racional de columnas cromatográficas de pequeño diámetro, cromatografía multidimensional y redes de análisis de sistemas basados en cromatografía llevará la separación y el análisis de trazas de sustancias orgánicas en sistemas complejos a un nuevo nivel. La cromatografía de fluidos supercríticos, incluida la cromatografía de fluidos supercríticos en columna capilar, es una tecnología nueva y en desarrollo. La electroforesis capilar es una nueva tecnología eficiente desarrollada con el desarrollo de las ciencias biológicas. Ha demostrado un gran poder en la separación de proteínas y ácidos nucleicos, y es un campo nuevo con una fuerte vitalidad de desarrollo. La tecnología de espectroscopía de resonancia magnética nuclear ha logrado grandes avances en el rendimiento de los espectrómetros y en los métodos de medición. El desarrollo de métodos bidimensionales se ha convertido en el método físico más importante para resolver problemas estructurales. La tendencia de desarrollo futuro de la resonancia magnética nuclear es cómo obtener información más relevante, simplificar el espectro, mejorar la sensibilidad de detección y desarrollar tecnología de resonancia magnética nuclear tridimensional. El avance más destacado en la tecnología de espectrometría de masas es el desarrollo de nuevas técnicas analíticas de ionización. Con el avance de la tecnología de interfaz, el alcance de la aplicación de la tecnología combinada se ha ampliado y el efecto ha mejorado. Esto hará de la espectrometría de masas un nuevo método de investigación en las ciencias de la vida.
3.2 Química física orgánica y ciencias de la vida
La química física orgánica estudia principalmente la relación entre la estructura de las moléculas orgánicas y sus propiedades físicas y químicas a través de métodos físicos experimentales modernos y métodos de cálculo teórico. y explica la relación entre las estructuras moleculares orgánicas y sus propiedades físicas y químicas. Mecanismo de reacción química. La investigación sobre química física orgánica en las ciencias de la vida, incluidas reacciones simuladas catalizadas por enzimas en la química huésped-huésped, reacciones controlables microambientales proporcionadas por moléculas huésped, reconocimiento de moléculas huésped por moléculas huésped y efectos hidrófobos-lipofílicos, son todas de gran importancia teórica. campo de estudio. El desarrollo de la química orgánica cuántica de estática a dinámica es una parte importante de la química orgánica física actual. Los métodos de mecánica molecular tienen perspectivas de desarrollo muy optimistas en el estudio de la estructura y conformación molecular orgánica. El químico chino académico Jiang publicó un artículo titulado? Dos aspectos importantes a la vanguardia de la química física orgánica: ¿agrupaciones moleculares orgánicas y química de radicales libres? Este artículo propone el uso de la química física orgánica para resolver problemas difíciles en las ciencias biológicas.
3.3 Síntesis orgánica y ciencias de la vida
La síntesis orgánica también está estrechamente relacionada con las ciencias de la vida. La química organometálica y orgánica elemental es uno de los campos más activos vinculados a las ciencias de la vida. Por ejemplo, los compuestos organofosforados tienen importantes aplicaciones en pesticidas, medicamentos, extractantes y química orgánica sintética. La investigación sobre compuestos organofosforados biológicamente activos también es de gran importancia en la investigación en ciencias de la vida. En los últimos años, los compuestos de bioorganosilicio y sus aplicaciones en síntesis orgánica se han desarrollado rápidamente. En términos de investigación básica y aplicada, el estudio del siliceno, el siliceno y la química orbital vacía 3D del silicio y los polisilanos es un tema de investigación importante en la química de la silicona. Los compuestos organosilícicos desempeñan un papel importante en la síntesis orgánica, especialmente en la síntesis de compuestos orgánicos naturales.
No importa desde la perspectiva del desarrollo, los resultados de la investigación y las tareas de la química orgánica, los cursos de química orgánica desempeñan una importante base teórica, herramientas de investigación y dilucidan la esencia de las ciencias de la vida. Por tanto, debemos fortalecer la investigación de la química orgánica en las ciencias de la vida.
[Referencias]
[1]Schreiber. Explore la biología celular utilizando principios de química orgánica. Campe Nuevo, 1992, 70: 22~32.
Wu Hui y Zhou Xiaojun. Química Orgánica y Ciencias de la Vida. Revista de la Universidad Normal de Yunnan, 1998, 18 (1): 93-96.
Zhang Lihe. De la química bioorgánica a la biología química. Progreso en Química, 2004, 16(2): 313-318.
[4]Zhu, Du Canping. Estado actual y perspectivas de la investigación en química bioorgánica. Química Universitaria, 1994.9 (4): 6-8.
[5]Wu Yulin, Chen Yaodie. ¿Explorar los misterios de los seres vivos? Química orgánica en el cambio de siglo. Revista de la Academia China de Ciencias, 1995, 10(10): 215-219.
[6] Wang Xiaolan, Química Orgánica (4ª edición), Higher Education Press, 2005, 1-2.
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