她患了這種貧血病,就是因為那身體中的這隻“小鐵釘”,和別人比起來稍微小了一些,從而患了缺鐵性貧血症。結果,她不得不遵從醫囑口服複方硫酸亞鐵糖漿,多食用芹菜、菠菜、豬肝等含鐵豐富的食物。從這裏我們可以看出,金屬元素在生物體中的作用是十分重要的。
植物的生長發育等生命現象也離不開一個個“小釘子”——金屬元素的作用,綠色植物的光合作用是在葉綠體中進行的。葉綠素直接參與光合作用,其結構是由鎂離子與4個做“卟啉”環組成的有機大分子。豆科植物的根瘤菌具有固氮作用,是一個微型“氮肥廠”,就是由於根瘤菌中含有鉬、鐵及其他非金屬元素的原子構成的網兜狀活性中心……金屬元素的相對質量雖然不高,卻在生物體中起著重要的作用,這是不可忽略的。
從上麵的敘述中我們可以看出,金屬元素在生物體中具有重要作用,就需要生物學家對它加以認真研究。而研究金屬元素反應,則是化學家,尤其是無機化學家的研究課題。為了共同的目標,大家不能推讓,需要生物學家與化學家聯起手來加以研究。因此,一門研究金屬元素在生物體內生命活動中的結構和功能的科學——生物無機化學誕生了。
生物無機化學這門學科,是生物學和化學之間的又一門交叉學科,也是生物學和化學攜手合作研究生命現象和規律的又一次可貴嚐試。這次嚐試,已經取得了很大的成績,為揭示生命的奧秘,從而為人類服務做出了重要貢獻。它還標誌著生物學家和化學家開始一起踏上了攜手探求生命奧秘的征程。
此外,與生物學有關的交叉科學還有生物數學、生物物理學、天體生物學、時間生物學,等等。
生物無機化學研究的方麵很多,下麵先舉幾例:
例一,生物中鐵元素的作用。鐵元素主要存在於高等動物的血紅蛋白中,化合價為+2,以鐵絡合物的形式存在著,它的主要功能是輸送氧氣。鐵的這種絡合物是紅色的,因此血液呈紅色。
例二,銅元素在生物中的作用。海洋中某些冷血生物的血液是藍色的,那是因為血液中銅絡離子呈藍色,如銅的水合離子、氨合離子等的顏色。由於銅絡離子比鐵絡離子輸送氧氣的功能差,因此這種海洋低等生物在進化中適應能力比較底,容易被淘汰。銅離子在高等動物中也有作用(盡管不是輸送氧氣),它有助於骨骼的生長和發育。骨折後多吃富含銅元素的食物就有利於骨骼的康複。
例三,鈷元素在生物中的作用。一些人貧血是因為缺少鈷元素。鈷元素存在於維生素B12中,也以絡合物的形式存在,有調節神經活動、預防貧血功效,顏色為粉紅色。
例四,元素絡合物。生物無機化學家們,還研究了一類稱為絡合物的物質。一些金屬元素絡合物還具有抗癌作用,其中,順式二氯二氨合鉑(簡稱“順鉑”)就是一種抗癌良藥。金屬元素在酶中參與催化作用,還參與肌肉收縮、細胞分裂、神經脈衝的傳遞等一係列生命活動。
例五,鋅元素在生物體中的作用。兒童缺乏鋅元素會引起食欲不振、發育遲緩等一係列症狀。而成人缺少鋅元素會引起不育症,等等。
此外,鈉、鉀等離子參與電解質的平衡,鈣元素與骨骼的關係密切,這是眾所周知的事。最近的生物無機化學研究表明,鍺元素在防止衰老中起重要作用,中藥靈芝草的神奇作用就是由於它含有有機鍺。
所有這些都是生物無機化學的研究範圍。英國的《1981年科學與未來年鑒》認為,當前無機化學最活躍的領域是與生物學關係最密切的生物無機化學領域,這一觀點已經在80年代被證實了。在探索生命現象和規律的過程中,分子生物學和生物無機化學是兩支生力軍。
目前,科學攻關常常是多學科協同作戰,在探索生命奧秘和生物科學的戰鬥中,也並不是生物學本身在“孤軍奮戰”的,化學經常助生物學“一臂之力”。不過,在二百多年前,情況還不是這樣的,18世紀時,化學和生物學都基本上成為相對獨立的科學,生物學要發現更多的新生物,並對各種生物進行命名和分類;而化學則對元素和化合物(主要是無機化合物)進行研究,研究他們的組成、性質、和合成方法。生物學和化學還是“井水不犯河水”的。
到了19世紀,化學開始研究所謂的“有機化合物”,當時的有機化合物,就是指有生機的化合物,當時人們普遍認為,隻有在生物體內,借助於生命力才能產生。1828年,一位名叫維勒的德國化學家,用普通的無機物合成了尿素,而尿素一直被認為隻有在動物體內才能產生。以此為起點,化學家開始邁入生物學的殿堂,研究生物學。如研究胃的消化問題,發酵問題等。有的化學家認為,人體的胃中有一個小“煉丹道士”,他把食物轉變為各種有用的營養成分和廢料。許多化學家開始研究糖、澱粉、蛋白質、脂肪,介入生物學領域了。1877年,德國化學家霍普塞勒甚至提出“生物化學”這一說法了。
諾貝爾獎金,是100多年前由瑞典化學家阿爾弗雷德·諾貝爾設立,它是當今授予科學家的最高獎,它既是一種物質獎,更主要的,還在於它的精神意義,它反映了科學的發展水平。取得諾貝爾獎的科研領域,往往是科學的最前沿。
在生物學領域中,較多取得諾貝爾獎的,也就是在生物學和化學的交叉之處。在探索生命的征程中,從事生物學和化學這兩門學科研究的科學家們並肩戰鬥,互相配合,互相促進,留下了一串串足跡,取得了不少成就。諾貝爾化學獎甚至多次授予從事生物大分子研究的科學家。下麵就簡單介紹幾個事例:
第一,1946年,美國人J·薩姆納、W·斯坦利和J·諾斯羅普分別因發現及製成結晶酶、製得結晶酶及病毒蛋白酶而獲獎;
第二,1955年,美國人V·維格納德因合成了多肽激素而獲獎;1958年,英國人F·桑格因確定了胰島素(一種蛋白質)的分子結構而獲獎;
第三,1962年,英國人M·佩魯茨和J·肯德魯因在X光衍射法研究球蛋白、纖維蛋白結構方麵的工作而獲獎。
第四,1970年,阿根廷人L·萊洛伊爾因對糖類新陳代謝的研究及對糖核苷酸的發現與研究而獲獎;
第五,1980年,美國人P·伯格因在基因和染色體的解剖和重建方麵的出色工作而獲獎;同年,英國人F·桑格和W·吉爾伯特因在DNA核苷酸順序的測定及DNA序列和基因結構方麵的工作而獲獎;
第六,1984年,美國人B·梅裏菲爾德因在生物學、分子生物學、藥理化學方麵的貢獻,特別是首創了閉容合體合成蛋白質和多肽的方法而獲獎。
……
21世紀是生物學世紀,化學與生物學這兩個夥伴密切配合,將會取得更大的成績,揭開一個個生命之謎,其中包括最誘人的兩個謎:大腦思維之謎和人類長壽之謎。
我們已經在這個生物世界中粗略地參觀了一遍,欣賞到了這裏迷人的景色,看到許多奇妙之處。神奇的DNA雙股螺旋,令人難以置信的馬鈴柿,讓害蟲斷子絕孫的妙招,無性繁殖,試管嬰兒,對付癌細胞的生物導彈,可開礦煉金屬、產油、蛋白的微生物,會吐絲、織布的細菌,體外受精、胚胎移植、借腹懷胎,多產優良家畜和家禽……
隨著科學技術的發展,社會文明將得到更大的進步。到了那個時候,我們將有越來越多的優良品種,例如瘦肉型豬等,以滿足人民群眾的物質文化生活的需求。不過,要想更深入地了解生物學和生物工程,探索其中那無窮無盡的奧秘,想能更自如地在生物世界中遨遊,我們從小要學好各種科學技術知識和外語,打好各種基礎,以便將來能更多地了解生物科學的奧秘。另外,生物學是一門實驗性較強的科學,我們要善於觀察,多動手實驗,以便將來發現和創造生物學奇跡。