合成化學與生命科學合成化學

1、.合成化學與生命科學合成化學為探究生命科學規(guī)律提供了重要方法和物質(zhì)根底。生命的過程歸根到底是生物體內(nèi)一系列的化學變化過程6。不管是物理學、生物學還是醫(yī)學，化學都是這些“理解化學變化的學科的根底，是一門中心科學。因此越來越多的學科與化學進展交融，并導致了更多穿插學科的出現(xiàn)。人們對生命現(xiàn)象尚未認清的時候，一度認為有機物只有生命體才能產(chǎn)生，人工無法合成，這也是“有機物這一名詞的早期含義。但自尿素這一有機物首次由無機物成功合成以來，徹底改變了人們的觀念。同時，合成化學與生命科學就這樣第一次被聯(lián)絡(luò)在了一起，從此人們開場利用合成化學不斷地合成自然界、人體已有的化合物，同時許多自然界不存在的化合物也被合成創(chuàng)

2、造出來。從起初人們只注重于合成化合物的數(shù)量和構(gòu)造以及創(chuàng)造新的合成方法，到如今更重視合成物質(zhì)的功能和合成方法的效率，合成化學獲得的在分子構(gòu)造復雜性和多樣性上的成就極大地推動了生命科學領(lǐng)域突飛猛進的開展。蛋白質(zhì)肽、核酸和碳水化合物多糖是構(gòu)成生命過程的根底物質(zhì)?；瘜W在這些物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和合成上奉獻卓越。20世紀初，費歇爾HEFischer提出多肽是由氨基酸通過酰胺鍵連接而成，1903年，他首次報道了一種合成肽的方法。肽合成技術(shù)的不斷開展，使得人們在當時就可以合成人體內(nèi)的許多微量活性肽如胰島素、催產(chǎn)素，促進了生命科學在人體激素調(diào)控方面的研究。而肽合成技術(shù)的打破性進展來自1963年美國人梅里菲爾德RBMer

3、rifield提出的固相多肽合成技術(shù)SPPS他因此獲得了1984年諾貝爾化學獎。這一打破性合成方法的創(chuàng)造無疑促進了生命科學的開展，它不僅使得大多數(shù)肽的合成變成了可以通過自動合成儀器實現(xiàn)的“按部就班的工作，多肽合成的速度和質(zhì)量也大為進步，為生命科學提供了足量的用于研究的材料，也為醫(yī)藥事業(yè)做出了宏大奉獻。梅里菲爾德的方法同樣也促進了寡核苷酸等的化學合成的實現(xiàn)，進而推動了生物工程的蓬勃開展。有機合成化學家對生理活性寡糖的模擬合成，不僅能驗證天然存在寡糖?螄生物功能關(guān)系的重要結(jié)論，而且能為進一步化學修飾，合成自然界不存在但具有強大生理功能的產(chǎn)物創(chuàng)造了條件。合成化學使得碳水化合物的大量制備成為可能，更為

4、重要的是，人類可以根據(jù)需要任意設(shè)計產(chǎn)物的構(gòu)造，并通過化學合成使其從紙面上的構(gòu)造成為實實在在的有用物質(zhì)。因此，合成化學對于研究寡糖構(gòu)造?螄功能的關(guān)系是必不可少的方法。20世紀50年代以來，生命科學的研究尺度進入分子程度，這為合成化學拓展了一個宏大的開展空間。隨著人類基因組草圖的繪制完成而引發(fā)的后基因組時代的到來，使蛋白質(zhì)組的研究成為生命科學的一個重要方向。科學家們不僅希望理解這樣一些體內(nèi)生物過程的機制，更需要具備調(diào)控這樣一種過程的才能，從而最終有才能控制、治愈疾病甚至延長壽命。雖然如今已經(jīng)有些答應(yīng)以通過調(diào)控基因到達這一目的的方法，但是遺傳信息并不直接參與生命活動，而是通過控制蛋白質(zhì)的形成間接地指

5、導有機體的新陳代謝。也就是說，一個基因所含的遺傳信息，通過一系列復雜的反響，最終導致了相應(yīng)蛋白質(zhì)的形成，蛋白質(zhì)再參與到生命的各種活動中去。因此我們可以而且更容易從蛋白質(zhì)程度去進展調(diào)控，通過合成一系列的有機小分子或者小肽進展挑選，以調(diào)控某些生物過程。這一方法已經(jīng)成為現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)的主要途徑之一。單從數(shù)量上看，我們大約需要30萬個小分子來調(diào)控不同的基因及其下游的生物過程。由于一個適宜的調(diào)控劑可能要從成百、上千乃至數(shù)萬個小分子中才能挑選得到，這就需要合成化學家提供300萬個甚至3億個候選的化合物，合成化學大顯身手的時代就這樣又一次出如今了生命科學領(lǐng)域，這也自然而然地導致了又一個穿插前沿學科化學生物學的

6、誕生7?；瘜W生物學是研究生命過程中化學根底的科學，它主要是使用小分子作為工具解決生物學的問題或通過干擾/調(diào)節(jié)正常過程而理解蛋白質(zhì)的功能。顯然這為新世紀化學的開展，特別是充分發(fā)揮合成化學的創(chuàng)造力提供了更為廣闊的空間。最近，著名雜志CellStemCell刊載了一篇利用化學小分子替代基因誘導“皮膚干細胞iPS細胞的文章8。通常情況下，要將成人的皮膚細胞重編程轉(zhuǎn)化為胚胎干細胞即皮膚干細胞需要4個基因參與。研究人員利用一種合成的小分子化學物質(zhì)2-3-4-甲基吡啶-2-基-1H-吡唑-4-基-1，5-萘啶RepSox代替了其中的Sox2和cMyc基因的功能。由于cMyc基因可以促進腫瘤的發(fā)生，因此利用其轉(zhuǎn)化成的“皮膚干細胞并不能用于人類疾病治療，那么利用RepSox取代cMyc基因產(chǎn)生iPS細胞的方法就具有了重要的生物學意義：這一化學物質(zhì)為某些需要做移植手術(shù)的患者產(chǎn)生更平安的干細胞提供了一種可能的有效途徑。更大的驚喜來自于2019年5月，美國遺傳學家文特爾CVenter宣布第一個人造合成細胞問世9?？茖W家對絲狀支原體細菌進展基因復制，產(chǎn)生合成基因組，然后移植給另一個活細菌山羊支原體，使其成為創(chuàng)造新生命的器皿。這一成果的出現(xiàn)使得人類在將