合成化學(xué)與生命科學(xué)合成化學(xué)

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

2、造出來(lái)。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(xué)獲得的在分子構(gòu)造復(fù)雜性和多樣性上的成就極大地推動(dòng)了生命科學(xué)領(lǐng)域突飛猛進(jìn)的開(kāi)展。蛋白質(zhì)肽、核酸和碳水化合物多糖是構(gòu)成生命過(guò)程的根底物質(zhì)?；瘜W(xué)在這些物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和合成上奉獻(xiàn)卓越。20世紀(jì)初，費(fèi)歇爾HEFischer提出多肽是由氨基酸通過(guò)酰胺鍵連接而成，1903年，他首次報(bào)道了一種合成肽的方法。肽合成技術(shù)的不斷開(kāi)展，使得人們?cè)诋?dāng)時(shí)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(jìn)了生命科學(xué)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(jìn)展來(lái)自1963年美國(guó)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(xué)獎(jiǎng)。這一打破性合成方法的創(chuàng)造無(wú)疑促進(jìn)了生命科學(xué)的開(kāi)展，它不僅使得大多數(shù)肽的合成變成了可以通過(guò)自動(dòng)合成儀器實(shí)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(jìn)步，為生命科學(xué)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(xiàn)。梅里菲爾德的方法同樣也促進(jìn)了寡核苷酸等的化學(xué)合成的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而推動(dòng)了生物工程的蓬勃開(kāi)展。有機(jī)合成化學(xué)家對(duì)生理活性寡糖的模擬合成，不僅能驗(yàn)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(jìn)一步化學(xué)修飾，合成自然界不存在但具有強(qiáng)大生理功能的產(chǎn)物創(chuàng)造了條件。合成化學(xué)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(lèi)可以根據(jù)需要任意設(shè)計(jì)產(chǎn)物的構(gòu)造，并通過(guò)化學(xué)合成使其從紙面上的構(gòu)造成為實(shí)實(shí)在在的有用物質(zhì)。因此，合成化學(xué)對(duì)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(jì)50年代以來(lái)，生命科學(xué)的研究尺度進(jìn)入分子程度，這為合成化學(xué)拓展了一個(gè)宏大的開(kāi)展空間。隨著人類(lèi)基因組草圖的繪制完成而引發(fā)的后基因組時(shí)代的到來(lái)，使蛋白質(zhì)組的研究成為生命科學(xué)的一個(gè)重要方向?？茖W(xué)家們不僅希望理解這樣一些體內(nèi)生物過(guò)程的機(jī)制，更需要具備調(diào)控這樣一種過(guò)程的才能，從而最終有才能控制、治愈疾病甚至延長(zhǎng)壽命。雖然如今已經(jīng)有些答應(yīng)以通過(guò)調(diào)控基因到達(dá)這一目的的方法，但是遺傳信息并不直接參與生命活動(dòng)，而是通過(guò)控制蛋白質(zhì)的形成間接地指

5、導(dǎo)有機(jī)體的新陳代謝。也就是說(shuō)，一個(gè)基因所含的遺傳信息，通過(guò)一系列復(fù)雜的反響，最終導(dǎo)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(dòng)中去。因此我們可以而且更容易從蛋白質(zhì)程度去進(jìn)展調(diào)控，通過(guò)合成一系列的有機(jī)小分子或者小肽進(jìn)展挑選，以調(diào)控某些生物過(guò)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(wàn)個(gè)小分子來(lái)調(diào)控不同的基因及其下游的生物過(guò)程。由于一個(gè)適宜的調(diào)控劑可能要從成百、上千乃至數(shù)萬(wàn)個(gè)小分子中才能挑選得到，這就需要合成化學(xué)家提供300萬(wàn)個(gè)甚至3億個(gè)候選的化合物，合成化學(xué)大顯身手的時(shí)代就這樣又一次出如今了生命科學(xué)領(lǐng)域，這也自然而然地導(dǎo)致了又一個(gè)穿插前沿學(xué)科化學(xué)生物學(xué)的

6、誕生7?；瘜W(xué)生物學(xué)是研究生命過(guò)程中化學(xué)根底的科學(xué)，它主要是使用小分子作為工具解決生物學(xué)的問(wèn)題或通過(guò)干擾/調(diào)節(jié)正常過(guò)程而理解蛋白質(zhì)的功能。顯然這為新世紀(jì)化學(xué)的開(kāi)展，特別是充分發(fā)揮合成化學(xué)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(xué)小分子替代基因誘導(dǎo)“皮膚干細(xì)胞iPS細(xì)胞的文章8。通常情況下，要將成人的皮膚細(xì)胞重編程轉(zhuǎn)化為胚胎干細(xì)胞即皮膚干細(xì)胞需要4個(gè)基因參與。研究人員利用一種合成的小分子化學(xué)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(jìn)腫瘤的發(fā)生，因此利用其轉(zhuǎn)化成的“皮膚干細(xì)胞并不能用于人類(lèi)疾病治療，那么利用RepSox取代cMyc基因產(chǎn)生iPS細(xì)胞的方法就具有了重要的生物學(xué)意義：這一化學(xué)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(xì)胞提供了一種可能的有效途徑。更大的驚喜來(lái)自于2019年5月，美國(guó)遺傳學(xué)家文特爾CVenter宣布第一個(gè)人造合成細(xì)胞問(wèn)世9?？茖W(xué)家對(duì)絲狀支原體細(xì)菌進(jìn)展基因復(fù)制，產(chǎn)生合成基因組，然后移植給另一個(gè)活細(xì)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(lèi)在將