生物化学与药学的关系论文

范文一：生物化学与药学的关系论文

生物化学与药学的关系

摘要:生物化学是研究有机高分子的化学分支，而医药学则在合成药物的时候要用到生化。

关键词:生物化学药学关系

生物化学(biochemistry)这一名词的出现大约在19世纪末、20世纪初，但它的起源可追溯得更远，其早期的历史是生理学和化学的早期历史的一部分。例如18世纪80年代，A.-L.拉瓦锡证明呼吸与燃烧一样是氧化作用，几乎同时科学家又发现光合作用本质上是动物呼吸的逆过程。又如1828年F.沃勒首次在实验室中合成了一种有机物——尿素，打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。1860年L.巴斯德证明发酵是由微生物引起的，但他认为必需有活的酵母才能引起发酵。1897年毕希纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液可进行发酵，证明没有活细胞也可进行如发酵这样复杂的生命活动，终于推翻了“生机论”。

生物化学若以不同的生物为对象，可分为动物生化、植物生化、微生物生化、昆虫生化等。若以生物体的不同组织或过程为研究对象，则可分为肌肉生化、神经生化、免疫生化、生物力能学等。因研究的物质不同，又可分为蛋白质化学、核酸化学、酶学等分支。研究各种天然物质的化学称为生物有机化学。研究各种无机物的生物功能的学科则称为生物无机化学或无机生物化学。60年代以来，生物化学与其他学科融合产生了一些边缘学科如生化药理学、古生物化学、化学

生态学等;或按应用领域不同，分为医学生化、农业生化、工业生化、营养生化等。

生物化学主要研究生物体分子结构与功能、物质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。

生物体的化学组成除了水和无机盐之外，活细胞的有机物主要由碳原子与氢、氧、氮、磷、硫等结合组成，分为大分子和小分子两大类。前者包括蛋白质、核酸、多糖和以结合状态存在的脂质;后者有维生素、激素、各种代谢中间物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油等。在不同的生物中，还有各种次生代谢物，如萜类、生物碱、毒素、抗生素等。

虽然对生物体组成的鉴定是生物化学发展初期的特点，但直到今天，新物质仍不断在发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等，已成为重要的研究课题。有的简单的分子，如作为代谢调节物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才发现的。另一方面，早已熟知的化合物也会发现新的功能，20世纪初发现的肉碱，50年代才知道是一种生长因子，而到60年代又了解到是生物氧化的一种载体。多年来被认为是分解产物的腐胺和尸胺，与精胺、亚精胺等多胺被发现有多种生理功能，如参与核酸和蛋白质合成的调节，对DNA超螺旋起稳定作用以及调节细胞分化等。

一、新陈代谢与代谢调节控制

新陈代谢由合成代谢和分解代谢组成。前者是生物体从环境中取得物质，转化为体内新的物质的过程，也叫同化作用;后者是生物体

内的原有物质转化为环境中的物质，也叫异化作用。同化和异化的过程都由一系列中间步骤组成。中间代谢就是研究其中的化学途径的。如糖元、脂肪和蛋白质的异化是各自通过不同的途径分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，然后再氧化生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，最后生成二氧化碳。

在物质代谢的过程中还伴随有能量的变化。生物体内机械能、化学能、热能以及光、电等能量的相互转化和变化称为能量代谢，此过程中ATP起着中心的作用。

新陈代谢是在生物体的调节控制之下有条不紊地进行的。这种调控有3种途径:?通过代谢物的诱导或阻遏作用控制酶的合成。这是在转录水平的调控，如乳糖诱导乳糖操纵子合成有关的酶;?通过激素与靶细胞的作用，引发一系列生化过程，如环腺苷酸激活的蛋白激酶通过磷酰化反应对糖代谢的调控;?效应物通过别构效应直接影响酶的活性，如终点产物对代谢途径第一个酶的反馈抑制。生物体内绝大多数调节过程是通过别构效应实现的。

二、生物大分子的结构与功能

生物大分子的多种多样功能与它们特定的结构有密切关系。蛋白质的主要功能有催化、运输和贮存、机械支持、运动、免疫防护、接受和传递信息、调节代谢和基因表达等。由于结构分析技术的进展，使人们能在分子水平上深入研究它们的各种功能。酶的催化原理的研究是这方面突出的例子。蛋白质分子的结构分4个层次，其中二级和三级结构间还可有超二级结构，三、四级结构之间可有结构域。结构

域是个较紧密的具有特殊功能的区域，连结各结构域之间的肽链有一定的活动余地，允许各结构域之间有某种程度的相对运动。蛋白质的侧链更是无时无刻不在快速运动之中。蛋白质分子内部的运动性是它们执行各种功能的重要基础。

80年代初出现的蛋白质工程，通过改变蛋白质的结构基因，获得在指定部位经过改造的蛋白质分子。这一技术不仅为研究蛋白质的结构与功能的关系提供了新的途径;而且也开辟了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白质的广阔前景。

核酸的结构与功能的研究为阐明基因的本质，了解生物体遗传信息的流动作出了贡献。碱基配对是核酸分子相互作用的主要形式，这是核酸作为信息分子的结构基础。脱氧核糖核酸的双螺旋结构有不同的构象，J.D.沃森和F.H.C.克里克发现的是B-结构的右手螺旋，后来又发现了称为 Z-结构的左手螺旋。DNA还有超螺旋结构。这些不同的构象均有其功能上的意义。核糖核酸包括信使核糖核酸(mRNA)、转移核糖核酸(tRNA)和核蛋白体核糖核酸(rRNA)，它们在蛋白质生物合成中起着重要作用。新近发现个别的RNA有酶的功能。

基因表达的调节控制是分子遗传学研究的一个中心问题，也是核酸的结构与功能研究的一个重要内容。对于原核生物的基因调控已有不少的了解;真核生物基因的调控正从多方面探讨。如异染色质化与染色质活化;DNA的构象变化与化学修饰;DNA上调节序列如加强子和调制子的作用;RNA加工以及转译过程中的调控等。

生物体的糖类物质包括多糖、寡糖和单糖。在多糖中，纤维素和

甲壳素是植物和动物的结构物质，淀粉和糖元等是贮存的营养物质。单糖是生物体能量的主要来源。寡糖在结构和功能上的重要性在20世纪70年代才开始为人们所认识。寡糖和蛋白质或脂质可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由于糖链结构的复杂性，使它们具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别某些物质并进行相互作用而影响细胞的代谢具有重要作用。从发展趋势看，糖类将与蛋白质、核酸、酶并列而成为生物化学的4大研究对象。

生物大分子的化学结构一经测定，就可在实验室中进行人工合成。生物大分子及其类似物的人工合成有助于了解它们的结构与功能的关系。有些类似物由于具有更高的生物活性而可能具有应用价值。通过 DNA化学合成而得到的人工基因可应用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白质及其类似物。

三、酶学研究

生物体内几乎所有的化学反应都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、专一性强等特点。这些特点取

决于酶的结构。酶的结构与功能的关系、反应动力学及作用机制、酶活性的调节控制等是酶学研究的基本内容。通过 X射线晶体学分析、化学修饰和动力学等多种途径的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已经比较清楚。70年代发展起来的亲和标记试剂和自杀底物等专一性的不可逆抑制剂已成为探讨酶的活性部位的有效工具。多酶系统中各种酶的协同作用，酶与蛋白质、核酸等生物大分子的相互作用以及应用蛋白质工程研究酶的结构与功能是酶学研究的几个新的

方向。酶与人类生活和生产活动关系十分密切，因此酶在工农业生产、国防和医学上的应用一直受到广泛的重视。

四、生物膜和生物力能学

生物膜主要由脂质和蛋白质组成，一般也含有糖类，其基本结构可用流动镶嵌模型来表示，即脂质分子形成双层膜，膜蛋白以不同程度与脂质相互作用并可侧向移动。生物膜与能量转换、物质与信息的传送、细胞的分化与分裂、神经传导、免疫反应等都有密切关系，是生物化学中一个活跃的研究领域。

以能量转换为例，在生物氧化中，代谢物通过呼吸链的电子传递而被氧化，产生的能量通过氧化磷酸化作用而贮存于高能化合物ATP中，以供应肌肉收缩及其他耗能反应的需要。线粒体内膜就是呼吸链氧化磷酸化酶系的所在部位，在细胞内发挥着电站作用。在光合作用中通过光合磷酸化而生成 ATP则是在叶绿体膜中进行的。以上这些研究构成了生物力能学的主要内容。

五、激素与维生素

激素是新陈代谢的重要调节因子。激素系统和神经系统构成生物体两种主要通讯系统，二者之间又有密切的联系。70年代以来，激素的研究范围日益扩大。如发现肠胃道和神经系统的细胞也能分泌激素;一些生长因子、神经递质等也纳入了激素类物质中。许多激素的化学结构已经测定，它们主要是多肽和甾体化合物。一些激素的作用原理也有所了解，有些是改变膜的通透性，有些是激活细胞的酶系，还有些是影响基因的表达。维生素对代谢也有重要影响，可分水溶性

与脂溶性两大类。它们大多是酶的辅基或辅酶，与生物体的健康有密切关系。

六、生命的起源与进化

生物进化学说认为地球上数百万种生物具有相同的起源并在大约40亿年的进化过程中逐渐形成。生物化学的发展为这一学说在分子水平上提供了有力的证据。例如所有种属的 DNA中含有相同种类的核苷酸。许多酶和其他蛋白质在各种微生物、植物和动物中都存在并具有相近的氨基酸序列和类似的立体结构，而且类似的程度与种属之间的亲缘关系相一致。DNA复制中的差错可以说明作为进化基础的变异是如何发生的。生物由低级向高级进化时，需要更多的酶和其他蛋白质，基因的重排和突变为适应这种需要提供了可能性。由此可见，有关进化的生物化学研究将为阐明进化的机制提供更加本质的和定量的信息。

七、方法学

在生物化学的发展中，许多重大的进展均得力于方法上的突破。例如同位素示踪技术用于代谢研究和结构分析;层析，特别是70年代以来全面地大幅度地提高体系性能的高效液相层析以及各种电泳技术用于蛋白质和核酸的分离纯化和一级结构测定;X射线衍射技术用于蛋白质和核酸晶体结构的测定;高分辨率二维核磁共振技术用于溶液中生物大分子的构象分析;酶促等方法用于DNA序列测定;单克隆抗体和杂交瘤技术用于蛋白质的分离纯化以及蛋白质分子中抗原决定因子的研究等。70年代以来计算机技术广泛而迅速地向生物化

学各个领域渗透，不仅使许多分析仪器的自动化程度和效率大大提高，而且为生物大分子的结构分析，结构预测以及结构功能关系研究提供了全新的手段。生物化学今后的继续发展无疑还要得益于技术和方法的革新。

范文二：化学与生物技术的密切关系

2002年12月　陕西师范大学继续教育学报(西安) 　D ec . 2002

第19卷第4期化学与生物技术的密切关系

田晓霞

(陕西师范大学化学与材料科学学院硕士研究生　710062)

　　摘　要:本文以化学与生物技术的密切关系为例, 说明一些相关交叉学科研究的重要性。在化学和生物学的发展过程中, 化学在生物技术的发展过程中起到关键的作用, 生物技术的飞速发展也为化学学科的发展提供了更多的机遇和挑战。

关键词:化学; 生物技术; 关系

中图分类号:O 69　文献标识码:A 　文章编号:1009-3826(2002) 04-0109-03

　　当今世界科学技术发展突飞猛进, 知识与技术更新周期明显加快, 伴随着新技术革命的到来, 学科领域相互渗透, 学科界限已趋模糊。这些变化与发展极大地影响着社会生活的各个方面, 深刻地改变着社会面貌。高新技术发展带来的变化。特别是知识经济时代, 需要培养知识复合型和能力复合型人才, 要求学生要掌握全面的知识, 会全面处理复杂的学科交叉的实际问题。在此, 以化学与生物技术的密切关系为例, 说明一些相关交叉学科的研究, 能够使我们从事教育的工作者有所感悟, 在教学过程中注重学生全面发展, 以适应时代发展的要求。1　用化学研究生命

化学主要是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性能以及相互转化的科学。生物体是由物质组成的。生命运动的基础是生物体内物质分子的化学运动, 因而揭示生命运动的规律, 必须以认识生命体内物质分子及其运动为前提, 而化学正是用分子研究物质运动的科学。再者生物体内物质的化学反应应具有温和、定向、高择型、高产率的特点, 这正是化学家所期望的。对生物体内化学反应的认识和模拟, 也为化学学科的发展提供了新的可能性。也就是化学在参与以及促进生命科学研究深入发展的同时自身也得到发展。化学为生物提供了新的手段和思路。而生物学则为化学提供了新的课题。化学与生物的关系可以从1957～2002年间诺贝尔化学奖获得者所从事的研究课题窥见一斑, 在这40多年间有38%的诺贝尔化学奖项与化学和生物的交叉研究课题有关。权威专家认

收稿日期　2002-02-26

为:21世纪化学家将会在化学与生物学、化学与材料科学等交叉领域大有作为。化学家参与生命科学研究的主要武器有:理论上的分子微观结构概念和键力、非键力相互作用、化学反应动力学与机理、实验上的分离, 成分与分子结构的分析、合成与模拟, 反应速度与过程的测定等。例如:近代随着分析化学技术的进步, 使测定生物体内微量元素和化合物的含量成为可能, 因此在人体内发现了多种含量极低的无机元素, 其中不少是金属元素, 并且了解到生命活动在很大程度上要依赖金属离子的作用, 探索生命现象不仅需要依靠有机化学, 也需要借助于无机化学, 生物化学家在研究上面现象时引进了无机化学的概念、理论和技术, 无机化学家也对生物学课题表现出了极大的兴趣, 这两学科间互相渗透和结合, 便诞生了生物无机化学。因而分子作为物质结构的一个层次是生命的存在形式, 生命过程其实就是分子之转化过程。另外在生命体中弱化学作用是有相当重要地位, 无论是生物大分子的结构构象的维持、分子间的相互作用, 还是信息的传递, 均由弱化学作用来实现。

2　化学是如何融入生命科学研究领域的?

化学和生物均是较古老的学科。由于生物物质的特殊性和复杂性, 在生物学和化学都有了相当发展之时, 化学的理论和方法才开始被全面引入到生物学的研究之中。首先诞生了用化学研究生命活动的边缘学科——生物化学; 50年代以来, 在分子水平研究重要的生命物质蛋白质和核酸的结构基础上, 形成了当今最活跃的学科——分子生物学;

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探讨生命体的无机化学组成与运动, 出现了新的边缘学科——无机生物化学等。近代科学技术的发展带有明显的多学科协同促进的性质, 20世纪生命科学的进展包含了无数化学家基础研究的成果。例如:美国J . w astson (沃特森) 和英国F . Cyick (克里克) 在DNA 纤维的X -射线衍射图象的基础上1953年提出了双螺旋结构的分子模型, 为今天分子生物学奠定了基础。在这个模型中碱基之间形成氢键相互配对的原则, 决定了各种生物学的遗传本质和DNA 复制的化学基础。1985年H . s m ith 和K . m u llis 利用DNA 双螺旋解链再以每条单链为模板进行复制再聚合的性质, 发明了聚合酶链式反应, 从而使分子生物学在技术上有了一个突破和飞跃。H ?Gkho rana 开创的磷酸二酯法合成核苷酸, 不但说明了DNA 上每三个碱基组成一个三联体密码子编码一个氨基酸, 从而提出了一套遗传密码, 而且也开始了人工合成DNA 的研究。从此磷酸三酯法和结合固相合成的亚磷酸酰胺法、氢亚磷酸三酯法使DNA 的合成方法日趋完善, 使每步收率达到99%以上。DNA 合成成为一项常规技术, 基因重组在此基础上成为人类改造物种、改变遗传过程的一个崭新的技术。化学学科的成就在这一过程中推动了生命科学的发展, 而近年来生命科学的进展又给化学家提出了很多问题也必将推动化学学科的发展。随着基因计划的进行将给结构生物学和蛋白质化学、糖化学带来很多新的课题。生物大分子的结构研究将提高到一个新的水平。基因的转录表达在生命过程中有着非常精确的“时”、“空”控制机构, 在这一过程中联系到一系列的生物大分子与生物大分子的相互作用, 如DNA 、

蛋白质与蛋白质, 也联系到RNA 与蛋白质、

一系列的生物大分子与传递信息的有机小分子和无机离子之间的相互作用, 模拟这些复杂过程的人工模型研究, 搞清基本规律将有助于这些生命的了解。另外从研究生物体的化学组成与化学活动也可以看出化学与生物

(1) 早期工作发现生物体主揭示的密切关系。

要有O 、H 、C 、N 等元素组成; (2) 1861年德国科学家舒尔慈创立了原生质学说, 随着生物化学的发展, 人们才了解到原生质的主要成分是蛋白质和核酸; (3) 1953年“自然”杂志发表了美国沃特森和英国克里克通过X —射线对核酸空间结构、DNA 双螺旋结构的解析奠定了当今复杂生物学的基础; (4) 碱基的氢键配对形成的DNA 双螺旋的解聚、复制、再聚合构成的三个核苷酸的序列决定了氨基酸的编码又是基因重组技术的基础, 使基因110

复制和蛋白质的生物合成联系起来, 从分子水平上揭示了生命现象的一部分奥秘, 这是生命科学发展的一个里程碑, 沃特森和克里克因此而获得1962年诺贝尔生理学和医学奖。

3　生命的分子基础

生命物质主要是由蛋白质、核酸、多糖和酯类等物质组成, 对这些生物大分子的研究正是生命活动的分子生物学的主要内容, 即是在分子水平上研究蛋白质、核酸和其它大分子的结构与功能的相互关系。其研究内容涉及到:

(1) 生物大分子的化学组成、形状、大小和空间结构;

(2) 生物大分子的功能及其与结构间的关系;

(3) 生物大分子的细胞成分中的组织方式;

(4) 从小分子单位构建生物大分子的方式与过程等。

例1:蛋白质是最重要的生物大分子之一, 来源于希腊文P ro tei o s , 由20种L -型的氨基酸组成, 组成蛋白质的氨基酸残基是靠肽键连接, 即一个氨基酸的一个羧基与另一个氨基酸的氨基通过脱水形成肽键。多肽链中氨基酸的排列顺序即它的化学结构, 称蛋白质的一级结构。蛋白质主链折迭所形成的由氢键维系的有规则的重复现象, 主要包括螺旋、折迭、转角等称蛋白质的二级结构。一条形成二级结构的多肽链, 进一步折迭盘绕形成的空间构象, 称蛋白质的三级结构。两条或两条以上的具有独立三级结构的多肽链, 以次级键缔合在一起, 形成非常稳定的构象, 称蛋白质的四级结构。蛋白质在生命过程中具有酶的催化作用、控制生长和分化、转运和储存功能、运动功能、结构支持作用、免疫保护作用、调节功能、接收和传递信息、生物膜功能及感染和毒性作用等生物功能。蛋白质的结构与功能间有密切的关系, 一方面高级结构由一级结构的蛋白质顺序决定, 另一方面, 蛋白质的高级结构是蛋白质发挥其生物功能的重要保证。

例2:酶的模拟。酶作为一种化学试剂已进入精细有机合成领域, 即用于手性合成一些特殊化学品和生物医药产品, 酶作为催化剂的基本特性具有活性中心和结合部位, 两者主要是通过酶分子的空间构型所提供, 借助分子集约化学手段在一定程度上再现酶所提供特定的微环境效应, 是酶功能模拟的关键所在, 在化学中, 这是一个十分活跃的领域。例如生物化学家对胰凝乳蛋白酶、氨基转

移酶、维生素K 合成酶、脱氢酶细胞色素P —450都进行过模拟研究。

4　展望21世纪化学和生命科学的研究

重组基因技术不仅给生命学领域带来了革命性的变化, 也给化学家创造新的化学结构和构建多样性的化合物带来了新的技术。虽然随着DNA 双螺旋结构、遗传密码、核酸复制、遗传信息的中心法则等的发现, 使生命科学的复制前进了一大步, 但生命现象和活动是有层次的表现, 在“个体——系统——器官——组织——细胞”这五个不同水平上, 直观的反映在生物个体的生命特征“活”字上, 生物体是活的个体, 和谐的个体, 要揭示生命的奥秘, 还有待于今后长期的努力, 从20世纪末生命科学领域的研究成果可以预测其今后的努力方向:

(1) 生命的基础物质研究。构成生物的生命活性物质有蛋白质、核酸、糖等生物大分子和激素、神经递质、细胞因子等生物小分子, 这些生物活性分子大多以特殊的形式组装成高级结构, 这样结构所表现出来的性质是生命构成的化学基础, 基因和开发新的生物大分子尚需大量的化学研究工作。

(2) 遗传物质的作用:人体基因中有数以亿计的DNA 核苷酸单元, 但真正用于表达蛋白质中氨基酸序列的密码仅占10%, 其余90%左右的DNA 核苷酸单元起什么作用? 最近研究表明, DNA 核苷酸序列中还表达一类为DNA 构象编码的信息。如人体内组成蛋白质的氨基酸均为L -构型, 为什么? DNA 的有关空间构象的变化是由于围绕着单键的相对自由旋转运动引起的, 但空间构象的不同, 有其微小能量的差异。或许不同的DNA 有不同的空间立体构象的选择性, 这是否与手性识别有关? 这有关构象信息也是目前化学研究中的一个重要问题, 有待21世纪人们的努力。

(3) 人类基因组计划意味着21世纪医疗技术中增添一项高新技术——DNA 探针和引物, 并可以通过国际互联网直接索取相应的人类DNA 序列, 以诊断疾病所在。

(4) 酶结构和催化功能的关系研究。生物体各种生物的反应, 均借助于酶的催化功能, 酶的化学反应的加速可达100亿倍, 同时酶催化的选择性是100%的专一性, 而且反应条件温和, 这个领域有巨大的吸引力和工业前景。目前由于固定酶技术的发展使酶合成法已在实际中得到更大的效益。不少氨基酸、

抗生素、有机酸、酸精等重要化工、医药产品

都可用固定化酶技术生产。但迄今研究过的酶仅是一小部分, 随着固定化酶技术的发展, 预测酶学研究及其催化功能的实际应用会在21世纪有大的突破。

(5) 脑科学。脑的高级功能来自脑的特殊结构, 有兴奋性神经递质(如谷胺酸、乙酰胆碱等) 和抑制性神经递质(r —氨基丁酸、甘胺酸等) , 在学习和记忆过程中, 神经细胞NM DNA 复体可能起关键作用。近年来十分重视从细胞和分子水平上去研究脑神经活动的基本过程, 包括脑的感觉和思维功能的细胞和分子机制。21世纪将在研究人类最复杂的生理现象——学习、记忆和思维过程方面会有新突破。5　结论

总之, 认识生命的大量工作有待化学家去做, 有人说的好:生物学家致力于阐明自然(生命) 的过程, 而化学家则习惯于如何去调控这一过程。换句话说对化学家不仅是要认识生命世界而且要去改造世界。前几年就有人提出用天然小分子调控一些细胞的周期、有丝分裂等循环过程。近年来则进而结合基因组(尤其是功能基因和疾病基因) 以及它们对应的蛋白质进行调控, 化学家可以提供相应的小分子去激发或阻断这一过程, 由此可以想象这是一个多么广阔地天地有待化学家去施展才华。进一步的问题是化学虽然在20世纪有了飞跃的发展, 但是面对生命这样复杂的体系, 现有的化学知识仍然不够用, 尤其是新化合物和新结构的提供以及复杂体系中分子识别本质的知识和实践经验。在化学和生物学的发展过程中, 我们可以看出化学在生物技术的发展过程中起到关键的作用, 生物技术的飞速发展也为化学学科的发展提供了更多的机遇和挑战。

〔参考文献〕

[1]唐有琪, 王夔. 化学与生活[M ]. 北京:高等教育

出版社, 1998.

[2](美) 布里斯罗著. 化学的今天和明天. 华彤文译

[M ]. 北京:科学出版社, 1999. [3]王佛松. 展望21世纪的化学[M ]. 北京:化学工

业出版社, 2000.

[4]颜冰. 脑药物运载——抗转铁蛋白受体单链抗

体[J ]. 中国生物化学与分子生物学报, 2002(6) 303. 　　〔责任编辑　张淑霞〕

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范文三：生物与环境的关系

第一部分学习要求：

学习目标：

1、知识和技能目标：（1）理解生态环境的含义。(2）生态因素的分类。(3) 学会对照实验的操作。

2、过程和方法目标通过图片及实验理解生物圈的关系。

3、情感、态度和价值观目标：培养学生对生态环境稳定的意识。

学习重点:

1、生物与环境的相互影响。 2、探究非生物因素对某种动物的影响。

学习难点：

对照实验的分析及操作过程中问题的解决。

学法指导：

学生读P12—17，对本节课知识脉络有基本的掌握。

第二部分学习过程：

一、课前预习导学

1、阅读课文，找出知识要点，并自觉圈点下来。

2、完成下列问题

（1）生物圈是指地球上所有与其所生存的的总和。

（2）生物的生活环境不仅是指生物的，而是包括存在于它周围的各种。（3）生态因素是指环境中影响生物的和的因素。它包括因素和因素

两类。

（4）影响生物生活的非生物因素有、和等。

（5）影响生物生活的生物因素是指。生物与生物之间最常见的关系有

关系、关系、关系、关系等。、

（6）对照实验是指在研究对研究对象的影响时，所进行的除了不同

以外，其他都相同的实验。在实验过程中，唯一不同的这个条件，在生物学中成

为。

（7）科学探究的一般步骤包括：提出、作出、制定、实施、得出和。

（8）生物对环境的适应和影响：生物必须适应才能生存下去、生物在适应环境的同事，也和着环境。

（9）如果有一天太阳突然消失，地球上首先死亡的将是绿色植物，这是由于植物光合作用必须要有

____________。

名言警句：第 1 页共 3 页

二、课堂学习研讨

1、观察P13图1-12，讨论完成：

影响小麦生活的非生物因素有

影响小麦生活的生物因素有。

2、举例说出非生物因素对生物生存的影响，举例说出生物因素对生物生存的影响。

3、举出生物适应环境的实例。举例说出生物对环境的改变和影响。

4、阅读P14-15，选择一种生物，探究某一种非生物因素对该生物生存的影响。（以小组为单位，制定探究计划）。

（1）你的探究问题是。

（2）你的假设是。（3）制定计划（变量唯一、设置对照组）

5、看P17【资料分析】的四张图片完成讨论题：上述生物的形态结构或生活方式的特点与他们的生活环境有什么关系？（指定组别完成特定图片，然后交流展示）

他们各自生活的环境是怎样的？他们有着怎样的形态结构或生活方式呢？请你开动脑筋多方面考虑，看哪组回答的更完整。

6、分析课本图片“蚯蚓疏松土壤”理解生物对环境的影响。

7、分析“在沙地上栽种植物，防风固沙”理解生物对环境的影响。

三、当堂训练巩固

1、地球上所有与其所生存的的总和就叫生物圈。

2、生物的生活环境不仅是指生物的，而是包括存在于它周围的各种。

3、生态因素是指环境中影响生物的和的因素。包括因素和因素两类。

4、影响生物生活的非生物因素有、和等。 5、影响生物生活的生物因素是指。

6、现存的每一种生物都具有与其生活环境相适应的形态结构和生活方式，这说明生物对环境的适应和影响具有（）

A.普遍性 B.个别性 C.相对性 D.绝对性

7、到了寒冷的冬天，杨树落叶，而松柏郁郁葱葱，对这一现象的解释是（）

A.杨树不适应寒冷的冬天 B.生物对环境的适应

C.松柏比杨树更适应寒冷 D.杨树对低温更敏感

8、下列说法不属于对环境适应的是（）

Ａ.仙人掌的叶变成刺，茎有储水功能 B.生活在北极地区的北极狐，毛是纯白色的

C.蚂蚁借机爬在过往的动物身上 D.竹节虫的形状像竹节和树枝

名言警句：第 2 页共 3 页

9、雷鸟在冬季到来的时候会换上一身白色的羽毛，如果当年的降雪来的过早或过晚，都会使雷鸟暴露在天敌的视野中，这说明生物对环境的适应具有（）

A.普遍性 B.个别性 C.相对性 D. 绝对性

课堂小结：

1、学生小结：

2、教师小结：

四、课后拓展延伸（含必做和选做两部分）

1、（必做）能力培养

2、（选做）青岛崂山是我国著名的旅游景点，崂山石更是景点的点缀。而石上的地衣也引起了许多游

人的注意。地衣能在岩石上生长，又能腐蚀岩石，这说明生物体（）

A.只能适应环境 B.只能影响环境

C.都能改造环境 D.既能适应又能影响和改变环境

教师评语：

第三部分课后反思

1、学后记：

2、教后记：

第四部分家长签字：

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范文四：生物与土壤的关系

3.3 生物与土壤的关系一、土壤的生态意义二、土壤的质地和结构及其对生物的影响三、土壤的化学性质及其对生物的影响 1一、土壤的生态意义土壤是岩石圈表面的疏松表层，是陆生植物生活和陆生动物生活的基质。土壤不仅为植物提供必需的营养和水分，而且也是土壤动物赖以生存的栖息场所。土壤的形成从开始就与生物的活动密不可分，所以土壤中总是含有多种多样的生物，如细菌、真菌、放线菌、藻类、原生动物、轮虫、线虫、蚯蚓、软体动物和各种节肢动物等，少数高等动物(如鼹鼠等)终生都生活在土壤中。据统计，在一小勺土壤里就含有亿万个细菌，25克森林腐植土中所包含的霉菌如果一个一个排列起来，其长度可达11千米。可见，土壤是生物和非生物环境的一个极为复杂的复合体，土壤的概念总是包括生活在土壤里的大量生物，生物的活动促进了土壤的形成，而众多类型的生物又生活在土壤之中。土壤无论对植物来说还是对土壤动物来说都是重要的生态因子。 2 植物的根系与土壤有着极大的接触面，在植物和土壤之间进行着频繁的物质交换，彼此有着强烈影响，因此通过控制土壤因素就可影响植物的生长和产量。对动物来说，土壤是比大气环境更为稳定的生活环境，其温度和湿度的变化幅度要小得多，因此土壤常常成为动物的极好隐蔽所，在土壤中可以躲避高温、干燥、大风和阳光直射。由于在土壤中运动要比大气中和水中困难得多，所以除了少数动物(如蚯蚓、鼹鼠、竹鼠和穿山甲)能在土壤中掘穴居住外，大多数土壤动物都只能利用枯枝落叶层中的孔隙和土壤颗粒间的空隙作为自己的生存空间。 3 土壤是所有陆地生态系统的基底或基础，土壤中的生物活动不仅影响着土壤本身，而且也影响着土壤上面的生物群落。生态系统中的很多重要过程都是在土壤中进行的，其中特别是分解和固氮过程。生物遗体只有通过分解过程才能转化为腐殖质和矿化为可被植物再利用的营养物质，而固氮过程则是土壤氮肥的主要来源。这两个过程都是整个生物圈物质循环所不可缺少的过程。 4二、土壤的质地和结构及其对生物的影响土壤是由固体、液体和气体组成的三相系统，其中固相颗粒是组成土壤的物质基础，约占土壤总重量的85,以上。根据土粒直径的大小可把土粒分为粗砂(2.0,0.2 mm)，细砂(0.2,0.02mm)，粉砂(0.02,0.002 mm)和粘粒 (0.002 mm以下)。这些不同大小固体颗粒的组合百分比就称为土壤质地。根据土壤质地可把土壤区分为砂土、壤土和粘土三大类。在砂土类土壤中以粗砂和细砂为主、粉砂和粘粒所占比重不到10 ,，因此土壤粘性小、孔隙多，通气透水性强，蓄水和保肥能力差。在粘土类土壤中以粉砂和粘粒为主，约占60,以上，甚至可超过85,;粘土类土壤质地粘重，结构紧密，保水保肥能力强，但孔隙小，通气透水性能差。壤土类土壤的质地比较均匀，其中粗砂、细砂、粉砂和粘粒所占比重大体相等，土壤既不太松也不太粘，通气透水性能良好且有一定的保水保肥能力，是比较理想的农作土壤。 5 土壤结构则是指固相颗粒的排列方式、孔隙的数量和大小以及团聚体的大小和数量等。土壤结构可分为微团粒结构(直径小于 0.25 mm)、团粒结构(直径为 0.25,10mm)和比团粒结构更大的各种结构。团粒结构是土壤中的腐殖质把矿质土粒粘结成直径为 0.25,10mm的小团块，具有泡水不散的水稳性特点。具有团粒结构的土壤是结构良好的土壤，因为它能协调土壤中水分、空气和营养物之间的关系，改善土壤的理化性质。团粒结构是土壤肥力的基础，无结构或结构不良的土壤，土体坚实、通气透水性差，植物根系发育不良，土壤微生物和土壤动物的活动亦受到限制。土壤的质地和结构与土壤中的水分、空气和温度状况有密切关系，并直

接或间接地影响着植物和土壤动物的生活。 6 土壤中的水分土壤中的水分可直接被植物的根系吸收。土壤水分的适量增加有利于各种营养物质的溶解和移动，有利于磷酸盐的水解和有机态磷的矿化，这些都能改善植物的营养状况。此外，土壤水分还能调节土壤中的温度，但水分太多或太少都对植物和土壤动物不利。土壤干旱不仅影响植物的生长，也威胁着土壤动物的生存。土壤中的节肢动物一般都适应于生活在水分饱和的土壤孔隙内，例如金针虫在土壤空气湿度下降到 92,时就不能存活，所以它们常常进行周期性的垂直迁移，以寻找适宜的湿度环境。土壤水分过多会使土壤中的空气流通不畅并使营养物随水流失，降低土壤的肥力。土壤孔隙内充满了水对土壤动物更为不利，常使动物因缺氧而死亡。降水太多和土壤淹水会引起土壤动物大量死亡。此外，土壤中的水分对土壤昆虫的发育和生殖力有着直接影响，例如东亚飞蝗在土壤含水量为8,22,时产卵量最大，而卵的最适孵化湿度是土壤含水3,16,，含水量超过30,，大部分蝗卵就不能正常发育。 7土壤中的空气土壤中空气的成分与大气有所不同。例如土壤空气的含氧量一般只有10,12,，比大气的含氧量低，但土壤空气中二氧化碳的含量却比大气高得多，一般含量为0.1,左右。土壤空气中各种成分的含量不如大气稳定，常依季节、昼夜和深度而变化。在积水和透气不良的情况下，土壤空气的含氧量可降低到10,以下，从而抑制植物根系的呼吸和影响植物正常的生理功能，动物则向土壤表层迁移以便选择适宜的呼吸条件。当土壤表层变得干旱时，土壤动物因不利于其皮肤呼吸而重新转移到土壤深层，空气可沿着虫道和植物根系向土壤深层扩散。 8 土壤空气中高浓度的二氧化碳(可比大气含量高几十至几百倍)一部分可扩散到近地面的大气中被植物叶子在光合作用中吸收，一部分则可直接被植物根系吸收。但是在通气不良的土壤中，二氧化碳的浓度常可达到10,15,，如此高浓度的二氧化碳不利于植物根系的发育和种子萌发。二氧化碳浓度的进一步增加会对植物产生毒害作用，破坏根系的呼吸功能，甚至导致植物窒息死亡。土壤通气不良会抑制好气性微生物，减缓有机物质的分解活动，使植物可利用的营养物质减少。若土壤过分通气又会使有机物质的分解速度太快，这样虽能提供植物更多的养分，但却使土壤中腐殖质的数量减少，不利于养分的长期供应。只有具有团粒结构的土壤才能调节好土壤中水分、空气和微生物活动之间的关系，从而最有利于植物的生长和土壤动物的生存。 9土壤温度土壤温度除了有周期性的日变化和季节变化外，还有空间上的垂直变化。一般说来，夏季的土壤温度随深度的增加而下降，冬季的土壤温度随深度的增加而升高。白天的土壤温度随深度的增加而下降，夜间的土壤温度随深度的增加而升高。但土壤温度在35,100cm深度以下无昼夜变化，30米以下无季节变化。土壤温度除了能直接影响植物种子的萌发和生苗外，还对植物根系的生长和呼吸能力有很大影响。大多数作物在10,35?的温度范围内其生长速度随温度的升高而加快。温带植物的根系在冬季因土壤温度太低而停止生长，但土壤温度太高也不利于根系或地下贮藏器官的生长。土壤温度太高和太低都能减弱根系的呼吸能力，例如向日葵的呼吸作用在土壤温度低于10?和高于25?时都会明显减弱。此外，土壤温度对土壤微生物的活动、土壤气体的交换、水分的蒸发、各种盐类的溶解度以及腐殖质的分解都有着明显影响，而土壤的这些理化性质又都与植物的生长有着密切关系。 10 土壤温度的垂直分布从冬到夏和从夏到冬要发生两次逆转，随着一天中昼夜的转变也要发生两次变化，这种现象对土壤动物的行为具

有深刻影响。大多数土壤无脊椎动物都随着季节的变化而进写怪鼻ㄒ疲?以适应土壤温度的垂直变化。一般说来，土壤动物于秋冬季节向土壤深层移动，春夏季节向土壤上层移动。移动距离常与土壤质地有密切关系。例如沟金针虫(Pleonomus canaliculatus)每年有两次上升到土壤表层进行活动。很多狭温性的土壤动物不仅表现有季节性的垂直迁移，在较短的时间范围也能随土壤温度的垂直变化而调整其在土壤中的活动地点。 11三、土壤的化学性质及其对生物的影响土壤酸碱度土壤酸碱度是土壤最重要的化学性质，因为它是土壤各种化学性质的综合反应，对土壤肥力、土壤微生物的活动、土壤有机质的合成和分解、各种营养元素的转化和释放、微量元素的有效性以及动物在土壤中的分布都有着重要影响。土壤酸碱度常用pH值表示。我国土壤酸碱度可分为5级:pH,5.0为强酸性，pH5.0,6.5为酸性，pH 6.5,7.5为中性，pH 7.5,8.5为碱性， pH,8.5为强碱性。 12 土壤酸碱度对土壤养分的有效性有重要影响，在pH6,7 的微酸条件下，土壤养分的有效性最好，最有利于植物生长。在酸性土壤中容易引起钾、钙、镁、磷等元素的短缺，而在强碱性土壤中容易引起铁、硼、铜、锰和锌的短缺。土壤酸碱度还通过影响微生物的活动而影响植物的生长。酸性土壤一般不利于细菌的活动，根瘤菌、褐色固氮菌、氨化细菌和硝化细菌大多生长在中性土壤中，它们在酸性土壤中难以生存，很多豆科植物的根瘤常因土壤酸度的增加而死亡。真菌比较耐酸碱，所以植物的一些真菌病常在酸性或碱性土壤中发生。pH 3.5,8.5是大多数维管束植物的生长范围，但生理最适范围要比此范围窄得多。pH,3或,9时，大多数维管束植物便不能生存。 13 土壤动物依其对土壤酸碱性的适应范围可区分为嗜酸性种类和嗜碱性种类。如金针虫在pH为 4.0,5.2的土壤中数量最多，在pH为 2.7的强酸性土壤中也能生存。如麦红吸浆虫，通常分布在 pH为 7,11的碱性土壤中，当 pH,6时便难以生存。蚯蚓和大多数土壤昆虫喜欢生活在微碱性土壤中，它们的数量通常在pH为8时最为丰富。 14土壤有机质土壤有机质包括非腐殖质和腐殖质两大类。后者是土壤微生物在分解有机质时重新合成的多聚体化合物，约占土壤有机质的85,90,。腐殖质是植物营养的重要碳源和氮源，土壤中99,以上的氮素是以腐殖质的形式存在的。腐殖质也是植物所需各种矿物营养的重要来源，并能与各种微量元素形成络合物，增加微量元素的有效性。土壤有机质能改善土壤的物理结构和化学性质，有利于土壤团粒结构的形成，从而促进植物的生长和养分的吸收。一般说来，土壤有机质的含量越多，土壤动物的种类和数量也越多，因此在富含腐殖质的草原黑钙土中，土壤动物的种类和数量极为丰富，而在有机质含量很少并呈碱性的荒漠地区，土壤动物非常贫乏。 15土壤中的无机元素植物从土壤中所摄取的无机元素中有13种对任何植物的正常生长发育都是不可缺少的，其中大量元素有7种 (氮、磷、钾、硫、钙、镁和铁)和微量元素6种(锰、锌、铜、钼、硼和氯)。还有一些元素仅为某些植物所必需，如豆科植物必需钴，藜科植物必需钠，蕨类植物必需铝和硅藻必需硅等。植物所需的无机元素主要来自土壤中的矿物质和有机质的分解。腐殖质是无机元素的贮备源，通过矿质化过程而缓慢地释放可供植物利用的养分。土壤中必须含有植物所必需的各种元素和这些元素的适当比例，才能使植物生长发育良好，因此通过合理施肥改善土壤的营养状况是提高植物产量的重要措施。 16 土壤中的无机元素对动物的分布和数量也有一定影响。石灰质蜗牛壳石灰岩母岩为石灰岩鹿钙氯化钠食草有蹄动物缺乏钴反刍动物 173.4 火

作为生态因子对生物的影响及管理在生态系统中，火既是一种自然的因素，又是人类增加的因素。火的燃烧破坏了生态平衡，同时也为土壤提供了新的养分，促进了生物的生长。因此，火也是一个重要的生态因子。 18 自然火来源于雷击火、火山爆发、滚石火花、泥炭自燃; 人为火源来自人类生活、生产用火。对于自然界引起的火，虽然可以用自发燃烧作为解释，但是闪电是最重要的引火剂。在积累了大量可燃烧有机物的地区，炎热于旱的夏季和低湿度气候条件下，闪电即可引起大火。例如，非洲及美国的大草原、美国西南部及地中海沿岸地区的丛林，具有闪电引发火灾的自然条件。加利福尼亚州的沙巴拉群落(Chaparral)，是以叶子常青、坚硬、茂密、坚韧及叶小为特征的灌木林，由于延长的干旱夏季，导致每15,100年发生周期性的大火。从2000年入春到9月中，美国发生76661次山火，烧毁268.9万公顷森林，是半个世纪以来美国最多、最大、最严重的森林大火。据统计，北美森林火灾有70是由于干旱闪电造成的。 19 火有两个主要的类型，即林冠火(crown fire)与地面火(surface fire)。林冠火发生在林冠上，其破坏性大，可毁灭地面上全部的植物群落，以及动物的组成成分，使群落的恢复要经历一段较长的时期。地面火发生在地面上，没有林冠火那样的毁灭性，期破坏具有选择性，仅容易烧死幼苗和抗火性差的物种(如树皮薄的植物)，对抗火性强的植物反而有利。事实上，地面火的作用经常是有利的，它仅仅烧掉了地面上的枯枝落叶层，从而促进了植物和动物群落的再生和稳定性。这种燃烧能够使枯枝落叶干草等数量降到最低，因此降低了林冠火的危险。 20

范文五：生物与环境的关系

第一节生物与环境的关系

教学目标

知识目标:

1.举例说出水、温度、空气、光等是生物生活的环境条件。

2.举例说明生物和生物之间的亲密关系。

3.举例说出生物能适应和影响环境。

能力目标:

体验探究的一般过程,模仿控制实验变量和设计对照实验。

情感目标:

形成爱护实验动物的情感。能够认真观察、记录,并与小组其他同学合作和交流。教学重点

1.生物与环境的相互影响。

2.探究非生物因素对某种动物的影响。

教学难点

1.探究实验设计要点。

2.探究活动的组织和实施。

教学设计 (设计者:)

教学过程设计

一、创设情境导入新课

图中有两只狐, 一只生活在北极, 另一只生活在非洲沙漠。请你推测:哪一只是北极狐? 哪一只是沙漠狐?为什么同是狐,它们的形态却不同呢? (PPT3)

二、学案导学自主学习

1.教师明确任务,学生独立自主学习。

自主活动一:阅读分析教材 P12~17内容,结合教材中图形,回答学生用书有关题目。自主活动二:阅读分析教材 P14~16的内容,回答学生用书有关题目。

2.教师巡回检查学生学习效果。学法指导:实验法、控制实验变量。

3.对学生学习的效果展示和交流。

4.学生自我矫正错误、增强对知识的认识与记忆。

三、合作探究点拨升华

1.两人合作探究

学生完成学生用书有关题目。

2.小组合作探究

问题 (1)

①非生物因素有哪些?举例说明。

②生物之间存在哪些关系?

③生物和环境之间是什么样的关系?

问题 (2)

①科学探究的基本步骤有哪些?

②如何来设置科学探究中的对照实验?

完成“光对鼠妇生活的影响”探究活动。

通过探究活动,学生合作交流分析得到:(1)影响生物生活的环境因素可以分为二类:

一类是光、温度、水、空气等非生物因素,一类是生物因素。在自然界中,各种因素影响着生物,生物在生存和发展中不断适应环境,同时也影响和改变环境。 (2)对照实验中要保证变量是唯一的。

3.师生互动

问题:哪个鱼缸更适合鱼的生长? (PPT4)

教师点拨、示例讲解问题:影响生物生活的环境因素可以分为二类:一类是光、温度、水、空气等非生物因素。 (PPT5~7)

问题:1. 分析石榴结果与哪种非生物因素有关? (PPT8)

2.观察同一座山的松树,思考什么非生物因素影响了它们形态的不同? (PPT9) 教师点拨、示例讲解问题 A :一类是生物因素。生物间的关系主要有:合作关系,捕食关系,竞争关系等。 (PPT10~11)

生物与环境的关系:在自然界中, 各种因素影响着生物, 生物在生存和发展中不断适应环境,同时也影响和改变环境。 (PPT12~15)

引申:现存的每一种生物都具有与其生活环境相适应的形态结构和生活方式。

问题:你能从日常生活中找到生物适应环境的其他例子吗?

小结:生物与环境之间的关系。 (PPT16)

练习:(PPT17~19)

1.香蕉在北方地区不能很好的生长,影响它生长的主要因素是 ( )

A.北方降雨少 B.北方温度低

C .土壤酸碱度不适 D.光照强度不够

2.下列属于生物间合作关系的是 ( )

A .七星瓢虫捕食蚜虫 B.一群麻雀一起去觅食

C .两只狗为争骨头而争斗 D.小鸟为占巢区而在周围鸣叫

3.生物与环境相互依赖、相互影响。下列哪一项体现了生物影响环境?

A .人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开 B.朵朵葵花向太阳

C .千里之堤,溃于蚁穴 D.忽如一夜春风来,千树万树梨花开教师点拨、讲解问题:探究实验的一般步骤:提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流。 (PPT20)

介绍:光对鼠妇生活的影响实验装置。 (PPT21-23)

视频引导:光对鼠妇生活的影响。 (PPT24)

设问:对照实验中对变量的控制方法及排除偶然因素的影响。

问题:1. 用 1只鼠妇做实验可以吗? 2. 为什么要计算各组的平均值?

引申: 1.实验中研究对象的数量一般不能过少。 2. 对结果一般采用求平均值的方法处理。 (PPT25-27)

小结:非生物因素对生物的影响 (PPT28)

得出定义:对照实验是在研究一种条件对研究对象的影响时, 所进行的除了这种条件不同以外,其他条件都相同的实验叫做对照实验。 (PPT29)

巩固练习:(略 )(PPT30~33)

4.教学评价活动

在探究过程中,对学生的表现给出激励性的评价。 (包括学生自评、小组评价和教师评价 )

5.对学生进行环保教育:爱护环境,保护地球。 (PPT34~36)

四、知识梳理归纳整合

1.学习本节课后,学生回顾:你知道了什么?会解决什么问题?还想了解什么?

2.学生回答:(1)生物与环境之间存在什么样的关系? (2) 科学探究的一般步骤有哪些?

3.根据学生回答,梳理本节知识。板书:(PPT37)

生物和环境之

间的关系

?????环境影响生物:生态因素 ?????非生物因素:光、温度、水等生物因素:?

????种间关系:捕食、竞争、合作等种内关系生物对环境的适应和影响:生物能适应环境,也影响和改变环境。

探究实验的一般步骤:提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流

五、达标检测巩固提升 1.巩固训练一。 (PPT38)

2.巩固训练二:学生完成学生用书中针对性练习题。学生回答,教师及时反馈校正、点评。 3.巩固练习三:完成学生用书有关题目。 ● 反思与评价

完成本节学习情况记载与教学评价。

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