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生物化學的邏輯

現在,讓我們通過分析教科書中的一些關鍵知識點,來詳細講解一門學科的邏輯。思考下面一段節選:

[生物化學]……探索宏觀現象背後的分子活動,尤為關注在有關維生素、藥物和遺傳因子影響下的分子活動方式。生物化學家需要分離解剖生物體來確定其生命的結構。他們需要共享其他生物學家的已有成果。

生物化學包括一種亞微觀的解剖學,研究分子的結構和大小。因為傳統的解剖學研究的是肉眼可見的實體,解剖學家只需切分實體來描述確定他們的組成部分。而顯微鏡可以顯示另一個全新世界的結構和組織,這比肉眼可見的小得多……細胞成為顯微鏡下的關注焦點。隨著化學的發展,人們可以在分子層面研究生物架構。

大的方法策略不變,還是從組成部分的角度更好地瞭解生物。然而,具體的方法要研究生物的大小和部分。對機體的解剖,手術刀是合適的解剖工具。而對於細胞結構,對於只有顯微鏡可見的小分子,我們需要採用的相關技術需要從化學中來汲取……從這個角度來看,生物化學是解剖邏輯的發展,是「分子生物學」的縮影……

生物化學家的目標不僅僅是確定生物結構。他們感興趣的不僅是生物的成分,還有它們做什麼——能夠清楚表達現象背後的化學方程式。化學活動不斷變化是活體生物最主要的特徵。因此,生物化學繼承生物學的傳統,研究這種不斷變化的生命活動。像解剖學脫離生理學、靜態生物化學脫離動態的生物化學並不能增加人對於自然的掌控力量。畢竟,生命不斷向前運轉,而不僅僅只要維持自身結構;生物化學家試圖通過解剖方法來闡明生物的結構及其不斷發生的變化。

總體來說,生物化學的技術層面是化學的,它的難題在於生物的基本層面。化學是它的方法,探究生物是它的最終目的,生物化學是關於生命現象的研究,它要探尋解釋生物體組成的亞單位。在這樣的生物分析中,這種亞單位代表了最終的狀態——最終指的是將分析層面更深一步,從分子層面到原子層面,研究透徹有機體的生物特性。同樣,在無機領域,這樣透徹的原子分析也是適用的……生物化學家關注的不是即刻的生物現象,而是分子層面的生物現象,而這一數據的收集離不開對更具有組織性的結構系統的觀察(Jevons,1964)。

1.生物化學的目標

從上文中可以清楚看出,生物化學的目標是決定生命體的生物化學基礎,以及通過這些研究來發展合理的化學療法。它旨在成為一種在分子層面運用化學變化的基礎生物學,如蛋白質和單純酶反應,進而進一步超越分子和亞分子粒子層面的研究。

2.生物化學的問題

化學概念闡述了生命的現象,從單個的分子角度,生物化學關注下列問題:人的生命體是由什麼構成的?我們的軀體如何發揮作用?什麼是生命體?更具有特色的問題有:宏觀生命現象背後的分子現象是怎樣的?構成生物的成分是什麼?它們的結構是怎樣的?它們是如何起作用的?

維生素在人體內如何起作用?藥物如何起作用?遺傳因子如何影響生命體?生物化學關注的生物體分子部分是什麼?(什麼是蛋白質、碳水化合物和脂肪?它們分別起什麼作用?什麼是核酸?它的作用是什麼?)酶在生物體內是如何反應的?酶在生物領域有何作用?我們如何理解生物體中化學作用?酵母和肌肉的相似之處是什麼?蛋白質在生命體內的作用是什麼?我們如何將不同組織層面的觀察聯繫起來?我們如何開發藥品和合理的化學療法?我們如何生產有針對性的藥品?

3.生物化學的信息

從以上問題我們可以看出,生物化學家尋求的信息有:組成生命體單元必需的蛋白質和酶的信息,生命體必需的關鍵化學反應的催化作用過程的信息,人造生命反應的信息(例如在試管裡的單純酶研究),關於生物細胞分子結構不同酶的信息,關於多種酶系統運行的信息,等等。

4.生物化學的判斷

從以上生物化學信息可以看出,生物化學家需要對重要的酶和蛋白質本質做出判斷,需要對生物體新陳代謝、複雜保持過程和生命體成長做出基本判斷。

5.生物化學的概念

從對以上生物化學的判斷中可以看出,我們需要理解一系列重要的概念,才能明白生物化學的邏輯:研究生命過程的組織層面的概念(分子層面、亞細胞粒子層面、細胞層面、器官層面和整個生物體層面)。

6.生物化學的假設

從上述生物化學的概念可以看出,生物化學思維背後的關鍵假設:這些生物化學基礎是建立在分子層面;對分子層面生命體研究最適合的技術是化學技術;用化學概念解釋生命體是可能的;分析和發現單個分子的結構和動力是可能的;蛋白質和酶是生命過程的基礎和關鍵;酶的反應對於理解生命體是非常重要的;並且,發展合理的化學療法,並運用到醫藥和拯救生命體是可能實現的。

7.生物化學的意義

生物化學的邏輯有著特別和一般的意義。特別的意義與生物化學家提問的方式、信息收集方式還有信息解釋過程有關。例如,這一領域的研究現狀凸顯出對上文所述概念分析的重要性,凸顯出對生命現象進行分子層面分析的重要性(包括蛋白質、酶和化學催化反應)。而一般性的意義是,如果現在生物化學的原理是正確的,我們將越來越有能力增強人類和其他生物的生命力,減少疾病和其他亞健康狀態(通過化學療法的應用)。

8.生物化學的觀點

生物化學的觀點聚焦在生命體的分子層面,並且將這一層面視為生命體本質、功能和結果的最基本發現。生物化學中最重要的技術是化學,最重要的問題是生物。它將生命過程看作分子高度組合的結果,而從整個生物角度來看,生命過程又是豐富多樣的。它將分子層面的過程看作研究的關鍵,包括遺傳因子,都是對於宏觀層面多樣性的解釋。

顯然,只要我們理解了生物化學的基本邏輯,我們就可以在生物化學課堂上通過自我提問將邏輯具體化:

●今天我們的主要目標是什麼?

●我們努力要完成的事情是什麼?

●我們要問哪些問題?我們要解決哪類問題?

●我們需要哪方面的信息或數據?

●我們如何獲取所需的信息?

●為了解決當下問題,我們需要明白哪些最基本的觀點、概念和原理?

●我們如何看待這個問題?

●這個問題與日常生活有什麼關聯?

一次課可能特別關注某個概念如催化作用,而另一次課可能關注大分子、亞分子粒子,或是另一種酶、能量交換、DNA。理解整個生物化學的邏輯將使你瞭解自己對生物化學的理解程度,為什麼某些概念重要,如何將前後所學聯繫起來。