结构生物化学/结构生物化学与其他学科的关系
生物化学的研究范围涵盖了众多科学领域。生物化学的根源在于物理学、化学和生物学;尽管其内涵主要集中在化学和生物学领域,因为术语“生物化学”本身就意味着这一点。
生物化学与物理学相关,因为生物分子遵循与所有其他分子相同的物理定律,因此受到热力学定律和生物能学原理的影响。生物分子会发生反应,就像其他分子的反应一样,要么在自发发生时释放能量,要么需要能量才能进行。自发反应通常会增加熵,即系统无序度的增加,尽管自发性由吉布斯自由能方程决定:
化学原理对于生物化学领域至关重要。原子和分子之间的键合和相互作用对于生物分子的存在和生命本身至关重要。
氢键是化学领域键合和相互作用主题的一个方面,但已被证明对生物化学极其重要,因为碳和氧之间的键对于生命至关重要。由于碳氢化合物是基本的无机分子,而氮是氨基酸的主要元素,因此也是蛋白质的主要元素,氢键是高度由氧、氢和氮组成的生物分子的稳定性的关键。
其他对生物化学至关重要的相互作用有共价键(原子之间的一般键)、范德华相互作用(当分子彼此非常靠近时,分子之间的相互作用)和离子相互作用(带正电和负电原子或分子之间的键合相互作用)。
如果没有生物学,就不会有研究生物化学的必要,因为生物学是研究生物体的学科,而生物化学是研究生物分子的功能及其结构的学科。生物化学涉及研究细胞及其组成部分的功能,因为它侧重于生物分子。同样,生物化学家必须考虑遗传学,因为蛋白质是生命过程的关键方面,蛋白质由氨基酸组成,是研究的主要生物分子。
生物化学有正当理由关注进化过程,因为进化一直是生命和生物分子作为一个群体发展的持续过程。地球上的进化始于能够自我复制的单细胞生物。关于早期生命是如何形成的,存在着许多理论,在任何给定时间,许多科学实验和理论都在进行。最近,人们发现了斯坦利·米勒的旧实验[1]并重新分析了它,在模拟早期地球情景下,闪电在火山喷发情况下击中,产生了大量氨基酸,这些氨基酸以小群体形式形成。因此,氨基酸的形成可能是生物分子进化最早的步骤之一。
- ↑ 斯坦利·米勒是一位著名的生物化学家,他与哈罗德·尤里合作进行了一项实验,模拟了假设的早期大气条件,以检验生命是否能从这些条件中自发产生。