【醫學百科●化學仿生學】

楊籍富

【醫學百科●化學仿生學】

 

拼音

 

huàxuéfǎngshēngxué

化學仿生學，是一門介于化學與生物學之間的邊緣科學，是用化學方法在分子水平上模擬生物體功能的一門科學。

 

其研究內容主要為：模擬生物體內的化學反應過程，模擬生物體內的物質輸送過程，以及模擬生物體內的能量轉換等過程。

 

生物體內的成千上萬種化學反應都是在酶催化下進行的。

 

酶催化反應的特點是在常溫、常壓下，在一個很復雜的混合體系中專一地、高效地、有條不紊地進行著。

 

其高效性就是指強大的催化能力。

 

例如，同樣是催化過氧化氫分解為水和氧氣，過氧化氫酶的催化效率比一般無機催化劑高一千萬倍。

 

化學仿生學的任務之一就是仿照天然酶合成出人工酶。

 

通過從生物體內分離出某種酶之后，研究清楚其化學結構和作用催化劑的催化機理，在此基礎上設法人工合成這種酶或其類似物，用以實現相應的酶催化反應而制得相應的產品。

 

在這方面已取得的成果的例子有：人工制得了合成氨基酸的酶，也制得了消化蛋白質用的常見的酶等。

 

在這方面，對固氮酶的研究是一項非常重要的工作。

 

固氮酶是豆科植物根部產生的一種酶，它在常溫常壓下就可以使空氣中的氮氣與某種或某些含氫物質發生反應變成氨提供給植物作氮肥。

 

因此，模擬固氮酶研究如獲得成功，將是化學仿生學上的一個十分重大的成果。

 

生物在物質輸送、濃縮、分離方面能力也是驚人的，象海帶能從海水中富集碘，比海水中碘的濃度提高千倍以上；

 

大腸桿菌體內外鉀離子濃度差達3000倍等，這些都生物靠通過細胞膜來進行調節控制的。

 

所以人們設想，如能模擬生物膜的這種輸送、分離功能，合成一種高效、選擇性強的分離膜，將會使物質的分離、提純達到一種市郊、快速、專一的全新途徑。

 

這對于人類開發利用海洋資源，微量元素的提取，特殊的化學、分離以及污染控制等方面都會產生質的飛躍。

 

迄今為為止，人們在開發新能源，提高能源轉化率等方面已取得了不少成就，但和生物界相比則又顯得渺小了。

 

一般的電燈，有90%以上的電能是轉變為熱能而浪費掉的，即便是節能燈也要浪費65%以上的電能。

 

而生物體內進行的光能、電能、化學能等各種能量間的轉換，其效率之高已為人所知。

 

如熒火蟲通過自身螢光素和螢光酶的作用，發光率竟達100%。

 

生物體利用食物氧化所釋放能量的效率是70%-90%，而我們利用燃燒煤或石油能量的效率通常只有20%-40%。

 

在能源日趨短缺的今天，模仿生物高效利用能量的技能已成為節能研究的重要課題，同時對開發新能源也有極其重大的指導意義。

 

引用：http://big5.wiki8.com/huaxuefangshengxue_108384/