生物科學

【摘 要】生物是一門涉及廣泛，包含內容豐富，應用靈活的學科，為人類的進步做出了非常大的貢獻，而隨著時代的發展，生物學的研究越來越細致，越來越深入。本文將以生物學研究的不同方面的角度來展示生物學的豐富多彩。

【關鍵詞】人體 蛋白質；基因；代謝

自從有人類以來，他們就對一樣東西充滿了好奇，那就是他們自己，他們想了解自己的身體的運作方式，如何出生，如何消化，如何繁殖，如何死亡。同時他們也對身邊的動植物，環境，充滿了好奇，所以人類對于生物的研究是從很早就開始的，他們會解剖動物尸體，會仔細觀察他們的生活方式，了解他們與人類的相似之處，會分辨植物間的區別。而列文虎克對于顯微鏡的發明與改進，則是為生物學打開了一道大門，生物學家可以觀察更加微觀的結構，從而更深刻地了解他們工作的原理，同時也為他們發現了一類新的生物，微生物。他們是很難用肉眼看到的，通過顯微鏡人類可以觀察他們的活動與結構，同時更能找到一些疾病的發病源并且用相關藥物加以治療。而生物學的發展遠遠不止這些，現代生物學隨著人類對于細胞內部結構觀察的深入以及與化學，數學，物理學等的良好結合，正在飛速發展。現在生物學的研究面已經擴展地非常的寬，簡單來說有如下這些：

1.生物的化學組成

生物是由有機物和無機物組成的，有機物包括小分子的如糖，核糖核酸，氨基酸等，大分子的如蛋白質，激素等，無機物包括各種無機鹽等，他們在生物體內起著不同的作用，并且雖然在化學組成的方面研究比較完全，但是近年來新發現的物質也是不勝枚舉，比如干擾素，粘結蛋白等。生物進化等級越高，它的物質組成，功能，以及機理則更為復雜，對于人體來講，物質的結構與組成是相對復雜的，無機鹽作為人體的無機物，調節著人體的新陳代謝的正常進行，一旦人體的某一項不符合要求，身體就會做出病態的反應加以警告，鈉鉀元素細胞內外的濃度差更是很多細胞的工作機理，如神經細胞。蛋白質是人類組成的構件，并且對于各個系統機能的發揮起著重要的作用，它以各種形式存在于人體中，是細胞組成的主要物質，是人類主要攝入的營養以及提供能量的一種方式，是受體等完成高級功能的關鍵性物質，是大多數酶的組成物質，并且存在于遺傳物質中，在21世紀初，人類發現有些很難得到的蛋白質可以通過基因的翻譯來實現，開發了一個新的項目——“蛋白質工程”。這個工程可以通過使用基因來生產所需蛋白質，從而實現批量生產的作用。并且經過進一步發展，可以通過改造生產蛋白質的基因來產生新的蛋白質，新的蛋白質擁有更好的工作性能，包括耐熱性，耐酸性，工作效率等，使得蛋白質的效用更符合人類的需求。但是由于人類對于蛋白質復雜的空間結構以及基因翻譯的了解不夠深入，所以無法自己“組裝”基因，自己生產蛋白質，只能靠改變部分基因的方法來實現蛋白質的改進，“蛋白質工程”還有待完善。

2.生物的代謝與調節控制

生物在未形成成體時，新陳代謝就已經開始了，如人類在胎兒時，當生物死亡之后，新陳代謝也停止，所以新陳代謝是生物的重要生命活動，沒有新陳代謝，生物就會堆積大量有害物質，有益物質很難進入，生物難以生存，所以生物學家一直很關注新陳代謝是如何實現的。新陳代謝包括兩部分，一種從外界取得物質，并成為生物的一部分，稱為同化作用，一種是把生物體內的物質變為外界的物質，成為異化作用，兩種作用互相制衡，互相協調，維持著生命系統的運轉，最經典的事例出現在植物中，植物通過光合作用，吸收光能與空氣中的二氧化碳和水，轉化為身體內的化學能，產生碳水化合物，并且通過呼吸作用，消耗體內的碳水化合物產生二氧化碳與水，同時放出能量提供給生命活動，這里的能量不是具體的熱量，而是通過一種化學物質ATP的合成與分解來實現能量的傳遞。

人體無時無刻不在進行著運動和生命活動，但是人體還能保持一個動態平衡，依賴于自身強大的調節機制。人類的調節方式多種多樣，一種是激素調節，例如在人類食用食物之后，血糖會升高，在饑餓時血糖又會降低，此間為了保證生命活動的正常進行，需要胰島素和胰高血糖素的調節。一種是神經調節，這種一般通過反射弧來實現，反應速度較快，如膝跳反射。一種是神經激素調節，如甲狀腺激素的分泌等。

3.生物的基因組成，表達，與調節

什么才是生物體內影響其性狀，表現行為等特征的關鍵物質，曾經困擾了生物界很長時間。通過格里菲斯，赫里希，蔡斯等人的實驗，最終證明了DNA是主要的遺傳物質，有些病毒則以RNA為遺傳物質，導致瘋牛病的朊病毒則以蛋白質為遺傳物質，遺傳物質的確定為生物學打開了一道新的大門。生物學家首先開始研究DNA的結構，通過一系列化學組成，空間結構的分析，加上化學與物理學的依據，最后確定了DNA的雙鏈螺旋結構。DNA在動植物體內與蛋白質一起形成染色體存在。科學家通過觀察以及實驗的各種方式及，發現了許多現象，如異染色質化與染色質活化；DNA的構象變化與化學修飾。后來發現DNA可以轉錄為RNA，進而在核糖體中翻譯為蛋白質。

通過人類對于基因產生，傳遞以及表達機理的深入理解，基因工程與細胞工程漸漸地進入了人類的視野。基因工程的原理是將所需要的基因從原生物體中提取出來，把它用適當的工具酶剪切下適當的區段，進而用DNA連接酶將其連接在載體基因上，進而將載體導入適宜的受體細胞，讓載體中的目的基因在受體細胞中表達，從而實現目的物質的大批量生產。基因工程可以克服遠緣雜交不親和的障礙，實現人類所需物質的大批量生產，例如樂意使用酵母菌細菌生產干擾素，可以使得本來提取十分困難的干擾素產量大幅度增加；又如可以用奶牛生產出帶有胰島素的牛奶，進而將胰島素提取，基因工程又被叫做轉基因技術，轉基因技術雖然先進，但是因為今年出現了較多事故，所以并不被所有人認同，有些民眾尚不敢食用轉基因食品。

細胞工程則是主要作用于植物與動物的一種工程。植物細胞主要進行植物體細胞融合，通過誘導劑誘導融合之后，新產生的體細胞通過植物組織培養可以產生新的個體，新的個體可以表達之前兩種植物的部分性狀，生物學上常應用這個技術來使兩種植物互補不足，盡量發揮各自的優點，將其改造為更符合人類和自然需求的新品種。動物細胞工程主要是克隆技術，將某一品種動物的基因從體細胞中提取再轉移到另一品種的去核卵細胞中，形成胚胎后放入子宮中，得到一個克隆生物。克隆使得優良品種可以延續，但是克隆由于涉及到人類的倫理問題，所以要謹慎使用，目前不能大力推廣。

生物科學包含的方面不止這些，它包含了我們生活中的各個方面，隨著科學的發展，生物學研究的深入，相信人類一定可以更好地利用生物學，解決現存的問題，使得生物學大放異彩！

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