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量子生物学简介
概述
自然科学的发展总是从未知到已知, 从宏观深入到微观。显微镜的发明, 使人们发现了细胞, 特别是近年来电子显微镜的应用, 使人们对细胞的研究深入到亚细胞、分子水平, 出现了“分子生物学”。当然人们对细胞学的深入研究不仅仅是因为有了显微镜, 其它自然科学特别是数学、物理学、化学, 尤其是物理的深入研究和重大突破为细胞学的深入研究带来了极大的方便。奥巴林说过: “生命是物质运动的特殊形式, 可是这种形式与无机界的区别并不是难以超越的深渊。相反地, 在物质的整个发展过程中, 从无机界产生了新的质”。既然构成生物成份也不超出化学上所处理的分子范畴, 因而在无机界行之有效的量子力学在生物上同样适用。
量子生物学是量子力学与分子生物学相结合的产物,它运用量子力学原理,通过数学运算来研究生物分子的电子结构、电磁性质、能量转移和化学反应等问题。 Szent- Gyo rgyi 称这种比分子更小的电子水平的研究为亚分子生物学(Submo lecu2lar B io logy)。Pullman 则称为电子生物化学(Elec2t ronic B iochem ist ry)。
目前,在分子水平的研究是生物科学研究的主题和热点,电子水平的研究使生物学研究从描述性向解释性方向发展,从定性科学向定量科学发展,并将成为一门精密的科学。作为一门学科形成标志的学科组织诞生于1970年,由量子物理学家lÖwdin和分子药理学家Purcell等倡议成立了国际量子生物学学会(简称ISQB)
在电子水平上描述生命现象的必要性
今天,分子生物学理论已趋成熟,应用的研究成果也很显赫,并推动着基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程的发展。随着分子水平的生物学进展, 在电子水平的基础上来深入研究生物问题的本质, 将会使生命科学有重大的变革和突破。对医学来讲, “量子生物学”将会对今后的现代化的医学科学研究起着重要的作用。用发展的眼光来看,“量子生物学”很可能成为今后医学科研的发展方向。
但是生命科学中的许多本质问题即使是“生物化学”、“分子生物学”回答不了的问题是很多的。例如:
①DNA双螺旋中, A —T、G—C 形成特异的氢键, 这些氢键是由怎样的力形成的?
②决定氨基酸三联体密码的因子到底是什么?为什么色氨酸只对应于U GG 而不是其他的三联体?
③双链DNA的螺旋及蛋白质α螺旋为什么是右旋?
④为什么酶具有很高的催化效率和严格的专一性?
⑤ATP分子为什么含有高能键?
⑥生物体中电荷传递和能量传递间的关系。
⑦遗传以及突变在电子水平上的表现等等。
⋯⋯这类问题恐怕不在电子水平上来探讨它的本质是很难阐明的。
总之, 仔细并深入研究生物体内的量子力学过程, 将会使生命的科学放射出灿烂的光芒。随着科学技术的迅猛发展,“量子生物学”势必将成为今后现代化的医学科学研究的重要内容,它的研究与进展将会给生命科学带来重大的变革甚至是突破。
在电子水平上描述生命现象的可能性
量子生物学研究的内容可概括为以下几方面:
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。质子转移。能量转移;
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