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《批判性思维工具(原书第3版)》生物化学的逻辑

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现在,让我们通过分析教科书中的一些关键知识点,来详细讲解一门学科的逻辑。思考下面一段节选:

[生物化学]……探索宏观现象背后的分子活动,尤为关注在有关维生素、药物和遗传因子影响下的分子活动方式。生物化学家需要分离解剖生物体来确定其生命的结构。他们需要共享其他生物学家的已有成果。

生物化学包括一种亚微观的解剖学,研究分子的结构和大小。因为传统的解剖学研究的是肉眼可见的实体,解剖学家只需切分实体来描述确定他们的组成部分。而显微镜可以显示另一个全新世界的结构和组织,这比肉眼可见的小得多……细胞成为显微镜下的关注焦点。随着化学的发展,人们可以在分子层面研究生物架构。

大的方法策略不变,还是从组成部分的角度更好地了解生物。然而,具体的方法要研究生物的大小和部分。对机体的解剖,手术刀是合适的解剖工具。而对于细胞结构,对于只有显微镜可见的小分子,我们需要采用的相关技术需要从化学中来汲取……从这个角度来看,生物化学是解剖逻辑的发展,是“分子生物学”的缩影……

生物化学家的目标不仅仅是确定生物结构。他们感兴趣的不仅是生物的成分,还有它们做什么——能够清楚表达现象背后的化学方程式。化学活动不断变化是活体生物最主要的特征。因此,生物化学继承生物学的传统,研究这种不断变化的生命活动。像解剖学脱离生理学、静态生物化学脱离动态的生物化学并不能增加人对于自然的掌控力量。毕竟,生命不断向前运转,而不仅仅只要维持自身结构;生物化学家试图通过解剖方法来阐明生物的结构及其不断发生的变化。

总体来说,生物化学的技术层面是化学的,它的难题在于生物的基本层面。化学是它的方法,探究生物是它的最终目的,生物化学是关于生命现象的研究,它要探寻解释生物体组成的亚单位。在这样的生物分析中,这种亚单位代表了最终的状态——最终指的是将分析层面更深一步,从分子层面到原子层面,研究透彻有机体的生物特性。同样,在无机领域,这样透彻的原子分析也是适用的……生物化学家关注的不是即刻的生物现象,而是分子层面的生物现象,而这一数据的收集离不开对更具有组织性的结构系统的观察(Jevons,1964)。

1.生物化学的目标

从上文中可以清楚看出,生物化学的目标是决定生命体的生物化学基础,以及通过这些研究来发展合理的化学疗法。它旨在成为一种在分子层面运用化学变化的基础生物学,如蛋白质和单纯酶反应,进而进一步超越分子和亚分子粒子层面的研究。

2.生物化学的问题

化学概念阐述了生命的现象,从单个的分子角度,生物化学关注下列问题:人的生命体是由什么构成的?我们的躯体如何发挥作用?什么是生命体?更具有特色的问题有:宏观生命现象背后的分子现象是怎样的?构成生物的成分是什么?它们的结构是怎样的?它们是如何起作用的?

维生素在人体内如何起作用?药物如何起作用?遗传因子如何影响生命体?生物化学关注的生物体分子部分是什么?(什么是蛋白质、碳水化合物和脂肪?它们分别起什么作用?什么是核酸?它的作用是什么?)酶在生物体内是如何反应的?酶在生物领域有何作用?我们如何理解生物体中化学作用?酵母和肌肉的相似之处是什么?蛋白质在生命体内的作用是什么?我们如何将不同组织层面的观察联系起来?我们如何开发药品和合理的化学疗法?我们如何生产有针对性的药品?

3.生物化学的信息

从以上问题我们可以看出,生物化学家寻求的信息有:组成生命体单元必需的蛋白质和酶的信息,生命体必需的关键化学反应的催化作用过程的信息,人造生命反应的信息(例如在试管里的单纯酶研究),关于生物细胞分子结构不同酶的信息,关于多种酶系统运行的信息,等等。

4.生物化学的判断

从以上生物化学信息可以看出,生物化学家需要对重要的酶和蛋白质本质做出判断,需要对生物体新陈代谢、复杂保持过程和生命体成长做出基本判断。

5.生物化学的概念

从对以上生物化学的判断中可以看出,我们需要理解一系列重要的概念,才能明白生物化学的逻辑:研究生命过程的组织层面的概念(分子层面、亚细胞粒子层面、细胞层面、器官层面和整个生物体层面)。

6.生物化学的假设

从上述生物化学的概念可以看出,生物化学思维背后的关键假设:这些生物化学基础是建立在分子层面;对分子层面生命体研究最适合的技术是化学技术;用化学概念解释生命体是可能的;分析和发现单个分子的结构和动力是可能的;蛋白质和酶是生命过程的基础和关键;酶的反应对于理解生命体是非常重要的;并且,发展合理的化学疗法,并运用到医药和拯救生命体是可能实现的。

7.生物化学的意义

生物化学的逻辑有着特别和一般的意义。特别的意义与生物化学家提问的方式、信息收集方式还有信息解释过程有关。例如,这一领域的研究现状凸显出对上文所述概念分析的重要性,凸显出对生命现象进行分子层面分析的重要性(包括蛋白质、酶和化学催化反应)。而一般性的意义是,如果现在生物化学的原理是正确的,我们将越来越有能力增强人类和其他生物的生命力,减少疾病和其他亚健康状态(通过化学疗法的应用)。

8.生物化学的观点

生物化学的观点聚焦在生命体的分子层面,并且将这一层面视为生命体本质、功能和结果的最基本发现。生物化学中最重要的技术是化学,最重要的问题是生物。它将生命过程看作分子高度组合的结果,而从整个生物角度来看,生命过程又是丰富多样的。它将分子层面的过程看作研究的关键,包括遗传因子,都是对于宏观层面多样性的解释。

显然,只要我们理解了生物化学的基本逻辑,我们就可以在生物化学课堂上通过自我提问将逻辑具体化:

●今天我们的主要目标是什么?

●我们努力要完成的事情是什么?

●我们要问哪些问题?我们要解决哪类问题?

●我们需要哪方面的信息或数据?

●我们如何获取所需的信息?

●为了解决当下问题,我们需要明白哪些最基本的观点、概念和原理?

●我们如何看待这个问题?

●这个问题与日常生活有什么关联?

一次课可能特别关注某个概念如催化作用,而另一次课可能关注大分子、亚分子粒子,或是另一种酶、能量交换、DNA。理解整个生物化学的逻辑将使你了解自己对生物化学的理解程度,为什么某些概念重要,如何将前后所学联系起来。