試論化學(xué)原理在生物學(xué)解題中的應(yīng)用

王浩人

古話說生物化學(xué)不分家，在生物學(xué)解題過程中常常涉及化學(xué)原理，并為生物學(xué)解題提供一定的方法與技巧。本文針對化學(xué)原理在生物學(xué)解題過程中的應(yīng)用展開研究，闡述其運(yùn)用技巧，以期在日后的生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中能夠有所幫助，并廣泛運(yùn)用。

化學(xué)原理在高中生物學(xué)解題過程中具有一定的奠定作用，為當(dāng)代生命起源發(fā)展等一系列科學(xué)之謎提供理論依據(jù)，因此，掌握好化學(xué)原理在生物解題中的使用技巧能夠更加深入的理解生物學(xué)蘊(yùn)含的內(nèi)在知識。二者相互排斥卻又相互依存，是促進(jìn)生物學(xué)發(fā)展的重要舉措。

質(zhì)量守恒原理在生物學(xué)解題中的應(yīng)用

所謂質(zhì)量守恒定律，即參加化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各種物質(zhì)的質(zhì)量總和。也就是說反應(yīng)前后的原子種類與數(shù)目沒有改變，數(shù)目也未曾增減，質(zhì)量也就沒有變化。其原理在生物學(xué)解題中的具體應(yīng)用如下：

例題：某蛋白質(zhì)由n條肽鏈組合而成，相對分子質(zhì)量為a，假若該蛋白質(zhì)分子所含有的氨基酸數(shù)量為c，那么氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為多少？

首先了解蛋白質(zhì)的組成主要由氨基酸脫水而成，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒原理可以推斷出，在脫水合成過程中，其相對分子的質(zhì)量并沒有發(fā)生變化，蛋白質(zhì)等于氨基酸質(zhì)量的總和減去脫水分子的質(zhì)量，進(jìn)一步計算便可以得出其氨基酸的平均相對分子質(zhì)量為[a+18（c-n）]/c

在關(guān)于相對質(zhì)量守恒的例題中都能由化學(xué)理論來解答生物學(xué)中的疑問。如求多肽的基因相對分子質(zhì)量時，根據(jù)其中給出的已知其他生物相對分子質(zhì)量數(shù)值后，根據(jù)質(zhì)量守恒原理可以得出其二者相等的計算公式，進(jìn)而能夠算出題目中最終的答案。

平衡原理的解題技巧

化學(xué)平衡原理中分為可逆反應(yīng)與不可逆反應(yīng)，在一定條件下可逆反應(yīng)體系中，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再隨著時間的變化而改變狀態(tài)。例如：對某植物做出這樣的處理，分別有甲乙兩株植物，甲持續(xù)光照10分鐘，而乙先光照5秒再處于黑暗環(huán)境下5秒，反復(fù)操作持續(xù)20分鐘。假定其他條件均形同，則針對此情況，甲乙兩株植物所制造的有機(jī)物總量甲乙哪個比較多。

可知光合作用的反應(yīng)需要暗反應(yīng)提供[H]與ATP，并且ATP的提供量要比[H]速率快。所以，在持續(xù)光照的情況下反而會造成有機(jī)物的含量有所積累。在化學(xué)平衡原理中可以知道，當(dāng)一定產(chǎn)物積累過多時，反而會造成抑制光合作用的現(xiàn)象，因此，在其他條件都相同的情況下，其中乙所產(chǎn)生的有機(jī)物較比甲要多很多，也就是說暗者的反應(yīng)時間比較長，因此可以得知甲少于乙。

同理的題目如在綠色植物進(jìn)行光合作用時，假設(shè)（ CH2O）在運(yùn)輸時受到阻礙，而其他條件均不變，則在短時間內(nèi)葉肉細(xì)胞中的C3與C5的含量將會有怎樣的變化。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)可知該題的答案為C3增加，而C5減少。

電離平衡原理的應(yīng)用

所謂電離平衡便是指在水溶液里的全部電離為離子的電解質(zhì)叫做強(qiáng)電解質(zhì)，而在水溶液中僅部分電離為離子的電解質(zhì)叫做弱電解質(zhì)。在如下例題中可根據(jù)電離平衡原理進(jìn)行解題。

如：經(jīng)過研究可得，很多綠色植物的花瓣上的多種顏色都與細(xì)胞中含有的色素有關(guān)，而部分植物的花瓣在一天之內(nèi)可以展現(xiàn)出幾種不同的顏色，這與花瓣細(xì)胞液中含有的花青素有很大關(guān)系。該有機(jī)物質(zhì)在不同的環(huán)境中顯現(xiàn)不同的顏色，酸性呈紅色，堿性呈藍(lán)色而在中性環(huán)境下則顯現(xiàn)紫色。根據(jù)已知條件回答下列相關(guān)知識：

如：喇叭花的花瓣在早上是紅色的，這說明其細(xì)胞液顯（）性，主要原因在于晚上有呼吸作用會產(chǎn)生大量的（），該物質(zhì)主要產(chǎn)生于（）中。通過（）方式進(jìn)入細(xì)胞液后會與水發(fā)生（）化學(xué)反應(yīng)。

由已知條件可以得出，光合作用需要消耗很多的C02，而呼吸作用又會產(chǎn)生C02。當(dāng)呼吸作用較比光合作用更強(qiáng)一些時，細(xì)胞中的二氧化碳便會有所增多。從而平衡便會向右移動，所以細(xì)胞液便會呈現(xiàn)酸性。當(dāng)太陽升起后，光照能力增加，進(jìn)而光合作用比呼吸作用強(qiáng)，細(xì)胞中的二氧化碳隨之減少，使得平衡向左移動，所以細(xì)胞液便會呈現(xiàn)中性。因此喇叭花便會變成紫色。所以該題的具體答案為：酸、二氧化碳。線粒體、自由擴(kuò)散、CO2+HO2一H2CO3。

電荷守恒原理

化學(xué)中電荷守恒原理即溶液永遠(yuǎn)都是電中性的，陽離子帶的正電荷總量等于陰離子所帶的負(fù)電荷總量。化合物中的元素正負(fù)化合價代數(shù)的和為零，離子所帶的電荷數(shù)為多少其離子前便寫幾[2]。在正確分析溶液中存在陰陽離子書寫電荷守恒式能夠充分用到該原理。

例如：根據(jù)正常結(jié)果可知，2分子葡萄糖代謝的產(chǎn)物形成H+，假如其全部吸附在根細(xì)胞表面，那么氫離子可與土壤溶液中發(fā)生交換離子種類以及數(shù)量分別是多少。

根據(jù)化學(xué)電荷守恒原理可知，植物的細(xì)胞在呼吸作用過程中，其葡萄糖可以氧化分解產(chǎn)生12分子CO2，再與H2O相結(jié)合形成H2CO3，其中根系離子交換可根據(jù)知識點“同荷等價”原理，可知其總和是一定相等的。所以可知答案為離子種類：Ca+離子個數(shù)為6個。

根據(jù)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)理論解釋生命衰老跡象

部分生物學(xué)例題中會設(shè)計一些生命學(xué)知識，比如人衰老的原因。根據(jù)生物學(xué)，可知人體內(nèi)細(xì)胞老化，進(jìn)而器官衰竭，最終老化。目前最滿意的答案是自由基理論，當(dāng)自由基產(chǎn)生后，攻擊和破壞細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行正常功能的生物，所有會產(chǎn)生一定的老化現(xiàn)象。那么自由基的產(chǎn)生便可以依靠化學(xué)原子結(jié)構(gòu)理論進(jìn)行解釋，細(xì)胞在代謝過程中會不斷的進(jìn)行氧化反應(yīng)，因此，在這個過程中便很容易產(chǎn)生自由基，就好比水在電離輻射下也會產(chǎn)生自由基一樣。

結(jié)論：綜上所述，在很多生物學(xué)試題中都會借用化學(xué)原理，在解答生物學(xué)知識時通過已知的化學(xué)知識能夠利用計算或理論輕松找到答案。在日常的學(xué)習(xí)中，化學(xué)與生物不可分割，不可偏科。只要巧妙的利用其中相關(guān)聯(lián)的原理進(jìn)行解答便能夠分析出其中答案，即便再難的生物學(xué)試題都能夠迎刃而解。