化學知識在解生物題中的應用

生命現象本質上是化學的，它與化學（特別是有機化學）是分不開的、緊密聯系的。許多生命現象的研究和闡釋都離不開化學的原理和方法。對于生物教師來說，掌握一定的化學知識，對于正確地理解和認識生命現象是很有幫助的。筆者對高中生物中和中學化學知識聯系比較緊密的內容作了簡要的歸納和概述，以期用化學的知識來幫助理解生命現象。

1 運用質量作用定律分析光合作用中有關中間產物濃度的變化

化學反應速率與反應物的濃度有密切的聯系。在一定溫度下，反應速率與反應物濃度系數次方的乘積成正比，這就是質量作用定律。在一定條件下，反應物濃度越大，化學反應速率越快，則在單位時間內消耗的反應物越多，同時生成的產物也越多。

一般地，對于反應：aA+dD=gG+hH

則，反應速率：v=kc^a（A）c^d（D）。

上面的反應速率v就是質量作用定律的數學表達式，其中k為速率常數，其大小由反應物的本性決定，與反應物的濃度無關。在分析光合作用中有關物質的濃度變化時，即可以運用質量作用定律。

例：將C3植物栽培在適宜的光照、溫度和充足的CO2條件下，如果將環境中的CO2含量突然降至極低水平，此時，葉肉細胞內的C3化合物、C5化合物和ATP含量變化情況依次是（）

A. 上升、下降、上升B. 下降、上升、下降

C. 下降、上升、上升D. 上升、下降、下降

分析：這道題要求分析當CO₂濃度變化時，暗反應產物C₃和C₅及光反應產物ATP濃度變化情況。這些物質同處于一個反應鏈體系中，它們之間的關系是：CO₂+C₅→2C₃；C₃+ATP+NADPH→（CH₂O）。

在解題前需先明確，在正常情況下，由于存在C₃途徑（卡爾文循環），葉肉細胞內各種物質應處于動態平衡，每一種物質的濃度可近似認為不變。CO₂作為第一個反應的反應物，由于其濃度下降，根據質量作用定律，化學反應速率減小，即生成C3的速率變慢，因此，C₃的含量降低；同時，C₅作為反應物，它被消耗的速率也變慢，故C5的含量增加。C₃作為第二個反應的反應物，由于其濃度下降，會直接影響該反應的反應速率，造成反應速率下降，ATP和NADPH利用減少，ATP和NADPH的含量上升。所以，應選C。

2 化學平衡移動原理的應用

假若改變平衡體系的條件（濃度、壓力、溫度），平衡就向著能夠減弱這個改變的方向移動。這稱為呂·查德里原理，也稱為化學平衡移動原理。

生物體內的各種化學反應，絕大部分都是可逆的。這些可逆反應，在生理條件下，每一步反應都處于動態平衡之中，沒有哪一步反應能完全徹底地進行。由于這個特點，使生物體內每一種物質的含量能始終維持在一定的水平，從而可以隨時保證生物體自身代謝對養分的需要。也正是由于反應的可逆性，那么，當生物體內某一種成分因某種原因發生變化的時候，其他一些相關的成分也會相應地發生變化。鑒于上述特點，在分析這類問題的時候，就可以運用化學平衡移動原理。上面的例子中因CO₂濃度突然降低，ATP和NADPH的濃度會暫時升高。實際上，這個問題還可以進一步擴展——ATP和NADPH的濃度變化對光反應又會產生何種影響呢？

分析：在光反應階段所發生的化學反應有：H₂O→H++O₂+e；ADP+Pi+電能→ATP；NADP⁺+H⁺+e→NADPH。把這3個反應式相加，得：H₂O+ADP+Pi+NADP+→O₂+ATP+NADPH。這就是光反應的總反應式。ATP和NADPH都是光反應產物。此時，光反應的產物ATP和NADPH生成速率變慢，即光反應速率變慢。由此可見，CO₂濃度的變化，不僅會直接影響暗反應，而且也影響光反應的進行。

3 質量守衡定理的運用

多肽和蛋白質是以氨基酸為基本單位，通過脫水縮合反應形成的。

根據質量守衡定理，化學反應前后反應物質量之和等于產物質量之和，即：氨基酸的平均相對分子質量×n=多肽和蛋白質的相對分子質量+18×（n-1）。

運用上述關系，可用于計算：求多肽和蛋白質的相對分子質量；求水分子數；求氨基酸的平均相對分子質量或氨基酸數。