合成化學：生命科學的揭秘者
合成化學為探索生命科學規律提供了重要方法和物質基礎。生命的過程歸根到底是生物體內一係列的化學變化過程。不論是物理學、生物學還是醫學，化學都是這些“理解化學變化的學科”的基礎，是一門中心科學。因此越來越多的學科與化學進行融合，並導致了更多交叉學科的出現。
人們對生命現象尚未認清的時候，一度認為有機物隻有生命體才能產生，人工無法合成，這也是“有機物”這一名詞的早期含義。但自尿素這一有機物首次由無機物氰酸銨成功合成以來，人們的觀念被徹底改變了。同時，合成化學與生命科學就這樣第一次被聯係在一起。人們開始利用合成化學不斷地合成自然界、人體已有的化合物，同時許多自然界不存在的化合物也被合成創造出來。從起初人們隻注重於合成化合物的數量和結構以及創造新的合成方法，到現在更重視合成物質的功能和合成方法的效率，合成化學取得的在分子結構複雜性和多樣性上的成就極大地推動了生命科學領域突飛猛進的發展。
蛋白質（肽）、核酸和碳水化合物（多糖）是構成生命過程的基礎物質，化學在這些物質的發現和合成上貢獻卓越。20世紀初，德國有機化學家費歇爾提出多肽是由氨基酸通過酰胺鍵連接而成。1903年，他首次報道了一種合成肽的方法。肽合成技術的不斷發展，使得人們在當時就能夠合成人體內的許多微量活性肽（如胰島素、催產素），促進了生命科學在人體激素調控方麵的研究。而肽合成技術的突破性進展來自1963年美國人梅裏菲爾德提出的固相多肽合成技術（他因此獲得了1984年諾貝爾化學獎）。這一突破性合成方法的發明無疑促進了生命科學的發展，它不僅使得大多數肽的合成變成了可以通過自動合成儀器實現的“按部就班”的工作，多肽合成的速度和質量也大為提高，為生命科學提供了足量的用於研究的材料，也為醫藥事業做出了巨大貢獻。梅裏菲爾德的方法同樣也促進了寡核苷酸等的化學合成的實現，進而推動了生物工程的蓬勃發展。有機合成化學家對生理活性寡糖的模擬合成，不僅能驗證天然存在寡糖—生物功能關係的重要結論，而且能為進一步化學修飾，合成自然界不存在但具有強大生理功能的產物創造了條件。合成化學使得碳水化合物的大量製備成為可能，更為重要的是，人類可以根據需要任意設計產物的結構，並通過化學合成使其從紙麵上的結構成為實實在在的有用物質。
20世紀50年代以來，生命科學的研究尺度進入分子水平，這為合成化學拓展了一個巨大的發展空間。隨著人類基因組草圖的繪製完成而引發的後基因組時代的到來，使蛋白質組的研究成為生命科學的一個重要方向。科學家們不僅希望了解這樣一些體內生物過程的機製，更需要具備調控這樣一種過程的能力，從而最終有能力控製、治愈疾病甚至延長壽命。雖然現在已經有些許能夠通過調控基因達到這一目的的方法，但是遺傳信息並不直接參與生命活動，而是通過控製蛋白質的形成間接地指導有機體的新陳代謝。也就是說，一個基因所含的遺傳信息，通過一係列複雜的反應，最終導致了相應蛋白質的形成，蛋白質再參與到生命的各種活動中去。因此我們可以而且更容易從蛋白質水平去進行調控，通過合成一係列的有機小分子或者小肽進行篩選，以調控某些生物過程。這一方法已經成為現代藥物發現的主要途徑之一。單從數量上看，我們大約需要30萬個小分子來調控不同的基因及其下遊的生物過程。由於一個合適的調控劑可能要從成百、上千乃至數萬個小分子中才能篩選得到，這就需要合成化學家提供300萬個甚至3億個候選的化合物，合成化學大顯身手的時代就這樣又一次出現在了生命科學領域，這也自然而然地導致了又一個交叉前沿學科—化學生物學的誕生。
化學生物學是研究生命過程中化學基礎的科學，它主要是使用小分子作為工具解決生物學的問題或通過幹擾/調節正常過程而了解蛋白質的功能。顯然這為新世紀化學的發展，特別是充分發揮合成化學的創造力提供了更為廣闊的舞台。最近，著名雜誌《細胞幹細胞》（Cell Stem Cell）刊載了一篇利用化學小分子替代基因誘導“皮膚幹細胞”的文章。通常情況下，要將成人的皮膚細胞重編程轉化為胚胎幹細胞（即皮膚幹細胞）需要4個基因參與。研究人員利用一種合成的小分子化學物質代替了其中的Sox2和cMyc基因的功能。由於cMyc基因能夠促進腫瘤的發生，因此利用其轉化成的皮膚幹細胞並不能用於人類疾病治療，那麼利用這種合成的小分子化學物質取代cMyc基因產生皮膚幹細胞的方法就具有了重要的生物學意義。這一化學物質為某些需要做移植手術的患者培養更安全的幹細胞提供了一種可能的有效途徑。更大的驚喜來自於2010年5月，美國遺傳學家文特爾宣布第一個人造合成細胞問世。科學家對絲狀支原體細菌進行基因複製，產生合成基因組，然後移植給另一個活細菌山羊支原體，使其成為創造新生命的器皿。這一成果的出現使得人類在未來很可能能夠按照需要創造合成基因組，產生“人造生命”，用以製造生物燃料、藥物或其他化學品。這一“人造生命”的誕生正是合成化學、分子生物學和其他一係列學科共同作用的結果，體現了人類對改造自然的無限能動性。