生物化学00绪论

教育部普通高等教育“十五”国家级规划教材 全国高等学校医学规划教材 （供临床、基础、预防、护理、口腔医学专业用） 生物化学 主编 赵宝昌 副主编 宋惠萍 孙黎光 马文丽,马文丽（第一军医大学） 汪 渊（安徽医科大学） 王学敏（第二军医大学） 杨翰仪（吉林大学基础医学院） 付明德（四川大学华西基础医学 赵君庸（西安交通大学医学院） 与法医学院） 赵宝昌（大连医科大学） 安玉会（郑州大学医科大学） 赵学信（新疆医科大学） 刘兴汉（哈尔滨医科大学） 崔 行（山东大学医学院） 孙黎光（中国医学院） 崔秀云（大连医科大学） 严 哲（温州医学院） 曾昭淳（重庆医科大学） 宋惠萍（中南大学生物科学与技术学院） 燕 秋（大连医科大学）,编者（以姓氏笔划为序）,学生光盘,主编 孙黎光 中国医科大学生物化学与分子生物学教研室,绪 论,大连医科大学 生物化学与分子生物学教研室,赵 宝 昌,一、生物化学（biochemistry）即生命的化学，是在分子 水平上研究生物体生命现象化学本质的一门科学。 生物化学是实验科学，生物化学的一切成果均建立在 严谨的科学实验基础之上。生物化学技术不是单纯的化学 技术，而是融入了生物学、物理学、免疫学、微生物学、 药理学等知识与技术，作为自己的研究手段。 生物化学的发展已使人们能对生理学、药理学、病理 学、微生物学、免疫学、遗传学，以及临床各学科的认识 深入到分子水平。生物化学，尤其是其中的分子生物学已 经成为生命科学与医学的“共同语言”，融合入生物化学与 分子生物学的各项技术已成为生命科学与医学研究的“通用 技术”。,二、生物化学发展的历史 118世纪到19世纪 近代生物化学的研究始于18世纪。18世纪的主要发现是 生物体的气体交换作用和对一些有机化合物（如甘油、柠檬 酸、苹果酸、乳酸和尿酸等）的揭示。 19世纪的主要贡献是对人体化学组成的认识和某些代谢 过程的发现。这一时期结晶了血红蛋白，提纯了麦芽糖酶， 发现了细胞色素，从无机物合成出尿素，从肝中分离出糖原 并证明它可转化为血糖等。19世纪末，酶独立催化作用的发 现打开了通向现代生物化学的大门。,220世纪前半叶 20世纪生物化学取得了飞速发展，确立了现代生物化学 的基本框架。从1903年“生物化学”这一名词问世以来的50年， 生化营养学、生物体的分子组成、物质代谢与能量代谢、代 谢调节等均取得了显著成果。例如，维生素、辅酶和激素的 结构与功能，酶促反应动力学，糖代谢的各条反应途径，脂 肪酸-氧化，氨基酸的分解代谢与鸟氨酸循环，三羧酸循环 等均是这一时期的突出贡献。,Hans Krebs (1900-1981)分别于1932年和1937年发现了 鸟氨酸循环和三羧酸循环。,320世纪后半叶 20世纪50年代以来，生物化学的发展进入了一个空前突飞 猛进的黄金时代，这一时期的主要标志是1953年James D. Watson和Francis H. Crick的DNA双螺旋结构模型的建立。这 是20世纪自然科学中的重大突破之一，为进一步阐明遗传信 息贮存、传递和表达，揭开生命的奥秘奠定了结构基础。 同年，Frederick Sanger完成了胰岛素一级结构的测定。从 此开始了以核酸和蛋白质的结构与功能为研究焦点的分子生 物学时代。分子生物学（molecular biology）是生物化学的 延伸与发展，是以生物大分子的结构、功能和调控为其主要 研究对象，探讨生命本质的一门学科。,Frederick Sanger,James Watson Francis Crick,这一时期人们提出了遗传信息传递DNARNA蛋白 质的中心法则，破译了遗传密码。对基因传递与表达的调控 的研究也取得了可喜的成果。核酸和蛋白质组成的序列分析 技术都取得了飞速的发展。20世纪70年代出现的重组DNA技术 （基因克隆技术）以及在此基础上发展起来的其他生物技术 更大的开阔了人们有关基因研究的视野。 1990年开始的人类基因组计划（human genome project, HGP）已完成了对人类基因组的测序工作。这一工程的完成 标志人类生命科学的发展进入了一个新的纪元，为人类破解 生命之迷奠定了坚实的基础。继之而来的后基因组计划，包 括蛋白质组计划，将在更加贴近生命本质的更深层次上更加 深入地探讨与发现生命活动的规律，以及重要生理与病理现 象的本质。,我们的祖先早在公元前23世纪就已知酿酒。我国古代对 膳食营养作用的研究、对地方性甲状腺肿、维生素A缺乏症、 糖尿病等均有详尽的描述。我国近代生物化学家吴宪首创了 血滤液的制备和血糖测定法，提出了蛋白质的变性学说。 1965年我国科学家首先人工合成了具有生物活性的胰岛 素，后来又合成了酵母丙氨酰tRNA。2000年我国生物化学工 作者出色地完成了人类基因组计划中1%的测序工作，为世界 人类基因组计划的完成贡献了力量。2002年，我国的生物化 学工作者又率先完成了水稻的基因组精细图，为水稻的育种 和防病奠定基因基础。我国在生物化学的许多领域均已达到 了国际先进水平，与全世界的科技工作者一道，冲击生命科 学的顶峰。,三、生物化学的主要研究内容概括以下： 1生物体的化学组成、分子结构及其功能 组成生物体的有机化合物为生物分子。蛋白质、核酸、糖 复合物等是生物大分子（biomacromolecules）。生物化学首先 阐述这些生物大分子的结构，以及结构与其生理功能的关系。 2生物体内的物质代谢、能量代谢与信号转导 新陈代谢（metabolism）是生命的基本特征之一，分为合 成代谢（anabolism）和分解代谢（catabolism）。外界刺激 通过体内神经、激素等作用于细胞，通过对酶的不同调节形式， 改变细胞内的物质代谢。细胞内存在的各种信号转导系统还调 节机体的生长、增殖、分化、衰老等生命过程。,3基因的贮存、传递、表达及其调控 自我复制是生命过程的又一基本特征。基因是DNA分子中 可表达的功能片段，研究基因各片段在染色体中的定位、核苷 酸的排列顺序及其功能，DNA复制、RNA转录和蛋白质生物合成 过程中基因传递的机制，基因传递与表达的时空调节规律等是 生物化学极为重要的课题。 4生物化学技术 生物化学技术不是单纯的化学技术，融入了其他学科的相 关技术手段。人们利用计算机技术对生命科学研究形成的大量 复杂的数据、资料进行整理、分析、综合，回答研究中发现的 新问题，从而形成了生物信息学（bioinformatics）。 5组织器官生物化学 医学生物化学是人体的生物化学，除了上述的内容外，还 要在分子水平上阐明人体内重要组织器官的新陈代谢特点和与 其功能的关系。,