生物學的分支學科。它是研究生命物質(zhì)的化學組成、結構及生命過程中各種化學變化的基礎生命科學。 生物化學若以不同的生物為對象，可分為動物生化、植物生化、微生物生化、昆蟲生化等。若以生物體的不同組織或過程為研究對象，則可分為肌肉生化、神經(jīng)生化、免疫生化、生物力能學等。因研究的物質(zhì)不同，又可分為蛋白質(zhì)化學、核酸化學、酶學等分支。研究各種天然物質(zhì)的化學稱為生物有機化學。研究各種無機物的生物功能的學科則稱為生物無機化學或無機生物化學。60年代以來，生物化學與其他學科融合產(chǎn)生了一些邊緣學科如生化藥理學、古生物化學、化學生態(tài)學等；或按應用領域不同，分為醫(yī)學生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、營養(yǎng)生化等。 生物化學這一名詞的出現(xiàn)大約在19世紀末、20世紀初，但它的起源可追溯得更遠，其早期的歷史是生理學和化學的早期歷史的一部分。例如18世紀80年代，A.-L.拉瓦錫證明呼吸與燃燒一樣是氧化作用，幾乎同時科學家又發(fā)現(xiàn)光合作用本質(zhì)上是動物呼吸的逆過程。又如1828年F.沃勒在實驗室中合成了一種有機物——尿素，打破了有機物只能靠生物產(chǎn)生的觀點，給“生機論”以重大打擊。1860年L.巴斯德證明發(fā)酵是由微生物引起的，但他認為必需有活的酵母才能引起發(fā)酵。1897年畢希納兄弟發(fā)現(xiàn)酵母的無細胞抽提液可進行發(fā)酵，證明沒有活細胞也可進行如發(fā)酵這樣復雜的生命活動，終于推翻了“生機論”。 生物化學的發(fā)展大體可分為 3個階段。 *階段從19世紀末到20世紀30年代，主要是靜態(tài)的描述性階段，對生物體各種組成成分進行分離、純化、結構測定、合成及理化性質(zhì)的研究。其中E.菲舍爾測定了很多糖和氨基酸的結構，確定了糖的構型，并指出蛋白質(zhì)是肽鍵連接的。1926年J.B.薩姆納制得了脲酶結晶，并證明它是蛋白質(zhì)。此后四、五年間J.H.諾思羅普等人連續(xù)結晶了幾種水解蛋白質(zhì)的酶，指出它們都無例外地是蛋白質(zhì)，確立了酶是蛋白質(zhì)這一概念。通過食物的分析和營養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn)了一系列維生素，并闡明了它們的結構。與此同時，人們又認識到另一類數(shù)量少而作用重大的物質(zhì)——激素。它和維生素不同，不依賴外界供給，而由動物自身產(chǎn)生并在自身中發(fā)揮作用。腎上腺素、胰島素及腎上腺皮質(zhì)所含的甾體激素都在這一階段發(fā)現(xiàn)。此外中國生物化學家吳憲在1931年提出了蛋白質(zhì)變性的概念。 第二階段約在20世紀30～50年代，主要是動態(tài)生物化學階段，主要特點是研究生物體內(nèi)物質(zhì)的變化，即代謝途徑，所以稱動態(tài)生化階段。其間突出成就是確定了糖酵解、三羧酸循環(huán)（也稱克雷布斯循環(huán)）以及脂肪分解等重要的分解代謝途徑。對呼吸、光合作用以及腺苷三磷酸 （ATP）在能量轉換中的關鍵位置有了較深入的認識。當然，這種階段的劃分是相對的。對生物合成途徑的認識要晚得多，在50～60年代才闡明了氨基酸、嘌呤、嘧啶及脂肪酸等的生物合成途徑。 第三階段是從20世紀50年代開始，是分子生物學時期，主要特點是研究生物大分子的結構與功能。生物化學在這一階段的發(fā)展，以及物理學、技術科學、微生物學、遺傳學、細胞學等其他學科的滲透，產(chǎn)生了分子生物學，并成為生物化學的主體。 蛋白質(zhì)和核酸是兩類主要的生物大分子。它們的化學結構與立體結構的研究在50年代都取得了重大進展。蛋白質(zhì)方面，如β-螺旋結構的提出，測定了胰島素的化學結構以及肌紅蛋白和血紅蛋白的立體結構。核酸方面，DNA 雙螺旋模型的提出打開了生物遺傳奧秘的大門。根據(jù)雙螺旋結構，完滿地解釋了DNA的自我復制，在后來的發(fā)展中又闡明了轉錄與轉譯的機理，提出了中心法則并破譯出遺傳密碼。 1973年重組DNA獲得成功，從此開創(chuàng)了基因工程。自1977年以后，用這一技術先后成功地制造了生長激素釋放抑制激素、胰島素、干擾素、生長激素等。1982年用基因工程生產(chǎn)的人胰島素獲得美、英、聯(lián)邦德國、瑞士等國政府批準出售而正式工業(yè)化。 在生物大分子的合成方面，1965年中國科學家合成了結晶牛胰島素，合成的產(chǎn)物經(jīng)受了嚴格的物理及化學性質(zhì)和生物學活性的檢驗，證明與天然胰島素具有相同的結構和生物活性。繼美國科學家在1972年人工合成DNA以后，中國科學家又在1981年首先合成了具有天然生物活力的酵母丙氨酸t(yī)RNA。英美等國科學家在 DNA序列分析及人工合成方面作出了重大貢獻。DNA自動合成儀的問世，大大簡化了人工合成基因的工作。編輯本段研究內(nèi)容 生物體的化學組成 除了水和無機鹽之外，活細胞的有機物主要由碳原子與氫、氧、氮、磷、硫等結合組成，分為大分子和小分子兩大類。前者包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖和以結合狀態(tài)存在的脂質(zhì)；后者有維生素、激素、各種代謝中間物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油等。在不同的生物中，還有各種次生代謝物，如萜類、生物堿、毒素、抗生素等。 雖然對生物體組成的鑒定是生物化學發(fā)展初期的特點，但直到今天，新物質(zhì)仍不斷在發(fā)現(xiàn)。如陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的干擾素、環(huán)核苷一磷酸、鈣調(diào)蛋白、粘連蛋白、外源凝集素等，已成為重要的研究課題。有的簡單的分子，如作為代謝調(diào)節(jié)物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才發(fā)現(xiàn)的。另一方面，早已熟知的化合物也會發(fā)現(xiàn)新的功能，20世紀初發(fā)現(xiàn)的肉堿，50年代才知道是一種生長因子，而到60年代又了解到是生物氧化的一種載體。多年來被認為是分解產(chǎn)物的腐胺和尸胺，與精胺、亞精胺等多胺被發(fā)現(xiàn)有多種生理功能，如參與核酸和蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)，對DNA超螺旋起穩(wěn)定作用以及調(diào)節(jié)細胞分化等。 新陳代謝與代謝調(diào)節(jié)控制 新陳代謝由合成代謝和分解代謝組成。前者是生物體從環(huán)境中取得物質(zhì)，轉化為體內(nèi)新的物質(zhì)的過程，也叫同化作用；后者是生物體內(nèi)的原有物質(zhì)轉化為環(huán)境中的物質(zhì)，也叫異化作用。同化和異化的過程都由一系列中間步驟組成。中間代謝就是研究其中的化學途徑的。如糖元、脂肪和蛋白質(zhì)的異化是各自通過不同的途徑分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，然后再氧化生成乙酰輔酶A，進入三羧酸循環(huán)，zui后生成二氧化碳。 在物質(zhì)代謝的過程中還伴隨有能量的變化。生物體內(nèi)機械能、化學能、熱能以及光、電等能量的相互轉化和變化稱為能量代謝，此過程中ATP起著中心的作用。 新陳代謝是在生物體的調(diào)節(jié)控制之下有條不紊地進行的。這種調(diào)控有3種途徑:①通過代謝物的誘導或阻遏作用控制酶的合成。這是在轉錄水平的調(diào)控，如乳糖誘導乳糖操縱子合成有關的酶；②通過激素與靶細胞的作用，引發(fā)一系列生化過程，如環(huán)腺苷酸激活的蛋白激酶通過磷?；磻獙μ谴x的調(diào)控；③效應物通過別構效應直接影響酶的活性，如終點產(chǎn)物對代謝途徑*個酶的反饋抑制。生物體內(nèi)絕大多數(shù)調(diào)節(jié)過程是通過別構效應實現(xiàn)的。 生物大分子的結構與功能 生物大分子的多種多樣功能與它們特定的結構有密切關系。蛋白質(zhì)的主要功能有催化、運輸和貯存、機械支持、運動、免疫防護、接受和傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和基因表達等。由于結構分析技術的進展，使人們能在分子水平上深入研究它們的各種功能。酶的催化原理的研究是這方面突出的例子。蛋白質(zhì)分子的結構分4個層次，其中二級和三級結構間還可有超二級結構，三、四級結構之間可有結構域。結構域是個較緊密的具有特殊功能的區(qū)域，連結各結構域之間的肽鏈有一定的活動余地，允許各結構域之間有某種程度的相對運動。蛋白質(zhì)的側鏈更是*不在快速運動之中。蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的運動性是它們執(zhí)行各種功能的重要基礎。 80年代初出現(xiàn)的蛋白質(zhì)工程，通過改變蛋白質(zhì)的結構基因，獲得在部位經(jīng)過改造的蛋白質(zhì)分子。這一技術不僅為研究蛋白質(zhì)的結構與功能的關系提供了新的途徑；而且也開辟了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白質(zhì)的廣闊前景。 核酸的結構與功能的研究為闡明基因的本質(zhì)，了解生物體遺傳信息的流動作出了貢獻。堿基配對是核酸分子相互作用的主要形式，這是核酸作為信息分子的結構基礎。脫氧核糖核酸的雙螺旋結構有不同的構象，J.D.沃森和F.H.C.克里克發(fā)現(xiàn)的是B-結構的右手螺旋，后來又發(fā)現(xiàn)了稱為 Z-結構的左手螺旋。DNA還有超螺旋結構。這些不同的構象均有其功能上的意義。核糖核酸包括信使核糖核酸（mRNA）、轉移核糖核酸（tRNA）和核蛋白體核糖核酸（rRNA），它們在蛋白質(zhì)生物合成中起著重要作用。新近發(fā)現(xiàn)個別的RNA有酶的功能。 基因表達的調(diào)節(jié)控制是分子遺傳學研究的一個中心問題，也是核酸的結構與功能研究的一個重要內(nèi)容。對于原核生物的基因調(diào)控已有不少的了解；真核生物基因的調(diào)控正從多方面探討。如異染色質(zhì)化與染色質(zhì)活化；DNA的構象變化與化學修飾；DNA上調(diào)節(jié)序列如加強子和調(diào)制子的作用；RNA加工以及轉譯過程中的調(diào)控等。 生物體的糖類物質(zhì)包括多糖、寡糖和單糖。在多糖中，纖維素和甲殼素是植物和動物的結構物質(zhì)，淀粉和糖元等是貯存的營養(yǎng)物質(zhì)。單糖是生物體能量的主要來源。寡糖在結構和功能上的重要性在20世紀70年代才開始為人們所認識。寡糖和蛋白質(zhì)或脂質(zhì)可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由于糖鏈結構的復雜性，使它們具有很大的信息容量，對于細胞專一地識別某些物質(zhì)并進行相互作用而影響細胞的代謝具有重要作用。從發(fā)展趨勢看，糖類將與蛋白質(zhì)、核酸、酶并列而成為生物化學的4大研究對象。 生物大分子的化學結構一經(jīng)測定，就可在實驗室中進行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助于了解它們的結構與功能的關系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應用價值。通過 DNA化學合成而得到的人工基因可應用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白質(zhì)及其類似物。 酶學研究 生物體內(nèi)幾乎所有的化學反應都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專一性強等特點。這些特點取決于酶的結構。酶的結構與功能的關系、反應動力學及作用機制、酶活性的調(diào)節(jié)控制等是酶學研究的基本內(nèi)容。通過 X射線晶體學分析、化學修飾和動力學等多種途徑的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已經(jīng)比較清楚。