生物化學(xué)
生物化學(xué)，顧名思義是研究生物體中的化學(xué)進(jìn)程的一門學(xué)科，常常被簡稱為生化。
生物化學(xué)
生物化學(xué)它主要用于研究細(xì)胞內(nèi)各組分，如蛋白質(zhì)、糖類、脂類、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能。而對于化學(xué)生物學(xué)來說，則著重于利用化學(xué)合成中的方法來解答生物化學(xué)所發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問題。
基礎(chǔ)定義 編輯本段
化學(xué)的分支學(xué)科。它是研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命活動過程中各種化學(xué)變化的基礎(chǔ)生命科學(xué)。
生物化學(xué)（Biochemistry）這一名詞的出現(xiàn)大約在19世紀(jì)末、20世紀(jì)初，但它的起源可追溯得更遠(yuǎn)，其早期的歷史是生理學(xué)和化學(xué)的早期歷史的一部分。
例如18世紀(jì)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(xué)家又發(fā)現(xiàn)光合作用本質(zhì)上是植物呼吸的逆過程。
1828年F.沃勒首次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(rèn)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(xì)胞抽提液可進(jìn)行發(fā)酵，證明沒有活細(xì)胞也可進(jìn)發(fā)這樣復(fù)雜的生命活動，終于推翻了“生機論”。
發(fā)展簡史 編輯本段
1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、近代實驗技術(shù)和研究方法奠定了現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ)，從此，核酸成了生物化學(xué)研究的熱點和重心。
1776—1778年，瑞典化學(xué)家舍勒（Sheele）從天然產(chǎn)物中分離出：甘 油（glycerol） ，蘋果酸（malic acid） ，檸檬酸（citric acid） ，尿 酸（uric acid）和酒石酸（tartaric acid）。
1937年，英籍德裔生物化學(xué)家克雷布斯（Krebs）發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)，獲1953年諾貝爾生理學(xué)獎。
1953年，沃森（Watson）和克里克（Crick）確定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。 1955年，英國生物化學(xué)家桑格爾（Sanger）確定牛胰島素結(jié)構(gòu)，獲1958年諾貝爾化學(xué)獎。
1977年，桑格爾和吉爾伯特（Gilbet）設(shè)計出測定DNA序列的方法，獲1980年諾貝爾化學(xué)獎。
1984年，諾貝爾化學(xué)獎授予Bruce Merrifield（美國），獎勵其建立和發(fā)展蛋白質(zhì)化學(xué)合成方法。
1993年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予Rechard J.Roberts（美）等，表彰其發(fā)現(xiàn)斷裂基因。
1994年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予Alfred G.Gilman（美國），以表彰其發(fā)現(xiàn)G蛋白及其在細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用。
1996年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予Petr c. Doherty（美）等，以表彰其發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞對病毒感染細(xì)胞的識別和MHC(主要組織相容性復(fù)合體）限制。
1997年
博耶（PaulD.Boyer），美國生物化學(xué)家，1918年7月31日生于美國猶他州普羅沃。由于在研究產(chǎn)生儲能分子三磷酸腺苷（ATP）的酶催化過程有開創(chuàng)性貢獻(xiàn)而與沃克共獲了1997年諾貝爾化學(xué)獎。同時獲得該獎項的還有發(fā)現(xiàn)輸送離子的Na\KATP酶的科學(xué)獎Jens c. skon(丹麥）。
1997 年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎頒發(fā)給美國加州大學(xué)舊金山分校的史坦利·布魯希納(Stanley Prusiner)教授。這項殊榮是肯定布魯希納教授在研究引起人類腦神經(jīng)退化而成癡呆的古茲菲德-雅各氏病（Creutzfeldt-Jakob disease,CJD) 病原體的貢獻(xiàn)。發(fā)現(xiàn)了朊蛋白（PRION），并在其致病機理的研究方面做出了杰出貢獻(xiàn)。
1998年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予 Rolert F. Furchgott（美國），表彰其發(fā)現(xiàn)NO是心血管系統(tǒng)的信號分子。
在尿素被人工合成之前，人們普遍認(rèn)為非生命物質(zhì)的科學(xué)法則不適用于生命體，并認(rèn)為只有生命體能夠產(chǎn)生構(gòu)成生命體的分子（即有機分子）。直到1828年，化學(xué)家弗里德里希·維勒成功合成了尿素這一有機分子，證明了有機分子也可以被人工合成。生物化學(xué)研究起始于1883年，安塞姆·佩恩（Anselme Payen）發(fā)現(xiàn)了第一個酶，淀粉酶。1896年，愛德華·畢希納闡釋了一個復(fù)雜的生物化學(xué)進(jìn)程：酵母細(xì)胞提取液中的乙醇發(fā)酵過程。“生物化學(xué)”（biochemistry）這一名詞在1882年就已經(jīng)有人使用；但直到1903年，當(dāng)?shù)聡瘜W(xué)家卡爾·紐伯格（Carl Neuberg）使用后，“生物化學(xué)”這一詞匯才被廣泛接受。隨后生物化學(xué)不斷發(fā)展，特別是從20世紀(jì)中葉以來，隨著各種新技術(shù)的出現(xiàn)，例如色譜、X射線晶體學(xué)、核磁共振、放射性同位素標(biāo)記、電子顯微學(xué)以及分子動力學(xué)模擬，生物化學(xué)有了極大的發(fā)展。這些技術(shù)使得研究許多生物分子結(jié)構(gòu)和細(xì)胞代謝途徑，如糖酵解和三羧酸循環(huán)成為可能。另一個生物化學(xué)史上具有重要意義的歷史事件是發(fā)現(xiàn)基因和它在細(xì)胞中的傳遞遺傳信息的作用；在生物化學(xué)中，與之相關(guān)的部分又常常被稱為分子生物學(xué)。1950年代，詹姆斯·沃森、佛朗西斯·克里克、羅莎琳·富蘭克林和莫里斯·威爾金斯共同參與解析了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，并提出DNA與遺傳信息傳遞之間的關(guān)系。
到了1958年，喬治·韋爾斯·比德爾和愛德華·勞里·塔特姆因為發(fā)現(xiàn)“一個基因產(chǎn)生一個酶”而獲得該年度諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。1988年，科林·皮奇福克成為第一個以DNA指紋分析結(jié)果作為證據(jù)而被判刑的謀殺犯，DNA技術(shù)使得法醫(yī)學(xué)得到了進(jìn)一步發(fā)展。2006年，安德魯·法厄和克雷格·梅洛因為發(fā)現(xiàn)RNA干擾現(xiàn)象對基因表達(dá)的沉默作用而獲得諾貝爾獎。
生物化學(xué)的三個主要分支：普通生物化學(xué)研究包括動植物中普遍存在的生化現(xiàn)象；植物生物化學(xué)主要研究自養(yǎng)生物和其他植物的特定生化過程；而人類或醫(yī)藥生物化學(xué)則關(guān)注人類和人類疾病相關(guān)的生化性質(zhì)。
物質(zhì)組成 編輯本段
生物體是由一定的物質(zhì)成分按嚴(yán)格的規(guī)律和方式組織而成的。人體約含水55－67%，蛋白質(zhì)15～18%，脂類 10～15%，無機鹽3～4% 及糖類1～2%等。從這個分析來看，人體的組成除水及無機鹽之外，主要就是蛋白質(zhì)、脂類及糖類三類有機物質(zhì)。其實，除此三大類之外，還有核酸及多種有生物學(xué)活性的小分子化合物，如維生素、激素、氨基酸及其衍生物、肽、核苷酸等。若從分子種類來看，那就更復(fù)雜了。以蛋白質(zhì)為例，人體內(nèi)的蛋白質(zhì)分子，據(jù)估計不下100000種。這些蛋白質(zhì)分子中，極少與其它生物體內(nèi)的相同。每一類生物都各有其一套特有的蛋白質(zhì)，它們都是些大而復(fù)雜的分子。其它大而復(fù)雜的分子，還有核酸、糖類、脂類等；它們的分子種類雖然不如蛋白質(zhì)多，但也是相當(dāng)可觀的。這些大而復(fù)雜的分子稱為“生物分子”。生物體不僅由各種生物分子組成，也由各種各樣有生物學(xué)活性的小分子所組成，足見生物體在組成上的多樣性和復(fù)雜性。
大而復(fù)雜的生物分子在體內(nèi)也可降解到非常簡單的程度。當(dāng)生物分子被水解時，即可發(fā)現(xiàn)構(gòu)成它們的基本單位，如蛋白質(zhì)中的氨基酸，核酸中的核苷酸，脂類中脂肪酸及糖類中的單糖等。這些小而簡單的分子可以看作生物分子的構(gòu)件，或稱作“構(gòu)件分子”。它們的種類為數(shù)不多，在每一種生物體內(nèi)基本上都是一樣的。實際上，生物體內(nèi)的生物分子僅僅是由不多幾種構(gòu)件分子借共價鍵連接而成的。由于組成一個生物分子的構(gòu)件分子的數(shù)目多，它的分子就大；因為構(gòu)件分子不只一種，而且其排列順序又可以是各種各樣，由此而形成的生物分子的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然就復(fù)雜。不僅如此，某些生物分子在不同情況下，還會具有不同的立體結(jié)構(gòu)。生物分子的種類是非常多的。自然界約一百三十余萬種生物體中，據(jù)估計總大約有種蛋白質(zhì)及種核酸；它們都是由一些構(gòu)件分子所組成。構(gòu)件分子在生物體內(nèi)的新陳代謝中，按一定的組織規(guī)律，互相連接，依次逐步形成生物分子、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞組織或器官，最后在神經(jīng)及體液的溝通和聯(lián)系下，形成一個有生命的整體。
物質(zhì)代謝 編輯本段
生物體內(nèi)有許多化學(xué)反應(yīng)，按一定規(guī)律，繼續(xù)不斷地進(jìn)行著。如果其中一個反應(yīng)進(jìn)行過多或過少，都將表現(xiàn)為異常，甚至疾病。病毒除外，病毒在自然環(huán)境下無生命反應(yīng)。生物體內(nèi)參加各種化學(xué)反應(yīng)的分子和離子，不僅有生物分子，而更多和更主要的還是小的分子及離子。有人認(rèn)為，沒有小分子及離子的參加，不能移動或移動不便的生物分子便不能產(chǎn)生各種生命攸關(guān)的生物化學(xué)反應(yīng)。沒有二磷酸腺苷（ADP）及三磷酸腺苷（ATP）這樣的小分子作為能量接受、儲備、轉(zhuǎn)運及供應(yīng)的媒介，則體內(nèi)分解代謝放出的能，將會散發(fā)為熱而被浪費掉，以致一切生理活動及合成代謝無法進(jìn)行。再者，如果沒有等離子的存在，體內(nèi)許多化學(xué)反應(yīng)也不會發(fā)生，憑借各種化反應(yīng)，生物體才能將環(huán)境中的物質(zhì)（營養(yǎng)素）及能量加以轉(zhuǎn)變、吸收和利用。營養(yǎng)素進(jìn)人體內(nèi)后，總是與體內(nèi)原有的混合起來，參加化學(xué)反應(yīng)。在合成反應(yīng)中，作為原料，使體內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)能夠生長、發(fā)育、修補、替換及繁殖。在分解反應(yīng)中，主要作為能源物質(zhì)，經(jīng)生物氧化作用，放出能量，供生命活動的需要，同時產(chǎn)生廢物，經(jīng)由各排泄途徑排出體外，交回環(huán)境，這就是生物體與其外環(huán)境的物質(zhì)交換過程，一般稱為物質(zhì)代謝或新陳代謝。據(jù)估計一個人在其一生中（按60歲計算），通過物質(zhì)代謝與其體外環(huán)境交換的物質(zhì)約相當(dāng)于60000kg水，10000kg糖類，1600kg蛋白及1000kg脂類。
物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)控制是生物體維持生命的一個重要方面。物質(zhì)代謝中絕大部分化學(xué)反應(yīng)是在細(xì)胞內(nèi)由酶促成，而且具有高度自動調(diào)節(jié)控制能力。這是生物的重要特點之一。一個小小的活細(xì)胞內(nèi)，幾近兩千種酶，在同一時間內(nèi)，催化各種不同代謝中各自特有的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)互不妨礙，互不干擾，各自有條不紊地以驚人的速度進(jìn)行著，而且還互相配合。結(jié)果，不論是合成代謝還是分解代謝，總是同時進(jìn)行到恰到好處。以蛋白質(zhì)為例，用人工合成，即使有眾多高深造詣的化學(xué)家，在設(shè)備完善的實驗室里，也需要數(shù)月以至數(shù)年，或能合成一種蛋白質(zhì)。然而在一個活細(xì)胞里，在37℃及近于中性的環(huán)境中，一個蛋白質(zhì)分子只需幾秒鐘，即能合成，而且有成百上千個不相同的蛋白質(zhì)分子，幾乎像在同一個反應(yīng)瓶中那樣，同時在進(jìn)行合成，而且合成的速度和量，都正好合乎生物體的需要。這表明，生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝必定有盡善盡美的安排和一個調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)有的知識，酶的嚴(yán)格特異性、多酶體系及酶分布的區(qū)域化等的存在，可能是各種不同代謝能同時在一個細(xì)胞內(nèi)有秩序地進(jìn)行的一個解釋。在調(diào)節(jié)控制方面，動物體內(nèi)，除神經(jīng)體液發(fā)揮著重要作用之外，作用物的供應(yīng)及輸送、產(chǎn)物的需要及反饋抑制，基因?qū)γ傅暮铣傻恼{(diào)控，酶活性受酶結(jié)構(gòu)的改變及輔助因子的豐富與缺乏的影響等因素，亦不可忽視。
結(jié)構(gòu)功能 編輯本段
組成生物體的每一部分都具有其特殊的生理功能．從生物化學(xué)的角度，則必須深入探討細(xì)胞、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)及生物分子的功能。功能來自結(jié)構(gòu)。欲知細(xì)胞的功能，必先了解其亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)；同理，要知道一種亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的功能，也必先弄清構(gòu)成它的生物分子。關(guān)于生物分子的結(jié)構(gòu)與其功能有密切關(guān)系的知識，已略有所知。例如，細(xì)胞內(nèi)許多有生物催化劑作用的蛋白質(zhì)——酶；它們的催化活性與其分子的活性中心的結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系，同時，其特異性與其作用物的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；而一種變構(gòu)酶的活性，在某種情況下，還與其所催化的代謝途徑的終末產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。又如，胞核中脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)與其在遺傳中的作用息息相關(guān)；簡而言之，DNA中核苷酸排列順序的不同，表現(xiàn)為遺傳中的不同信息，實際是不同的基因。分子生物學(xué)。
在生物化學(xué)中，有關(guān)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究，才僅僅開始；尚待大力研究的問題很多，其中重大的，有亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中生物分子間的結(jié)合，同類細(xì)胞的相互識別、細(xì)胞的接觸抑制、細(xì)胞間的粘合、抗原性、抗原與抗體的作用、激素、神經(jīng)介質(zhì)及藥物等的受體等。
繁殖遺傳 編輯本段
生物體有別于非生物的另一突出特點是具有繁殖能力及遺傳特性。一切生物體都能自身復(fù)制；復(fù)制品與原樣幾無差別，且能代代相傳，這就是生物體的遺傳特性。遺傳的特點是忠實性和穩(wěn)定性，三十多年前，對遺傳的了解，還不夠深入。基因還只是一個神秘莫測的術(shù)語。隨著生物化學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)證實，基因只不過是DNA分子中核苷酸殘基的種種排列順序而已。DNA分子的結(jié)構(gòu)已不難測得，遺傳信息也可以知曉，傳遞遺傳信息過程中的各種核糖核酸也已基本弄清，不但能在分子水平上研究遺傳，而且還有可能改變遺傳，從而派生出遺傳工程學(xué)。如果能將所需要的基因提出或合成，再將其轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)去，以改變遺傳、控制遺傳，這不但能解除人們一些疾患，而且還可以改良動、植物的品種，甚至還可能使一些生物，尤其是微生物，更好為人類服務(wù)，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，這一發(fā)展將為人類的幸福作出巨大的貢獻(xiàn)。
分類劃分 編輯本段
生物化學(xué)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(xué)等。因研究的物質(zhì)不同，又可分為蛋白質(zhì)化學(xué)、核酸化學(xué)、酶學(xué)等分支。
研究各種天然物質(zhì)的化學(xué)稱為生物有機化學(xué)。研究各種無機物的生物功能的學(xué)科則稱為生物無機化學(xué)或無機生物化學(xué)。
60年代以來，生物化學(xué)與其他學(xué)科融合產(chǎn)生了一些邊緣學(xué)科如生化藥理學(xué)、古生物化學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)等；或按應(yīng)用領(lǐng)域不同，分為醫(yī)學(xué)生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、營養(yǎng)生化等。
研究內(nèi)容 編輯本段
生物化學(xué)主要研究生物體分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)以及遺傳信息傳遞的分子基礎(chǔ)與調(diào)控規(guī)律。
生物化學(xué)組成
除了水和無機鹽之外，活細(xì)胞的有機物主要由碳原子與氫、氧、氮、磷、硫等結(jié)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(jié)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(xué)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(jì)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(rèn)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(xì)胞分化等。
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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xué)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(jìn)入三羧酸循環(huán)，最后生成二氧化碳。
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(xué)能、熱能以及光、電等能量的相互轉(zhuǎn)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(jìn)行的。這種調(diào)控有3種途徑：①通過代謝物的誘導(dǎo)或阻遏作用控制酶的合成。這是在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，如乳糖誘導(dǎo)乳糖操縱子合成有關(guān)的酶；②通過激素與靶細(xì)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酰化反應(yīng)對糖代謝的調(diào)控；③效應(yīng)物通過別構(gòu)效應(yīng)直接影響酶的活性，如終點產(chǎn)物對代謝途徑第一個酶的反饋抑制。生物體內(nèi)絕大多數(shù)調(diào)節(jié)過程是通過別構(gòu)效應(yīng)實現(xiàn)的。
結(jié)構(gòu)與功能
生物大分子的多種多樣功能與它們特定的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)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(hù)、接受和傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和基因表達(dá)等。由于結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的進(jìn)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(jié)構(gòu)分4個層次，其中二級和三級結(jié)構(gòu)間還可有超二級結(jié)構(gòu)，三、四級結(jié)構(gòu)之間可有結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域是個較緊密的具有特殊功能的區(qū)域，連結(jié)各結(jié)構(gòu)域之間的肽鏈有一定的活動余地，允許各結(jié)構(gòu)域之間有某種程度的相對運動。蛋白質(zhì)的側(cè)鏈更是無時無刻不在快速運動之中。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(chǔ)。
80年代初出現(xiàn)的蛋白質(zhì)工程，通過改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，獲得在指定部位經(jīng)過改造的蛋白質(zhì)分子。這一技術(shù)不僅為研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)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(jié)構(gòu)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(xiàn)。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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。脫氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)有不同的構(gòu)象，J.D.沃森和F.H.C.克里克發(fā)現(xiàn)的是B-結(jié)構(gòu)的右手螺旋，后來又發(fā)現(xiàn)了稱為 Z-結(jié)構(gòu)的左手螺旋。DNA還有超螺旋結(jié)構(gòu)。這些不同的構(gòu)象均有其功能上的意義。核糖核酸包括信使核糖核酸（mRNA）、轉(zhuǎn)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(dá)的調(diào)節(jié)控制是分子遺傳學(xué)研究的一個中心問題，也是核酸的結(jié)構(gòu)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(gòu)象變化與化學(xué)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和功能上的重要性在20世紀(jì)70年代才開始為人們所認(rèn)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(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使它們具有很大的信息容量，對于細(xì)胞專一地識別某些物質(zhì)并進(jìn)行相互作用而影響細(xì)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(xué)的4大研究對象。
生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)一經(jīng)測定，就可在實驗室中進(jìn)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(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應(yīng)用價值。通過 DNA化學(xué)合成而得到的人工基因可應(yīng)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(xué)研究
生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)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(jié)構(gòu)。酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、反應(yīng)動力學(xué)及作用機制、酶活性的調(diào)節(jié)控制等是酶學(xué)研究的基本內(nèi)容。通過X射線晶體學(xué)分析、化學(xué)修飾和動力學(xué)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。70年代發(fā)展起來的親和標(biāo)記試劑和自殺底物等專一性的不可逆抑制劑已成為探討酶的活性部位的有效工具。多酶系統(tǒng)中各種酶的協(xié)同作用，酶與蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的相互作用以及應(yīng)用蛋白質(zhì)工程研究酶的結(jié)構(gòu)與功能是酶學(xué)研究的幾個新的方向。酶與人類生活和生產(chǎn)活動關(guān)系十分密切，因此酶在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用一直受到廣泛的重視。
生物膜和生物力
生物膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，一般也含有糖類，其基本結(jié)構(gòu)可用流動鑲嵌模型來表示，即脂質(zhì)分子形成雙層膜，膜蛋白以不同程度與脂質(zhì)相互作用并可側(cè)向移動。生物膜與能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)與信息的傳送、細(xì)胞的分化與分裂、神經(jīng)傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)等都有密切關(guān)系，是生物化學(xué)中一個活躍的研究領(lǐng)域。
以能量轉(zhuǎn)換為例，在生物氧化中，代謝物通過呼吸鏈的電子傳遞而被氧化，產(chǎn)生的能量通過氧化磷酸化作用而貯存于高能化合物ATP中，以供應(yīng)肌肉收縮及其他耗能反應(yīng)的需要。線粒體內(nèi)膜就是呼吸鏈氧化磷酸化酶系的所在部位，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮著電站作用。在光合作用中通過光合磷酸化而生成 ATP則是在葉綠體膜中進(jìn)行的。以上這些研究構(gòu)成了生物力能學(xué)的主要內(nèi)容。
激素與維生素
激素是新陳代謝的重要調(diào)節(jié)因子。激素系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)成生物體兩種主要通訊系統(tǒng)，二者之間又有密切的聯(lián)系。70年代以來，激素的研究范圍日益擴大。如發(fā)現(xiàn)腸胃道和神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞也能分泌激素；一些生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)等也納入了激素類物質(zhì)中。許多激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)已經(jīng)測定，它們主要是多肽和甾體化合物。一些激素的作用原理也有所了解，有些是改變膜的通透性，有些是激活細(xì)胞的酶系，還有些是影響基因的表達(dá)。維生素對代謝也有重要影響，可分水溶性與脂溶性兩大類。它們大多是酶的輔基或輔酶，與生物體的健康有密切關(guān)系。
生命起源與進(jìn)化
生物進(jìn)化學(xué)說認(rèn)為地球上數(shù)百萬種生物具有相同的起源并在大約40億年的進(jìn)化過程中逐漸形成。生物化學(xué)的發(fā)展為這一學(xué)說在分子水平上提供了有力的證據(jù)。例如所有種屬的 DNA中含有相同種類的核苷酸。許多酶和其他蛋白質(zhì)在各種微生物、植物和動物中都存在并具有相近的氨基酸序列和類似的立體結(jié)構(gòu)，而且類似的程度與種屬之間的親緣關(guān)系相一致。DNA復(fù)制中的差錯可以說明作為進(jìn)化基礎(chǔ)的變異是如何發(fā)生的。生物由低級向高級進(jìn)化時，需要更多的酶和其他蛋白質(zhì)，基因的重排和突變?yōu)檫m應(yīng)這種需要提供了可能性。由此可見，有關(guān)進(jìn)化的生物化學(xué)研究將為闡明進(jìn)化的機制提供更加本質(zhì)的和定量的信息。
但是，人們對生化系統(tǒng)自身是如何起源的仍然知之甚少，在生物化學(xué)的教科書中也無人提及。其實，生化系統(tǒng)的成型也就意味著生命的誕生。最近，有學(xué)者提出原始生命是在光合系統(tǒng)的演化中開始的，能量（光能，地球上最普遍而恒久的能量來源）的轉(zhuǎn)化與利用是生化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的核心，而ATP在光合作用、代謝通路和遺傳信息之間架起了橋梁，它亦是遺傳密碼起源的關(guān)鍵（ATP中心假說）。
方法學(xué)
在生物化學(xué)的發(fā)展中，許多重大的進(jìn)展均得力于方法上的突破。例如同位素示蹤技術(shù)用于代謝研究和結(jié)構(gòu)分析；層析，特別是70年代以來全面地大幅度地提高體系性能的高效液相層析以及各種電泳技術(shù)用于蛋白質(zhì)和核酸的分離純化和一級結(jié)構(gòu)測定；X射線衍射技術(shù)用于蛋白質(zhì)和核酸晶體結(jié)構(gòu)的測定；高分辨率二維核磁共振技術(shù)用于溶液中生物大分子的構(gòu)象分析；酶促等方法用于DNA序列測定；單克隆抗體和雜交瘤技術(shù)用于蛋白質(zhì)的分離純化以及蛋白質(zhì)分子中抗原決定因子的研究等。70年代以來計算機技術(shù)廣泛而迅速地向生物化學(xué)各個領(lǐng)域滲透，不僅使許多分析儀器的自動化程度和效率大大提高，而且為生物大分子的結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)預(yù)測以及結(jié)構(gòu)功能關(guān)系研究提供了全新的手段。生物化學(xué)今后的繼續(xù)發(fā)展無疑還要得益于技術(shù)和方法的革新。
實際應(yīng)用 編輯本段
生物化學(xué)對其他各門生物學(xué)科的深刻影響首先反映在與其關(guān)系比較密切的細(xì)胞學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生理學(xué)等領(lǐng)域。通過對生物高分子結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行的深入研究，揭示了生物體物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、激素作用、免疫和細(xì)胞間通訊等許多奧秘，使人們對生命本質(zhì)的認(rèn)識躍進(jìn)到一個嶄新的階段。
生物學(xué)中一些看來與生物化學(xué)關(guān)系不大的學(xué)科，如分類學(xué)和生態(tài)學(xué)，甚至在探討人口控制、世界食品供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)等社會性問題時都需要從生物化學(xué)的角度加以考慮和研究。
此外，生物化學(xué)作為生物學(xué)和物理學(xué)之間的橋梁，將生命世界中所提出的重大而復(fù)雜的問題展示在物理學(xué)面前，產(chǎn)生了生物物理學(xué)、量子生物化學(xué)等邊緣學(xué)科，從而豐富了物理學(xué)的研究內(nèi)容，促進(jìn)了物理學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展。
生物化學(xué)是在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、某些工業(yè)和國防部門的生產(chǎn)實踐的推動下成長起來的，反過來，它又促進(jìn)了這些部門生產(chǎn)實踐的發(fā)展。
醫(yī)學(xué)生化
對一些常見病和嚴(yán)重危害人類健康的疾病的生化問題進(jìn)行研究，有助于進(jìn)行預(yù)防、診斷和治療。如血清中肌酸激酶同工酶的電泳圖譜用于診斷冠心病、轉(zhuǎn)氨酶用于肝病診斷、淀粉酶用于胰腺炎診斷等。在治療方面，磺胺藥物的發(fā)現(xiàn)開辟了利用抗代謝物作為化療藥物的新領(lǐng)域，如5-氟尿嘧啶用于治療腫瘤。青霉素的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素化療藥物的新時代，再加上各種疫苗的普遍應(yīng)用，使很多嚴(yán)重危害人類健康的傳染病得到控制或基本被消滅。生物化學(xué)的理論和方法與臨床實踐的結(jié)合，產(chǎn)生了醫(yī)學(xué)生化的許多領(lǐng)域，如：研究生理功能失調(diào)與代謝紊亂的病理生物化學(xué)，以酶的活性、激素的作用與代謝途徑為中心的生化藥理學(xué)，與器官移植和疫苗研制有關(guān)的免疫生化等。
農(nóng)業(yè)生化
農(nóng)林牧副漁各業(yè)都涉及大量的生化問題。如防治植物病蟲害使用的各種化學(xué)和生物殺蟲劑以及病原體的鑒定；篩選和培育農(nóng)作物良種所進(jìn)行的生化分析；家魚人工繁殖時使用的多肽激素；喂養(yǎng)家畜的發(fā)酵飼料等。隨著生化研究的進(jìn)一步發(fā)展，不僅可望采用基因工程的技術(shù)獲得新的動、植物良種和實現(xiàn)糧食作物的固氮；而且有可能在掌握了光合作用機理的基礎(chǔ)上，使整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的面貌發(fā)生根本的改變。
工業(yè)生化
生物化學(xué)在發(fā)酵、食品、紡織、制藥、皮革等行業(yè)都顯示了威力。例如皮革的鞣制、脫毛，蠶絲的脫膠，棉布的漿紗都用酶法代替了老工藝。近代發(fā)酵工業(yè)、生物制品及制藥工業(yè)包括抗生素、有機溶劑、有機酸、氨基酸、酶制劑、激素、血液制品及疫苗等均創(chuàng)造了相當(dāng)巨大的經(jīng)濟價值，特別是固定化酶和固定化細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用更促進(jìn)了酶工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。
70年代以來，生物工程受到很大重視。利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)貴重藥物進(jìn)展迅速，包括一些激素、干擾素和疫苗等。基因工程和細(xì)胞融合技術(shù)用于改進(jìn)工業(yè)微生物菌株不僅能提高產(chǎn)量，還有可能創(chuàng)造新的抗菌素雜交品種。一些重要的工業(yè)用酶，如α-淀粉酶、纖維素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投產(chǎn)后將會帶來更大的經(jīng)濟效益。
國防應(yīng)用
防生物戰(zhàn)、防化學(xué)戰(zhàn)和防原子戰(zhàn)中提出的課題很多與生物化學(xué)有關(guān)。如射線對于機體的損傷及其防護(hù)；神經(jīng)性毒氣對膽堿酯酶的抑制及解毒等。
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