生物化學是研究生命物質(zhì)的化學組成結(jié)構(gòu)，及生命過程中各種化學變化的生物學分支學科。

　　若以不同的生物為對象，生物化學可分為動物生化、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。

　　二十世紀六十年代以來，生物化學與其它學科又融合產(chǎn)生了—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(yīng)用領(lǐng)域不同，有醫(yī)學生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、營養(yǎng)生化等。

生物化學發(fā)展簡史

　　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，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*生物產(chǎn)生的觀點，給“生機論”以重大打擊。

　　1860年巴斯德證明發(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(fù)雜的生命活動，終于推翻了“生機論”。

　　生物化學的發(fā)展大體可分為三個階段。

　　第一階段從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(jié)構(gòu)測定、合成及理化性質(zhì)的研究。其中菲舍爾測定了很多糖和氨基酸的結(jié)構(gòu)，確定了糖的構(gòu)型，并指出蛋白質(zhì)是肚鍵連接的。1926年薩姆納制得了脲酶結(jié)晶，并證明它是蛋白質(zhì)。

　　此后四、五年間諾思羅普等人連續(xù)結(jié)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(jié)構(gòu)。

　　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)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(ATF)在能量轉(zhuǎn)換中的關(guān)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、嘌嶺、嗜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，主要特點是研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。生物化學在這一階段的發(fā)展，以及物理學、技術(shù)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。

生物化學的基本內(nèi)容

　　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。

　　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途徑的。

　　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(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行的。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。

　　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、接受和傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和基因表達等。由于結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的進展，使人們能在分子水平上深入研究它們的各種功能，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。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)。

　　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(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(jié)構(gòu)的復(fù)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(jié)構(gòu)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(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能的蛋白質(zhì)及其類似物。

　　生物體內(nèi)幾乎所有的化學反應(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。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)學上的應(yīng)用一直受到廣泛的重視。

　　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、細胞的分化與分裂、神經(jīng)傳導、免疫反應(yīng)等都有密切關(guān)系，是生物化學中一個活躍的研究領(lǐng)域。

　　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，許多激素的化學結(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，有些是改變的通透性，有些是激活細胞的酶系，還有些是影響基因的表達。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。

　　生物進化學說認為：地球上數(shù)百萬種生物具有相同的起源，并在大約40億年的進化過程中逐漸形成。生物化學的發(fā)展為這一學說在分子水平上提供了有力的證據(jù)。

　　在生物化學的發(fā)展中，許多重大的進展均得力于方法上的突破。90年代以來計算機技術(shù)廣泛而迅速地向生物化學各個領(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。

　　生物化學對其它各門生物學科的深刻影響首先反映在與其關(guān)系比較密切的細胞學、微生物學、遺傳學、生理學等領(lǐng)域。通過對生物高分子結(jié)構(gòu)與功能進行的深入研究，揭示了生物體物質(zhì)代酣、能量轉(zhuǎn)換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經(jīng)傳導、肌肉收縮、激素作用、免疫和細胞間通訊等許多奧秘，使人們對生命本質(zhì)的認識躍進到一個嶄新的階段。

　　生物學中一些看來與生物化學關(guān)系不大的學科，如分類學和生態(tài)學，甚至在探討人口控制、世界食品供應(yīng)、環(huán)境保護等社會性問題時，都需要從生物化學的角度加以考慮和研究。

　　此外，生物化學作為生物學和物理學之間的橋梁，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面前，產(chǎn)生了生物物理學、量子生物化學等邊緣學科，從而豐富了物理學的研究內(nèi)容，促進了物理學和生物學的發(fā)展。

　　生物化學是在醫(yī)學、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，它又促進了這些部門生產(chǎn)實踐的發(fā)展。

　　生物化學在發(fā)酵、食品、紡織、制藥、皮革等行業(yè)都顯示了強大的威力。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)造了相當巨大的經(jīng)濟價值，特別是固定化酶和固定化細胞技術(shù)的應(yīng)用更促進了酶工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。