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

　　若以不同的生物為對象，生物化學(xué)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)。

　　二十世紀(jì)六十年代以來，生物化學(xué)與其它學(xué)科又融合產(chǎn)生了—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，有醫(yī)學(xué)生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、營養(yǎng)生化等。

生物化學(xué)發(fā)展簡史

　　生物化學(xué)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，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，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(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(xué)的發(fā)展大體可分為三個階段。

　　第一階段從19世紀(jì)末到20世紀(jì)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(rèn)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(xué)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(jì)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(rèn)識。

　　當(dāng)然，這種階段的劃分是相對的。對生物合成途徑的認(rèn)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(jì)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(xué)在這一階段的發(fā)展，以及物理學(xué)、技術(shù)科學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細胞學(xué)等其他學(xué)科的滲透，產(chǎn)生了分子生物學(xué)，并成為生物化學(xué)的主體。

生物化學(xué)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(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(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(xué)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(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(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(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能的蛋白質(zhì)及其類似物。

　　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。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(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。

　　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(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(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)。

　　在生物化學(xué)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(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。

　　生物化學(xué)對其它各門生物學(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(dǎo)、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(rèn)識躍進到一個嶄新的階段。

　　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，它又促進了這些部門生產(chǎn)實踐的發(fā)展。

　　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(dāng)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。