第 一 章 绪 论 Introduction to Biochemistry

生物：有生命现象的物体 —— 新陈代谢，遗传与繁殖 化学：研究物质的组成、结构、性质、功能 生 物 化 学 ：生命的化学

生物化学早期主要是用化学的，也用生物学的、物理学的以及数学的原理研究各种形式的生命现象； 至20世纪下半叶，生物化学进入其发展的分子生物学时期（见发展史），研究手段又有遗传学、生物工程学、生物信息学等介入。 因此，生物化学是一门边缘学科，也是生命科学领域重要的领头学科。

一、概念： 是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，它在分子水平上探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节、及其遗传信息传递的分子基础和调控作用的科学。

生化的初级阶段：生物体内的物质，如糖类、脂类、蛋白质和核酸等等，它们的组成、结构、性质、功能等 生化的发展阶段：研究这些生物大分子在体内的一些代谢变化（如合成、分解及其过程中发生的能量变化) 分子生物学时期:是现今生物化学的一个重要分支，主要研究蛋白质及核酸等大分子的结构功能及其代谢调控的过程，从分子水平阐明生命现象。

二、生物化学的发展史 1. 19世纪末以前 生物化学的初级阶段 主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，系统研究糖、脂和蛋白质的性质，并发现了重要的遗传物质—— 核酸。

“燃烧”学说（Justus Von Liebig，19世纪20年代） —动物通过呼吸获取空气中的O2，氧化分解摄取的食物，产生水和CO2，并且释放热量，保持体温，维持活力。 物质代谢概念的产生 —比希将食物分为糖、脂和蛋白质三大类主要成分，并提出物质在生物体内可进行合成和分解两种化学过程。

2. 20世纪初 ～ 20世纪50年代 生物化学的发展阶段:此阶段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。 主要的有： 1932年 英国科学家Krebs 尿素合成的鸟氨酸循环； 1937年 英国科学家Krebs 三羧酸循环 (诺贝尔奖，1953) 1940年 德国科学家Embden和Meyerhof 糖酵解代谢途径； 等等

3.从1953年 ～ 至今 分子生物学阶段 DNA重组过程 物质代谢研究进一步发展，焦点是蛋白质与核酸 标志：1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型。

遗传中心法则的提出，遗传密码的破译 PCR技术、DNA重组技术 克隆技术 2001年2月 人类基因组计划的完成 蛋白质组学开始 克隆羊 97年生，03年死

生化发展大事记 1820s Justus von Liebig提出“燃烧”学说。 1828 Friedrick Wöhler通过氰氢铵加热获得尿素。 1833 Anselme Payen和Jean-François Persoz从麦芽中分离出淀粉酶。 1840 Liebig出版Organic Chemistry in Its Application to Agriculture and Physiology一书。这本著作可以看作是最早的一部生物化学著作。 1864 Ernst Hoppe-Seyler分离血红蛋白并制成结晶。 1865 Johann Gregor Mendel提出“遗传因子”概念。 1868 Friedrick Miescher发现“核素”（核酸早期命名）。 1877 Ernst Hoppe-Seyler创立《生理化学杂志》。

生化发展大事记 1878 Wilhelm Kühne引入“酶”的概念。 1894 Emil Fischer提出的酶催化作用的“锁-匙”学说。 1897 Eduard Buchner和Hans Buchner证明酵母提取液可催化发酵。 1926 James B Sumner制备了脲酶结晶，证明酶是蛋白质。 1930 John H. Northrop制备了胃蛋白酶、胰蛋白酶结晶。 1931 我国生物化学家吴宪提出蛋白质变性学说。 1932 Hans A. Krebs和Kurt Henseleit发现尿素循环。 1937 Hans A. Krebs揭示三羧酸循环机制。

生化发展大事记 1939 Cyrus H. Fiske、Yellapragada Subbarow和Karl Lohman分别发现ATP。 1941 Fritz Lipmann提出ATP循环学说。 George Beadle和Edward Tatum提出“一个基因一个酶”的假说。 1944 Oswald T. Avery、Colin M. Macleod、Maclyn McCarty完成细菌转化实验。 1948 Eugene Kennedy、Albert Lehniger证明氧化磷酸化在线粒体进行。

生化发展大事记 1951 Linus Pauling和Robert B. Corey发现蛋白质分子的α-螺旋。 Stanford Moore和William Stein发明蛋白质层析分离技术。 McClintock发现“跳跃基因”。 E. Chargaff提出DNA碱基组成的Chargaff法则。 1953 James D. Watson和Francis H. Crick提出DNA双螺旋结构模型。 Maurice H.F.Wilkins和Rosalind Franklin发现DNA螺旋结构。 Frederick Sanger完成胰岛素序列分析。

生化发展大事记 1955 Arthur Kornberg发现E. coli DNA聚合酶。 Mahlon Hoagland证明氨基酸参与蛋白质合成前需要被活化。 1957 Paul Zamecnik、Mary Stephenson发现氨基酸活化需要tRNA参与。 1958 M. Meselson和F. W. Stahl证明DNA半保留复制。 1960 S. B. Weiss、A. Stevens和J. A. Hurwitz三个研究组分别发现RNA聚合酶。 1961 Francis Jacob和Jacques Monod提出操纵子理论。 Synney Brenner和Crick证明遗传密码由3个连续碱基组成。 Marshall Nirencerg等揭示UUU、CCC密码。

生化发展大事记 1963 Jacob、Monod和Jean-Pierre Changeaux提出别构调节概念。 1966 H. Gobind Khorana演绎出其他密码子。 1967 B. M. Olivera、B. Weiss和S. B. Zimmerman等分别发现DNA连接酶。 1968 M. Meselson、R. Yuan 发现第一个限制性内切核酸酶。 1973 Paul Berg、Herbert Boyer和Stanley Cohen完成无性繁殖——DNA“克隆”。 1975 Frederick Sanger发明“加减法”DNA测序。 D. Pribnow报告T7启动子。

生化发展大事记 1977 Sanger提出“双脱氧终止法”改进DNA测序技术。 A. M. Maxam和W. Gilbert发明DNA化学裂解测序。 A. J. Jeffereys R. A. Flavell报告真核mRNA剪接。 1978 Harold Varmus和J. Michael Bishop发现癌基因。 1980 J. W. Gordon、F. H. Ruddle等报告转基因小鼠，同年，转基因鱼成功。 1982 Thomas Cech发现催化活性RNA。 1984 J. G. Izant、H. Weintraub报告反义RNA技术。

生化发展大事记 1985 Kary Mullis发明聚合酶链式反应（PCR）。 R. E. Hammer等显微注射制备转基因羊。 1988 S. L. Mansour、M. R. Capecchi等报告基因敲除。 1990 人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）开始启动。 1997 Ian Wilmut等通过体细胞核转移克隆绵羊Dolly。 1998 A. Fire等报告RNA干扰（RNAi）。 1999 Dunham领导的国际基因组公布22号染色体全序列。 2000 德国、日本等国际基因组公布21号染色体全序列。 NCHGR和塞莱拉（Celera）公司联合宣布人类基因组序列草图。

三、生物化学研究的主要内容 1. 生物分子的结构、功能

无机物：水、无机盐等 生物大分子：蛋白质、核酸、糖类、脂类 有机小分子：如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物。 研究各种分子的分子结构、空间结构、功能及相互识别与相互作用等

生物大分子的结构与功能 根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观点 ，要想了解细胞及亚细胞的结构和功能，必先了解构成细胞及亚细胞的生物分子的结构和功能。因此，研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。

2. 物质代谢（新陈代谢） 生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物质代谢或新陈代谢。 物质代谢的基本过程： 消化、吸收→中间代谢→排泄。 中间代谢过程：细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。

物 质 代 谢 总 图

蛋白质 糖类 脂类

3. 基因信息传递与调控 基因信息传递：涉及复制转录表达及调控等的各个过程 与遗传、变异、生长、分化等关系密切 如：遗传病、恶性肿瘤、心脑血管等发病机制 。

四、本书概要 生物大分子的结构与功能 物质代谢与调节 基因信息 的传递 专题篇 蛋白质、核酸、酶 糖代谢、脂类代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核苷酸代谢、物质代谢的联系和调节 复制、转录、翻译、基因表达调控 基因重组与基因工程 细胞信号转导、血液生化、肝生化、癌基因与抑癌基因及生长因子、基因治疗与基因诊断、常用分子生物学技术、基因组学等