第一章　绪论

【学习目标】

掌握：生物化学的概念。

熟悉：生物化学的研究内容。

了解：生物化学的发展过程；生物化学与医学的关系。

生物体是由各种化学物质构成的，这些组成成分在体内不断地进行着各种化学变化，以维持正常的生命活动。生物化学就是一门研究生物体的化学组成以及生命过程中发生的各种化学变化规律的科学。生物化学是从分子水平来探讨生命现象的化学本质，所以又被称为生命的化学。生物化学是生命科学领域的前沿学科，在医药学、农业、工业等领域具有广泛的应用。

生物化学按照研究对象的不同，可分为动物生物化学、植物生物化学、微生物生物化学等分支。以人体为主要研究对象的生物化学称为医学生物化学，它在分子水平探讨生命过程的本质及疾病发病机制，是一门非常重要的医学基础课程。

★ 考点提示：生物化学的概念

一、生物化学的发展简史

生物化学是随着人们的生产和生活实践逐渐发展起来的。在我国，劳动人民在生产、生活实践中掌握了很多生物化学的知识和技术并代代相传。例如，公元前21世纪我国人民已能酿酒，这是我国古代用“曲”作“媒”（即酶）催化谷物淀粉发酵的实践；同一时期，我们的祖先已能用豆、谷、麦等原料，制成酱、饴、醋等，也是利用酶进行的生化过程；在我国汉代已能制作豆腐，这是利用了蛋白质沉淀的性质；唐代“药王”孙思邈用猪肝治疗雀目，实际是用富含维生素A的猪肝治疗夜盲症等。

18世纪后期，随着有机化学及生物学等学科的发展，科学家开始应用化学、物理学及生物学的原理及方法研究生命现象。1903年德国学者纽伯（C.Neuberg）提出“生物化学”这一名称，标志着生物化学成为一门独立的学科。其发展历程可大致分为三个阶段。

（一）静态生物化学阶段

18世纪中叶到20世纪初是生物化学的初级阶段，又称静态生物化学阶段或叙述生物化学阶段。在这期间，主要工作是对生物体的各种组成成分进行分离、纯化，进而确定生物体的化学组成、结构及理化性质。1815年至1832年期间法国科学家Braconnot H鉴定出脂肪、甘氨酸、亮氨酸及纤维素等生物体组成成分；19世纪末，人们又确定了生物体内的单糖、二糖及淀粉等多糖的基本组成和结构；1865年瑞士科学家Miescher F发现了核酸；1902年Fischer H首次证明蛋白质是由不同氨基酸组成的；化学家Ernst Hoppe-Seyler首次从血液中分离出血红蛋白，并于1864年制成结晶，证明“血液的红色是由血红蛋白的颜色引起的”；对酵母发酵过程的研究发现了能催化生物化学反应的“可溶性催化剂”，奠定了酶学的基础。

（二）动态生物化学阶段

从20世纪初期开始，生物化学进入了蓬勃发展的阶段。这个时期重点研究物质的代谢转变，故称动态生物化学阶段。随着对生物分子认识的积累，科学家开始研究这些生物分子在体内的化学变化。到20世纪50年代，基本确定了生物体内主要物质的基本代谢途径及其与能量代谢的关系，例如糖酵解过程、三羧酸循环、尿素合成过程、脂肪酸β-氧化、ATP生成方式氧化磷酸化等。这一时期另外一些重要研究成果是：在内分泌方面，发现垂体激素、胰岛素、胰高血糖素、雌二醇、孕酮等多种激素；在营养学方面，发现必需脂肪酸、必需氨基酸和多种维生素；在酶学方面，制备了脲酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶结晶，证明酶的化学本质是蛋白质。

（三）分子生物学时期

20世纪后半叶以来，生物化学飞速发展，进入了分子生物学时期。1953年青年科学家Watson J和Crick F提出DNA双螺旋结构模型，标志着生物化学的发展进入了以核酸和蛋白质等生物大分子为主要研究内容的分子生物学时期。此后，对DNA的复制、RNA的转录及蛋白质的合成过程进行了深入的研究，提出了遗传信息传递的中心法则。20世纪70年代，重组DNA技术建立，使基因操作几乎无所不能，人们主动改造生物体成为可能。20世纪末发动的人类基因组计划是人类生命科学中的又一伟大创举，它揭示了人类遗传学图谱的基本特点，将为人类的健康和疾病的研究带来根本性的变革。在人类基因组计划之后，功能基因组的研究迅速崛起，从基因组整体水平上对基因的活动规律进行研究。在人类基因组计划和功能基因组研究的基础上，1994年Wilkins等提出蛋白质组学的概念，蛋白质组学在整体水平上研究组织细胞蛋白质的组成及动态变化。“组学”的发展使人类对生命的认识又从单个分子的研究回归整体，更有利于揭示生命的奥秘。分子生物学的基本理论和技术正在给医药卫生领域带来一场新的变革。

二、生物化学的研究内容

（一）生物分子的组成、结构与功能

生物体由蛋白质、核酸、糖类、脂类、水及无机盐等物质组成，其中蛋白质、核酸、多糖等分子量大、结构和功能复杂，称为生物大分子。结构复杂的生物大分子都是由种类有限的有机小分子物质构成的，例如蛋白质是由氨基酸组成的，核酸的基本组成单位是核苷酸。核酸和蛋白质对生命体具有极其重要的意义，核酸是遗传信息的载体，而蛋白质是遗传信息的表达产物，是生命活动的具体执行者。

生物体内的组成物质有的直接来自体外，如水、无机盐和维生素，大部分是利用食物消化吸收的物质在体内重新合成。通常将糖、脂类、蛋白质、水、无机盐及维生素等称为人体需要的六大营养素，必须从食物摄取。食物中核酸消化吸收的产物大多直接分解代谢排出体外，体内的核苷酸主要来自机体的自身合成，因此核酸不属于饮食中必需的营养素。

大分子物质结构复杂，都具有特定的基本结构和空间结构，其结构与功能之间关系密切，结构是功能的基础。

（二）物质代谢与调节

生命的基本特征是新陈代谢。在生物体的整个生命过程中，一方面机体不断地从外界摄取营养物质，合成自身组织，同时储存能量，称为合成代谢；另一方面又不断将其自身组织进行分解，形成代谢废物排出体外，同时释放能量供机体需要，称为分解代谢。这种机体与周围环境之间进行物质交换和能量交换，以实现自我更新的过程即新陈代谢。据估计，一个人在一生中（以60岁年龄计算）与外环境交换的物质，约相当于60000kg水、10000kg糖类、1600kg蛋白质及1000kg脂类。

体内的物质代谢主要包括糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢及核苷酸代谢等，其代谢过程往往由一系列连续的由酶催化的化学反应所构成，各种代谢途径错综复杂又相互联系。在一个细胞中，同一时间有近2000多种酶催化着不同代谢途径中的各种化学反应，并使其互不干扰、有条不紊地以惊人的速度进行着，这是因为体内有完善的调节系统，来精准调控各种物质代谢途径的速度和方向，以适应机体的生理需求。一旦调节系统出现异常，就会引起物质代谢的紊乱，进而导致疾病的发生。例如糖尿病就是因调节糖代谢的胰岛素功能下降而引起的。

生命活动是靠物质代谢来维持的，认识物质代谢及其调节对于我们了解生命活动的基本规律、探讨疾病的发病机制及对疾病的预防和诊断，都具有重要的意义。

（三）遗传信息的传递与表达

生命的另一重要特征是具有繁殖能力和遗传特性。生物体在繁衍后代的过程中，遗传信息代代相传。DNA是遗传的主要物质基础，基因即DNA分子中储存遗传信息的基本单位。繁殖就是遗传信息在亲代和子代之间的传递，体细胞的分裂增殖就是遗传信息在个体内部的传递。遗传信息的传递与表达涉及DNA复制、转录、翻译等一系列过程。遗传信息通过这一系列的传递过程，最终生成具有各种功能的蛋白质。遗传信息的传递与表达涉及遗传、变异、生长及分化等诸多生命过程，也与遗传疾病、恶性肿瘤、心血管病等多种疾病的发生机制有关。因此，遗传信息的传递与表达及其调控机制，是现代生物化学研究的中心环节。

★ 考点提示：生物化学的主要研究内容

三、生物化学与医学的关系

生物化学是一门必修的基础医学课程，也是生命科学中进展最为迅速的学科之一。生物化学的理论和技术已经渗透到医学的各个学科和领域，成为各学科、各领域进一步研究和发展不可或缺的知识和技术支撑。如果把解剖学作为医学各学科的“宏观基础”，那么生物化学就是医学各学科的“微观基础”。尤其是分子生物学原理及技术的应用，加速了现代医学的发展。

人类的健康有赖于体内的生物分子保持正常的结构与功能及有序的代谢过程，而疾病的发生、发展都有其分子基础。因此，生物化学的基本理论有助于我们在分子水平认识疾病，理解疾病的发生、发展机制，对于疾病的预防、诊断、治疗等有着重要作用。

生物化学检验技术是重要的临床检验技术，通过对血、尿、脑脊液等样品中蛋白质、酶类、葡萄糖、脂类、胆红素等分子的检测，帮助临床医生诊断疾病、评价治疗效果和分析预后。1978年，首次应用基因诊断技术对镰刀形红细胞贫血进行了产前诊断，开创了分子诊断的新时代，目前基因诊断已广泛应用于感染性疾病、肿瘤、遗传性疾病等的临床检测。

通过生物技术生产的生物制品在临床诊断、治疗和疾病预防中起着越来越重要的作用。例如，目前使用的乙肝疫苗是基因工程疫苗，具有很好的免疫效果；现阶段临床最常使用的胰岛素是利用重组DNA技术获得的高纯度的人胰岛素，克服了猪胰岛素或牛胰岛素易产生抗体的缺陷。随着生物技术的迅速发展，各种免疫、诊断制品和治疗用生物药品不断涌现，推动了新的预防、诊断、治疗方法的建立。

生物化学与护理学也是密不可分的。新型护理人才要具备很多方面的能力，如护理基本操作技术、对常见病和多发病病情及用药反应的观察、对患者进行的健康评估及健康教育、对大众的卫生保健指导等，这些无不与生物化学基本知识和技术紧密相关。因此，生物化学是护理学教育中非常重要的一门专业基础课，生物化学基本理论和技术可广泛应用于营养学、临床输液、临床护理观察和处理、生化检验、临床治疗用药等很多方面。因此，学习生物化学知识，对护理人才非常重要。

★ 考点提示：生物化学与医学的关系

思考题

一、名词解释

1．生物化学

2．生物大分子

二、填空题

1．生物体主要由______、______、______、______、水和无机盐组成。

2．____________标志着生物化学的发展进入分子生物学阶段。

三、简答题

1．简述生物化学的主要研究内容。

2．简述生物化学与医学的关系。

（梁金环）