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生物化学 刘 洛 生 Tel: 82378 E-mail: sheng@sdu.edu.cn 一、生物化学的概念 生化定义 研究生命现象化学本质的科学。 具体讲：用化学的理论和方法研究生物体的化学组成、结构、功能和生命活动过程中物质及能量变化规律、阐明生命现象的化学本质的学科。 简单讲：是生命的化学。 生物化学的基本内容包括 : 生物化学成为目前最活跃、发展最迅速的学科之一，主要有如下几方面原因 ： (1) 生命现象基本的化学本质已经开始被揭示。 近 50 年来 , 科学家们发现 了具有划时代意义的脱氧核糖核酸 (DNA) 双螺旋结构 , 发展了 DNA 重组技术 , 揭示了生命遗传的化学本质。 在此期间 , 蛋白质三维结构、酶作用机制、生物能量转换机制以及神经传导物质等的发现和阐明 , 使人们看到了最终揭示生命奥秘的前景 。 (2) 发现和阐明了构成生命现象的共同基础和原则。 从大肠杆菌到人类 , 从藻类到高等植物 , 虽然表面上看千差万别 , 但是 , 都存在一些最基本的共同点 : 所有的生命物体都由糖、脂、核酸和蛋白质等生物分子以及水和无机离子组成 ; 所有的生命物体的遗传信息物质都是 DNA( 极少数是 RNA), 并且具有基本相 同的遗传信息传递模式 ; 所有生命物体都具有相似的能量转换机制 ,ATP 是所有生物的能量转换中间体。 (3) 现代生物化学的发展深刻地影响着医学科学和农业科学的发展。 (4) 化学和物理科学的理论和技术的迅速发展 , 为生物化学的研究提供了先进的方法和手段 , 使人类有可能对生命现象中的前沿问题进行深入的研究。 (5) 生物化学中提出的化学问题和物理问题 , 吸引了越来越多的化学家和物理学家的参与。 生命现象中的化学问题与现代化学发展的关系 生物化学发展的历史告诉我们 , 生物化学是在不断地研究和阐明生命现象中的化学问题过程中发展起来的。 几乎所有生物化学的重要发现和突破 , 都包含了大量化学方面的研究工作。 例如 , 三竣酸循环的发现和阐明 , 遗传物质 DNA 的确定以及 DNA 双螺旋结构的发现 , 蛋白质的组成和结构测定等 , 都是生物化学家和化学家们共同努力的结果。 生物化学与化学科学之间的相互渗透、相互促进 , 对于生物化学和化学的发 展都起着极其重要作用。 现代生物化学的发展，需要化学学科更深人的渗透和融合。 生命科学中化学问题的研究已经成为化学学科的重要研究内容。 对这些问题的深入研究和阐明 , 不仅对于生命科学的发展具有重要意义 , 而且必将对化学学科本身的发展产生深远影响。 例如 , 酶为什么具有催化作用 , 而且具有特殊的选择性和高效性 ? 为了阐明酶的这一特性 , 就需要详细研究酶分子的化学组成、特殊的立体结构、 酶分子中各种基团的相互影响 , 以及酶分子与底物分子之间的相互作用等。在此基础上 , 发展和建立了两个新的化学研究领域 : ①模型酶的研究 , 已经成为现代有机化学、无机化学和理论化学的重要发展方向。 细胞中的很多结构单元都是执行某种功能的微型机器： 核糖体是按照基因密码的指令安排氨基酸顺序制造蛋白质分子的加工器； 高尔基体是给新制造的蛋白质进行修饰的加工厂； 加工好的蛋白质可以按照信号肽的指令由膜囊泡运送到确定的部位发挥功能； 完成了功能使命的蛋白质会被贴上标签送去被水解成氨基酸成为合成新蛋白的原材料。 “反应停”的两种手性结构分子 被反应停夺去胳膊的孩子们 威廉·诺尔斯 美国 2001——化学奖 在不对称合成方面 野依良治 日本 巴里·夏普雷斯 美国 ??? 1、? 生物体的化学组成 组成生命体的物质是极其复杂的 , 但是它们的元素组成则比较简单。 在地 球上存在的 92 种天然元素中 , 只有 28 种 元素在生物体内被发现。 生化与其他学科的关系 以生物体为研究对象的生物学科有很多分支： 生物体 动物、植物 生物学 器官 心、肝、肺根、茎、叶、花、果实、等 组织 机械组织、输导组织、肌肉组织等 细胞 红细胞、白细胞、叶肉细胞、薄壁细胞、 细胞生物学 细胞器 线粒体、叶绿体、内质网、细胞核等 生物超分子复合物 染色体、核糖体、糖蛋白、 多酶复合物等 生物化学 生物大分子 多糖、蛋白质、核酸、脂类