生物化学12.515第五节核酸序列分析.515Section5NUCLEICACIDSEQUENCING第六节生物芯片技术.517Section6 BIOLOGICALCHIPTECHNOLOGY.517第七节生物大分子相互作用分析技术.519Section7ANALYTICTECHNIQUESFORBIOMACROMOLECULAR519INTERACTIONS第二十四章生物信息学在生物大分子结构与功能研究中的应用，526CHAPTER24 BIOINFORMATICSFORTHESTRUCTURALANDFUNCTIONAL.526STUDIESOFBIOLOGICALMACROMOLECULES第一节概述526.526Section1INTRODUCTION第二节生物数据库和检索工具.527.527Section2BIOLOGICALDATABASESANDSEARCH/RETRIEVALTOOLS第三节核酸和蛋白质序列对位排列分析.531Section3ANALYSISOFSEQUENCEALIGNMENTSOFNUCLEICACIDSANDPROTEINS..531第四节..535基因组学、蛋白质组学及其他组学分析，.535Section4GENOMICS,PROTEOMICSANDOTHER-OMICSANALYSIS...542第五节蛋白质结构分类与预测...542Section5PROTEINSTRUCTURECLASSIFICATIONANDPREDICTION..546第六节蛋白质功能分析.546Section6ANALYSISOFPROTEINFUNCTIONS中英文专业词汇索引..554576英中文专业词汇索引
12 生物化学 第五节 核酸序列分析 .515 Section 5 NUCLEIC ACID SEQUENCING .515 第六节 生物芯片技术 .517 Section 6 BIOLOGICAL CHIP TECHNOLOGY .517 第七节 生物大分子相互作用分析技术 .519 Section 7 ANALYTIC TECHNIQUES FOR BIOMACROMOLECULAR INTERACTIONS .519 第二十四章 生物信息学在生物大分子结构与功能研究中的应用 .526 CHAPTER 24 BIOINFORMATICS FOR THE STRUCTURAL AND FUNCTIONAL STUDIES OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES .526 第一节 概述 .526 Section 1 INTRODUCTION .526 第二节 生物数据库和检索工具 .527 Section 2 BIOLOGICAL DATABASES AND SEARCH/RETRIEVAL TOOLS .527 第三节 核酸和蛋白质序列对位排列分析 .531 Section 3 ANALYSIS OF SEQUENCE ALIGNMENTS OF NUCLEIC ACIDS AND PROTEINS .531 第四节 基因组学、蛋白质组学及其他组学分析 .535 Section 4 GENOMICS, PROTEOMICS AND OTHER -OMICS ANALYSIS .535 第五节 蛋白质结构分类与预测 .542 Section 5 PROTEIN STRUCTURE CLASSIFICATION AND PREDICTION .542 第六节 蛋白质功能分析 .546 Section 6 ANALYSIS OF PROTEIN FUNCTIONS .546 中英文专业词汇索引.554 英中文专业词汇索引.576 PUMP
第一章绪论CHAPTER1INTRODUCTIONTOBIOCHEMISTRY第一节生命与生物化学Section1 LIFEANDBIOCHEMISTRY一、生命是生物体区别于非生命物质所具有的全部特征LifeIstheSumofthePropertiesThat Distinguish Organisms from Nonliving Matter根据霍罗维茨（Horowitz）关于“生命体系具有复制、催化和可变的特征”的论述，生命（life）可被解释为，是一个具有功能的细胞、一组细胞或一个有生命的生物体的存在状态，即包括人类在内的动物、植物和微生物区别于非生命物质所具有的全部特性一一新陈代谢、生殖和遗传、反应和适应、生长、运动以及其他复杂功能。其中，新陈代谢、生殖和遗传、反应和适应是区分生物体与非生物体、有生命与无生命之间的基本界限。（一）代谢是有生命机体的最基本的特征有生命机体的化学组成在不断地变化。有生命的生物体能将环境中的物质（营养素）及能量（如光能）加以吸收、转换和利用。所有生命机体均可将从环境摄取的营养素在体内通过合成反应转变为各种结构分子和功能分子，维持个体生长、发育、更新和修复。同时，生物体还可进行分解反应，使营养物质分解，放出能量，供生命活动需要；同时产生废物，排出体外；这就是生物体与环境的物质交换一一新陈代谢。按生物化学术语，代谢（metabolism）系指在活的体一个细胞、组织、器官或有机体一一内所发生的全部化学和物理变化。这些代谢反应或变系一化几乎全是酶促反应，包括营养素的变化、废物的排泄、能量转换、合成和降解过程，以及生物体的所有其他功能。代谢分为由合成反应（syntheticreaction）组成的合成代谢（anabolism）与由降解反应（degradativereaction）组成的分解代谢（catabolism）。代谢是生命的最基本特征之一。代谢一旦停止，生命也将终止。（二）反应和适应是有生命体的基本特征之一活的生物体必须对环境变化，即刺激（stimulus）做出适当反应，发生应答，使细胞、组织或有生命个体适应环境变化。刺激-反应偶联（stimulus-responsecoupling）的分子机制涉及信号转导。如果细胞或生物体不能对环境变化发生适当反应，或反应与环境变化不协调，生物体就不能适应环境。短暂的不适应还可以调整，长时期不适应，生物体就会生病，甚至死亡。反应（response）和适应（adaptability）是生物体普遍具有的能力。生物体对环境变化的反应方式多种多样，有简单或复杂的，低级或高级的。无论何种形式的有生命物体，对环境做出的适应性调整均与细胞或生物体的代谢及其调节有关。动物体的这种调节与神经系统和体液的调节功能有关。（三）有生命体的另一个基本特性是繁殖和遗传生物体能产生与自己类似的个体，即繁殖或生殖（reproduction）；单个活细胞可以分裂为两个子代细胞，即增殖（proliferation）。高等动物的繁殖过程要比单细胞和植物复杂得多。在繁殖过程中，“种瓜得瓜，种豆得豆”，新生的子代总是与亲代相同或相似，这就是生物遗传1
1 1 第一章 绪 论 CHAPTER 1 INTRODUCTION TO BIOCHEMISTRY 第一节 生命与生物化学 Section 1 LIFE AND BIOCHEMISTRY 一、生命是生物体区别于非生命物质所具有的全部特征 Life Is the Sum of the Properties That Distinguish Organisms from Nonliving Matter 根据霍罗维茨（Horowitz）关于“生命体系具有复制、催化和可变的特征”的论述，生命 （life）可被解释为，是一个具有功能的细胞、一组细胞或一个有生命的生物体的存在状态，即包 括人类在内的动物、植物和微生物区别于非生命物质所具有的全部特性——新陈代谢、生殖和遗 传、反应和适应、生长、运动以及其他复杂功能。其中，新陈代谢、生殖和遗传、反应和适应 是区分生物体与非生物体、有生命与无生命之间的基本界限。 （一）代谢是有生命机体的最基本的特征 有生命机体的化学组成在不断地变化。有生命的生物体能将环境中的物质（营养素）及能量 （如光能）加以吸收、转换和利用。所有生命机体均可将从环境摄取的营养素在体内通过合成反 应转变为各种结构分子和功能分子，维持个体生长、发育、更新和修复。同时，生物体还可进 行分解反应，使营养物质分解，放出能量，供生命活动需要；同时产生废物，排出体外；这就 是生物体与环境的物质交换——新陈代谢。按生物化学术语，代谢（metabolism）系指在活的体 系——一个细胞、组织、器官或有机体——内所发生的全部化学和物理变化。这些代谢反应或变 化几乎全是酶促反应，包括营养素的变化、废物的排泄、能量转换、合成和降解过程，以及生 物体的所有其他功能。代谢分为由合成反应（synthetic reaction）组成的合成代谢（anabolism）与 由降解反应（degradative reaction）组成的分解代谢（catabolism）。代谢是生命的最基本特征之一。 代谢一旦停止，生命也将终止。 （二）反应和适应是有生命体的基本特征之一 活的生物体必须对环境变化，即刺激（stimulus）做出适当反应，发生应答，使细胞、组织 或有生命个体适应环境变化。刺激＿反应偶联（stimulus-response coupling）的分子机制涉及信号 转导。如果细胞或生物体不能对环境变化发生适当反应，或反应与环境变化不协调，生物体就 不能适应环境。短暂的不适应还可以调整，长时期不适应，生物体就会生病，甚至死亡。反应 （response）和适应（adaptability）是生物体普遍具有的能力。生物体对环境变化的反应方式多种 多样，有简单或复杂的，低级或高级的。无论何种形式的有生命物体，对环境做出的适应性调整 均与细胞或生物体的代谢及其调节有关。动物体的这种调节与神经系统和体液的调节功能有关。 （三）有生命体的另一个基本特性是繁殖和遗传 生物体能产生与自己类似的个体，即繁殖或生殖（reproduction）；单个活细胞可以分裂为 两个子代细胞，即增殖（proliferation）。高等动物的繁殖过程要比单细胞和植物复杂得多。在 繁殖过程中，“种瓜得瓜，种豆得豆”，新生的子代总是与亲代相同或相似，这就是生物遗传 PUMP
生物化学2（heredity）。任何生物个体都不能长生不老，总是要死亡的，如果没有繁殖和遗传，这种生物就将绝种；有了繁殖和遗传，物种/生命得以延续。二、化学是所有有生命机体的共同“语言”ChemistryIstheUniversalLanguage of Living Organisms组成生物体的物质成分与非生物体不同。除水和无机盐，所有生物体都含有蛋白质、脂质、糖类、核酸（DNA和RNA）和其他有机化合物（如维生素）等。这些化合物就是所谓的生物分子。不同种类生物体的这些生物分子的种类和含量不完全相同，这就是物种多样性的道理。尽管组成不同生物体的蛋白质、脂质、糖类、核酸不同，但这些有机化合物又都是由碳（C）、氢（H）氧（O）、氮（N）、磷（P）和其他一些化学元素组成的，它们在各种生物体内进行的化学反应途径基本上都是一样的，即生命活动（代谢、繁殖、遗传等）规律基本相同，体现了生命现象的一致性。亚瑟·肯伯格（ArthurKornberg）在哈佛大学医学院建院100周年时说“所有的有生命体都有一个共同的语言一一化学”，道理就在于此。20世纪末，随着人类、动物、植物和微生物基因组DNA全序列分析普遍开展，自然界生物的多样性和一致性通过基因组DNA实现广统一，生命活动的最根本物质一一DNA是生命体的“共同语言”也得到了最充分的体现。三、生物化学与分子生物学二者紧密联系而难以分割BothBiochemistryand Molecular Biology Are Closely Interrelated That Separation IsBarelyPossible（一）生物化学从分子水平揭示生命形式的结构和功能简而言之，生物化学（biochemistry，biologicalchemistry）是研究生物体系及其组成的化学的科学。换而言之：生物化学是在分子水平研究、揭示有生命体系的化学组成、（物质和能量）代谢与调节，以及其他与生命过程相关的科学。因为生命体系的化学反应，包括物质代谢和能量代谢始终在不断变化中，所以有生命机体的化学组成成分也在不断变化中。所有化学反应及化学组成的变化不是杂乱无章的，而是在酶的调节下有序地进行；根据“一个基因一个酶”（onegeneoneenzyme）理论，酶活性在不同组织细胞内的时空性表达或分布主要依赖基因信息的传递，因此，有生命体系的化学组成、化学反应变化及其调节归根结底是通过基因活动实现的。一言以蔽之，生物化学是研究有生命体系的化学组成、代谢、营养、能量学、酶的功能及基因信息传递的科学，同时也研究生命体的细胞结构和分子疾病。（二）分子生物学是在分子水平研究生物特征和变化的化学和物理学基础不同领域的人对分子生物学（molecularbiology）有不同的解释。一种解释是，从分子水平研究、揭示各种生物或生命过程，特别是细胞成分的化学和物理性质及变化，以及这些性质、变化与生命现象的联系。另一种解释是，分子生物学是研究生物特征和变化的化学、物理基础，尤其是涉及基因的结构、复制及表达，以及基因产物的结构、相互作用及生理功能为主的研究。后一种解释可以理解为，在分子水平揭示生命特征的化学、物理基础，更多的是侧重基因、基因产物的结构和功能研究，也就是较早提出的生化遗传学（biochemicalgenetics）概念。（三）生物化学与分子生物学密切相关而不可分割通过比较分子生物学的两种释义与生物化学的概念及其研究内容，不难看出分子生物学与生物化学有一个共同点一一都是从分子水平，即分子的结构和功能解释生命行为的科学，因而二者密切相关，不可分割。因此，在生物化学编年史中，甚至有人将分子生物学看作生物化学发展的新阶段（FrankB.Armstrong：Biochemistry）。尽管这种提法显得多少有些“专横”，但是如果将生物化学（研究有生命体系的化学组成、代谢、营养、能量学、酶的功能及基因信息传递的科学）
2 生物化学 1 （heredity）。任何生物个体都不能长生不老，总是要死亡的，如果没有繁殖和遗传，这种生物就 将绝种；有了繁殖和遗传，物种 / 生命得以延续。 二、化学是所有有生命机体的共同“语言” Chemistry Is the Universal Language of Living Organisms 组成生物体的物质成分与非生物体不同。除水和无机盐，所有生物体都含有蛋白质、脂质、 糖类、核酸（DNA 和 RNA）和其他有机化合物（如维生素）等。这些化合物就是所谓的生物 分子。不同种类生物体的这些生物分子的种类和含量不完全相同，这就是物种多样性的道理。 尽管组成不同生物体的蛋白质、脂质、糖类、核酸不同，但这些有机化合物又都是由碳（C）、 氢（H）、氧（O）、氮（N）、磷（P）和其他一些化学元素组成的，它们在各种生物体内进行 的化学反应途径基本上都是一样的，即生命活动（代谢、繁殖、遗传等）规律基本相同，体现 了生命现象的一致性。亚瑟·肯伯格（Arthur Kornberg）在哈佛大学医学院建院 100 周年时说 “所有的有生命体都有一个共同的语言——化学”，道理就在于此。20 世纪末，随着人类、动 物、植物和微生物基因组 DNA 全序列分析普遍开展，自然界生物的多样性和一致性通过基因 组 DNA 实现了统一，生命活动的最根本物质——DNA 是生命体的“共同语言”也得到了最充 分的体现。 三、生物化学与分子生物学二者紧密联系而难以分割 Both Biochemistry and Molecular Biology Are Closely Interrelated That Separation Is Barely Possible （一）生物化学从分子水平揭示生命形式的结构和功能 简而言之，生物化学（biochemistry，biological chemistry）是研究生物体系及其组成的化学 的科学。换而言之，生物化学是在分子水平研究、揭示有生命体系的化学组成、（物质和能量） 代谢与调节，以及其他与生命过程相关的科学。因为生命体系的化学反应，包括物质代谢和能量 代谢始终在不断变化中，所以有生命机体的化学组成成分也在不断变化中。所有化学反应及化学 组成的变化不是杂乱无章的，而是在酶的调节下有序地进行；根据“一个基因一个酶”（one gene one enzyme）理论，酶活性在不同组织细胞内的时空性表达或分布主要依赖基因信息的传递，因 此，有生命体系的化学组成、化学反应变化及其调节归根结底是通过基因活动实现的。一言以蔽 之，生物化学是研究有生命体系的化学组成、代谢、营养、能量学、酶的功能及基因信息传递 的科学，同时也研究生命体的细胞结构和分子疾病。 （二）分子生物学是在分子水平研究生物特征和变化的化学和物理学基础 不同领域的人对分子生物学（molecular biology）有不同的解释。一种解释是，从分子水平 研究、揭示各种生物或生命过程，特别是细胞成分的化学和物理性质及变化，以及这些性质、 变化与生命现象的联系。另一种解释是，分子生物学是研究生物特征和变化的化学、物理基础， 尤其是涉及基因的结构、复制及表达，以及基因产物的结构、相互作用及生理功能为主的研究。 后一种解释可以理解为，在分子水平揭示生命特征的化学、物理基础，更多的是侧重基因、基 因产物的结构和功能研究，也就是较早提出的生化遗传学（biochemical genetics）概念。 （三）生物化学与分子生物学密切相关而不可分割 通过比较分子生物学的两种释义与生物化学的概念及其研究内容，不难看出分子生物学与生 物化学有一个共同点——都是从分子水平，即分子的结构和功能解释生命行为的科学，因而二者 密切相关，不可分割。因此，在生物化学编年史中，甚至有人将分子生物学看作生物化学发展的 新阶段（Frank B. Armstrong ：Biochemistry）。尽管这种提法显得多少有些“专横”，但是如果将 生物化学（研究有生命体系的化学组成、代谢、营养、能量学、酶的功能及基因信息传递的科学） PUMP
第一章绪论3与生化遗传学（涉及基因的结构、复制及表达，以及基因产物的结构、相互作用及生理功能为主的研究）进行比较，两者内容确实重叠或连续；尤其在20世纪50年代以后，生物化学研究集中涉及遗传信息传递，这与分子生物学关于基因结构、复制及表达，以及基因产物的结构、相互作用及生理功能为主的研究内容和目标不谋而合。因此，如果说生物化学经历叙述生物化学、动态生物化学和机能生物化学3个阶段（刘思职：《生物化学大纲》：张昌颖：《生物化学》）那么以基因活动为基础，以酶和各种调节蛋白为代表的基因产物的结构、功能对代谢的影响或调节正是自前机能生物化学阶段，即分子生物学的主要研究任务之一如果说有什么差别，生物化学早期主要是用化学的，也用物理学及生物学的原理与技术研究各种形式的生命现象；至20世纪下半叶，生物化学进人机能生物化学阶段，研究手段又有分子遗传学、生物工程学、结构生物学、生物信息学及计算生物学等介人。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之一。第二节生物化学发展历史Section2THEHISTORYOFBIOCHEMISTRY、19世纪的叙述生物化学是生物化学发展史的第一个阶段DescriptiveBiochemistry in Nineteenth Century Is the First Stage of Biochemical History（一）尿素合成使“活力论”遭遇第一次打击18世纪后半叶，倡导“活力论”（vitalforcetheory）者一直相信“是一种神力赋予了生命现象”。有机化合物只存在于生物体，在非生物体是不存在的。例如，尿素（urea）是一种只存在于有生命机体的有机化合物。1828年，化学家弗里德利克·魏勒（FriedrickWohler）将氰氢铵加热产生了尿素。加热NCONH,H,NCONH,氰氢铵尿素体外生成尿素的事实不仅对当时的“活力论”是一种严峻的挑战，而且也是有机化学与无机化学的分水岭。从此，生命的化学研究发展迅速，很多科学先驱开始应用化学“语言”解释生命特性。（二）“燃烧”学说使“活力论”再次遭遇重创动物能产热，维持体温。“活力论”者认为这也是一种超自然力主宰的结果。早在1785年，拉瓦锡（A.L.Lavoisier）就发现动物会吸人O2：呼出CO2。与魏勒同时代的年轻科学家尤斯图斯·冯·李比希（JustusVonLiebig）通过动物、植物生理学相关的化学研究，在19世纪20年代间提出了“燃烧”学说一一动物通过呼吸获取空气中的Oz，氧化分解摄取的食物，产生H，O和CO，并释放热量，保持体温，维持活力。同时，李比希解释厂农业施肥的道理。李比希将食物分为糖类、脂质和蛋白质3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。通过合成反应，生物体将消化、吸收的小分子物质（葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等）变为自身的大分子物质（糖类、脂质、蛋白质类和核酸类），构建了自己；通过分解反应，生物体将自身的大分子物质变为小分子物质，这些小分子物质与吸收过剩的小分子物质经氧化变为H,O和CO2，同时放出能量，维持生命活动。物质代谢的概念就这样产生了。李比希基于他的发现总结、归纳，于1840年出版了《有机化学在农业和生理学中的应用》（OrganicChemistryinItsApplicationtoAgricultureandPhysiology）一书。这本著作是最早的一部生物化学专著
第一章 绪 论 3 1 与生化遗传学（涉及基因的结构、复制及表达，以及基因产物的结构、相互作用及生理功能为主 的研究）进行比较，两者内容确实重叠或连续；尤其在 20 世纪 50 年代以后，生物化学研究集中 涉及遗传信息传递，这与分子生物学关于基因结构、复制及表达，以及基因产物的结构、相互 作用及生理功能为主的研究内容和目标不谋而合。因此，如果说生物化学经历叙述生物化学、动 态生物化学和机能生物化学 3 个阶段（刘思职：《生物化学大纲》；张昌颖：《生物化学》），那么以 基因活动为基础，以酶和各种调节蛋白为代表的基因产物的结构、功能对代谢的影响或调节正是 目前机能生物化学阶段，即分子生物学的主要研究任务之一。 如果说有什么差别，生物化学早期主要是用化学的，也用物理学及生物学的原理与技术研究 各种形式的生命现象；至 20 世纪下半叶，生物化学进入机能生物化学阶段，研究手段又有分子 遗传学、生物工程学、结构生物学、生物信息学及计算生物学等介入。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之一。 第二节 生物化学发展历史 Section 2 THE HISTORY OF BIOCHEMISTRY 一、 19 世纪的叙述生物化学是生物化学发展史的第一个阶段 Descriptive Biochemistry in Nineteenth Century Is the First Stage of Biochemical History （一）尿素合成使“活力论”遭遇第一次打击 18 世纪后半叶，倡导“活力论”（vital force theory）者一直相信“是一种神力赋予了生命现 象”。有机化合物只存在于生物体，在非生物体是不存在的。例如，尿素（urea）是一种只存在 于有生命机体的有机化合物。1828 年，化学家弗里德利克·魏勒（Friedrick Wöhler）将氰氢铵加 热产生了尿素。 NCONH 加热 4 氰氢铵 H2NCONH2 尿素 体外生成尿素的事实不仅对当时的“活力论”是一种严峻的挑战，而且也是有机化学与无机 化学的分水岭。从此，生命的化学研究发展迅速，很多科学先驱开始应用化学“语言”解释生命 特性。 （二）“燃烧”学说使“活力论”再次遭遇重创 动物能产热，维持体温。“活力论”者认为这也是一种超自然力主宰的结果。早在 1785 年， 拉瓦锡（A. L. Lavoisier）就发现动物会吸入 O2，呼出 CO2。与魏勒同时代的年轻科学家尤斯图 斯·冯·李比希（Justus Von Liebig）通过动物、植物生理学相关的化学研究，在 19 世纪 20 年代 间提出了“燃烧”学说——动物通过呼吸获取空气中的 O2，氧化分解摄取的食物，产生 H2O 和 CO2，并释放热量，保持体温，维持活力。同时，李比希解释了农业施肥的道理。李比希将食物 分为糖类、脂质和蛋白质3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。 通过合成反应，生物体将消化、吸收的小分子物质（葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等）变为自身的 大分子物质（糖类、脂质、蛋白质类和核酸类），构建了自己；通过分解反应，生物体将自身的 大分子物质变为小分子物质，这些小分子物质与吸收过剩的小分子物质经氧化变为 H2O 和 CO2， 同时放出能量，维持生命活动。物质代谢的概念就这样产生了。李比希基于他的发现总结、归 纳，于 1840 年出版了《有机化学在农业和生理学中的应用》（Organic Chemistry in Its Application to Agriculture and Physiology）一书。这本著作是最早的一部生物化学专著。 PUMP
生物化学4（三）多肽合成是人工制造生命的开端1899年，埃米尔·费舍尔（EmilFisher）等合成了18个氨基酸组成的寡肽。尽管这些小肽不是真正的蛋白质，但这是人工合成蛋白质（人造生命）的开端。（四）细胞是生命体的基本单位既然生命活动是以化学反应为基础的，化学反应又是在何处进行的？1665年，马尔塞罗·马琵季（MarcelloMalpighi）发现红细胞。同年，罗伯特·胡克（RobertHooke）发现植物的树皮细胞。1838年（有说1839年），马采斯·施莱登（MatthaisSchleiden）和泽奥多尔·施旺（TheodorSchwann）证明，细胞是植物的结构单位，但尚不知细胞是如何产生的。后来，施旺的学生鲁道夫·魏尔啸（RudolfVirchow）提出细胞学说一一“细胞由细胞产生”“细胞是一切有生命体的基本结构单位”；细胞就是进行化学反应的场所，这一概念的提出使有机化学与生理学结合，为生物化学的产生、发展奠定了基础。（五）血红蛋白赋予血液红色此后，很多化学家致力于分离、鉴定与生命相关的物质分子。当时，化学家恩斯特·霍普一席勒（ErnstHoppe-Seyler）在探索脓、软骨、血液的物质成分；他从血液中分离出血红蛋白，证明血液的红色是由血红蛋白的颜色呈现的，并在1864年将血红蛋白制成结晶。1877年，霍普一席勒创立了德文《生理化学杂志》（ZeitschriftfuirPhysiologischeChemie）。从此，化学工作者不仅开辟了生命科学新的研究领域，而且有了自己的科学园地，生物化学从生理学分出作为一门独立学科诞生。（六）酶是化学反应的主宰从19世纪30年代至19世纪末，科学家对细胞内的化学反应一一糖发酵成醇、产生CO，的研究获得重大成就。路易斯·巴斯德（LouisPasteur）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发酵。1833年，安塞尔莫·佩因（AnselmePayen）和简-富兰考斯·泼骚兹（Jean-FrancoisPersoz）从麦芽中分离出后来被称之为淀粉酶的可溶性物质。稍后儿年，施旺文从胃液中分离出类似于如今胃蛋白酶的物质。1837年，化学家贝来里乌斯预言：所有动物、植物中均存在这种具有催化活性的物质。1861年，莫里兹·特劳伯（MoritzTraube）等提出是一种“可溶性催化剂”催化糖的发酵。1878年，威尔海姆·库奈（WilhelmKihne）首先引人酶（enzyme）的概念描述催化生物化学反应的“可溶性催化剂”。1897年，爱德尔德·布克奈（EduardBuchner）（诺贝尔奖，1907）和汉斯·布克奈两兄弟证明无细胞的酵母提取液仍可催化生醇发酵反应。20世纪初，埃米尔·费舍尔（诺贝尔奖，1902）揭示蛋白质是由不同种类、数量的氨基酸组成的，并采用化学方法合成了几种由18个氨基酸残基组成的寡肽，以这些肽链为底物，分析酶的催化活性，发现了酶催化底物的专一性，验证了他在1894年提出的酶催化作用的“锁-匙”学说，对20世纪生物化学研究产生极大影响。（七）酶的化学本质是蛋白质20世纪头30年，生理学和化学研究的重点移向生物化学研究领域。很多内分泌激素，如肾上腺素、甲状腺激素和胰岛素在这一时期被分离，同时还发现广人类必需的脂肪酸、水溶性维生素及氨基酸，开创了以营养学为主的生物化学研究领域。在营养学蓬勃发展的同时，科学家们开始揭示酶的化学本质。当时，欧洲有位权威的化学家理查德·威尔斯德（RichardWilstitter）（诺贝尔奖，1915）曾经发表一篇论文（20世纪20年代），认为在酵母纯化的酶制备中具有催化功能的是一种小分子化学成分而非蛋白质。他的“酶的非蛋白质属性”论述在20世纪20一30年代一直束缚着人们的科学思维，是詹姆斯·萨姆奈（JamesB.Sumner）（诺贝尔奖，1946）解除了这一科学禁铜。1926年，萨姆奈首次成功地制备了尿素酶（urease）结晶，证明酶是蛋白质（Fig.1-1）。1930年，约翰·诺尔瑟普（JohnH.Northrop）（诺贝尔奖，1946）制备了胃蛋白酶、胰蛋白酶结晶。纯酶结晶的X线衍射分析及多肽成分分析彻底揭开了“酶的化学本质是蛋白质
4 生物化学 1 （三）多肽合成是人工制造生命的开端 1899 年，埃米尔·费舍尔（Emil Fisher）等合成了 18 个氨基酸组成的寡肽。尽管这些小肽 不是真正的蛋白质，但这是人工合成蛋白质（人造生命）的开端。 （四）细胞是生命体的基本单位 既然生命活动是以化学反应为基础的，化学反应又是在何处进行的？1665年，马尔塞罗·马 琵季（Marcello Malpighi）发现红细胞。同年，罗伯特·胡克（Robert Hooke）发现植物的树皮细 胞。1838 年（有说 1839 年），马采斯·施莱登（Matthais Schleiden）和泽奥多尔·施旺（Theodor Schwann）证明，细胞是植物的结构单位，但尚不知细胞是如何产生的。后来，施旺的学生鲁道 夫·魏尔啸（Rudolf Virchow）提出细胞学说——“细胞由细胞产生”“细胞是一切有生命体的基 本结构单位”；细胞就是进行化学反应的场所，这一概念的提出使有机化学与生理学结合，为生 物化学的产生、发展奠定了基础。 （五）血红蛋白赋予血液红色 此后，很多化学家致力于分离、鉴定与生命相关的物质分子。当时，化学家恩斯特·霍普＿ 席勒（Ernst Hoppe-Seyler）在探索脓、软骨、血液的物质成分；他从血液中分离出血红蛋白，证 明血液的红色是由血红蛋白的颜色呈现的，并在 1864 年将血红蛋白制成结晶。1877 年，霍普＿ 席勒创立了德文《生理化学杂志》（Zeitschrift für Physiologische Chemie）。从此，化学工作者不仅 开辟了生命科学新的研究领域，而且有了自己的科学园地，生物化学从生理学分出作为一门独立 学科诞生。 （六）酶是化学反应的主宰 从 19 世纪 30 年代至 19 世纪末，科学家对细胞内的化学反应——糖发酵成醇、产生 CO2 的 研究获得重大成就。路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发 酵。1833 年，安塞尔莫·佩因（Anselme Payen）和简＿富兰考斯·泼骚兹（Jean-Francois Persoz） 从麦芽中分离出后来被称之为淀粉酶的可溶性物质。稍后几年，施旺又从胃液中分离出类似于 如今胃蛋白酶的物质。1837 年，化学家贝釆里乌斯预言：所有动物、植物中均存在这种具有催 化活性的物质。1861 年，莫里兹·特劳伯（Moritz Traube）等提出是一种“可溶性催化剂”催化 糖的发酵。1878 年，威尔海姆·库奈（Wilhelm Kühne）首先引入酶（enzyme）的概念描述催化 生物化学反应的“可溶性催化剂”。1897 年，爱德尔德·布克奈（Eduard Buchner）（诺贝尔奖， 1907）和汉斯·布克奈两兄弟证明无细胞的酵母提取液仍可催化生醇发酵反应。20 世纪初，埃 米尔·费舍尔（诺贝尔奖，1902）揭示蛋白质是由不同种类、数量的氨基酸组成的，并采用化学 方法合成了几种由 18 个氨基酸残基组成的寡肽，以这些肽链为底物，分析酶的催化活性，发现 了酶催化底物的专一性，验证了他在 1894 年提出的酶催化作用的“锁＿匙”学说，对 20 世纪生 物化学研究产生极大影响。 （七）酶的化学本质是蛋白质 20 世纪头 30 年，生理学和化学研究的重点移向生物化学研究领域。很多内分泌激素，如肾 上腺素、甲状腺激素和胰岛素在这一时期被分离，同时还发现了人类必需的脂肪酸、水溶性维生 素及氨基酸，开创了以营养学为主的生物化学研究领域。在营养学蓬勃发展的同时，科学家们开 始揭示酶的化学本质。当时，欧洲有位权威的化学家理查德·威尔斯忒德（Richard Wilstütter） （诺贝尔奖，1915）曾经发表一篇论文（20 世纪 20 年代），认为在酵母纯化的酶制备中具有催化 功能的是一种小分子化学成分而非蛋白质。他的“酶的非蛋白质属性”论述在 20 世纪 20—30 年 代一直束缚着人们的科学思维，是詹姆斯·萨姆奈（James B. Sumner）（诺贝尔奖，1946）解除 了这一科学禁锢。1926 年，萨姆奈首次成功地制备了尿素酶（urease）结晶，证明酶是蛋白质 （Fig. 1-1）。1930 年，约翰·诺尔瑟普（John H. Northrop）（诺贝尔奖，1946）制备了胃蛋白酶、 胰蛋白酶结晶。纯酶结晶的 X 线衍射分析及多肽成分分析彻底揭开了“酶的化学本质是蛋白质” PUMP