大鼠单纯吃碳水化合物、脂肪和蛋白质不能生存的原因。所需矿质有 Osborne- Mendel矿质 配方。门德尔又和美国生物化学家麦科勒姆和竅维斯(E.V. Me collam和M.Davi)合作, 于1913年在鱼肝油及奶油中发现一种脂溶性因子(今知为维生素A),于1915年在牛奶中发 现一种水溶性因子(今知为复合维生素B)。他们又证明不同蛋自质的营养价值决定于所含必 需氨基酸的种类和数量。著有《食物供应及其与营养的关系(1916年)及《营养:生物的化学 (192)。加州的伊文思(H.M. Evans)等」1922年发现动物生殖需要的营养因子(维生索 E)。哥伦比亚大学的谢尔曼(H.C. Sherman)于1920年出版了食物化学与营养》并于1981 年与人合作出版了《维生素》专著、美国的勒斯克 Grahan lusk)著有《营养科学》,于1928年 已出第四版,记载了热能方面的许多科学家的研究成果。20至30年代营养与维生素方面的 研究较为突出,其研究成果在医药、牧都有应用。 哈佛大学医学院福林( Otto Folin)于1909年任生物化学教授。1915年时福林教授将哈 佛生物化学系办成有影响的学术中心;重点放在分析方法和临床应用上。福林建立尿中肌酸 和肌酸的测量方法、氨基酸测定、尿氮测定。福林和吴宪于1919-1922年间设计了液分 析的颜色测量方法 哥伦比亚大学希望池廷登去开办生理化学系,池廷登推荐吉斯(WinJ,Gie)主持生理 化学系。宾夕法尼亚大学请到池廷登的学生并从哥伦比亚获得学位的霍克( Philip B.Hawk)。 霍克的《实验生理化学》于1907年出版,一直发行到第十三版 约自20世纪中叶,直到20世纪80年代,生物化学的发展加快,并且生物化学的领域向广 度和深度发展。这个时期的特征或许可以归纳为下列几项:首先是物理学家、化学家以及遗 传学家等参加到生命化学的领域中来,而且研究人员的迁居和交往频繁;其次是研究方法有突 出的改进,从而仪器公司、试剂厂家兴起;还有讯息交流方面:各类科学刊物日益增多,各类学 术会议增多,以及计算机贮存讯息的应用,等等。以下就这个时期,即近三四十年的生物化学 突飞猛进的发展,择要举例如下 (一)生物化学研究方法的改进:马丁与辛格(A.J.Mart,1910-与L.M. Synge) 发明了一种快速而又经济的分析技术—分配色谱,使化学、医学和生物学研究得到广泛的 进展。蒂塞利乌斯(A, Tiselius,1902-1971年)用电泳方法分离血消中化学构造相似的蛋白 质成分;1940年开始研究用吸附层析法分离蛋白质及其他物质。斯韦德贝里(8 ved berg 18841971年)瑞典化学家,1924年完成第一台超离心机,能产生5000倍于重力的离心力。 以后的几种型号能产生数十万倍于重力的离心力。他用超离心机准确地测定了高度复杂的蛋 白质例如血红蛋白的分子量。此外有荧光分析法、同位素示踪和电子显微镜的应用,等等。也 许可以说,生物化学的分离纯化和鉴定的方法向微量快速、精确简便、自动化方向发展。 (二)物理学家、化学家、遗传学家等参加到生命化学领域中来:肯德鲁( John Cowdery Kendrew,917-)英国物理学家,测定了肌红蛋白的结构。英国物遇学家佩鲁茨(Max Ferdinand Perutz,1914)对血红蛋白结构进行X-射线行射分析,与背德鲁共获1962 年诺贝尔化学奖金。鲍林( inus Pauling,1901-)美国化学家他确认氢键在蛋白质结构 中以及大分子闻相互作用的重要性;认为某些蛋白质具有类似螺旋结构。鲍林还研究镰刀形红
细胞贫血症提出了分子病的名称。鲍然得诺贝尔化学奖和和平奖:袭格 Frederic sanger, 1918-)英国生物化学家,经0年衍究之后,『1955年确定了牛装岛的结构,袋1958 年诺贝尔化学奖。1980年桑格因设计出一种测定NΔ内核苷酸排列顺序的方法,而与尔伯 特( Walter Gilbert)、伯格{ Panl berg)共获i90年贝尔化学拍格研究DNA重搜术 最早的熏组技术实例之一便是育成含有編码啭乳动物澂素;.麦兗林托宛 Barbara Me lintock,1902-)美网遗传学家,从笋玉蜀黍遗传究4多年发现可移动的遗传成 分,因而获得1983年诺贝尔生理或医学奖金 20世纪下半世纪研究人员的交往私迁居繁第二次世界大战前夕,国科学家迁居美 国、英国等国家。克布斯( Sir hansΔ dolf Krebs(i0-)英錮镲裔生物化学家,他}生 于犹太医生家庭,198年被迫迁居英1987年发聪三羧酸循环,对氧胞代谢及分子生物学的 研究作出重要贡献,因此与李普曼.美籍锶商生物化学家于1953年共获诺尔生理或医学奖 金:李普曼(F1 tz Albr: lipman)在钠肝浸出物中发现-种具催化性而又耐热的因子, 1947年分离成功,1953年确定萁分子结构,并延名为辅酶A,奥乔亚( Severo ochos,190 )籍西班牙生物化学家,发现细菌内的多核苷酸磷酸化,由于该酶的发现,他得以合成 核糖核酸使科学家能够了解并重建堪因内的遗传信息,通过RNA中间体而翻译成各种酶的 过程,这些酶决定每个细胞的功能特点。科恩僧( Arthur K. n,1918)美河图 师、生物化学家,发现DNA分予在细菌细胞内及试管内的复制方式而与奥乔亚共获1959 年诺贝尔生理学或医学奖金 关于证明DNA是细胞的木遗传物质,是加拿大细菌学家艾弗照( Oswald Avery,1877 1955年)、美生物学家克劳德( Macleod)和麦卡蒂MCty在纽约的洛克非:所 1944发表的著名实验中提到的。肺炎球会产生荚膜,其成分证明为多糖。若将具荚膜的 肺炎球菌(光滑型)制成无细胞的物质,与活的无荚联的肺炎球蓝(粗检型)细胞混合:结果粗 糙型细胞也具有与之混合的光滑型的英膜研究表明,引起这种遗传的物质是DNA。关 于DNA的X射线衍射研究是由威尔金斯( Maurice Wilkins,i916-)完成的:尔金 斯是新阿兰出生的英国物理学家。1946年参加伦敦王学院医学册究下作,终于使他完成了对 DNA的X-射线衍射研究。这对于证实沃森和克县究 James D) ne watson,1926 和 Francis Hary Compton (rick.i916-)所确定的DNA分子结构是至关重要的。 们三人因此共获1962年计贝尔生理学或医学奖金。克里于199年入剑桥大学卡文迪什 验室医学研究组。195年美国生物学家沃森来到该研究所,究照克接受了他的观点:了解DN 三维结构即可明了它在遗传中所起的作用。两年后,即193年,饱们建京了DNA双螺旋结 模式,并跟已知的物理一化学性质相符合。也许我们可以从中得到教益,同学科的学者相互学 习和讨论是推动生物化学前进的一个因。1961年克里克证明每条DNA长链中的碱基,每 三个构成一组,称三联体,标示省蛋白质分子中氨基酸残基的位置:尼伧伯格( Marshall Warren Niren berg 1927 )美国生物化学家、在破译遺传密码方酧出重献。戳 利( Robert wil1 am holly,1922-)明酵母内酸tNA的核苷酸的排列顺序,后来 证明所有NA结构均相似。科拉纳( Har Gobind Khoran,1922-)美籍印度裔生物化
学家,曾合成了精确结枃已知的核酸分子,首次人工复制成酵母基因尼伦伯格、霍利和科拉纳 共获1969年诺贝尔生理学或医学奖。 法国巴黎的巴斯德研究所是署名的生物化学、分子生物学中心利沃夫(Andr的 1902-)其有俄罗斯波兰血统的法国生物学家曾在巴黎大学求学,后来在巴黎的巴斯德 研究所做研究工作,1966-1972年在董事会任职。第二次世界六战期间因从事法兰西地下工作 而获得抗敌勋章。他的研究证明:在感染细菌后病毒DNA能连续传给细菌以后各代,这些细 茵称为溶源性细菌,并指出,称为原噬菌体的病毒在一定条件下可产生一种感染型,它破坏细 菌的细胞壁而释放出的病毒又能慼染其他细菌。其友人、同事及学生曾撰文纪念他从事生物 学研究50周年,合编《论微生物和生命》一书(1971)。雅各布( Frangois Jacob,1920-) 法国生物学家。莫诺( Jacques Monod,1910-1976年)法国生物化学家、遗传学家。莫诺与雅 各布进行了大量研究工作,阐明了基因控制酶的生物合成,从而调节细胞代谢的方式。1961 年他们提出信使核糖核酸,mRNA的存在,说明其碱基序列与染色体中脱氧核糖核酸的碱基 序列互补并假定RNA将编码在碱基序列上的遗传信息带到蛋白质的合成场所—核糖体 ( ribosomes),在此翳译成酶的氨基酸序列。1960年他们发现操纵子 operon)的基因集团,能 影响mRNA的合成,从而调节其他基因的功能。在微生物界 Operon普遍存在。由于这些发 现,他们二人( acob i:: Monod)与利沃夫共获1965年请贝尔生理学或医学奖。 美国哈佛医学院的林( Otto folin)与吴宪于1919-1922年首次用比色定量方法测定 血糖等。吴宪回国后于1921942年担任私立北京协和医学院(PUMC)生物化学教授,兼生 物化学系主任教授,在生物化学系跟吴宪共同工作的先后有刘思职、万昕、陈同度、汪猷、张昌 颖杨恩孚、周启源等。在吴宪教授领导下完成了蛋白质变性理论、血液的生物化学方法检查 研究、免疫化学研究、素食营养研究、内分泌研究,等等,在生物化学方面做出重要贡献。 20到30年代,中国留学生主修生物化学的多数从美国留学回国,亦有留德、留法的;在40 年代有从苏联学习回国的。这里将叙述从英国剑桥回国的,如王应瞅、曹天钦、邹承鲁等,他们 在中国科学院上海生物化学研究所,和留美回国的王德宝、钮经义等,在生物化学领域里做出 新的贡献。他们协同有机化学研究所汪猷等和北京大学邢其毅等于196年用化学方法成功 地完成了人工合成具有生物学活性的蛋白质—结晶牛胰岛素;1983年又通过协作,采用有 机合成和酶促合成相结合的方法,完成酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。此外,我国在 酶的作用机理、血红蛋白变异、生物膜结构功能等方面都做出国际水乎的研究成果 生物化学在蛋白质、核酸、酶及代谢等方面已有理论方面的成就,理论成果必然能导致 应用。生物化学在约80年代发展生物工程或生物高技术方面的新领域:生物工程(Bite hiology)所包涵的内容也在发展之中,有遗传工程或因工程蛋白质合成的分子生物学或 称蛋白质工程酶工程,还有组织培养细胞培养,以及其他体外技术,以求生产对人类有用的 产物。有工业微生物学,利用合适原料经过发酵,生产酶类和人类食品和动物饲料生物工程的 远景,包括应用于人类健康、动物疾病治疗和预防、污水和废物处理,以及生物电子学等等。由 于生物工程对人类社会目前的效益和广阔的前景,世界各国特别是欧美澳洲、日本等,国家 重视,企业发达竞争中求发展,但是在学术方面则互交流。我们亦已重视生物工程的理论
研究:应用研究特别重视与生产方面的开发,列为国家重点发展的高技术之一。生物化学的 发展与生物技术是相互推动前进的,二者不能分隔和偏废。 生物化学虽有近二百年的历史,但是还在发展之中。日前看得到的一些未知领域,例如: 地球上生命是怎样起源的?地球以外的天体上有没有生命?遗传物质是怎样进化的?一个受精 卵中的遗传物质怎样发生成个体?怎样发生为各种器官和组织的?细胞器的进化途径还有争 论,癌的问题、病毒问题、人体自身免疫问题、大脑的记忆推理的分子生物学、生物行为有什么 规律其分子的基础又是什么?还有环境生态等问题:总之,生物化学是在发展之中 我国青年学者,包括将从留学归的学者必将在发展中的生物化学领域里有所发现有所 创新,在理论与实践方面做出更突出的贡献。 主要参考书 1.黄素封译,美] Mary Elvive Week著,<化学元素的发现》,商务印书馆,195, 2.《简明不列照百科全书》,中国大百科仝节出版社,1986。 3.“中国协和医科大学校史(1917-1987)>,北京科技术出版社,1987。 4. Forkin, Marcel and Stotz, Elmer H (editors), Comprehehsive Biochemistry, Elsevier Publishing 5. Garrison, Fielding H, An Introduction to the History of Medicine, Fourth Edition, W. B. Saunders 6. Kohler, Robert E, From Medical Chemistry to Biochemistry the making of a biomedical discipline, Cambridge Universi y Press, 1982. 7. Lwoff, Andre and Ellmann, Agnes(editors), Orrging of Molecular Biology, A tribute to gacques Monod. Aeadelnic Fress, 1979 8. Taylor, J. Herbert, Selected Papers on 3Iolecular Genetica, Academic Pre3, 1965 9. Combs, J., The international Biotechnology Directory, Macmillan Publishers Ltd 1984
第一章 糖是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。它主要是由绿 色植物经光合作用形成的这类物质主要是由碳、氢和氧所组成,其分子式通常以On(丑4O) 表示。由于一些糖分子中氢和氧原子数之比往往是2:1,刚好与术分子中氢、氧原子数的比例 相同,过去误认为此类物质是碳与水的化合物,故有“碳水化合物( carbohydrate)”之称,但实 际上有些糖,如鼠李糖( rhamnose,CH12O3)和脱氧核糖( deoxyribose,CsH104)等,它们分 子中氢、氧原子数之比并非2:1,而一些非糖物质,如甲醛(OH小O)、乳酸(C3H6O3)和乙酸 (C2HAO2)等,它们分子中氢、氧原子数之比却都是2:1。所以,称糖为“碳水化合物”并不恰当。 只是沿用已久,现在已成为人们对糖的习惯称呼了 糖类物质是含多羟基的醛类或酮类化台物。常见的葡萄糖( glucose)和果糖( fructose)分 别是它们的典型例子。它们的链状结构是: CHO OH小H H--C-0 HO.C…且 -C-OF O五I HOE H2O五 萄糖 果糖 由上述结构式矿见.萄糖含有一个醛基,六个碳原子,称已醛糖;而果糖则含有一个酮基,六 个碳原子,称己酮糖 糖类物质以它们水解的情况分类:凡不能被水解成更小分子的糖为单糖( monosacchark de)。单糖又可根据糖分∮含碳原子数多少分类;在自然界分布广宀、意义大的是五碳糖和六碳 糖,它们分别称为戊糖( pen tos)和己糖( hexose)。核糖( ribose)、脱氧核糖属戊糖;葡萄糖 果糖和半乳糖( galactoe)为己糖。凡能水解成少数(2-6个)单糖分子的称为寡糖( oligose- aride),其中以双糖存在最为广泛,蔗糖(uro)、麦芽糖( maltos)和乳糖( lactose)是其重 要代表。单糖和寡糖能溶于水,多有甜味凡能水解为多个单糖分子的糖为多糖( polysack aride),其中以淀粉 starch)糖原( glycogen)和纤维素( cellulos等最为重要,与非糖物质结 合的糖称复合糖,如糖蛋白和糖脂的衍生物称衍生糖,如糖胺糖酸和糖酯等。 糖是生物界中分布极广,含量较多的一类有机物质,几平所有的动物、植物、微生物体内都 含有它。其中以植物界最多,约占其干重的80%。生物细胞内、血液里也有葡萄糖或由葡萄 糖等单糖物质组成的多糖(如肝糖原肌糖原)存在。人和动物的器官组织中含糖量不超过组织 干重的2%。做生物体含糖量约占菌体干重的10-30%,它们或以糖或与蛋白质、廨类结合