第一章绪论 本章主要介绍生物化学的定义、内容、目的及其与医学的关系 第一节生物化学的定义 生物化学( biochemistry)或生物的化学( biological chemistry)即生命的化学,是一 门研究生物体的化学组成、体内发生的反应和过程的学科。当代生物化学的研究除采用 化学的原理和方法外,尚运用物理学的技术方法以揭示组成生物体的物质,特别是生物 大分子( biomacromolecules)的结构规律。并且与细胞生物学、分子遗传学等密切联系,研 究和阐明生长、分化、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命活动的规律。 Watson和 Crick 于1953提岀了DNA分子的双螺旋结构模型,在此基础上形成了遗传信息传递的“中心 法则”,由此奠定了现代分子生物学( molecular biology)的基础。分子生物学主要的研究内 容为探讨不同生物体所含基因的结构、复制和表达,以及基因产物一蛋白质或RNA的结 构,互相作用以及生理功能,以此了解不同生命形式特殊规律的化学和物理的基础。可 见,当今生物化学与分子生物学不能截然分割,后者是前者深入发展的结果。总之,生 物化学与分子生物学是在分子水平上研究生命奥秘的学科,代表当前生命科学的主流和 发展的趋势。 第二节生物化学的内容 医学生物化学研究的内容大致包括下列4个部分 化学组成一生物大分子 在研究生命形式时,首先要了解生物体的化学组成,测定其含量和分布。这是生物 化学发展的开始阶段的工作,曾称为叙述生化 现知生物体是由多种化学元素组成的,其中C、H、O和N四种元素的含量占活细 胞量的99%以上。各种元素进而构成约30种的小分子化合物,这些小分子化合物可以构 成生物大分子,所以把他们称为生物分子( biomolecules)或构件分子( building block molecules)。例如20种L-α-氨基酸是蛋白质的构件分子,4种核苷酸是核酸的构件分子, 单糖可构建成多糖、脂肪酸组成多种脂类化合物。 当前研究的重点为生物大分子的结构与功能,特别是蛋白质和核酸,二者是生命的 基础物质。对生命活动起着关键性的作用 天然氨基酸虽然只有20种,但可构成数量繁多的蛋白质,由于不同的蛋白质具有特 殊的一级结构(氨基酸残基的线性序列)和空间结构,因而具有不同的生理功能,从而
1 第一章 绪论 本章主要介绍生物化学的定义、内容、目的及其与医学的关系 第一节 生物化学的定义 生物化学（biochemistry）或生物的化学（biological chemistry）即生命的化学，是一 门研究生物体的化学组成、体内发生的反应和过程的学科。当代生物化学的研究除采用 化学的原理和方法外，尚运用物理学的技术方法以揭示组成生物体的物质，特别是生物 大分子(biomacromolecules)的结构规律。并且与细胞生物学、分子遗传学等密切联系，研 究和阐明生长、分化、遗传、变异、衰老和死亡等基本生命活动的规律。Watson 和 Crick 于 1953 提出了 DNA 分子的双螺旋结构模型，在此基础上形成了遗传信息传递的“中心 法则”，由此奠定了现代分子生物学(molecular biology)的基础。分子生物学主要的研究内 容为探讨不同生物体所含基因的结构、复制和表达，以及基因产物—蛋白质或 RNA 的结 构，互相作用以及生理功能，以此了解不同生命形式特殊规律的化学和物理的基础。可 见，当今生物化学与分子生物学不能截然分割，后者是前者深入发展的结果。总之，生 物化学与分子生物学是在分子水平上研究生命奥秘的学科，代表当前生命科学的主流和 发展的趋势。 第二节 生物化学的内容 医学生物化学研究的内容大致包括下列 4 个部分。 一. 化学组成—生物大分子 在研究生命形式时，首先要了解生物体的化学组成，测定其含量和分布。这是生物 化学发展的开始阶段的工作，曾称为叙述生化。 现知生物体是由多种化学元素组成的，其中 C、H 、O 和 N 四种元素的含量占活细 胞量的 99%以上。各种元素进而构成约 30 种的小分子化合物，这些小分子化合物可以构 成生物大分子，所以把他们称为生物分子(biomolecules)或构件分子（building block molecules）。例如 20 种 L-α-氨基酸是蛋白质的构件分子，4 种核苷酸是核酸的构件分子， 单糖可构建成多糖、脂肪酸组成多种脂类化合物。 当前研究的重点为生物大分子的结构与功能，特别是蛋白质和核酸，二者是生命的 基础物质。对生命活动起着关键性的作用。 天然氨基酸虽然只有 20 种，但可构成数量繁多的蛋白质，由于不同的蛋白质具有特 殊的一级结构（氨基酸残基的线性序列）和空间结构，因而具有不同的生理功能，从而
能体现瑰丽多彩的生命现象,现在已从单一蛋白质深入至细胞或组织中所含有全部蛋白 质,即蛋白质组( proteome)的研究。将研究蛋白质组的学科称为蛋白质组学( proteomIcs 蛋白质的一级结构是由核酸决定的,人类基因组( genome)即人的全部遗传信息,是 由23对染色体组成,约含29x10°碱基对,测定基因组中全部DNA的序列,将为揭开生 命的奥秘迈开一步。把研究基因组的结构与功能的科学称为基因组学( genomIcs),经过包 括我国在内许多科学家十多年的努力,2003年已完成人类基因组计划( Human Genome Project)中全部DNA序列的测定,接着面临更坚具的任务,就是要研究目前所知3万至4 万个基因的功能及其与生命活动的关系。这就是后基因组计划 Post-Genome Project 生物大分子需要进一步组装成更大的复合体,然后装配成亚细胞结构、细胞、组织、 器官、系统,最后成为能体现生命活动的机体,这些都是尚待研究和阐明的问题, 二物质代谢、能量代谢及代谢调节 组成生物体的物质不断地进行着多种有规律的化学变化,即新陈代谢( metabolism) 或物质代谢,一旦这些化学反应停止,生命即告终结。可见,新陈代谢是生命的基本特征 生物体一方面需要与外界环境进行物质交换,同时在体内进行各种代谢变化,以维持其 内环境的相对稳定,通过代谢变化将摄入营养物中储存的能量释放出来,供机体活动所 需。要维持体内错综复杂代谢途径有序地进行,需要有严格的调节机制,否则代谢的紊 乱可影响正常的生命活动,从而发生疾病。因此,研究物质代谢、能量代谢及代谢调节 规律是医学院校生物化学课程的主要内容,也称为动态生化。 三基因的复制、表达及调控 遗传信息传递的“中心法则”,可以说是分子生物学的中心法则。DNA是储存遗传 信息的物质,通过复制( replication),即DNA合成,可形成结构完全相同的两个拷贝, 将亲代的遗传信息真实地传给子代。DNA分子中的遗传信息又如何表达的呢?现知基因 表达的第一步是将遗传信息转录 transcription)成RNA,即RNA的合成,后者作为蛋白 质合成的模板,并决定蛋白质的一级结构,即将遗传信息翻译( translation)成能执行各种 各样生理功能的蛋白质。上述过程涉及生物的生长、分化、遗传、变异、衰老及死亡等 生命过程,体内存在着一整套严密的调控机制,包括一些生物大分子的互相作用,如蛋 白质与蛋白质、蛋白质与核酸、核酸与核酸间的作用。本书将对上述过程作较全面的介 绍,为进一步学习分子生物学打基础。 2
2 能体现瑰丽多彩的生命现象，现在已从单一蛋白质深入至细胞或组织中所含有全部蛋白 质，即蛋白质组（proteome）的研究。将研究蛋白质组的学科称为蛋白质组学(proteomics)。 蛋白质的一级结构是由核酸决定的，人类基因组(genome)即人的全部遗传信息，是 由 23 对染色体组成，约含 2.9x109 碱基对，测定基因组中全部 DNA 的序列，将为揭开生 命的奥秘迈开一步。把研究基因组的结构与功能的科学称为基因组学(genomics)，经过包 括我国在内许多科学家十多年的努力，2003 年已完成人类基因组计划(Human Genome Project)中全部 DNA 序列的测定，接着面临更坚具的任务，就是要研究目前所知 3 万至 4 万个基因的功能及其与生命活动的关系。这就是后基因组计划(Post-Genome Project)。 生物大分子需要进一步组装成更大的复合体，然后装配成亚细胞结构、细胞、组织、 器官、系统，最后成为能体现生命活动的机体，这些都是尚待研究和阐明的问题。 二.物质代谢、能量代谢及代谢调节 组成生物体的物质不断地进行着多种有规律的化学变化，即新陈代谢(metabolism) 或物质代谢,一旦这些化学反应停止,生命即告终结。可见，新陈代谢是生命的基本特征， 生物体一方面需要与外界环境进行物质交换，同时在体内进行各种代谢变化，以维持其 内环境的相对稳定，通过代谢变化将摄入营养物中储存的能量释放出来，供机体活动所 需。要维持体内错综复杂代谢途径有序地进行，需要有严格的调节机制，否则代谢的紊 乱可影响正常的生命活动，从而发生疾病。因此，研究物质代谢、能量代谢及代谢调节 规律是医学院校生物化学课程的主要内容，也称为动态生化。 三.基因的复制、表达及调控 遗传信息传递的“中心法则”，可以说是分子生物学的中心法则。DNA 是储存遗传 信息的物质，通过复制(replication)， 即 DNA 合成，可形成结构完全相同的两个拷贝， 将亲代的遗传信息真实地传给子代。DNA 分子中的遗传信息又如何表达的呢？现知基因 表达的第一步是将遗传信息转录(transcription)成 RNA ，即 RNA 的合成，后者作为蛋白 质合成的模板，并决定蛋白质的一级结构，即将遗传信息翻译(translation)成能执行各种 各样生理功能的蛋白质。上述过程涉及生物的生长、分化、遗传、变异、衰老及死亡等 生命过程，体内存在着一整套严密的调控机制，包括一些生物大分子的互相作用，如蛋 白质与蛋白质、蛋白质与核酸、核酸与核酸间的作用。本书将对上述过程作较全面的介 绍，为进一步学习分子生物学打基础
机能生化 医学生物化学主要的研究对象是人,因此人体生物化学还要研究各组织器官的化学 组成特点,特有的代谢途径和它们与生理功能之间的关系。代谢障碍将造成器官功能的 异常,导致疾病的发生。这部分内容包括内分泌、血液、肝、胆生化等,也称为机能生 化,是医学生化不可缺少的内容。 五.本书的内容 本书由21章组成,大体分为四个部分,第一部分从第二章至第五章,主要讨论生物 大分子一蛋白质和核酸的结构与功能,维生素构成酶的辅酶或辅基,所以也纳入这部分; 第二部分从第六章至第十一章。主要为物质代谢、能量代谢及代谢调节;第三部分从第 十二章至第十五章主要内容为遗传信息的流向及调控,为分子生物学的基础:第四部分 从第十六章至第二十一章为机能生化及与医学密切相关的内容 第三节研究生物化学的目的及其与医学的关系 生物化学的根本目标是揭露生命的奥秘。若将组成生物体的物质逐一分离研究,均 为非生命物质,并遵守物理和化学的规律,然而由这些物质组成的生物体何以能呈现及 维持各种生命现象,这是生物化学要探讨和阐明的问题。当然,更深一层的目标是了解 生命的起源。可见,研究生物化学的目的是了解和掌握生命的规律,适应自然规律,使 人类生活更美好。 生物化学与分子生物学是边缘性学科,发展又十分迅速,形成了许多新理论、新概 念,如基因组学、蛋白质组学、RNA组学等:同时发展了许多新技术,如重组DNA技 术、基因工程、基因芯片、克隆技术、转基因动物等。生物化学与分子生物学的理论和 方法已广泛被其他基础医学学科应用,并已形成了许多新的学科分支,如分子免疫学 分子遗传学、分子细胞生物学、分子病理学、分子药理学、分子病毒学等等。反过来, 这些基础学科也促进生物化学的发展,例如,免疫学的方法被广泛应用于蛋白质及受体 的研究,遗传学的方法被应用于基因分子生物学的研究,病理学的癌症促进癌基因的研 究,基因表达调控的规律是在细菌研究的基础上深入至真核生物的研究。总之,当前生 命科学中各相关的学科互相渗透,互相促进,不断形成新的学科,例如,生物信息学 还将会出现更多新的学科 健康科学( health science)涉及两大关键问题:一是为了解和维持人体的健康生活,正 常的生化反应和过程是健康的基础,人体必须不断地与外环境进行物质交换,摄入必需
3 四.机能生化 医学生物化学主要的研究对象是人，因此人体生物化学还要研究各组织器官的化学 组成特点，特有的代谢途径和它们与生理功能之间的关系。代谢障碍将造成器官功能的 异常，导致疾病的发生。这部分内容包括内分泌、血液、肝、胆生化等，也称为机能生 化，是医学生化不可缺少的内容。 五.本书的内容 本书由 21 章组成，大体分为四个部分，第一部分从第二章至第五章，主要讨论生物 大分子—蛋白质和核酸的结构与功能，维生素构成酶的辅酶或辅基，所以也纳入这部分； 第二部分从第六章至第十一章。主要为物质代谢、能量代谢及代谢调节；第三部分从第 十二章至第十五章主要内容为遗传信息的流向及调控，为分子生物学的基础；第四部分 从第十六章至第二十一章为机能生化及与医学密切相关的内容。 第三节 研究生物化学的目的及其与医学的关系 生物化学的根本目标是揭露生命的奥秘。若将组成生物体的物质逐一分离研究，均 为非生命物质，并遵守物理和化学的规律，然而由这些物质组成的生物体何以能呈现及 维持各种生命现象，这是生物化学要探讨和阐明的问题。当然，更深一层的目标是了解 生命的起源。可见，研究生物化学的目的是了解和掌握生命的规律，适应自然规律，使 人类生活更美好。 生物化学与分子生物学是边缘性学科，发展又十分迅速，形成了许多新理论、新概 念，如基因组学、蛋白质组学、RNA 组学等；同时发展了许多新技术，如重组 DNA 技 术、基因工程、基因芯片、克隆技术、转基因动物等。生物化学与分子生物学的理论和 方法已广泛被其他基础医学学科应用，并已形成了许多新的学科分支，如分子免疫学、 分子遗传学、分子细胞生物学、分子病理学、分子药理学、分子病毒学等等。反过来， 这些基础学科也促进生物化学的发展，例如，免疫学的方法被广泛应用于蛋白质及受体 的研究，遗传学的方法被应用于基因分子生物学的研究，病理学的癌症促进癌基因的研 究，基因表达调控的规律是在细菌研究的基础上深入至真核生物的研究。总之，当前生 命科学中各相关的学科互相渗透，互相促进，不断形成新的学科，例如，生物信息学。 还将会出现更多新的学科。 健康科学(health science)涉及两大关键问题：一是为了解和维持人体的健康生活，正 常的生化反应和过程是健康的基础，人体必须不断地与外环境进行物质交换，摄入必需
的营养成分,适应外环境的变化,以维持体内环境的稳定。其二是为有效防治疾病。代 谢的紊乱可导致疾病,所以了解紊乱的环节并纠正之,是有效治疗疾病的依据,通过生 化的检査,可帮助疾病的诊断,例如糖代谢障碍可导致糖尿病,充分了解糖代谢及其调 节的规律能为治疗糖尿病制定有效的方案,也为疾病的诊断和预防提供依据。可见,临 床医学无论在预防和治疗工作中都会应用生物化学的知识。反过来临床实践也为生物化 学的研究提供丰富的源泉,例如恶性肿瘤,使生物化学和分子生物学深入至癌基因的研 究,通过对后者的深入研究,又揭开了对正常细胞生长、分化的规律和信号转导途径的 研究和了解。对动脉粥样硬化症的研究,促进对胆固醇、脂蛋白、受体乃至相关基因等 的生物化学研究。 可以说当前医学已进入分子水平时代,即分子医学( molecular medicine),其主要的 任务是在分子水平研究人体生命的规律,阐明人体生长、发育、分化、结构和功能;观 察人与病原体以及人与自然环境之间的关系:分析疾病的发病机制及各种疾病主要病变 的分子基础和开发新的有效的预防、诊断和治疗疾病的手段
4 的营养成分，适应外环境的变化，以维持体内环境的稳定。其二是为有效防治疾病。代 谢的紊乱可导致疾病，所以了解紊乱的环节并纠正之，是有效治疗疾病的依据，通过生 化的检查，可帮助疾病的诊断，例如糖代谢障碍可导致糖尿病，充分了解糖代谢及其调 节的规律能为治疗糖尿病制定有效的方案，也为疾病的诊断和预防提供依据。可见，临 床医学无论在预防和治疗工作中都会应用生物化学的知识。反过来临床实践也为生物化 学的研究提供丰富的源泉，例如恶性肿瘤，使生物化学和分子生物学深入至癌基因的研 究，通过对后者的深入研究，又揭开了对正常细胞生长、分化的规律和信号转导途径的 研究和了解。对动脉粥样硬化症的研究，促进对胆固醇、脂蛋白、受体乃至相关基因等 的生物化学研究。 可以说当前医学已进入分子水平时代，即分子医学(molecular medicine)，其主要的 任务是在分子水平研究人体生命的规律，阐明人体生长、发育、分化、结构和功能；观 察人与病原体以及人与自然环境之间的关系；分析疾病的发病机制及各种疾病主要病变 的分子基础和开发新的有效的预防、诊断和治疗疾病的手段