壹、生物化學的概念及其研究內容
生物體的生命現象(過程)是壹種獨特而特殊的物質運動形式，其基本表現形式是(新陳代謝和自我繁殖)。那麽這種特殊運動形式物質基礎是什麽呢？恩格斯早就說過“蛋白質是生命活動的體現”。現在知道光有蛋白質是不夠的，還需要核酸、糖類、脂類、維生素、激素、萜類、林逋等。正是這些生命體之間的相互協調，形成了豐富多彩的生命現象。那麽，這些生命體是什麽呢？它們是如何產生和消亡的，又是如何變化和相互作用的？這才是生物化學要研究的。
那我們來試著定義壹下生物化學。
生物化學是研究物體的物質組成和生命過程中的化學變化的科學。或者說生物化學是研究生命現象的物質基礎和化學變化的科學。簡單來說，生物化學就是研究生命現象的化學本質。壹些人也稱生物化學為生命的化學。
生物化學是生物學的壹個分支，研究生物物質的化學組成和結構以及生命過程中的各種化學變化。
如果以不同的生物為對象，生物化學可分為動物生物化學、植物生物化學、微生物生物化學、昆蟲生物化學等。如果以生物的不同組織或過程為研究對象，可分為肌肉生物化學、神經生物化學、免疫生物化學、生物力學等。因研究的物質不同，可分為蛋白質化學、核酸化學、酶學等分支；研究各種自然物質的化學叫做生物有機化學；研究各種無機物的生物學功能的學科稱為生物無機化學或無機生物化學。
從20世紀60年代開始，生物化學與其他學科融合，產生了壹些邊緣學科，如生化藥理學、古生物學、化學生態學等。或者根據應用領域的不同，有醫學生物化學、農業生物化學、工業生物化學、營養生物化學等等。
二、生物化學的研究方法
談過了生物化學的研究對象，現代生物化學家整天都在做什麽？四個字；分離分析。
從觀察特定的生命現象開始，通過提取、過濾、離心、層析等生化技術分離出未知的生化物質(生化成分)如新的未知蛋白質成分、新的基因片段或新的次生代謝產物，然後進行分析。
1.結構與性能:通過系列測試、X射線衍射、光譜、質譜和圓二色光譜分析其結構和功能。結構是功能的基礎，有結構就壹定有功能。
2.功能:生理、病理、誠信與轉導、抗病、抗旱、抗水性、肥胖等。
3.代謝及其細胞調節:表達的時空特異性，物質何時產生和死亡，在什麽組織中？它從何而來，又最終走向何方？其代謝的調節是怎樣的？(潛伏、活躍、沈默)。
改造利用認識世界就是改造世界。經過分離分析，明確了這些生命現象，最後才能對癥下藥:基因治療:血友病、癌癥、肥胖等。生化藥物(基因工程藥物):促紅細胞生成素、磺胺。基因改良:抗蟲、抗病、抗病毒等。
三。生物化學發展簡史
生物化學壹詞大約出現在19年底和20世紀初，但它的起源可以追溯到更遠，它的早期歷史是早期生理和化學歷史的壹部分。比如18的80年代，拉瓦錫證明了呼吸作用和燃燒壹樣是氧化作用，幾乎同時，科學家發現光合作用本質上是動物呼吸作用的逆過程。再比如，1828年，沃勒在實驗室首次合成了壹種有機物——尿素，打破了有機物只能由生物體產生的觀點，對生命活力理論造成了極大的打擊。
1860年，巴斯德證明了發酵是由微生物引起的，但他認為必須有活酵母才能引起發酵。1897年，比什納兄弟發現酵母的無細胞提取液可以發酵，證明了發酵等復雜的生命活動可以在沒有活細胞的情況下進行，最終推翻了“活力論”。
生物化學的發展大致可以分為三個階段。
第壹階段，19年底至20世紀30年代，主要是靜態描述階段，對生物的各種成分進行分離、純化、結構測定、合成和理化性質研究。其中，菲舍爾確定了許多糖和氨基酸的結構，確定了糖的構型，並指出蛋白質是腹鍵式的。1926在sumner制備了脲酶晶體，證明是蛋白質。
在隨後的四五年裏，諾斯羅普等人相繼結晶出幾種水解蛋白質的酶，指出它們無壹例外都是蛋白質，確立了酶是蛋白質的概念。通過食物分析和營養研究發現了壹系列維生素，並闡明了它們的結構。
與此同時，人們認識到了另壹種量少而作用大的物質——激素。與維生素不同，它不依賴外界供給，而是由動物自身產生，在自身發揮作用。腎上腺皮質所含的腎上腺素、胰島素、類固醇激素都是在這個階段發現的。此外，中國生物化學家吳憲在1931中提出了蛋白質變性的概念。
第二階段，30-50年代，主要特點是研究生物體內物質的變化，即代謝途徑，故稱動態生化階段。突出的成就是確定了糖酵解、三羧酸循環、脂解等重要的分解代謝途徑。對呼吸、光合作用、三磷酸腺苷(ATP)在能量轉換中的關鍵地位有了深刻的理解。
當然，這個階段的劃分是相對的。對生物合成途徑的認識要晚得多，氨基酸、嘌呤、吡啶成癮和脂肪酸的生物合成途徑直到20世紀50、60年代才被闡明。
第三階段始於20世紀50年代，主要特點是研究生物大分子的結構和功能。這壹階段生物化學的發展，以及物理學、技術科學、微生物學、遺傳學、細胞學等學科的滲透，產生了分子生物學，成為生物化學的主體。
生物化學的基本內容
活細胞中的有機物除水和無機鹽外，主要由碳原子與氫、氧、氮、磷、硫結合而成，分為大分子和小分子。前者包括結合狀態的蛋白質、核酸、多糖和脂質；後者包括維生素、激素、各種代謝中間體以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油。在不同的生物體內，存在著各種次生代謝產物，如萜類、生物堿、毒素、抗生素等。
雖然生物成分的鑒定是生物化學早期發展的壹個特點，但直到今天，新的物質仍在不斷被發現。如幹擾素、環磷酸核苷、鈣調素、粘蛋白、凝集素等，已成為重要的研究課題。
早已為人所知的化合物也會發現新的功能。肉堿是20世紀初發現的，直到20世紀50年代才被認為是生長因子，60年代才被認為是生物氧化的載體。多年來被認為是分解產物的腐胺和屍胺，以及精胺和亞精胺等多胺被發現具有多種生理功能，如參與調節核酸和蛋白質合成、穩定DNA超螺旋、調節細胞分化等。
新陳代謝包括合成代謝和分解代謝。前者是生物體從環境中獲取物質，並在體內轉化為新物質的過程，也叫同化作用；後者是生物體內原有的物質轉化為環境中的物質，也叫異化。同化和異化的過程由壹系列中間步驟組成。中間代謝是對化學途徑的研究。
在物質代謝的過程中，也有能量的變化。生物體內機械能、化學能、熱能、光、電的相互轉化和變化稱為能量代謝，ATP在這壹過程中起著核心作用。新陳代謝是在生物體的調控下有序進行的。生物體內的大部分調節過程都是通過變構效應實現的。
生物大分子的多樣功能與其特定的結構密切相關。蛋白質的主要功能是催化、運輸和儲存、機械支持、運動、免疫保護、接收和傳遞信息、調節代謝和基因表達。隨著結構分析技術的發展，人們可以在分子水平上深入研究它們的各種功能，蛋白質分子的內部遷移性是它們執行各種功能的重要基礎。
20世紀80年代初出現的蛋白質計劃(protein Project)，通過改變蛋白質的結構基因，獲得指定位點的修飾蛋白質分子。這項技術不僅為研究蛋白質的結構與功能的關系提供了新的途徑；而且為根據某些需要合成新的具有特定功能的蛋白質開辟了廣闊的前景。
對核酸結構和功能的研究有助於闡明基因的本質，了解生物遺傳信息的流動。堿基配對是核酸之間相互作用的主要形式，是核酸作為信息分子的結構基礎。
基因表達的調控是分子遺傳學研究的中心問題，也是核酸結構和功能研究的重要內容。關於原核生物基因調控的知識很多。真核基因的調控正在從多個方面進行探討。如異染色質化和染色質活化；DNA的構象變化和化學修飾；調節序列如增強子和調節劑在DNA上的作用；RNA加工和翻譯的調節。
生物體內的碳水化合物包括多糖、低聚糖和單糖。在多糖中，纖維素和幾丁質是植物和動物的結構物質，澱粉和糖原是儲存的營養物質。單糖是生物體的主要能量來源。寡糖在結構和功能上的重要性直到20世紀70年代才被認識。寡糖和蛋白質或脂質可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。
由於糖鏈結構的復雜性，它們具有很大的信息容量，對某些物質的細胞特異性識別和相互作用起著重要作用，從而影響細胞代謝。從發展趨勢來看，糖將與蛋白質、核酸、酶壹起成為生物化學的四大研究對象。
生物大分子的化學結構壹旦確定，就可以在實驗室人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助於了解其結構與功能的關系。壹些類似物可能因其較高的生物活性而具有應用價值。通過化學合成DNA獲得的人工基因可以應用於基因工程，獲得具有重要功能的蛋白質及其類似物。
生物體內幾乎所有的化學反應都是由酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專壹性強的特點。這些特征取決於酶的結構。酶的結構與功能的關系、反應動力學與機理、酶活性的調控是酶學研究的基本內容。酶與人類的生活和生產活動密切相關，因此酶在工農業生產、國防和醫學上的應用受到了廣泛的重視。
生物膜主要由脂質和蛋白質組成，壹般含有糖類。其基本結構可以用流體鑲嵌模型表示，即脂質分子形成壹個雙層膜，膜蛋白不同程度地與脂質相互作用，並能橫向移動。生物膜與能量轉換、物質和信息傳遞、細胞分化和分裂、神經傳導、免疫反應等密切相關。它是生物化學中壹個活躍的研究領域。
激素是新陳代謝的重要調節器。激素系統和神經系統構成了生物體的兩個主要通訊系統，兩者關系密切。自20世紀70年代以來，激素的研究範圍日益擴大，許多激素的化學結構已經確定，主要是肽類和甾體化合物。壹些激素的作用機制也被了解，壹些是改變的滲透性，壹些是激活細胞的酶，壹些是影響基因表達的因素。維生素對新陳代謝也有重要影響，可分為水溶性和脂溶性兩類。大部分是酶的輔助基團或輔酶，與生物體的健康密切相關。
根據生物進化論，地球上數百萬種生物起源相同，是在約40億年的進化過程中逐漸形成的。生物化學的發展在分子水平上為這壹理論提供了有力的證據。
在生物化學的發展中，許多重要的進步都是由於方法上的突破。20世紀90年代以來，計算機技術廣泛而迅速地滲透到生物化學的各個領域，不僅大大提高了許多分析儀器的自動化程度和效率，也為生物大分子的結構分析、結構預測和構效關系研究提供了壹種全新的手段。未來生物化學的繼續發展，無疑將得益於技術和方法的創新。
生物化學對其他生物學科的深刻影響首先體現在與生物化學密切相關的細胞學、微生物學、遺傳學、生理學等領域。通過對生物高分子結構和功能的深入研究，揭示了生物物質生成、能量轉換、遺傳信息傳遞、光合作用、神經傳導、肌肉收縮、激素作用、免疫和細胞間通訊等諸多奧秘，使人們對生命本質的認識躍上了壹個新的臺階。
生物學中壹些看似與生物化學關系不大的學科，如分類學、生態學等，在討論人口控制、世界糧食供應、環境保護等社會問題時，甚至需要從生物化學的角度來考慮和研究。
此外，生物化學作為生物學和物理學之間的橋梁，將生命世界中提出的重要而復雜的問題呈現給物理學，產生了生物物理學和量子生物化學等前沿學科，從而豐富了物理學的研究內容，促進了物理學和生物學的發展。
醫學、農業、壹些工業和國防部門的生產實踐促進了生物化學的發展，反過來又促進了這些部門生產實踐的發展。
生物化學在發酵、食品、紡織、制藥、皮革等行業顯示出巨大的威力。如皮革的鞣制、脫毛、絲綢的脫膠、棉布的上漿，都用酶法代替了舊工藝。現代發酵工業、生物制品和制藥工業，包括抗生素、有機溶劑、有機酸、氨基酸、酶制劑、激素、血液制品和疫苗，創造了可觀的經濟價值，特別是固定化酶和固定化細胞技術的應用，促進了酶工業和發酵工業的發展。
5.生物化學與21世紀生命科學展望
1.生物化學和分子生物學是21世紀生命科學的前沿學科。主題:基因組、蛋白質組和生物克隆。
2.生物化學與農業原始農業:采集狩獵，遊牧；傳統農業:原始種植和畜牧業；現代農業:化肥、農藥；綠色革命(雜種優勢)，生物控制，分子育種。；分子農業(工廠化養殖):細胞水平甚至分子水平的生化加工業，仿生學原理。；植物:光合作用→固定化細胞培養、葉綠體→光合器。；動物:細胞培養。
3.生物化學與環境保護。生物凈化:生物傳感器:酶、細胞、指示植物；
4.生物化學和輕工業；發酵工業:抗生素、氨基酸。食品工業和飼料工業:酶、添加劑、香料、制革和造紙工業:生物電子學:DNA儲存。
5.生物化學和醫學。生化藥物:疫苗，基因工程藥物:基因治療；
6.生物化學的機遇與挑戰。(1)，機遇:研究手段和方法的出現；(2)挑戰:許多重大理論問題尚未解決。
光合作用，生物能學，基因表達和調節。