绪　论

生物化学（biochemistry）是研究生物体的化学组成及化学反应的一门学科。其主要研究内容包括生物分子的化学组成、结构及其与功能之间的关系，以及生物分子的代谢网络中化学反应及其规律，在分子水平揭示生命现象的本质，亦即生命的化学。生物化学早期主要运用化学的原理和方法，以及生物学、物理学以及数学的方法；后来又有遗传学、细胞生物学、生物信息学等研究方法的介入。

分子生物学（molecular biology）主要研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及基因结构、表达与调控等内容。分子生物学是生物化学的发展与延续，也是生物化学的重要组成部分。因此，生物化学与分子生物学是密不可分的。生物化学与分子生物学学科的迅猛发展推动了相关学科的发展及许多新兴交叉学科的产生。

生物化学的研究可追溯至18世纪，作为一门独立的学科，其发展历史可以概括为以下3个阶段。

18世纪中叶至19世纪末是生物化学的初步发展阶段，主要研究生物体的化学组成，描述组成物质的含量、分布、性质、结构与功能，故又称为叙述生物化学阶段。期间的重要贡献有：对三大营养物质（糖、脂质、蛋白质/氨基酸）的性质进行了较系统的研究；证实了肽链中肽键的作用；人工化学合成了简单多肽；从血液中分离了血红蛋白；发现了核酸并确定了嘌呤环和嘧啶环的结构；发现了淀粉酶、蛋白水解酶，提出了酶催化作用的锁钥学说等。另外还提出了新陈代谢这一重要概念等。

20世纪初期生物化学开始进入了蓬勃发展阶段，伴随着分析鉴定实验技术的不断进步，尤其是放射性同位素示踪技术的成熟应用，发现了营养必需氨基酸、必需脂肪酸、多种维生素及一些微量元素；发现了激素并将其纯化、合成；制备出了酶的结晶。更重要的是，在物质代谢方面，基本确定了主要的物质分解代谢途径：糖酵解、脂肪酸的β-氧化、鸟氨酸循环及三羧酸循环等，因此称为动态生物化学阶段。

1953年DNA双螺旋结构模型的提出，标志着生物化学进入分子生物学时期。期间，物质代谢途径的研究更深入，重点研究物质代谢的调节与合成代谢。而研究的焦点是蛋白质和核酸两类生物大分子的结构、功能与代谢及调控，取得了瞩目的成果：发现了蛋白质分子的二级结构形式α-螺旋；采用化学方法完成了胰岛素序列分析；DNA双螺旋结构为揭示遗传信息的传递规律奠定了基础。在此基础上，60年代，破译了RNA分子中的遗传密码，提出了遗传信息传递的中心法则。

20世纪70年代，重组DNA技术（或基因工程）的建立，标志着人们对生命本质认识的进一步深入，主动改造生物体的新时代开始。利用该技术相继获得了许多基因工程产品，大大推动了医药工业和农业的发展。转基因动物/植物和基因敲除动物模型的成功建立以及基因诊断与基因治疗，都是重组DNA技术在医学领域的重要应用。20世纪80年代，聚合酶链反应（PCR）技术的发明，使得体外高效扩增基因成为可能；核酶的发现，扩充了人们对生物催化剂的认识。

1990年启动的人类基因组计划（human genome project，HGP）是人类生命科学史上的伟大创举。HGP主要通过人类基因组作图（遗传图谱、物理图谱、转录图谱及序列图谱）、大规模测序及比较其他生物基因组特征，揭示了人类基因组的全部DNA序列及其组成。2001 年2月公布了人类基因组草图。2003年4月人类基因组序列图绘制成功。基因组序列图谱的完成，将为人类的健康和疾病的研究带来根本性的变革。

HGP拉开了基因组学的序幕。随着以HGP实施为基础、以全基因组测序为目标的结构基因组学的完成，基因组学的研究重心转移到以基因功能鉴定为目标的功能基因组学。随后兴起的蛋白质组学又成为生物化学的一个研究热点。生命科学的研究进入了一个注重事物之间相互联系，即整体性的组学（-omics）时代。基因组学、转录组学（及RNA组学）、蛋白质组学、代谢组学以及糖组学等各种组学，从DNA→RNA→蛋白质→代谢产物→生物学效应的各个层次，对遗传信息传递规律进行整体性的揭示。各种组学的不断发展以及组学原理/技术的广泛应用，使组学研究扩展到医药等各个领域并相互交叉产生了疾病基因组学、药物基因组学、营养基因组学等，从而在组学的水平上阐述生命活动的基本规律，以及疾病的本质，彻底改变和革新疾病的诊断、治疗和预防模式。

公元前21世纪，我国人民已能以“曲”为“媒”（即酶）催化谷物中淀粉发酵为酒。公元前12世纪已能制作酱醋。20世纪20年代以来，我国生物化学家吴宪教授在蛋白质研究中提出了蛋白质变性学说；在血液化学分析方面创立了血糖测定法。1965年我国在世界上首先人工合成了有生物活性的结晶牛胰岛素。1981年又采用有机合成和酶促相结合的方法成功合成了酵母丙氨酰tRNA。2000年我国负责完成了人类3号染色体短臂区域即人基因组1%的测序任务以及水稻基因组测序（2002年）。近年来，我国的基因工程、蛋白质工程、新基因的克隆与功能、疾病相关基因的定位克隆及其功能研究均取得重要成果。

生物化学的研究内容非常广泛，当代生物化学的研究主要集中在以下几个方面。

生物体的化学组成成分包括无机物（水和无机盐）和有机物。由C、H、O、N等元素组成的有机化合物称为生物分子，如糖、脂质、蛋白质、核酸和维生素及小分子化合物等。其中分子量大、结构复杂的有机物称为生物大分子。体内重要的生物大分子包括蛋白质、核酸、聚糖和复合脂类等。生物大分子种类繁多，结构复杂，但具有一定的规律，都是由基本组成单位通过特定的化学键按一定顺序连接形成的多聚体（polymer），分子量一般大于10 ⁴。蛋白质、核酸、聚糖中基本组成单位的排列顺序（即序列）代表着相应的信息，因此称为生物信息大分子。

生物大分子的结构包括一级结构（基本组成单位的种类、排列顺序和方式）及空间结构。一级结构是空间结构的基础，空间结构决定生物分子的功能。结构改变，导致生物学功能改变。生物大分子之间的相互识别与相互作用（如蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与核酸的相互作用、核酸与核酸的相互作用）是执行生物分子功能的基本要素。因此，生物大分子的结构、结构与功能的关系、分子之间的相互识别与相互作用是当今生物化学的研究热点之一。

生命体的基本特征是新陈代谢。生物体与外界环境不断进行大量的物质、能量及信息的交换，以维持内环境的相对稳定。交换的物质包括三大营养物质（糖、脂质、蛋白质）及水、无机盐、维生素等，以60岁年龄估算，前四者的消耗量依次为糖类10 000kg、脂质1000kg、蛋白质1600kg及水60 000kg。物质代谢几乎都是由一系列酶催化的反应所组成的代谢途径所完成。物质代谢伴随着以腺苷三磷酸（ATP）为核心的能量代谢。正常情况下，机体有一套精细、完善的代谢调控机制，物质代谢紊乱或调节失控则引起疾病。细胞内代谢的稳定需要细胞与细胞之间的协调，也需要神经、激素的调节。在神经-体液整体调控下，通过复杂的细胞信号转导网络，最终改变细胞内相关基因表达水平，从而改变蛋白质/酶的含量或结构及活性，控制代谢途径。因此，细胞信号转导、基因表达调控网络、物质代谢及其调节的机制也是现代生物化学的重要研究内容。

基因是合成蛋白质多肽链或RNA所必需的一段碱基序列。基因分子生物学的基本内容是研究基因的结构与功能，以及基因信息传递即基因的复制、基因转录、蛋白质生物合成的机制及细胞内的基因表达调控、细胞间的信号转导机制。基因信息传递涉及生物体的遗传变异、增殖分化、生长发育、衰老与死亡等诸多基本生物学过程。近年来，在系统生物学框架下，通过高通量实验技术，在组学的整体水平上深入研究揭示基因信息传递规律在生命科学中显得越来越重要，组学领域的研究也将获得快速发展。

生物化学是生命科学领域重要的前沿学科之一，是生命科学的共同语言。其理论和技术广泛渗入到基础医学和临床医学的各个领域，应用于疾病的预防、诊断、治疗与预后预警等，促进了现代医学的突飞猛进，并产生了许多新的交叉或分支学科，冠名“分子×××学”或“×××分子生物学”，如分子病理学、分子遗传学、分子药理学、分子微生物学、分子免疫学、分子流行病学、细胞分子生物学、肿瘤分子生物学、神经分子生物学、发育分子生物学和衰老分子生物学等。

生物化学从分子水平上为医学各学科研究正常人体结构与功能，以及疾病的发生发展机制、诊断、治疗和预防提供理论和技术支持，为推动医学各学科发展做出了重要贡献。

生物化学根据研究对象可分为动物生化、植物生化、微生物生化、昆虫生化等；按应用领域不同，可分为医学生化、农业生化、工业生化等。

卫生学研究外界环境因素与人群健康的关系，通过利用有益环境因素和控制有害因素以预防疾病、促进健康。其研究对象是人群及其周围环境。环境包括自然环境和社会环境，卫生学以研究自然环境为主，可人为将其划为生活环境（空气、水、食物及地质与土壤）和职业环境。

卫生生物化学是中国图书馆图书分类法中预防医学、卫生学下的一门重要的卫生基础科学，主要研究人体的化学组成和化学变化，以及环境有利因素（如食物/营养素）及环境有害因素（如环境污染物）、职业有害因素等与人体相互作用时的化学变化规律。

卫生生物化学作为预防医学的专业基础课，可在生物化学与分子生物学理论与技术原理方面，为预防医学专业后续课程，如卫生毒理学、营养与食品卫生学、环境卫生学、职业卫生与职业医学等的学习打下良好基础。

随着学科地位的确立与发展，卫生生物化学将会得到公共卫生与预防医学乃至医疗卫生领域的认同及普遍应用，为医学院校的教学、科研、人才培养、医疗卫生保健、医药及食品工业、环境治理和保护等做出重要贡献。