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第１章　绪论
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第１章　绪　　论
1.1 生物化学的研究内容
1.2　生物化学的发展简史
1.3　现代生物化学技术及其应用
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1.1　生物化学的研究内容
1.1.1　生物体的化学组成、结构和功能
生物体的化学组成非常复杂，从无机物到有机物，从小分子物质到生物大分子，种类繁多、结构复杂、功能各异。生物体的基本物质包括糖类、脂类、蛋白质和核酸四大类，除此之外，还有很多有机酸、酶、维生素、激素、生物碱、无机离子等物质，它们是生物体完成各种生命活动的物质基础。
有关生物体组成成分的分析与鉴定，尽管是生物化学发展初期的主要研究内容，但时至今日仍有许多新物质不断被发现。如陆续发现的干扰素、环核苷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等，已成为当前重要的研究课题。早已熟知的化合物也会被发现新的功能。
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1.1　生物化学的研究内容
如２０世纪初发现的肉毒碱，５０年代被认定为一种生长因子，６０年代又确定是生物氧化的一种载体；作为分解产物的腐胺和尸胺也发现与精胺、亚精胺等具有多种生理功能，不仅调节核酸和蛋白质的合成，也参与调节ＤＮＡ 超螺旋的稳定作用和细胞分化。因此，有关生物体化学组成、结构和功能的研究仍然是当前和今后生物化学的重要研究内容。
1.1.2　新陈代谢和调控
新陈代谢是生命活动的基本特征，新陈代谢是有机体内完成物质转化和能量代谢的根本途径。生命活动需要物质与能量，糖类是生物体最直接的能源物质，脂类、蛋白质也是很重要的能量来源。
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1.1　生物化学的研究内容
通过分解代谢和合成代谢，生物体自身组成物质不断更新，并为生命活动提供能量。生命不息、代谢不止，酶作为特殊的生物催化剂，在新陈代谢过程中起着决定性的作用。各类物质的分解途径、合成途径，既相对独立，又互相配合，彼此协调、有条不紊。生物化学一直致力于研究生命系统中各种物质的代谢途径及其调控机制。
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1.1　生物化学的研究内容
1.1.3　遗传信息的传递和表达
生命现象延续不断，就在于遗传信息的复制、传递和表达。核酸是遗传信息的携带者，通过对核酸结构与功能的研究，阐明了基因的本质、遗传信息传递的中心法则和基因表达的途径。遗传信息的传递和表达，主要是通过ＤＮＡ 的复制、ＲＮＡ 的转录及蛋白质合成实现的。有关基因表达的调控知识，多是来自对原核生物的研究，真核生物基因的调控尚待深入探讨。
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1.2　生物化学的发展简史
人类对生物化学的认识是在长期的生产、生活和医疗救护过程中逐渐开始的。最早的记录是公元前２２世纪用谷物酿酒，以后北魏贾思勰记载用曲液进行酿造，唐代孙思邈《千金要方》记载中草药治疗脚气病，北宋沈括《梦溪笔谈》记载“秋石阴练法”从人尿中提取性激素，明代李时珍著《本草纲目》详述人体的代谢物、分泌物，等等。中国古代在生物化学的发展上有很大贡献，只是由于历代封建王朝尊经崇儒，斥科学为异端，在近代生物化学的发展上建树较少，欧洲一直处于领先地位。
１７世纪初，比利时海尔蒙特（Ｊ．Ｂ．ｖａｎＨｅｌｍｏｎｔ，１５７７—１６４４）第一个尝试用化学方法去了解人类和生物的生理构造，这是生物化学的早期萌芽。
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1.2　生物化学的发展简史
１８ 世纪后期，法国拉瓦锡（Ａ．Ｌ．Ｌａｖｏｉｓｉｅｒ，１７４３—１７９４）首次证实了动物身体的发热是由于体内物质氧化所致，阐明了机体呼吸的化学本质，从此拉开了生物化学的研究序幕。
生物化学的研究开始于１８世纪７０年代，其后经历２００多年的发展，有两个里程碑式的节点：一是１９０３年德国科学家纽伯格（ＣａｒｌＮｅｕｂｅｒｇ）正式提出生物化学并且其成为一门独立学科，二是１９５３年Ｗａｔｓｏｎ和Ｃｒｉｃｋ提出ＤＮＡ 的双螺旋结构。据此可以将生物化学的发展史粗略地划分为三个阶段。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
1.3.1　现代生物化学技术
现代生物化学技术是在分子生物学研究中逐渐发展起来的。它是利用生物的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合加工生产产品的综合性技术。现代生物化学技术以基因工程技术为核心，主要包括：基因工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等。
基因工程技术是对生物的遗传基因进行改造或重组，并使重组基因在细胞内表达，产生人类需要的新物质。蛋白质工程是对编码蛋白质的基因进行有目的的设计和改造，通过基因工程技术获得可以表达蛋白质的转基因生物系统，获得人类需要的蛋白质。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
基因工程技术与生物信息密切相关，是建立在生物遗传信息理论基础上的，对核酸及其分子生物学理论的深入研究促进了基因工程和蛋白质工程技术的发展。
发酵工程是从简单普通的原料出发，设计最佳路线，合成所需功能产品。酶工程是分离纯化工业用酶，并进行分子生物学改造和修饰，通过发酵工程获得大量的理想的生产用酶制剂，从而进行酶催化工业生产。代谢理论的发展和代调途径不断被!示，促进发酵技术发展，很多生物产品的开发研究都是以代谢途径及代谢调控为指导的，没有代谢理论的发展也就没有发酵行业的技术进步和新产品的出现。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
1.3.2 生物化学在农业生产中的应用
生物化学在遗传育种、种质鉴定、作物栽培等方面应用比较广泛。遗传育种就是利用植物基因克隆和转化技术，打破植物亲缘关系进行品种改良，使作物品种优良性状得以保持和传递的。对于种子品种鉴定，过去一直是进行田间试验，根据植株形态判断，费时费力，很不方便；现在利用生化技术，提取不同种子ＤＮＡ，进行限制性内切酶消化并进行电泳分析，根据不同品种电泳谱带的差异鉴定种子真伪。作物栽培中，人们最关心的是产量，只要研究并掌握栽培作物的代谢规律，合理栽培并科学管理，就可以获得优质、高产的收成。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
在农作物的抗寒、抗病方面也有较多应用。抗寒是农作物的重要遗传性状，对生物膜的研究表明，膜脂中不饱和脂肪酸含量越高，膜脂流动性越大，作物抗寒性越强；抗寒也与细胞膜上的ＡＴＰ酶、过氧化物歧化酶等有关。现在，无须进行田间试验鉴定作物抗寒性，只需检测细胞膜的结构和相关酶的活性即可。关于植物的抗病性，已经培育了很多抗虫、抗病的转基因作物，如转基因马铃薯、水稻、番茄、甜椒等，我国已于１９９８年批准栽培。
另外，在农作物的抗旱、抗盐研究，农、牧、水产品的储藏、保鲜等方面，都离不开生物化学技术。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
1.3.3　生物化学在工业领域中的应用
在食品工业、发酵工业、制药工业、皮革工业、生物制品工业等，都需要应用生物化学的基本理论和技术。
发酵技术主要用于食品工业、制药工业、酶工业中。发酵技术主要利用微生物及其代谢终产物，主要涉及发酵菌种和代谢过程的调控。发酵菌的酶系影响发酵产品，可以利用基因工程改造发酵菌。目前，成功改造基因工程菌的例子比较多，如改造啤酒酵母。提高麦芽汁的分解率、改善啤酒的馊酸味、提高啤酒澄清度等；改造乳酸菌，提高菌种耐氧性、改善乳风味、抑制酸乳后酸化作用等。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
当前，利用发酵法成功实现了工业化生产维生素Ｃ、氨基酸、味精、色素和酶制剂。酶在其他工业领域也发挥了巨大作用。如：淀粉酶和葡萄糖异构酶用于糖浆生产，果胶酶用于果汁加工，纤维素酶用于饲料添加剂提高利用率，蛋白酶用于肉类嫩化处理、皮革脱毛、加酶洗涤剂等。
在食品工业中，生化技术可用于食品营养成分分析和对人体有害、有毒物质的检测。目前，核酸分子杂交技术、ＰＣＲ技术、现代免疫技术等，逐渐用于致病微生物和转基因成分的分析检测，简单、方便、快速、准确、可靠。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
1.3.4 生物化学在医药行业中的应用
生物化学与医药行业源远流长，可以说生物化学和医学、药物学一脉相承、一路同行，相互联系、相互渗透。生物化学技术在医学领域应用较早，目前主要集中在临床生化检验、精准医学和生化药物的研发。
生化检验和分析是临床诊断、治疗、预后的有效手段，目前生化检验项目扩展很多，检验技术也不仅限于滴定、比色、电泳、免疫等传统的生化手段，ＰＣＲ 技术、核酸探针技术等现代生物化学技术应用也比较普遍。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
随着现代生物化学、分子生物学、各种组学、生物信息学和分子病理学的发展，个性化医学得到广泛的重视。２０１５年，美国、中国相继启动精准医学。精准医学是以个体化医疗为基础，利用基因组学、功能基因组学、生物信息学数据库、海量数据分析处理的计算机技术、小型可移动健康监测设备等医学前沿技术，从分子生物学本质思考和理解疾病并且基于患者的遗传信息寻求最佳治疗靶点，从而实现对疾病的精准诊断、分期、分型，最终实现对疾病的精准治疗。
生化药物又称生化与生物技术药物。狭义的生化药物是指用于预防、治疗和诊断的生化基本物质，主要是氨基酸、多肽、蛋白质、酶及辅酶、多糖、脂质、核酸及其降解产物。进入２１世纪，随着现代生物化学技术的发展，生化药物的研究日新月异。
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1.3　现代生物化学技术及其应用
目前，现代生物技术药物集中在以下５个类别：单克隆抗体、反义药物、基因治疗药物、可溶性蛋白质类药物和疫苗，其中单克隆抗体最引人注目，有１００多个单克隆抗体处于临床试验阶段。
此外，在环保领域“三废”处理，在航空航天航海事业，在海洋渔业资源开发利用，在国防生物安全、生化防护等方面，都离不开生物化学及生物化学工程技术。
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