绪论
一、生物化学的涵义
生物化学是关于生命的化学，或者说是关于生命的化学本质的科学。它是以研究生物体的化学组成，生物物质的结构和功能，生命过程中物质变化和能量变化的规律，以及一切生命现象（如生长、发育、运动、呼吸、遗传、变异、衰老、生命起源等）的生物化学原理为基本内容的科学。
生物化学涉及的范围很广，学科分支越来越多。根据所研究的生物对象不同，可分为动物生化、植物生化、微生物生化、农业生化、临床生化等。随着生化向纵深发展，学科本身的各个组成部分常常被作为独立的分科，如蛋白质生化、糖的生化、核酸、酶学、能量代谢、代谢调控等。现代科学中非常引人注目的分子生物学，可视为以研究生物大分子的结构与功能为主要内容的现代生物化学的前沿学科。
生物化学既是由多学科共同孕育形成并发展起来的边缘学科，又是生物及医学、农学、环保等学科必不可少的基础学科；既是在理论和技术方面都有很大影响的带头学科，又是涉及面很广的应用学科。无论就其在自然科学中的地位来看，还是从其在国民经济建设中的作用来看，都是十分重要的一门科学。正如1953年Watson和Crick提出DNA分子双螺旋结构模型，对生物学、遗传学、医学、农学，从理论到实践所产生的深刻影响那样，生物化学研究成果的意义远远超出对生命本身的认识。
二、生物化学的形成和发展
生物化学是一门新兴学科，是20世纪早期在有机化学、生物学、医学、农学等学科的基础上形成的一门边缘学科。早在史前，人类就已经在生产、生活和医疗等方面积累了许多与生化有关的实践经验。如在公元前22世纪就用谷物酿酒；公元前12世纪就会制酱、制饴糖。公元前7世纪，我国中医医生就用车前子、杏仁等中草药治疗脚气病，用猪肝治疗夜盲（雀目）症等。然而，人们对生命的化学本质的认识却很晚，直到18世纪中后期才有所发现。
19世纪末以前是静态生物化学阶段。这是生物化学发展的萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分。18世纪70年代，Schcele从动、植物材料中分离出甘油及柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等有机物。18世纪80年代，Lavoisier发现动物吸入O2，呼出CO2，证明了呼吸作用就是氧化作用，他还证明了酒精发酵本质上是一系列的化学反应过程。19世纪，对生命现象开展了比较广泛的研究，对生命的化学本质的认识有了许多重大进展，为生物化学学科的形成奠定了基础。1810年，Gay-Lussac推导出了酒精发酵的反应式；1833年，Payen分离出麦芽淀粉酶。19世纪50年代，Pasteur证明了酒精发酵是微生物引起的，排除了发酵自生论。19世纪60年代，德国生理化学家Hoppe-Seyler得到了蛋白质结晶——血红蛋白；Mendel发表了豌豆杂交试验；Miescher发现核酸等。此后，Fischer等对酶的催化作用机理进行了早期的研究。
1877年，Hoppe-Seyler首次提出“Biochemie”（“生物化学”），并创办了《生理化学》杂志。从此，随着生产和研究工作的发展，以及教学工作的需要，生物化学的有关内容才从有机化学、生理学、医学等学科中独立出来，逐渐形成了现在这样一门以生物功能为轴心的理论体系独特的边缘学科。
20世纪上半叶是动态生物化学阶段。这一时期是生物化学蓬勃发展的时期，人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。早期的发酵和医学研究对生化的发展，无论是在生化的早期，还是在现代生化研究中，都是重要的动力。特别是在1897年，Buchner兄弟利用无细胞酵母汁液发酵蔗糖产生酒精的研究将酶学和代谢等现代生化研究引入了一个快速发展的新时期，是生化发展早期的一个重要里程碑。脂肪酸氧化降解途径、糖酵解途径、三羧酸循环途径的基本化学过程都在20世纪30年代提出来了。1926年，Sumner获得脲酶结晶，证明了酶的化学本质是蛋白质；其后，蛋白质分子结构和功能的研究成了热点。
20世纪50年代进入分子生物学时期。这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。1955年，由Sanger首次完成了牛胰岛素分子的一级结构分析。10年之后的1965年，由我国生物化学家率先完成了结晶牛胰岛素分子的人工合成，为推动核酸、蛋白质等生物大分子的人工合成做出了重大贡献。同一历史时期，关于蛋白质分子空间构象与功能的研究、核酸大分子结构与功能的研究、生物膜的结构与功能的研究，以及生物氧化、电子传递链、辅酶、激素等方面都有突破性的研究成果。1965年Monod提出的蛋白质变构学说，对酶学和代谢调节的研究产生了积极的影响。由于放射性同位素标记追踪实验用于代谢研究，以及酶抑制剂的使用和微量分析技术的进步，在20世纪50年代关于氨基酸、嘌呤、嘧啶、脂肪酸、萜类化合物等许多物质的生物合成和酶促降解途径被阐明了。
自1944年Avery用肺炎球菌转化实验证明了核酸是遗传的物质基础之后，1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型，奠定了分子遗传学的理论基础。1967年，Weiss发现了T4噬菌体DNA连接酶，R.Yuan发现了DNA限制性内切酶，这些发现为研究核酸大分子结构和功能找到了自由切割和重组的工具。在此基础上，1977年Sanger完成了由5375个核苷酸组成的ΦX174DNA一级结构分析。这些成果和方法，以及原核细胞代谢调控机理的研究成果为进行遗传物质结构和功能的研究，为基因分离、体外重组和体内表达创造了条件。进入20世纪80年代世界新的工业革命浪潮以来，各国政府对生物技术和新材料都倍加重视，分子生物学研究成了最受青睐的学术领域之一，酶工程、遗传工程、细胞工程、生物工程都得到了迅速发展。其中，DNA重组技术已成为当代最突出的科学成就之一。通过重组技术，可将亲缘关系很远的外来基因引入细胞，从而实现了定向改造微生物的DNA分子，创造出具有新的遗传性状的新物种。生化研究把人们认识自然、改造自然的能力发展到了一个自由度更大的新阶段。
1990年，人类基因组计划（将人体23对染色体全部DNA的核苷酸序列测出来）正式启动，到2000年6月，人类基因组序列草图提前完成。这是人类生命科学历史上的一个重大里程碑，它揭示了人类遗传学图谱的基本特点，将为人类的健康和疾病研究带来根本性的变革。
2014年6月5日，清华大学宣布：清华大学医学院颜宁教授研究组在世界上首次解析了人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构，初步揭示了其工作机制及相关疾病的致病机理。该研究成果被国际学术界誉为“具有里程碑意义”的重大科学成就。
三、本课程的内容组成
本教材属于普通生化的范畴，其内容以介绍生物界普遍存在的化学物质和共同遵循的基本代谢规律为主。课程内容主要由三部分组成。
1.生物体的化学组成
生物机体的化学组成非常复杂，从无机物到有机物，从小分子到各种生物大分子，应有尽有。除了各种无机盐和水之外，大多数生物物质是由下面30种小分子前体物质构成的。有人将这30种前体物质称为生物化学的字母表。
（1）20种氨基酸 氨基酸是组成所有蛋白质分子的单体，也参与许多其他结构物质和活性物质的组成。
（2）5种芳香族碱基 2种嘌呤（腺嘌呤和鸟嘌呤）和3种嘧啶（胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶）分别参加核苷酸的组成。核苷酸是DNA和RNA分子的前体，也是核苷酸类辅酶和高能磷酸化合物ATP等三磷酸核苷酸的前体。
（3）2种糖 D-葡萄糖是植物光合作用的主要产物，也是多糖化合物的主要单体分子。D-核糖是核苷酸的组成成分。
（4）脂肪酸、甘油和胆碱 它们是脂肪和类脂的组成成分。类脂中，磷脂分子是组建生物膜双层脂质的基本物质。
由以上单体分子或它们的衍生物为基本成分组成的糖类、脂类、蛋白质、核酸以及对代谢起催化和调节作用的酶、维生素和激素，通常被称为生物化学中的四大基本物质和三大活性物质。研究这些生物物质的结构、性质和功能的内容，在生物化学教材中，称为静态生物化学。书中的第一章至第五章属静态生物化学的内容。
2.代谢的研究
新陈代谢是生命的基本特征。在生化中，关于代谢的内容称为动态生物化学。物质代谢是生物体与外界的物质交换过程，是活细胞进行的复杂的系列酶促反应过程，其基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，是最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢、分解代谢、物质互变、代谢调控、能量代谢几方面的内容。合成代谢是生物体利用外来营养物质转化为自身有机物质的过程；分解代谢则是生物机体中原有的有机物质分解并转化为环境中物质的过程。代谢过程的化学反应可分为氧化还原反应、基团转移反应、水解反应、裂解反应、异构反应和合成反应。动态生物化学以代谢途径为中心，研究物质在细胞内的变化规律及其伴随发生的能量变化。书中第六章至第十章属代谢方面的内容。
3.遗传的分子基础及代谢调节
生物性状之所以能代代相传，是靠核酸和蛋白质作为物质基础。DNA是遗传信息的载体，通过DNA分子半保留复制，将遗传信息传递给子代细胞，再通过蛋白质生物合成，将生物的遗传性状表达出来。生物体内的化学变化，就反应性质的复杂性、产品的多样性和生产组织调控的严密性来说，是任何现代化大工厂所不能比拟的。从20世纪60年代以来，现代生化研究正在逐渐揭示生物体代谢调节机制的秘密，所取得的成果已经对遗传育种和生物工程产业产生巨大影响。细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。代谢调控理论是新型发酵生产的主要理论依据，在抗生素、氨基酸、核苷酸、酶制剂、单细胞蛋白等新型发酵领域，若没有代谢调控理论的指导，则难以实现生产目标。第十一章至第十四章介绍这方面的基本知识。
四、学习生物化学应注意的几个问题
1.建立起以生物功能为轴线的思维体系
因为生物化学的理论体系是以生物功能为轴线建立起来的，不同于无机化学以元素周期系为基础的理论体系，也不同于有机化学以官能团为基础的理论体系。从静态生化到动态生化都贯穿着生物功能这根轴线。静态生化中有些生化物质的概念就与有机化学的不同。关于分子结构与生物功能的关系更是生化重点讨论的内容，例如，维生素类化合物有30多种，它们的化学结构相差很大，可分别属于有机化学的醇、酸、酚、醌、醛、胺、苷等化合物。因为它们在体内都有调节代谢、维持生命的作用，故同归为一类，叫做维生素。生物化学中的脂类化合物，是泛指生物合成并能被生物体利用的所有溶于有机溶剂的化合物。其成员复杂，远远超出了有机化学中酯类的范围，却又不能包括有机化学中所有的酯类化合物。酶是蛋白质，却又从蛋白质化学中独立出来，以突出研究其结构、功能和作用机理。至于各种物质在细胞中的代谢变化，都有其特定的生物功能。学习研究反应过程和代谢变化规律，要理解正常代谢与生命现象的关系，还要理解正常或非正常代谢与发酵生产的关系。
2.注意学习技巧
生物化学内容虽有静态和动态之分，但编排次序并没有固定的格式，无论怎样编排，前后内容都是平等的，但又互相联系、互相依存。前面的内容常常需要学到后面才能深入理解，学习后面的内容又离不开前面的知识。因此，学习方法上需要前挂后联，温故知新。随学随消化，则越学越容易，否则，越学困难越大。经常复习，总结归纳，是很重要的方法。复习时要由纲到目，先粗后细；否则，会觉得内容多，零乱无序，没有系统。
3.要充分利用实验课的机会
加深对生化理论知识的理解，学习实验研究方法，提高分析问题、解决问题和动手的能力。