第二节　生物化学研究的主要内容

生物化学的主要内容包括生物体的化学组成、生物分子的结构与功能；物质代谢、能量代谢、信号转导、遗传信息传递和自我复制等生命过程的化学本质。作为医学生物化学，其内容还包括有关的生物化学技术和一些组织器官的新陈代谢特点。

一、生物体的化学组成、分子结构及功能

组成生物体的化学元素主要是C、H、O、N、P、Ca和其他一些化学元素。这些元素以化合物形式存在于体内。水和钾、钠、氯、钙、磷、镁等元素以及体内的微量元素所组成的化合物，是人类正常结构与功能所必需的；有机小分子包括各种有机酸、有机胺、氨基酸、核苷酸、单糖、维生素等，与体内物质代谢、能量代谢等密切相关。体内大分子量的生物分子种类繁多，结构复杂，功能各异，但其结构有一定的规律。由基本结构单位按一定顺序和方式连接而成的多聚体分子，称为生物大分子（biological macromolecules）。核酸、蛋白质、糖复合物和复合脂类等是体内重要的生物大分子。研究生物大分子除了解其三维空间结构外，更重要的是研究其结构与功能的关系。生物化学学科已积累的体内各种化学成分的结构、性质和功能的研究方法和成果，为深入研究生物大分子并阐明复杂的生命现象提供了坚实的分子基础。

二、物质代谢及其调节

生物体与外环境进行物质交换，使体内物质及时更新替代，以维持内环境的相对稳定，延续生命的存在，这就是新陈代谢（metabolism）。新陈代谢是生命的基本特征。细胞消耗能量将小分子物质合成为大分子化合物的过程称为合成代谢（anabolism），相反的过程则称为分解代谢（catabolism）。体内糖、脂肪、蛋白质等能源物质进行氧化时，释出的能量供各种生命活动需要。各种物质代谢途径之间不仅互相协调，而且受内外环境各种因素的影响，随时进行调节以达到动态平衡，从而适应内外环境的变化。各种物质都能按一定规律有条不紊地进行代谢，这与体内神经、激素等全身性精细准确地调节作用密切相关。

生物体内一旦物质代谢发生紊乱即可导致疾病发生。随着生物化学的发展，各种物质代谢的过程已日臻清楚，而代谢调节的种类、方式、过程又十分复杂，特别是调节信号分子间的相互作用和信号转导系统还调节机体的生长、增殖、分化、衰老等生命过程，尽管其研究成绩斐然，但新的知识仍层出不穷，要探索的生命奥秘更深邃异常。

三、遗传信息的贮存、传递与表达

生物体在繁衍个体的过程中，其遗传信息代代相传，这是生命现象的又一重要特征。遗传信息传递涉及遗传、变异、生长、分化等诸多生命过程。受精卵增殖、胚胎发育、个体成熟等都伴随着无数次细胞分裂增殖过程，每一次细胞分裂增殖都包含着细胞核内遗传物质的复制、遗传信息的传递和表达。体内一刻不停地进行的物质代谢及其所发挥的功能也是细胞核内遗传信息最终表达的结果，这涉及核酸、蛋白质的生物合成及其调控。个体的遗传信息以基因为基本单位贮存于DNA分子中。随着人类基因组计划的最终完成，将阐明体内约4万个基因在染色体上的定位及其核苷酸序列，并进一步研究DNA复制、基因转录、蛋白质生物合成等基因信息传递过程的机制及基因表达的时空规律。在核酸研究基础上发展起来的基因工程理论和技术，加之新基因克隆、转基因、基因剔除和RNA干扰等研究技术，已广泛地应用于人体功能及疾病发生机制以及临床诊断、治疗等医学各个领域的研究，并已取得令世人瞩目的成就。

四、生物化学技术

生物化学的一切成果均建立在严谨的科学实验基础之上，这些技术包括生物大分子的提取、纯化与检测技术，生物大分子组成成分的序列分析和体外合成技术、物质代谢与信号转导的跟踪检测技术，以及基因重组、转基因、基因剔除、基因芯片等基因研究的相关技术等。生物化学技术融入了生物学、物理学、免疫学、微生物学、药理学等知识与技术，对生理学、药理学、病理学、微生物学、免疫学、遗传学，以及临床各学科的认识深入到分子水平。生物化学与分子生物学的发展也促进一些边缘学科的产生。例如，人们利用计算机技术对生命科学研究形成的大量复杂的数据、资料进行整理、分析、综合，回答研究中发现的新问题，从而形成了新的学科——生物信息学（bioinformatics）。