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生化与分子生物学研究思路与技术 中南大学 生物科学与技术学院 生物化学系,生物化学研究所 陈汉春 E-mail: chenhanchun@ 生物化学 : 研究活细胞及有机体内各种分子及其相互间化学反应的科学。 研究活细胞的化学组成及相互反应和进程的科学，即“生命的化学” 。 生命科学的基础语言，即研究生命的分子基础(molecular basis of life)。 一.生物化学研究的目的： 从分子水平了解活细胞相关的所有化学进程。 对健康、营养的理解和维持以及对疾病的发生机理的阐明和有效治疗。 二.生物化学的研究对象： 研究生物分子的组成成分如碳、氢、氧、氮、磷等化学元素以及水和无机盐代谢。 研究生物大分子如DNA、RNA、蛋白质、多糖及脂类的结构、功能、结构与功能的关系以及这些生物大分子的代谢和相互作用。 三.生物化学研究的发展： 生物化学研究历经两百多年进入分子生物学年代，走过了三个发展阶段： 叙述生物化学阶段 动态生物化学阶段 功能或分子生物化学阶段 叙述生物化学(descriptive biochemistry)阶段(1770～1903) 又称为静态或形态生物化学(static or morphological biochemistry)。该时期多依附于有机化学，开始详尽研究生物体内主要化学物质的组成，分离出各种氨基酸、脂酸、甘油、糖类、柠檬酸、乳酸和苹果酸。从肝中分离糖元，发现了核质（nuclein）及核酸。奠定了酶学基础理论。基本上解决了酶的催化特性、作用机理和影响因素等问题。 我国人民在公元前二十一世纪，已用曲酿酒，称曲为酒母，又叫做酶；公元前十二世纪，已将豆、谷发酵，捣烂、加盐以造酱，并制出麦芽糖，当时称为 “饴”。公元九世纪或十世纪已制成豆浆和豆腐。 2. 动态生物化学(dynamic biochemistry)阶段（1903～1950） 又称为生理化学（physiological chemistry）。该时期主要研究生物体内组成物质的化学变化及相互转变。分离制备结晶酶，阐明细胞氧化和呼吸链及维生素和激素化学性质与生理作用。建立了有关发酵和三羧酸循环、脂酸的β－氧化作用以及肝中尿素合成的完整生化途径，能初步动态地解释许多生命现象的本质，如生长、发育、生殖、呼吸、造血和消化等，使生物化学进入了一个兴旺的发展时期。 此阶段中国人民的贡献： 该时期，我国生物化学家建立了血滤液制备与血糖测定的生化方法，迄今还为实验室采用。在蛋白质研究中，提出了蛋白质变性学说，并一直获得世界同行公认。在免疫学方面，首先使用定量分析技术研究抗原抗体反应的机理。 3. 功能或分子生物化学（functional  or molecular biochemistry）阶段  （1950年至今） 该时期主要从分子水平探索蛋白质、酶和核酸等生物大分子结构与功能的相关和它们的相互作用，包括蛋白质和核酸的提纯，其化学组成、氨基酸或核苷酸的一级结构序列以及空间构型、构象的确定，DNA双螺旋结构模型的建立，生命物质如肽激素、tRNA和核酶的人工合成，分子克隆技术的建立，代谢调控和生物膜研究的开展，均有助于揭开生命起源和实现对疾病的基因治疗。分子遗传学和遗传工程技术的建立，为培养动植物的新品种，促进工农业的变革，提供了新思路。 此阶段中国人民的贡献： 该时期，我国生化工作者于1965年首先成功合成了有生物活性的牛胰岛素，1972年借助X-射线衍射技术研究了猪胰岛素分子的晶体结构，1981年首次合成具生物活性的酵母丙氨酸tRNA。九十年代，成功制备重组Ⅷ因子和促红细胞生成素（erythropoietin），参与完成人类基因组计划。 四.生化研究的基本思路 和技术路线： 经典的生物化学研究包括三个主要步骤： 分离细胞器和生物分子。 判断生物分子的结构。 分析生物分子的功能和代谢（合成与 分解）及其相互作用。 1 .细胞器和生物分子的分离： 细胞器是一种独立亚细胞单位，具有膜结构。按照这个定义，核糖体、细胞骨架还有细胞质都不属于细胞器。然而，我们可以把它们看作一种亚细胞功能实体。一般采用匀浆及离心等操作过程进行亚细胞分离。分离后还必须采用测量“标志”酶及特殊化学成分或电子显微镜观察的方法来评估各亚细胞组分。 像分析细胞器一样，如果要了解生物分子的结构，首先必须得到纯化的生物分子。用于分离和纯化生物分子的方法层出不穷，例如盐析法、层析法(纸、离子交换、薄层、气－液相、高压液相层析)、凝胶过滤、电泳(纸、高压、琼脂糖凝胶、醋酸纤维素簿膜、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶、SDS)、超速离心等。要得到均一性的生物分子往往需要综合性采用多