生物化学概述

生物化学 – 是对生物体体内化学过程的研究。旨在阐释所有生命体和生命活动的化学机理。

生物化学的应用

• 测试
  • 埃姆斯测试 – 将沙门氏菌暴露于安全性有待检测的化学品（例如食品添加剂）环境中，并检测细菌生长量的变化。 这个测试的意义在于，通过筛选化学品对DNA的诱变能力，来确定其对人体的潜在致癌性^[1]。
  • 妊娠试验 – 使用尿样或是血液样品。两种都是通过检验人绒毛膜促性腺激素（hCG）的存在，来鉴别是否怀孕。这种激素是在胚胎植入到子宫壁不久后，由胎盘分泌和积累的^[2]。
  • 乳腺癌检查 – 通过测试在两个特定基因上的突变—BRCA1和BRCA2来确定患乳腺癌的风险^[3]。
  • 产前基因检验 – 检测胎儿的潜在遗传缺陷，以发现染色体异常（如唐氏综合症）或先天缺陷（如脊柱裂）。
  • PKU测试 – 苯丙酮尿症（PKU）是一种代谢紊乱，由于缺少苯丙氨酸羟化酶而造成。这种酶的缺失会导致苯丙氨酸的积累，可能会导致智力迟钝^[4]。
• 遗传工程 – 把一个基因从一个生物体转移到另一个生物体内^[5]。例如，生物化学家把人胰岛素的基因植入细菌体内，细菌就可以通过蛋白质翻译的过程，生成人胰岛素。
• 克隆 – 多莉羊是第一个从体细胞克隆得到的哺乳动物。 克隆羊从基因层面而言，与原来提供细胞的那只羊完全相同^[6]。
• 基因治疗 – 将健康的或修饰过的基因插入生物体来替代引起疾病的基因。一般是通过一种经过特殊改造后的携带DNA的病毒，把健康基因插入患者的靶细胞内。在1990年时，这一疗法第一次成功应用在一个4岁的患有一种罕见的，称为严重联合体免疫机能丧失（SCID）的遗传性免疫系统疾病的患者身上^[7]。

生物化学的分支

主要分支

• 动物生物化学
• 植物生物化学
• 分子生物学
• 细胞生物学
• 新陈代谢
• 免疫学
• 遗传学
• 酶

其他分支

生物技术、生物发光、遗传工程、内分泌学、神经化学、血液学、营养学、光合作用、环境化学、毒理学

生物化学的历史

生物化学史

生物化学的基本概念

• 生物分子的基本分类
  
  • 碳水化合物：糖类 -- 二糖 -- 多糖 -- 淀粉 -- 糖原 
  • 脂类：脂肪酸 -- 脂肪 -- 必需脂肪酸 -- 植物油 -- 蜡 -- 胆固醇
  • 核酸：DNA -- RNA -- mRNA -- tRNA -- rRNA -- 密码子 -- 腺嘌呤 -- 胞嘧啶 -- 鸟嘌呤 -- 胸腺嘧啶 -- 尿嘧啶
  • 蛋白质：
    
    • 氨基酸 -- 甘氨酸 -- 精氨酸 -- 赖氨酸
    • 肽链 -- 一级结构 -- 二级结构 -- 三级结构 -- 构象 -- 蛋白质折叠
• 化学性质：
  
  • 共价键 -- 离子键 -- 氢键
  • 亲水性 -- 疏水性 -- 极性
  • pH值 -- 酸 -- 碱 -- 碱基
  • 氧化 -- 还原 -- 水解
• 结构化合物：
  
  • 细胞内：鞭毛蛋白 -- 肽聚糖 -- 鞘磷脂 -- 肌动蛋白 -- 肌球蛋白
  • 动物体内：几丁质 -- 角蛋白 -- 胶原蛋白 -- 丝心蛋白
  • 植物体内：纤维素 -- 木质素
• 酶以及酶活性：
  
  • 酶动力学 -- 酶抑制剂
  • 蛋白酶解 -- 泛素 -- 蛋白酶体
  • 激酶 -- 脱氢酶
• 生物膜：流动镶嵌模型 -- 扩散作用 -- 渗透
  
  • 磷脂 -- 糖脂 -- 糖萼 -- 抗原 -- 异戊二烯
  • 离子通道 -- 质子泵 -- 电子传递 -- 电化学梯度 -- 醌 -- 核黄素
• 代谢通路：
  
  • 生物色素：叶绿素 -- 胡萝卜素 -- 叶黄素 -- 细胞色素 -- 血红蛋白 -- 肌红蛋白 -- 吸收光谱 -- 荧光
  • 光合作用：光反应 --暗反应
  • 发酵：乙酰辅酶A -- 乳酸
  • 呼吸作用：三磷酸腺苷（ATP） -- NADH -- 丙酮酸 -- 柠檬酸
  • 化能合成
• 调控
  
  • 激素：生长素
  • 信号转导 -- 生长因子 -- 转录因子 -- 蛋白激酶
  • 机能失调：肿瘤 -- 原癌基因 -- 抑癌基因
  • 受体：整联蛋白 -- 跨膜受体 -- 离子通道
• 技术：电泳 -- 色谱 -- 质谱 -- X-射线衍射 -- Southern blot -- 分离技术 -- 革兰氏染色 -- 表面等离子共振

生化技术

分子遗传学

• DNA测序
• 聚合酶链反应
• Northern blotting
• Southern blotting
• 蛋白质融合
• DNA芯片
• 生物信息学
• 流式细胞术

蛋白质纯化

• Western blotting
• 相色谱
• ELISA

结构测定

• X射线晶体学
• NMR
• 电子显微镜
• 分子动力学
• 质谱分析
• 同位素标签

生物分子之间的相互作用

• 免疫共沉淀
• 电泳转移验
• Southwestern blotting

外部链接

• Biochemistry, 5th ed. （页面存档备份，存于互联网档案馆） Full text of Berg, Tymoczko, and Stryer, courtesy of NCBI.
• Full text of Garrett and Grisham.

参考文献

1. Mortelmans, K.; Zeiger, E. The Ames Salmonella/microsome mutagenicity assay. Mutation Research. 2000-11-20, 455 (1-2): 29–60 [2018-06-26]. ISSN 0027-5107. PMID 11113466. （原始内容于2020-04-18）. 
2. Wilcox, A. J.; Baird, D. D.; Weinberg, C. R. Time of implantation of the conceptus and loss of pregnancy. The New England Journal of Medicine. 1999-06-10, 340 (23): 1796–1799 [2018-06-26]. ISSN 0028-4793. PMID 10362823. doi:10.1056/NEJM199906103402304. （原始内容于2019-10-20）. 
3. Petrucelli, Nancie; Daly, Mary B.; Pal, Tuya. BRCA1- and BRCA2-Associated Hereditary Breast and Ovarian Cancer. Adam, Margaret P. (编). GeneReviews®. Seattle (WA): University of Washington, Seattle. 1993 [2018-06-26]. PMID 20301425. （原始内容于2021-03-08）. 
4. Phenylketonuria (PKU) - Symptoms and causes. Mayo Clinic. [2018-06-26]. （原始内容于2008-03-17） （英语）. 
5. Vert, Michel; Doi, Yoshiharu; Hellwich, Karl-Heinz; Hess, Michael; Hodge, Philip; Kubisa, Przemyslaw; Rinaudo, Marguerite; Schué, François. Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012). Pure and Applied Chemistry. 2012-01-11, 84 (2): 377–410 [2018-06-26]. ISSN 1365-3075. doi:10.1351/pac-rec-10-12-04. （原始内容于2019-12-08） （英语）. 
6. Rantala, Milgram; M., Arthur. Cloning. Cloning: For and Against. Chicago, Ill.: Open Court. 1999. ISBN 0812693744. OCLC 40408726. 
7. Blaese, R. M.; Culver, K. W.; Miller, A. D.; Carter, C. S.; Fleisher, T.; Clerici, M.; Shearer, G.; Chang, L.; Chiang, Y. T lymphocyte-directed gene therapy for ADA- SCID: initial trial results after 4 years. Science (New York, N.Y.). 1995-10-20, 270 (5235): 475–480 [2018-06-26]. ISSN 0036-8075. PMID 7570001. （原始内容于2018-08-20）.