第二节　生物化学的发展历程

生物化学是一门古老又年轻的科学。1903年，Neuberg首先提出了“生物化学”这一名词并使之成为一门独立学科。生物化学的发展大致分为三个阶段。

一、初期阶段

20世纪前，主要针对生命物质的化学组成、理化性质和含量进行研究。在这一阶段，对糖、脂和蛋白质等的结构和性质进行了较为系统的研究；发现了酶和核酸；证实了染色体由核酸和蛋白质组成；提出了基因和代谢的概念。因为初期阶段的工作主要是研究静止状态下生命物质的化学组成、化学结构和理化性质，所以这一阶段又称为“静态生物化学”或“叙述生物化学”阶段。

二、发展阶段

20世纪初至20世纪中叶，利用离体器官、组织切片、组织匀浆和酶的纯化以及同位素示踪技术，确定了生物体内主要物质的代谢途径，包括糖代谢、脂肪酸β氧化、尿素合成、三羧酸循环及脂肪酸合成途径等；发现了多种维生素和激素，明确了它们在物质代谢及代谢调节中的作用；证实了生物体内存在呼吸链和氧化磷酸化反应；发现了DNA是生物遗传的物质基础。因为物质代谢在体内是处于动态平衡的过程，所以生物化学的这一发展阶段又称为“动态生物化学”阶段。

三、分子生物学阶段

20世纪下半叶，生物化学的发展进入分子生物学阶段。1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型，标志着生物化学的发展进入了分子生物学时代。此后，随着在大肠杆菌中发现催化DNA复制的DNA聚合酶、DNA指导的RNA聚合酶，明确了20种氨基酸遗传密码，又提出了遗传信息传递的中心法则（DNA→RNA→蛋白质）。20世纪70年代初，限制性核酸内切酶和DNA连接酶的发现，Berg首次将经限制酶切割的病毒SV40 DNA片段和噬菌体DNA片段连接起来构成DNA重组体，并将重组DNA导入大肠杆菌进行克隆，标志着基因工程的诞生。由此，人们可以生产有效药物、制备疫苗和一系列天然蛋白质，并根据需要来改造动植物品种。1982年Cech T发现了核酶（ribozyme），打破了“酶是蛋白质”的传统概念，提出了“在蛋白质尚未出现前可能有一RNA世界”的生命起源新理论。1983年，Mullis K发明了聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）技术，使人们可以在体外简便快捷地扩增DNA，由于PCR技术操作简单、灵敏度高、特异性强，具有极高的扩增效率，该技术被广泛应用于基因克隆、基因诊断等方面。如检测病毒与细菌、肿瘤诊断、遗传性疾病的产前诊断、法医鉴定以及人体激素如生长抑素、胰岛素的制备等。1997年英国科学家用羊的体细胞成功克隆出克隆羊“多利”，标志着人类无性繁殖哺乳动物技术的重大突破。2003年，由美、英、日、法、德、中等6国科学家协作完成了人类基因组计划（human genome project），成功绘制出人类基因组序列图，为人类健康和疾病的研究带来了革命性变化。继人类基因组计划之后，后基因组计划也应运而生，这将进一步研究各种基因的功能及其表达调控，最终揭示人类生老病死的奥秘。

四、生物化学在我国的发展

从古至今，我国对生物化学的发展做出了巨大贡献。在生物化学这门学科诞生之前，我国劳动人民就已经将生物化学的一些基本理论和技术应用于生产、生活之中。相传仪狄作酒，禹饮而甘之。《周礼》中有“五味”的描述，有饴、醋的记载。做酒必用曲，饴是淀粉酶水解谷物中淀粉的产物，酒继续发酵即为醋。以上都涉及了生物化学课程中讲述的“酶”。《黄帝内经·素问》中有“五谷为养，五果为助，五畜为益，五菜为充，气味合则服之，以补精益气”，区分了谷、畜、果、蔬四类食物的营养性质等。20世纪20年代，我国生物化学家吴宪在临床血液分析方面，创立了血滤液的制备和血糖的测定方法，并针对蛋白质变性是由于其结构发生变化而提出了国际公认的蛋白质变性学说。1965年我国生物化学家在世界上率先人工合成了有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素；1974年又用X线衍射法精确测定了猪胰岛素晶体结构，分辨率达0.18nm；1981年又成功合成了酵母丙氨酰转运核糖核酸。1990年我国研制了第一例转基因家畜。2003年作为唯一的发展中国家加入世界人类基因组计划国际大协作，完成了1%人类基因组的测序工作。2005年开始的由我国科学家领衔的第一个人类组织/器官的蛋白质组计划“人类肝脏蛋白质组计划”，将为重大肝脏疾病的预防、诊断、治疗和新药研发提供重要的科学理论。此外，自1986年我国实施“863”计划以来，在诸如基因工程药物、基因工程疫苗、转基因农作物、转基因动物等方面，取得的一批又一批具有自主知识产权的研究成果，不断推动着我国生物化学向国际一流水平迈进。