第一節　生物化學的主要內容

一、生物分子的組成、結構與功能

生物體是由多種化學物質按嚴格規律構建起來的。人體內含水55%～67%、蛋白質15%～18%、脂類10%～15%、糖類1%～2%、無機鹽3%～4%，此外還有核酸等。其化學元素組成中，C、H、O、N四種元素的含量占99%以上，這些元素構成無機物、小分子有機化合物和生物大分子，生物大分子的多樣性是生命現象瑰麗多彩的物質基礎。生物大分子的結構雖然復雜，但它們都是以小分子有機化合物又稱構件分子（building block molecule）作為基本結構單位構成的。例如，核苷酸是核酸的構件分子，氨基酸是蛋白質的構件分子，單糖是多糖的構件分子，脂肪酸是脂類的構件分子等。核酸、蛋白質、多糖和復合脂類等是生物體內重要的生物大分子。

生物大分子的結構與功能的關系是當今生物化學研究的熱點之一。結構是功能的基礎，功能是結構的體現。生物大分子主要通過分子間的相互識別和相互作用來實現其功能。例如，蛋白質與蛋白質的相互作用是細胞信號轉導的結構基礎；蛋白質與蛋白質、蛋白質與核酸及核酸與核酸的相互作用是基因表達調控的決定性因素。生物大分子可進一步組裝成更大的復合體，然后再裝配成亞細胞結構、細胞、組織、器官和系統，最后成為能進行生命活動的生物體。從生物整體研究生命現象和復雜疾病已成為當前生命科學的主流和發展趨勢。

二、物質代謝及其調節

各種生命物質都按一定規律進行代謝，即物質代謝（metabolism）。通過物質代謝更新組織成分并為生命活動提供能量，以適應外環境變化，維持內環境的相對恒定，這是生命現象的基本特征。物質代謝的正常進行有賴于機體內各條代謝途徑的相互協調和精細調控；物質代謝一旦紊亂，就可能發生疾病。目前生物體內的主要代謝途徑雖已基本清楚，但物質代謝有序協調的分子機制仍需進一步探明；物質代謝對生長、繁殖、分化、凋亡、衰老等生命進程的調控，機體內環境影響物質代謝的信號轉導通路以及信號轉導通路網絡機制也有待進一步揭示。

三、基因信息的傳遞及其調控

對于原核生物和真核生物而言，DNA是儲存遺傳信息的物質，基因是DNA分子上的功能片段。通過復制，可形成兩個結構完全相同的子代DNA分子，將親代的遺傳信息準確無誤地傳遞給子代。DNA分子中的遺傳信息以轉錄（RNA的生物合成）、翻譯（蛋白質的生物合成）的方式指導RNA和蛋白質合成的過程稱為基因表達（gene expression）。通過基因表達，遺傳信息實現對細胞生長、繁殖、分化、凋亡、衰老等生命過程的嚴密控制。因此，研究和闡明基因表達的調控機制，對揭示人體生命現象的本質具有非常重要的意義。當前，DNA復制、RNA轉錄和蛋白質生物合成的過程已基本清楚，人類基因組中全部DNA序列也已闡明；但這僅是揭示人類生命奧秘的序幕，接下來更為艱巨的任務是對DNA復制、轉錄、蛋白質生物合成等基因信息傳遞過程的機制及基因表達的時空規律進行研究。目前基因表達調控研究主要集中在細胞信號轉導、轉錄因子和RNA剪輯等方面。DNA重組、轉基因、基因編輯、新基因克隆等研究技術的發展，將大大推動這一領域的研究進程。