第二節(jié)　生物化學(xué)的發(fā)展歷程

生物化學(xué)是一門古老又年輕的科學(xué)。1903年，Neuberg首先提出了“生物化學(xué)”這一名詞并使之成為一門獨(dú)立學(xué)科。生物化學(xué)的發(fā)展大致分為三個(gè)階段。

一、初期階段

20世紀(jì)前，主要針對(duì)生命物質(zhì)的化學(xué)組成、理化性質(zhì)和含量進(jìn)行研究。在這一階段，對(duì)糖、脂和蛋白質(zhì)等的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究；發(fā)現(xiàn)了酶和核酸；證實(shí)了染色體由核酸和蛋白質(zhì)組成；提出了基因和代謝的概念。因?yàn)槌跗陔A段的工作主要是研究靜止?fàn)顟B(tài)下生命物質(zhì)的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，所以這一階段又稱為“靜態(tài)生物化學(xué)”或“敘述生物化學(xué)”階段。

二、發(fā)展階段

20世紀(jì)初至20世紀(jì)中葉，利用離體器官、組織切片、組織勻漿和酶的純化以及同位素示蹤技術(shù)，確定了生物體內(nèi)主要物質(zhì)的代謝途徑，包括糖代謝、脂肪酸β氧化、尿素合成、三羧酸循環(huán)及脂肪酸合成途徑等；發(fā)現(xiàn)了多種維生素和激素，明確了它們?cè)谖镔|(zhì)代謝及代謝調(diào)節(jié)中的作用；證實(shí)了生物體內(nèi)存在呼吸鏈和氧化磷酸化反應(yīng)；發(fā)現(xiàn)了DNA是生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。因?yàn)槲镔|(zhì)代謝在體內(nèi)是處于動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，所以生物化學(xué)的這一發(fā)展階段又稱為“動(dòng)態(tài)生物化學(xué)”階段。

三、分子生物學(xué)階段

20世紀(jì)下半葉，生物化學(xué)的發(fā)展進(jìn)入分子生物學(xué)階段。1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，標(biāo)志著生物化學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)代。此后，隨著在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)催化DNA復(fù)制的DNA聚合酶、DNA指導(dǎo)的RNA聚合酶，明確了20種氨基酸遺傳密碼，又提出了遺傳信息傳遞的中心法則（DNA→RNA→蛋白質(zhì)）。20世紀(jì)70年代初，限制性核酸內(nèi)切酶和DNA連接酶的發(fā)現(xiàn)，Berg首次將經(jīng)限制酶切割的病毒SV40 DNA片段和噬菌體DNA片段連接起來(lái)構(gòu)成DNA重組體，并將重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌進(jìn)行克隆，標(biāo)志著基因工程的誕生。由此，人們可以生產(chǎn)有效藥物、制備疫苗和一系列天然蛋白質(zhì)，并根據(jù)需要來(lái)改造動(dòng)植物品種。1982年Cech T發(fā)現(xiàn)了核酶（ribozyme），打破了“酶是蛋白質(zhì)”的傳統(tǒng)概念，提出了“在蛋白質(zhì)尚未出現(xiàn)前可能有一RNA世界”的生命起源新理論。1983年，Mullis K發(fā)明了聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）技術(shù)，使人們可以在體外簡(jiǎn)便快捷地?cái)U(kuò)增DNA，由于PCR技術(shù)操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、特異性強(qiáng)，具有極高的擴(kuò)增效率，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于基因克隆、基因診斷等方面。如檢測(cè)病毒與細(xì)菌、腫瘤診斷、遺傳性疾病的產(chǎn)前診斷、法醫(yī)鑒定以及人體激素如生長(zhǎng)抑素、胰島素的制備等。1997年英國(guó)科學(xué)家用羊的體細(xì)胞成功克隆出克隆羊“多利”，標(biāo)志著人類無(wú)性繁殖哺乳動(dòng)物技術(shù)的重大突破。2003年，由美、英、日、法、德、中等6國(guó)科學(xué)家協(xié)作完成了人類基因組計(jì)劃（human genome project），成功繪制出人類基因組序列圖，為人類健康和疾病的研究帶來(lái)了革命性變化。繼人類基因組計(jì)劃之后，后基因組計(jì)劃也應(yīng)運(yùn)而生，這將進(jìn)一步研究各種基因的功能及其表達(dá)調(diào)控，最終揭示人類生老病死的奧秘。

四、生物化學(xué)在我國(guó)的發(fā)展

從古至今，我國(guó)對(duì)生物化學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。在生物化學(xué)這門學(xué)科誕生之前，我國(guó)勞動(dòng)人民就已經(jīng)將生物化學(xué)的一些基本理論和技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活之中。相傳儀狄作酒，禹飲而甘之。《周禮》中有“五味”的描述，有飴、醋的記載。做酒必用曲，飴是淀粉酶水解谷物中淀粉的產(chǎn)物，酒繼續(xù)發(fā)酵即為醋。以上都涉及了生物化學(xué)課程中講述的“酶”。《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問(wèn)》中有“五谷為養(yǎng)，五果為助，五畜為益，五菜為充，氣味合則服之，以補(bǔ)精益氣”，區(qū)分了谷、畜、果、蔬四類食物的營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)等。20世紀(jì)20年代，我國(guó)生物化學(xué)家吳憲在臨床血液分析方面，創(chuàng)立了血濾液的制備和血糖的測(cè)定方法，并針對(duì)蛋白質(zhì)變性是由于其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而提出了國(guó)際公認(rèn)的蛋白質(zhì)變性學(xué)說(shuō)。1965年我國(guó)生物化學(xué)家在世界上率先人工合成了有生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素；1974年又用X線衍射法精確測(cè)定了豬胰島素晶體結(jié)構(gòu)，分辨率達(dá)0.18nm；1981年又成功合成了酵母丙氨酰轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸。1990年我國(guó)研制了第一例轉(zhuǎn)基因家畜。2003年作為唯一的發(fā)展中國(guó)家加入世界人類基因組計(jì)劃國(guó)際大協(xié)作，完成了1%人類基因組的測(cè)序工作。2005年開(kāi)始的由我國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜的第一個(gè)人類組織/器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，將為重大肝臟疾病的預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)提供重要的科學(xué)理論。此外，自1986年我國(guó)實(shí)施“863”計(jì)劃以來(lái)，在諸如基因工程藥物、基因工程疫苗、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物等方面，取得的一批又一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果，不斷推動(dòng)著我國(guó)生物化學(xué)向國(guó)際一流水平邁進(jìn)。