第一节　生物化学的主要内容

一、生物分子的组成、结构与功能

生物体是由多种化学物质按严格规律构建起来的。人体内含水55%～67%、蛋白质15%～18%、脂类10%～15%、糖类1%～2%、无机盐3%～4%，此外还有核酸等。其化学元素组成中，C、H、O、N四种元素的含量占99%以上，这些元素构成无机物、小分子有机化合物和生物大分子，生物大分子的多样性是生命现象瑰丽多彩的物质基础。生物大分子的结构虽然复杂，但它们都是以小分子有机化合物又称构件分子（building block molecule）作为基本结构单位构成的。例如，核苷酸是核酸的构件分子，氨基酸是蛋白质的构件分子，单糖是多糖的构件分子，脂肪酸是脂类的构件分子等。核酸、蛋白质、多糖和复合脂类等是生物体内重要的生物大分子。

生物大分子的结构与功能的关系是当今生物化学研究的热点之一。结构是功能的基础，功能是结构的体现。生物大分子主要通过分子间的相互识别和相互作用来实现其功能。例如，蛋白质与蛋白质的相互作用是细胞信号转导的结构基础；蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸及核酸与核酸的相互作用是基因表达调控的决定性因素。生物大分子可进一步组装成更大的复合体，然后再装配成亚细胞结构、细胞、组织、器官和系统，最后成为能进行生命活动的生物体。从生物整体研究生命现象和复杂疾病已成为当前生命科学的主流和发展趋势。

二、物质代谢及其调节

各种生命物质都按一定规律进行代谢，即物质代谢（metabolism）。通过物质代谢更新组织成分并为生命活动提供能量，以适应外环境变化，维持内环境的相对恒定，这是生命现象的基本特征。物质代谢的正常进行有赖于机体内各条代谢途径的相互协调和精细调控；物质代谢一旦紊乱，就可能发生疾病。目前生物体内的主要代谢途径虽已基本清楚，但物质代谢有序协调的分子机制仍需进一步探明；物质代谢对生长、繁殖、分化、凋亡、衰老等生命进程的调控，机体内环境影响物质代谢的信号转导通路以及信号转导通路网络机制也有待进一步揭示。

三、基因信息的传递及其调控

对于原核生物和真核生物而言，DNA是储存遗传信息的物质，基因是DNA分子上的功能片段。通过复制，可形成两个结构完全相同的子代DNA分子，将亲代的遗传信息准确无误地传递给子代。DNA分子中的遗传信息以转录（RNA的生物合成）、翻译（蛋白质的生物合成）的方式指导RNA和蛋白质合成的过程称为基因表达（gene expression）。通过基因表达，遗传信息实现对细胞生长、繁殖、分化、凋亡、衰老等生命过程的严密控制。因此，研究和阐明基因表达的调控机制，对揭示人体生命现象的本质具有非常重要的意义。当前，DNA复制、RNA转录和蛋白质生物合成的过程已基本清楚，人类基因组中全部DNA序列也已阐明；但这仅是揭示人类生命奥秘的序幕，接下来更为艰巨的任务是对DNA复制、转录、蛋白质生物合成等基因信息传递过程的机制及基因表达的时空规律进行研究。目前基因表达调控研究主要集中在细胞信号转导、转录因子和RNA剪辑等方面。DNA重组、转基因、基因编辑、新基因克隆等研究技术的发展，将大大推动这一领域的研究进程。