Page 17 - 第九版生物化学

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2 绪论

生物能研究中，提出了生物能产生过程中的 ATP 循环学说。在这一阶段，一些技术方法在生物化学
研究中的应用，如放射性核素标记、电泳和 X 射线晶体学等，极大地推动了学科发展 。

三、机能生物化学阶段（分子生物学阶段）

20 世纪后半叶以来，生物化学发展的显著特征是分子生物学的崛起。其间，物质代谢途径的研

究继续发展，并进入合成代谢与代谢调节的研究。
1. 蛋白质结构与生物合成 20 世纪 50 年代初期发现了蛋白质的 a - 螺旋的二级结构形式；完成

了胰岛素和核糖核酸酶的氨基酸序列分析；发现了转运 RNA 和氨酰 -tRNA 合成酶以及它们在蛋白质
合成中的作用，阐明了氨基酸参与蛋白质合成的活化机制；利用 X -射线衍射和冷冻电镜技术解析了
烟草花叶病病毒的结构等。

2. DNA 双螺旋结构和中心法则 关于遗传物质 DNA 的研究可以看作是第三阶段的标志性研

究 。 1953 年， Watson JD 和 Crick FH 提出 DNA 双螺旋结构模型，为揭示遗传信息传递规律奠定了基
础；同年， Brenner S 提出信使 RNA 的概念，并证实了其在指导合成蛋白质中的作用；随后， tRNA 的序
列和结构被确立，遗传密码被破译。此后，对 DNA 的复制机制、 RNA 的转录过程以及蛋白质合成过程
进行了深入研究；通过对大肠杆菌乳糖代谢的研究，阐明了基因通过控制酶的生物合成调节细胞代谢
的模式，提出了操纵子学说。这些成果深化了人们对核酸与蛋白质的关系及其在生命活动中作用的
认识 。

3 . 重组 DNA 技术得到广泛应用 20 世纪 70 年代，由千 DNA 连接酶、限制性内切核酸酶、逆转

录酶以及各种载体的发现和应用，使得重组 DNA 技术取得了极大的突破。重组 DNA 技术的建立不
仅促进了对基因表达调控机制的研究，而且使人们主动改造生物体成为可能。由此，相继获得了多种
基因工程产品，极大地推动了医药工业和农业的发展。转基因动植物和基因敲除 (gene knock-out) 动
物模型的成功是重组 DNA 技术发展的结果。基因诊断与基因治疗也是重组 DNA 技术在医学领域应
用的重要方面。 20 世纪 80 年代，核酶 (ribozyme) 的发现是人们对生物催化剂认识的补充 。 聚合酶链
反应技术的发明，使人们有可能在体外高效率扩增 DNA 。这些成果都是分子生物学发展的重大
事件 。

4. 基因组学及其他组学的研究 20 世纪末启动的人类基因组计划 (human genome project) 是人

类生命科学中的伟大创举 。 人类基因组计划是描述人类基因组特征，包括物理图谱、遗传图谱、基因
组 DNA 序列测定 。 2001 年 2 月，人类基因组草图公布； 2003 年 4 月，覆盖人常染色体基因组 99% 序
列的人类基因组图绘制完成。

2003 年 9 月， DNA 元件百科全书 (the Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE) 计划正式启动，其

目的在于鉴定人类基因组中所有的功能片段。
蛋白质组学 (proteomics) 研究包括阐明蛋白质的定位、结构与功能、相互作用以及特定时空的蛋

白质表达谱等，已成为生物化学的又一研究热点。由于蛋白质具有更为复杂的三维结构，无疑确定入
类所有蛋白质的结构比测定人类基因 组序列更具挑战性 。

转录物组学 (transcriptomics) 研究细胞在某一功能状态下基因组转录产生的全部转录物的种类、
结构和功能 。 RNA 组学 (RNomics) 主要研究 snmRNA 的种类、结构、功能等，探讨同一生物不同组织
细胞或同一细胞在不同时空状态下 snmRNA 的表达谱及其功能的变化及其与蛋白质的相互作用 。

代谢组学 (metabonomics) 研究的是生物体对外源性物质的刺激、环境变化或遗传修饰所作出的所
有代谢应答的全貌和动态变化过程，其研究对象为完整的多细胞生物系统，包括了生命个体与环境的
相互作用 。

糖组学 (glycomics) 主要研究单个生物体所包含的所有聚糖的结构、功能（包括与蛋白质的相互作

用） 等生物学作用，糖组学的出现使人类 可以更深刻理解第三类生物信息大分子一聚糖在生命活动
？， 记 中的作用 。