第1章 绪论
生物化学（biochemistry）即生命的化学。它是生命科学中*重要的一门基础学科，主要在分子水平上研究生命的现象和探索生命的本质，重点研究各种生物分子（biomolecule）的化学组成、结构、性质、功能及其在生物体内所经历的各种代谢变化。根据研究的内容，生物化学一般可分为结构生物化学（structural biochemistry）、代谢生物化学（metabolic biochemistry）和分子生物学（molecular biology）。可以说，生物化学的诞生和发展对整个生命科学的发展产生了非常重要的影响。
本章将主要介绍生物化学的发展简史、主要内容及其应用，并就生物化学的学习方法做简单介绍。
第一节 生物化学发展简史
生物化学的发展大体可分为三个阶段：
第一阶段从19世纪末到20世纪30年代，主要停留在静态的描述性阶段，偏重对生物体各种组分进行分离、纯化、结构测定、合成及理化性质的研究。例如：1926年，美国人Sumner制得了脲酶结晶，并证明它是蛋白质；1931年，中国生化学家吴宪提出蛋白质变性的概念。
第二阶段在20世纪30~50年代，主要特点是研究生物体内各种生物分子的变化，即代谢途径，所以被称为动态生化阶段。其间突出成就是确定了糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、卡尔文循环、尿素循环以及脂肪酸β氧化等多种重要的代谢途径。
第三阶段是从20世纪50年代开始，主要特点是研究生物大分子的结构与功能。分子生物学就是在此阶段诞生的，例如，在蛋白质研究方面，Pauling发现了α螺旋和β折叠，Watson和Crick提出了DNA 双螺旋结构模型，Sanger确定了牛胰岛素的一级结构，我国科学家（如王应睐和王德宝）人工合成了牛胰岛素和酵母丙氨酰tRNA。
在生物化学发展的每一个阶段，都有许多科学家因在相关领域突出的贡献而荣获诺贝尔化学奖或诺贝尔生理学或医学奖。例如，2012年，英国的John B. Gurdon（约翰 戈登）和日本的Shinya Yamanaka（山中伸弥）因为在诱导多功能干细胞领域的贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖（详见本章后“科学故事”）。
第二节 生物化学的主要内容及其应用
生物化学的主要内容可分为三个部分：
结构生物化学是生物化学*基础的部分，有人把这一部分的内容说成是“静态生化”。其主要内容是各种生物分子（氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、酶、糖类、脂类和激素等）的结构、性质与功能，特别是三类生物大分子——蛋白质、核酸和酶的结构、性质与功能。
代谢生物化学是传统生物化学的核心内容，主要介绍糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢以及各种物质代谢的联系和调节规律，涉及各种物质代谢的基本途径，特别是糖酵解、三羧酸循环、糖异生和脂肪酸β 氧化等代谢途径。
分子生物学主要以DNA、RNA和蛋白质的结构及其在遗传信息传递中的作用为研究对象，核心内容是核酸在生命过程中的作用，包括DNA 复制、转录、翻译以及基因表达调控，因此称之为核酸生物化学也许更确切。
生物化学的应用主要包括：生物化学知识的应用、生物化学技术的应用以及生物化学产品的应用。
生物化学知识的应用主要反映在它对其他各门生物学科甚至一些非生物学科的影响，特别是与其关系比较密切的细胞生物学、遗传学、微生物学、生理学等。例如，通过对生物大分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体内的物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞通信等许多奥秘，使人们对生命本质的认识上升到一个崭新的阶段。
生物化学技术的应用反映在其对医学、农业和工业等领域的影响。例如：在医学上，对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的预防、诊断和治疗；在农业上，对各种植物病原体的鉴定和对农作物良种的筛选和培育；在工业上，固定化酶和固定化细胞技术对酶工业和发酵工业发展的促进。
生物化学产品的应用则影响了人类生活的方方面面，例如，利用基因工程技术生产的各种贵重药物，包括胰岛素、干扰素、促红细胞生成素和乙型肝炎病毒疫苗等。
第三节 生物化学学习方法
生物化学这门学科的特点就是发展快、信息量丰富，新名词和新概念不断涌现，大量内容需要记忆，学好生物化学不是一件容易的事情。但在这里，有几点建议，应该对学好生化会有帮助。
1.要有学好这一门课的强烈欲望
主动培养自己对生化学习的兴趣，并尝试用学过的知识解释身边的现象。
2.选择好教材和参考书
目前市场上有各种各样的生物化学教材和参考书，如何选择适合自己的教材和参考书对于培养学习兴趣、学好本课程十分重要。*好能准备三本教材和一本学习指南与习题集：一本是简单的版本，如这本生物化学，阅读这类生物化学的好处是便于理解和自学；一本是高级的版本，如杨荣武教授编写的《生物化学原理（第二版）》，阅读此类教科书便于全面和深入地掌握各个章节的内容；第三本应该是一本英文的原版教材，如David L. Nelson等编著的Lehninger Principles of Biochemistry和Christophe K. Mathews编写的Bicchemistry。英文版教材的特点是新、印刷精美，图表多为彩图，通常还有配套的多媒体光盘，便于自学。阅读一本好的英文生化教材，不仅有助于提高专业英语水平，还能加深对各章节内容的理解；对于学习指南与习题集，与杨荣武教授编写的《生物化学原理》配套的《生物化学学习指南与习题解析》就是一个不错的选择。
3.课前预习，课后复习，由表及里，循序渐进
在学习结构生物化学的时候，重点需要掌握生物分子具有哪些基本的结构、哪些重要的理化性质以及结构与功能有什么关系等问题，同时要随时将它们进行比较。这样既便于理解，也有利于记忆。在学习代谢生物化学的时候，应着重学习各种物质代谢的基本途径，特别是糖酵解、三羧酸循环、糖异生和脂肪酸β氧化等代谢途径，各代谢途径的关键酶及生理意义，各代谢途径的主要调节环节及相互联系，代谢异常与临床疾病的关系等问题。在学习分子生物学的时候，应重点学习DNA 复制、转录和翻译的基本过程，并从必要条件、所需酶及蛋白质和特点等方面对三个过程进行比较，在理顺它们的基本框架后，才能全面、系统、准确地掌握教材的基本内容，并且找出共性，抓住规律。
4.学会做笔记
首先有一点必须强调，上课时同学们的主要任务是听老师讲课而不是做笔记，因此在课堂上要集中精力听讲，一些不清楚的内容和重要的内容可以笔录下来，以便课后复习和向老师求教。当然，条件好的同学可以买来录音设备，将老师的上课内容录下来，以供课后消化。另外，老师的讲稿大都做成了幻灯片，同学们可从老师那里得到拷贝。如果事先将老师的课件打印出来，然后在打印稿上做笔记，效果会更好。
5.懂得助记法
学习生物化学时，学生反映*多的问题是记不住学过的内容。对于此问题的建议是：首先分清楚哪些需要记，哪些根本就不需要记，尽可能减少必须记的内容。如氨基酸的三字母和单字母缩写是需要记的，而许多生物分子的结构式并不需要记；其次，明白理解是记忆之母，因此对各章内容，必须先对有关原理理解透彻，然后再去记忆；第三，记忆要讲究技巧，多想想方法，为此可以自创一些口诀、图表和卡片等。如关于8种必需氨基酸和2种半必需氨基酸的记忆，可以将它们的首写字母拼写成一句话——“TipMTVhall”（需付小费的MTV 厅），或者根据中文谐音组成一段话——“有一组（组氨酸）笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）精（精氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸）亮（亮氨酸）凉（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）”。再如，记住两首词可记住亲水氨基酸与疏水氨基酸（以下词由南京大学2011级匡亚明学院陈潇琳同学创作）。
词一：
西湖景，紫竹为骨水潺潺
横笛相伴，闲听天簌静思禅
流苏落，心比双丝郁中缠
亲水氨基酸：西-硒代半胱氨酸；景-精氨酸；竹-组氨酸；骨-谷氨酸、谷-氨酰胺；伴-半胱氨酸；天-天冬氨酸天冬酰胺；籁-赖氨酸；苏-苏氨酸；落-酪氨酸；比-吡咯赖氨酸；丝-丝氨酸
词二：
孤雁本色，一行斜去浮生转
两鬓白，异家龙井难为甘
疏水氨基酸：本-苯丙氨酸；色-色氨酸；斜-缬氨酸；浮-脯氨酸；两-亮氨酸；鬓-丙氨酸；异-异亮氨酸；家-甲硫氨酸；甘-甘氨酸
6.勤于动手，联系实际，多做题目，多问老师
这是由“学懂”通向“会做”的桥梁，也是提高同学们在考试中实践能力的重要保证。平时多做习题，多做实验，是掌握本学科的重要知识点、取得比较理想的考试成绩的一个很重要的途径。
7.按排好时间
按照重要性的次序，合理分配学习的时间，容易遗忘的内容多投入一些时间，及时巩固。
8.充分利用网络资源
网上有各种免费的教学资源，有条件的同学可经常去浏览，以跟踪和了解*新的进展。也可以去一些BBS站点，与网友一起交流学习的体会和对一些热点问题进行讨论。在本书每一章的后面都有一些网络链接，全书的*后，还重点推荐了20个网站，建议同学们有时间就去看看。
科学故事——2012年诺贝尔生理学或医学奖得主的科学突破
2012年诺贝尔生理学或医学奖已经揭晓：获奖者为英国的John B. Gurdon 和日本的Shinya Yamanaka。
Gurdon的工作是1962年在牛津大学做的。他将蝌蚪的小肠细胞的细胞核移植到去核的蛙卵细胞中，形成的“重组卵细胞”*终可发育成成熟的蛙，从而证明了二栖类动物已分化的细胞核（因蝌蚪已能进食，因此假定其已分化）仍然具有分化上的全能性。Gurdon的结果曾受到科学界的广泛争议和强烈质疑。直到1996年，英国苏格兰Roslin研究所的Ian Wilmut成功克隆出哺乳动物多莉羊（The Dolly Sheep），这个认识才被打破，这也是多莉羊事件轰动全世界的原因之一，它同时也证实了Gurdon工作的正确性，使他成为“发现成熟细胞可被重编程变为多能性（for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent）”的先驱而获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。
John B. Gurdon
与Gurdon相比，Yamanaka的故事可能更富有戏剧性。他因诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）的研究工作获奖。iPSC是一种有希望作为替代胚胎干细胞从而治疗损伤、疾病和慢性病的干细胞。同时，利用iPSC的一个好处是能够避免围绕着胚胎干细胞研究方面的道德伦理之争。
*初，Yamanaka只是大阪的一位骨外科医生。1993年，他在美国加州大学旧金山分校（UCSF）的格拉德斯通心血管疾病研究所（Gladstone Institute of Cardiovascular Disease）做博士后，研究癌症相关基因的重编码。做完博士后研究回到日本时，Yamanaka面对日本医学界的僵硬教条体制曾经灰心丧气，而且当时他的研究资金甚缺，Yamanaka还得亲手喂养一千多只实验用的小鼠。
Yamanaka几近绝望而放弃研究重回手术室。幸好一封邀请函不期而至：日本奈良科技研究所请他去担任一个实验室的负责人。同期，美国威斯康星大学麦迪逊分校的James Thomson（另一个制造iPS细胞的研究组的负责人）成功分离出了第一代人类胚胎干细胞。
Thomson分离出胚胎干细胞后，业界的思路都集中在如何将胚胎干细胞发展成各种有医学价值的器官。Yamanaka却想反其道而行之：他想到的不是让胚胎干细
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