運用化學的理論和方法研究生命物質的邊緣學科。其任務主要是瞭解生物的化學組成、結構及生命過程中各種化學變化。從早期對生物總體組成的研究，進展到對各種組織和細胞成分的精確分析。目前正在運用諸如光譜分析、同位素標記、X射線衍射、電子顯微鏡以及其他物理學、化學技術，對重要的生物大分子（如蛋白質、核酸等）進行分析，以期說明這些生物大分子的多種多樣的功能與它們特定的結構關係。

研究內容

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生物化學主要研究生物體分子結構與功能、物質代謝與調節以及遺傳信息傳遞的分子基礎與調控規律。

生物化學組成

除了水和無機鹽之外，活細胞的有機物主要由碳原子與氫、氧、氮、磷、硫等結合組成，分為大分子和小分子兩大類。前者包括蛋白質、核酸、多糖和以結合狀態存在的脂質；後者有維生素、激素、各種代謝中間物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核甘酸、糖、脂肪酸和甘油等。在不同的生物中，還有各種次生代謝物，如萜類、生物鹼、毒素、抗生素等。

雖然對生物體組成的鑒定是生物化學發展初期的特點，但直到今天，新物質仍不斷在發現。如陸續發現的干擾素、環核甘一磷酸、鈣調蛋白、粘連蛋白、外源凝集素等，已成為重要的研究課題。有的簡單的分子，如作為代謝調節物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才發現的。另一方面，早已熟知的化合物也會發現新的功能，20世紀初發現的肉鹼，50年代才知道是一種生長因子，而到60年代又瞭解到是生物氧化的一種載體。多年來被認為是分解產物的腐胺和屍胺，與精胺、亞精胺等多胺被發現有多種生理功能，如參與核酸和蛋白質合成的調節，對DNA超螺旋起穩定作用以及調節細胞分化等。

代謝調節控制

新陳代謝由合成代謝和分解代謝組成。前者是生物體從環境中取得物質，轉化為體內新的物質的過程，也叫同化作用；後者是生物體內的原有物質轉化為環境中的物質，也叫異化作用。同化和異化的過程都由一系列中間步驟組成。中間代謝就是研究其中的化學途徑的。如糖元、脂肪和蛋白質的異化是各自通過不同的途徑分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，然後再氧化生成乙酰輔酶A，進入三羧酸循環，最後生成二氧化碳。

在物質代謝的過程中還伴隨有能量的變化。生物體內機械能、化學能、熱能以及光、電等能量的相互轉化和變化稱為能量代謝，此過程中ATP起著中心的作用。

新陳代謝是在生物體的調節控制之下有條不紊地進行的。這種調控有3種途徑：１通過代謝物的誘導或阻遏作用控制酶的合成。這是在轉錄水平的調控，如乳糖誘導乳糖操縱子合成有關的酶；２通過激素與靶細胞的作用，引發一系列生化過程，如環腺甘酸激活的蛋白激酶通過磷酰化反應對糖代謝的調控；３效應物通過別構效應直接影響酶的活性，如終點產物對代謝途徑第一個酶的反饋抑制。生物體內絕大多數調節過程是通過別構效應實現的。

結構與功能

生物大分子的多種多樣功能與它們特定的結構有密切關係。蛋白質的主要功能有催化、運輸和貯存、機械支持、運動、免疫防護、接受和傳遞信息、調節代謝和基因表達等。由於結構分析技術的進展，使人們能在分子水平上深入研究它們的各種功能。酶的催化原理的研究是這方面突出的例子。蛋白質分子的結構分4個層次，其中二級和三級結構間還可有超二級結構，三、四級結構之間可有結構域。結構域是個較緊密的具有特殊功能的區域，連結各結構域之間的肽鏈有一定的活動餘地，允許各結構域之間有某種程度的相對運動。蛋白質的側鏈更是無時無刻不在快速運動之中。蛋白質分子內部的運動性是它們執行各種功能的重要基礎。

80年代初出現的蛋白質工程，通過改變蛋白質的結構基因，獲得在指定部位經過改造的蛋白質分子。這一技術不僅為研究蛋白質的結構與功能的關係提供了新的途徑；而且也開闢了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白質的廣闊前景。

核酸的結構與功能的研究為闡明基因的本質，瞭解生物體遺傳信息的流動作出了貢獻。鹼基配對是核酸分子相互作用的主要形式，這是核酸作為信息分子的結構基礎。脫氧核糖核酸的雙螺旋結構有不同的構象，J.D.沃森和F.H.C.克裡克發現的是B-結構的右手螺旋，後來又發現了稱為 Z-結構的左手螺旋。DNA還有超螺旋結構。這些不同的構象均有其功能上的意義。核糖核酸包括信使核糖核酸（mRNA）、轉移核糖核酸(tRNA）和核蛋白體核糖核酸（rRNA），它們在蛋白質生物合成中起著重要作用。新近發現個別的RNA有酶的功能。

基因表達的調節控制是分子遺傳學研究的一個中心問題，也是核酸的結構與功能研究的一個重要內容。對於原核生物的基因調控已有不少的瞭解；真核生物基因的調控正從多方面探討。如異染色質化與染色質活化；DNA的構象變化與化學修飾；DNA上調節序列如加強子和調製子的作用；RNA加工以及轉譯過程中的調控等。

生物體的糖類物質包括多糖、寡糖和單糖。在多糖中，纖維素和甲殼素是植物和動物的結構物質，澱粉和糖元等是貯存的營養物質。單糖是生物體能量的主要來源。寡糖在結構和功能上的重要性在20世紀70年代才開始為人們所認識。寡糖和蛋白質或脂質可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由於糖鏈結構的複雜性，使它們具有很大的信息容量，對於細胞專一地識別某些物質並進行相互作用而影響細胞的代謝具有重要作用。從發展趨勢看，糖類將與蛋白質、核酸、酶並列而成為生物化學的4大研究對象。

生物大分子的化學結構一經測定，就可在實驗室中進行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助於瞭解它們的結構與功能的關係。有些類似物由於具有更高的生物活性而可能具有應用價值。通過 DNA化學合成而得到的人工基因可應用於基因工程而得到具有重要功能的蛋白質及其類似物。

酶學研究

生物體內幾乎所有的化學反應都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專一性強等特點。這些特點取決於酶的結構。酶的結構與功能的關係、反應動力學及作用機制、酶活性的調節控制等是酶學研究的基本內容。通過X射線晶體學分析、化學修飾和動力學等多種途徑的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已經比較清楚。 70年代發展起來的親和標記試劑和自殺底物等專一性的不可逆抑制劑已成為探討酶的活性部位的有效工具。多酶系統中各種酶的協同作用，酶與蛋白質、核酸等生物大分子的相互作用以及應用蛋白質工程研究酶的結構與功能是酶學研究的幾個新的方向。酶與人類生活和生產活動關係十分密切，因此酶在工農業生產、國防和醫學上的應用一直受到廣泛的重視。

生物膜和生物力

生物膜主要由脂質和蛋白質組成，一般也含有糖類，其基本結構可用流動鑲嵌模型來表示，即脂質分子形成雙層膜，膜蛋白以不同程度與脂質相互作用並可側向移動。生物膜與能量轉換、物質與信息的傳送、細胞的分化與分裂、神經傳導、免疫反應等都有密切關係，是生物化學中一個活躍的研究領域。

以能量轉換為例，在生物氧化中，代謝物通過呼吸鏈的電子傳遞而被氧化，產生的能量通過氧化磷酸化作用而貯存於高能化合物ATP中，以供應肌肉收縮及其他耗能反應的需要。線粒體內膜就是呼吸鏈氧化磷酸化酶系的所在部位，在細胞內發揮著電站作用。在光合作用中通過光合磷酸化而生成 ATP則是在葉綠體膜中進行的。以上這些研究構成了生物力能學的主要內容。

激素與維生素

激素是新陳代謝的重要調節因子。激素系統和神經系統構成生物體兩種主要通訊系統，二者之間又有密切的聯繫。70年代以來，激素的研究範圍日益擴大。如發現腸胃道和神經系統的細胞也能分泌激素；一些生長因子、神經遞質等也納入了激素類物質中。許多激素的化學結構已經測定，它們主要是多肽和甾體化合物。一些激素的作用原理也有所瞭解，有些是改變膜的通透性，有些是激活細胞的酶系，還有些是影響基因的表達。維生素對代謝也有重要影響，可分水溶性與脂溶性兩大類。它們大多是酶的輔基或輔酶，與生物體的健康有密切關係。

生命起源與進化

生物進化學說認為地球上數百萬種生物具有相同的起源並在大約40億年的進化過程中逐漸形成。生物化學的發展為這一學說在分子水平上提供了有力的證據。例如所有種屬的 DNA中含有相同種類的核甘酸。許多酶和其他蛋白質在各種微生物、植物和動物中都存在並具有相近的氨基酸序列和類似的立體結構，而且類似的程度與種屬之間的親緣關係相一致。DNA複製中的差錯可以說明作為進化基礎的變異是如何發生的。生物由低級向高級進化時，需要更多的酶和其他蛋白質，基因的重排和突變為適應這種需要提供了可能性。由此可見，有關進化的生物化學研究將為闡明進化的機制提供更加本質的和定量的信息。

方法學

在生物化學的發展中，許多重大的進展均得力於方法上的突破。例如同位素示蹤技術用於代謝研究和結構分析；層析，特別是70年代以來全面地大幅度地提高體系性能的高效液相層析以及各種電泳技術用於蛋白質和核酸的分離純化和一級結構測定；X射線衍射技術用於蛋白質和核酸晶體結構的測定；高分辨率二維核磁共振技術用於溶液中生物大分子的構象分析；酶促等方法用於DNA序列測定；單克隆抗體和雜交瘤技術用於蛋白質的分離純化以及蛋白質分子中抗原決定因子的研究等。 70年代以來計算機技術廣泛而迅速地向生物化學各個領域滲透，不僅使許多分析儀器的自動化程度和效率大大提高，而且為生物大分子的結構分析，結構預測以及結構功能關係研究提供了全新的手段。生物化學今後的繼續發展無疑還要得益於技術和方法的革新。

　

概念

分子生物學（molecular biology)分子生物學從分子水平研究生物大分子的結構與功能從而闡明生命現象本質的科學。自20世紀50年代以來，分子生物學是生物學的前沿與生長點，其主要研究領域包括蛋白質體系、蛋白質-核酸體系 （中心是分子遺傳學)和蛋白質-脂質體系（即生物膜）。

生物大分子，特別是蛋白質和核酸結構功能的研究，是分子生物學的基礎。現代化學和物理學理論、技術和方法的應 用推動了生物大分子結構功能的研究，從而出現了近30年來分子生物學的蓬勃發展。

分子生物學和生物化學及生物物理學關係十分密切，它們之間的主要區別在於：

１生物化學和生物物理學是用化學的和物理學的方法研究在分子水平，細胞水平，整體水平乃至群體水平等不同層次上的生物學問題。而分子生物學則著重在分子（包括多分子體系）水平上研究生命活動的普遍規律；

２在分子水平上，分子生物學著重研究的是大分子，主要是蛋白質，核酸，脂質體系以及部分多糖及其復合體系。而一些小分子物質在生物體內的轉化則屬生物化學的範圍；

３分子生物學研究的主要目的是在分子水平上闡明整個生物界所共同具有的基本特徵，即生命現象的本質；而研究某一特定生物體或某一種生物體內的某一特定器官的物理、化學現象或變化，則屬於生物物理學或生物化學的範疇。

基本內容

蛋白質體系

蛋白質的結構單位是α-氨基酸。常見的氨基酸共20種。它們以不同的順序排列可以為生命世界提供天文數字的各種各樣的蛋白質。

蛋白質分子結構

蛋白質分子結構的組織形式可分為 4個主要的層次。一級結構，也叫化學結構，是分子中氨基酸的排列順序。首尾相連的氨基酸通過氨基與羧基的縮合形成鏈狀結構，稱為肽鏈。肽鏈主鏈原子的局部空間排列為二級結構。二級結構在空間的各種盤繞和捲曲為三級結構。有些蛋白質分子是由相同的或不同的亞單位組裝成的，亞單位間的相互關係叫四級結構。

分子生物學研究

蛋白質的特殊性質和生理功能與其分子的特定結構有著密切的關係，這是形形色色的蛋白質所以能表現出豐富多彩的生命活動的分子基礎。研究蛋白質的結構與功能的關係是分子生物學研究的一個重要內容。

隨著結構分析技術的發展，1962年已有幾千個蛋白質的化學結構和幾百個蛋白質的立體結構得到了闡明。70年代末以來，採用測定互補DNA順序反推蛋白質化學結構的方法，不僅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析條件不易得到滿足的蛋白質化學結構分析得以實現。

發現和鑒定具有新功能的蛋白質，仍是蛋白質研究的內容。例如與基因調控和高級神經活動有關的蛋白質的研究很受重視。

蛋白質－核酸體系

生物體的遺傳特徵主要由核酸決定。絕大多數生物的基因都由 DNA構成。簡單的病毒，如λ噬菌體的基因組是由 46000個核甘酸按一定順序組成的一條雙股DNA（由於是雙股DNA，通常以鹼基對計算其長度）。細菌，如大腸桿菌的基因組，含4×10^6鹼基對。人體細胞染色體上所含DNA為3×10^9鹼基對。

遺傳信息要在子代的生命活動中表現出來，需要通過複製、轉錄和轉譯。複製是以親代 DNA為模板合成子代DNA分子。轉錄是根據DNA的核甘酸序

列決定一類RNA分子中的核甘酸序列；後者又進一步決定蛋白質分子中氨基酸的序列，就是轉譯。因為這一類RNA起著信息傳遞作用，故稱信使核糖核酸 (mRNA）。由於構成RNA的核甘酸是4種，而蛋白質中卻有20種氨基酸，它們的對應關係是由mRNA分子中以一定順序相連的 3個核甘酸來決定一種氨基酸，這就是三聯體遺傳密碼。

基因在表達其性狀的過程中貫串著核酸與核酸、核酸與蛋白質的相互作用。DNA複製時，雙股螺旋在解旋酶的作用下被拆開，然後DNA聚合酶以親代DNA鏈為模板，複製出子代 DNA鏈。轉錄是在RNA聚合酶的催化下完成的。轉譯的場所核糖核蛋白體是核酸和蛋白質的復合體，根據mRNA的編碼，在酶的催化下，把氨基酸連接成完整的肽鏈。基因表達的調節控制也是通過生物大分子的相互作用而實現的。如大腸桿菌乳糖操縱子上的操縱基因通過與阻遏蛋白的相互作用控制基因的開關。真核細胞染色質所含的非組蛋白在轉錄的調控中具有特殊作用。正常情況下，真核細胞中僅2～15%基因被表達。這種選擇性的轉錄與轉譯是細胞分化的基礎。

蛋白質－脂質體系

生物體內普遍存在的膜結構，統稱為生物膜。它包括細胞外周膜和細胞內具有各種特定功能的細胞器膜。從化學組成看，生物膜是由脂質和蛋白質通過非共價鍵構成的體系。很多膜還含少量糖類，以糖蛋白或糖脂形式存在。

1972年提出的流動鑲嵌模型概括了生物膜的基本特徵：其基本骨架是脂雙層結構。膜蛋白分為表在蛋白質和嵌入蛋白質。膜脂和膜蛋白均處於不停的運動狀態。

生物膜在結構與功能上都具有兩側不對稱性。以物質傳送為例，某些物質能以很高速度通過膜，另一些則不能。像海帶能從海水中把碘濃縮 3萬倍。生物膜的選擇性通透使細胞內pH和離子組成相對穩定，保持了產生神經、肌肉興奮所必需的離子梯度，保證了細胞濃縮營養物和排除廢物的功能。

生物體的能量轉換主要在膜上進行。生物體取得能量的方式，或是像植物那樣利用太陽能在葉綠體膜上進行光合磷酸化反應；或是像動物那樣利用食物在線粒體膜上進行氧化磷酸化反應。這二者能量來源雖不同，但基本過程非常相似，最後都合成腺甘三磷酸。對於這兩種能量轉換的機制，P.米切爾提出的化學滲透學說得到了越來越多的證據。生物體利用食物氧化所釋放能量的效率可達70%左右，而從煤或石油的燃燒獲取能量的效率通常為20～40%，所以生物力能學的研究很受重視。對生物膜能量轉換的深入瞭解和模擬將會對人類更有效地利用能量作出貢獻。

生物膜的另一重要功能是細胞間或細胞膜內外的信息傳遞。在細胞表面，廣泛地存在著一類稱為受體的蛋白質。激素和藥物的作用都需通過與受體分子的特異性結合而實現。癌變細胞表面受體物質的分佈有明顯變化。細胞膜的表面性質還對細胞分裂繁殖有重要的調節作用。

對細胞表面性質的研究帶動了糖類的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子結構與功能的研究越來越受到重視。從發展趨勢看，寡糖與蛋白質或脂質形成的體系將成為分子生物學研究的一個新的重要的領域。

　

功能作用

作為生命存在的基礎，生物分子的結構、功能、數量及存在部位的異常和一些重要的生化反應或過程紊亂均可導致疾病的發生。所以說，生物化學與分子生物學在基礎醫學和臨床醫學中起著重要作用。

隨著現代科學的迅速發展，生物化學與分子生物學的課程已經從以物質代謝為中心的傳統教學模式轉移到了以基因信息傳遞以中心的現代分子生物學的新型知識框架。為此，生物化學的教學除了交待物質代謝之外，還應重點地介紹分子生物學的基本知識和實驗技能，介紹生物大分子的結構與功能的關係，基因信息傳遞。同時聯繫臨床實踐，介紹如何在分子水平上認識、診斷和治療人類疾病。

　

　

專業介紹

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專業概述

生物化學與分子生物學（代碼：070407W）屬於理學大類，生物科學類。

生物化學與分子生物學專業主要是從微觀即分子的角度來研究生物現象，在分子水平探討生命的本質，研究生物體的分子結構與功能、物質代謝與調節。該專業涉及物理、化學、數學、生物學等多學科的交叉，滲透於生物學的其他專業之中，屬於基礎性研究專業。生物化學與分子生物學是目前自然科學中進展最迅速、最具活力的前沿領域。

培養目標

本專業主要培養具備生物科學的基本理論、基本知識和基本技能，受到良好的專業技能訓練；具備進一步攻讀碩士研究生和博士研究生的良好潛質，同時具備運用所掌握的理論知識和技能的科學技術人才和生物化學與分子生物學專業人才。

培養要求

要求學生學習和掌握生物化學與分子生物學，以及生物科、微生物科學的基本理論和基礎知識，受到相關專業技能的訓練，從而具備科研及應用研究等所需的專業技能。

知識技能

通過學習，將具備以下幾方面的能力：

1、掌握數理化、生物科學和計算機科學等方面的基礎理論、基礎知識和技術；

2、掌握生物化學、分子生物學等方面的基礎理論、基礎知識和基本實驗技能；

3、瞭解國家科技政策、知識產權等有關政策和法規；

4、瞭解生物化學與分子生物學的理論前沿、應用前景和最新發展動態；

5、掌握生物化學與分子生物學資料的查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲得相關信息的基本方法；

6、具有一定的該領域的實驗設計、分析實驗結果、撰寫論文、參與學術交流的能力。

職業前景

生物化學與分子生物學專業主要對學生進行實驗操作技能的訓練和創新意識的培養。本專業的畢業生主要到科研機構、高等學校從事科學研究、教學工作或在工業、醫藥、食品、農、林、牧、漁、環保、園林等行業的企業、事業和行政管理部門，從事與生物技術有關的應用研究、技術開發、生產管理和行政管理等工作。

主要課程

化學、植物學、動物學、微生物學、生物化學、細胞生物學、現代遺傳學、現代分子生物學、生化工程、生物技術製藥、基因組學與生物信息學、蛋白組學等。

相近專業

生物科學（070401）、生物技術（070402）、生物信息技術（070405W）、生物科學與生物技術（070405W）、動植物檢疫（070406W）、植物生物技術（070409W）、動物生物技術（070410W）、生物資源科學（070411S）、生物安全（070412S）、生物信息學（070403W）等。