生物化学的发展历程

生物化学是一门既古老又年轻的学科。近代生物化学的研究始于18世纪,以德国药剂师Karl Scheele对动植物组织的化学分析和法国化学家Antoine Lavoisier对呼吸作用化学本质的阐述为标志。但直到1903年德国化学家Carl Neuberg提出“生物化学”这个名称,才使生物化学脱离有机化学和生理学成为一门独立的学科。近代生物化学的发展,欧洲处于领先地位,其发展历程大致可分为三个阶段:初期阶段、蓬勃发展阶段和分子生物学时期。

(一)初期阶段

生物化学的初期阶段是从18世纪中期至20世纪初,又称为叙述生物化学阶段。这一期间主要研究了生物体的化学组成,对糖类、脂质、氨基酸的性质进行了较为系统的研究;证实了肽键的作用,人工合成了简单的多肽化合物;通过对酵母发酵过程的研究,奠定了酶学基础;发现了核酸并确定了嘌呤环和嘧啶环的结构等。

(二)蓬勃发展阶段

从20世纪初期开始,生物化学进入了蓬勃发展阶段,又称为动态生物化学阶段。这一时期,在营养、内分泌、酶学,尤其是在物质代谢等方面的研究取得了巨大成就。发现了必需氨基酸、必需脂肪酸、多种维生素、微量元素等营养必需物质;发现了多种激素并能将其分离与合成;制备出多种酶的结晶,证明酶的化学本质是蛋白质;利用化学分析及放射性核素示踪技术基本确定了体内主要物质的代谢途径,包括糖酵解、脂肪酸β-氧化、鸟氨酸循环及三羧酸循环等过程。

(三)分子生物学时期

20世纪50年代以后,生物化学的发展是以分子生物学的崛起为特征,即分子生物学时期。重点是研究蛋白质与核酸等生物大分子的结构与功能、物质代谢与调节、基因表达与调控,并取得了举世瞩目的成果。1951年,Pauling提出蛋白质的α-螺旋二级结构;1953年,Sanger完成了牛胰岛素氨基酸序列的分析;特别是以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑,为揭示遗传信息的传递规律奠定了基础。1958年,Crick提出了遗传信息传递的中心法则,1966年破译全部遗传密码。这些成果深化了人们对核酸和蛋白质的关系及其在生命活动中的认识。20世纪70年代,以重组DNA技术的问世作为新的里程碑,标志着人类进入深入认识生命本质并能主动改造生命的新时代。转基因技术、基因敲除技术及基因芯片技术等的出现更大地开阔了人们有关基因研究的视野。基因诊断和基因治疗技术给人类对疾病的认识与根治带来一场新的革命。1990年,正式启动、历时15年完成的人类基因组计划(human genome project,HGP)是生命科学领域有史以来全球性最庞大的研究计划,这一工程的完成为人类破解生命之谜奠定了坚实的基础。随着HGP的完成,生命科学又开始了一个新的纪元——后基因组时代。研究重心已逐渐由结构基因组学研究转移到功能基因组学、蛋白质组学、基因表达产物的功能分析及细胞信号转导机制等方面的研究。相信这些研究成果必将对各种疾病的发生机制作出最终的解释,也将为疾病的诊断和治疗提供新的线索,最终为全人类的健康带来福音。

在生物化学发展的历程中,我国科学家也作出了重大的贡献。早在公元前21世纪,我国劳动人民已能酿酒;公元前12世纪,已能制醋、制酱;这些足以表明这是酶学的萌芽时期。在医药方面,我国古代医学对某些营养缺乏病也有所认识,如饮食中缺碘所致的地方性甲状腺肿古称“瘿病”;夜盲症古称“雀目”,是一种维生素A缺乏的病症,孙思邈用含维生素A较丰富的猪肝治疗。20世纪20年代,我国生物化学家吴宪等在营养学、临床生物化学等方面的研究有重大贡献。新中国成立后,我国的生物化学迅速发展。1965年,我国科学家首先在世界上人工合成具有生物活性的牛胰岛素,1971年又完成了用X线衍射法测定牛胰岛素分子的空间结构,1981年,成功合成了酵母丙氨酰tRNA。近年来,我国在基因工程、蛋白质工程、疾病相关基因的定位克隆及其功能研究方面均取得了重要的成果。1994年,我国用导入人凝血因子Ⅸ基因的方法成功治疗了乙型血友病的患者。值得指出的是我国科学家于1994年跻身于人类基因组计划,负责并提前完成了人类基因组计划1%的测序工作,赢得了国际科学家的高度评价,我国生物化学正迅速向国际先进水平看齐。