生物化学发展史

生物化学发展史

化学在生命科学中的地位:

二十世纪的头二十年是微生物称雄的时代。他们的显赫地位其后又被维生素取代了二十年之久。四十年代和五十年代，是酶的兴旺时期。八十年代以前的二十年中，基因热。上世纪的后二十年神经和人类基因组计划发展很快。在这一段历史时期内，一个又一个医学学科走马灯似地变换着主导地位，而研究和教学则是在不断增多的相互独立的学科里进行着。

六十年前，医学院还只有解剖学系、细菌学系、生理学系、生物化学系和药学系。而且系与系之间比较疏远，没有联系。那个时候，遗传学系和神经生物学系在医学院里尚未问世。路易.巴斯德，这个上世纪医学科学的巨匠和微生物学家是化学出身的。今日的基因工程把生物化学、遗传学、微生物学和生理学集为一体。这一新兴的基因化学的价值是如此巨大，实在无愧为人们赋于它的“革命性进步”的称号。

现代基础医学各学科的汇集与联系之所以紧密，最主要是因为它们具有共同的语言，即化学语言。这些学科中最具有描述性的解剖学和最抽象的遗传学，现在都渗透了许许多多的化学理论和技术。现在的解剖学是一幅包括了中等大小的分子、大分子的聚集体直至细胞器和组织的渐进图。正是这些大大小小的分子组成了有功能的生物体。遗传学的变化甚至更大。当遗传现象是否由已知的物理学原理操纵的这一命题作为正经的问题提出来时，也只不过是六十年前的事情。而今天我们则以一目了然的化学表达法来了解和研究基因、遗传现象和进化问题。染色体和基因可被分析了、合成了、重新安排了。新的物种也可随心所欲地创造出来了。一旦对染色体的结构与功能有了更深刻的认识，由此产生的对医学和工业的影响将会远远超过我们从现在用的基因方法大量生产稀有的激素、疫苗、干扰素和酶的成功所能得到的经济和社会效益。生物学家固然知道是酶决定了细胞的形状、功能和命运，但他们对酶的重要性和化学复杂性望而却步，因而对生物化学也尽量绕道而行。这是指六十年前。

“最好通过化学来生活”，这是杜邦(Du Pont)公司在持续数年的广告战中一直沿用口号。这一口号的寓义无非是告诉公众：塑料、除草剂和其它工业化学品对于我们个人与社会的美满幸福所能起到的作用。医学科学的汇集最早是由于路易.巴斯德的天才而崭露头角的。巴斯德是一个化学家，他年青时阐明了具有相同化学结构的酒石酸由于其物理结构上的不同而分为两种分子，即镜象对映异构体。巴斯德创立的“疾病的菌源说”带有他化学基础和思想方法的烙印。他力图把疾病问题简化为基本的成分。他的实验途径是先将致病因子纯化为单一的形式，然后用纯化的因子再生疾病。因而可以说，由巴斯德创立的微生物学和免疫学是由化学中脱胎而来的。实际上，在1911版的大英百科全书上刊载的有关巴斯德生平的权威传记将他称为法国化学家，并誉为是公认的当时化学运动的最伟大的领导者。

在巴斯德的科学生涯中有一个严重的瑕疵：他阐明了是酵母细胞导致了酒精发酵，即蔗糖在厌氧条件下转变为乙醇和二氧化碳。之后，他又试图用酵母的抽提液来完成同样的功能，但他未能如愿。因此他下了这样的一个结论：除活细胞之外，其它一切东西都不可能进行这一极为复杂的化学反应。正是由于巴斯德的自信心、说服力和影响力，使进一步研究无细胞系统的乙醇发酵的努力被大大地泼了冷水。从此生机论变得根深蒂固，使现代生物化学的出现被延迟了三十年之久。

直至本世纪初，慕尼黑的爱德华.布希纳(Eduavd Buchner)才于无意之间发现了破碎的酵母细胞的发酵现象。本来他是用糖来保护酵母抽提液不至发生重复免疫反应，不料却发现了令人讨厌的发泡现象。进一步的研究使他阐明了糖被酵母液裂解所分解的产物---乙醇和二氧化碳。巴斯德的运气不佳，他所用的巴黎酵母是蔗糖酶缺陷型，这是一个催化蔗糖糖代谢的起始反应的酶。布希纳则吉星高照，他的慕尼黑酵母抽提液中尚有相当量的这种酶保存着

活力。生物化学并不是象有人想象的那样由有机化学衍生而来。尽管糖和氨基酸等底物与酶反应的产物都是通过有机化学的方法制备和鉴定的。确切地说，生物化学是从农学院和医学院的生理系和营养系脱胎而出的。借助于生物化学，人们可以如愿明白许多细胞功能的化学基因，例如发酵、光合作用、肌肉收缩、消化和视觉等。

基因工程的起源

基因化学也就是大家常说的基因工程的起源是什么呢？DNA、基因和染色体的分离、分析、合成和重排通常被认为是分子生物学的成就和领地。就算如此，那么什么是分子生物学？它的起源又是什么呢？如果把讨论的焦点集中在DNA的分子生物学，这里我可以列举几个不同的来源：第一个起源来自医学。艾夫里(Oswald Avery)以自己毕生的精力探索肺炎球菌肺炎的控制问题，有史以来第一次证明了DNA是储存遗传信息的分子。第二个起源来自生物遗传学。微生物学家，其中有些是叛逃的物理学家，选择噬菌体（细菌病毒）作为研究对象，阐明了主要生物大分子DAN、RNA和蛋白质的功能。第三个起源来自生物分子的细微结构化学。蛋白质的X光衍射图谱提示了其三维空间结构。DNA的衍射图谱使我们了解了它的螺旋结构和它的复制与功能。第四个起源来自生物化学，即核酸的酶学、分析和合成。核酸酶将DNA拦腰斩为基因并分解成组成构件。聚合酶则把它们组合在一起，连接酶把DNA链连成基因，又将基因连成染色体。正是由于这些酶的存在才使得基因工程切实可行。这些酶在细胞内是用来催化基因和染色体的复制、修复和重排反应。因而归根到底，现代分子生物学的成就仍属化学。大多数的分子生物学家操作着这种特殊形式的化学而没有认识到它就是化学。

但是，尽管已有了非同小可的业绩，分子生物学在回答一些细胞功能和发育等深刻的问题时仍然是张口结舌的。比如是什么控制了基因的重排以产生抗体？是什么决定了一个原始细胞发育成脑或骨？是什么构成了细胞生长和衰老的基础？一旦忽略了DNA蓝图的产物的化学，即忽略了代表细胞的机关和构架的酶与蛋白质的化学时，当今的分子生物学研究就开始蹒跚（pan shan）不前了。对脑的化学元素，无论是动物的还是人的，正常的还是有病的脑的化学元素的研究应给予足够的重视。

总之，化学语言是连接物理学与生物学、天文学与地学、医学与农学的纽带。化学语言极为丰富多彩，它能产生出最美的图画。我们应该传授和运用化学评议。这就是我们眼前的、未来的基因，也是本世纪生物、医学繁荣昌盛的基石。

生命的化学观

吴宪教授(1893-1959)是我国杰出的生物化学家和营养学家，在国际上负有盛名。他在临床生物化学，特别是血液分析、气体与电解质的平衡、蛋白质的生物化学，特别是蛋白质的变性理论、免疫化学、氨基酸的代谢和营养学诸领域的研究工作，都是当时的先驱。

物质结构繁简的等级

物质的繁杂程度略分为五级。（1）原子的繁杂程度称为第一级。（2）原子相结合而成为分子，最小的是氢，最大的是生物大分子。分子的繁杂程度称为第二级。（3）相同分子或不同分子相结合而成为分子聚集体，其种类无限，其状态不似分子。分子聚集体的繁杂程度称为第三级。（4）不同分子聚集体相结合而成为有形态的物质单位，其形态常可用显微镜观察。这就是生物学家所说的细胞。细胞种类之多，不可以数计。细胞的繁杂程度称为第四级。（5）细胞联合而成为多细胞物体，或为植物或为动物。其最繁杂者莫过于人体。多细胞物体的繁杂程度称为第五级。

上述五级一方面从一级过渡到另一级之间的界限并不同样清楚，另一方面，同属于一级的物质，其结构的繁杂程度可以相差很大，因而其现象（性质）也就相差很多。所以说，物质繁杂程度的级别越高，其结构的稳定性越低，其现象（性质）也就越多、越繁杂。

结构与性质