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生物化學與分子生物學/生物化學與分子生物學研究的主要內容

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緒論 - 生物化學與分子生物學發展簡史 - 生物化學與分子生物學研究的主要內容 - 生物化學與分子生物學和其他學科的聯繫
生物化學與分子生物學因其應用領域不同,可分為工業、農業、海洋、醫學生物化學與分子生物學等。又可因研究對象不同,分為動物、植物、微生物生物化學與分子生物學等。生物化學與分子生物學的研究內容十分廣泛,包括生物個體的物質結構、化學組成、化學變化、生物合成及其調節,以及這些物質組成、變化、調節與功能的關係等,從分子水平闡明生物體生命活動的本質和規律。

生物分子的結構與功能[編輯]

組成生物個體的化學成分,包括無機物、有機小分子和生物大分子。體內生物大分子的種類繁多,結構複雜,但其結構有一定的規律性,都是由基本結構單位按一定順序和方式連接而形成的多聚體(polymer),分子量一般大於l04kD。核酸、蛋白質、多糖、蛋白聚糖和複合脂質等是體內重要的生物大分子,它們都是由各自基本組成單位構成的多聚體。例如,由核背酸作為基本組成單位,通過磷酸二酣鍵連接形成多核苷酸——核酸;由胺基酸作為基本組成單位,通過肽鍵連接形成多肽鏈——蛋白質;聚糖也是由一定的基本單位聚合而成。生物大分子的重要特徵之一是具有信息功能,由此也稱之為生物信息分子。
對生物大分子的研究,除了確定其一級結構(基本組成單位的種類、排列順序和方式)外,更重要的是研究其空間結構及其與功能的關係。分子結構是功能的基礎,而功能則是結構的體現。生物大分子的功能還需通過分子之間的相互識別和相互作用而實現。例如,蛋白質與蛋白質的相互作用在細胞信號轉導中起重要作用;蛋白質與蛋白質、蛋白質與核酸、核酸與核酸的相互作用在基因表達調控中發揮着決定性作用。由此可見,分子結構、分子識別和分子的相互作用是執行生物信息分子功能的基本要素,而這一領域的研究是當今生物化學的熱點之一。

物質代謝及其調節[編輯]

生命體不同於無生命體的基本特徵是新陳代謝。每個個體一刻不停地與外環境進行物質交換,攝入養料排出廢物,以維持體內環境的相對穩定,從而延續生命。據估計,以60歲年齡計算,一個人在一生中與環境進行着大量的物質交換,約相當於60 000kg水、10 000kg糖類、600kg蛋白質以及1000kg脂質。因此,正常的物質代謝是正常生命過程的必要條件,若物質代謝發生紊亂則可引起疾病。目前對生物體內的主要物質代謝途徑已基本清楚,但仍有眾多的問題有待探討。 例如,物質代謝中的絕大多數化學反應是由酶催化的,酶的結構和酶量的變化對物質代謝的調節起着重要作用。物質代謝有序性調節的分子機制尚需進一步闡明。此外,細胞信息傳遞參與多種物質代謝及與其相關的生長、增殖、分化等生命過程的調節。細胞信息傳遞的機制及網絡也是現代生物化學研究的重要課題。

基因信息傳遞及其調控[編輯]

基因信息傳遞涉及遺傳、變異、生長、分化等諸多生命過程,也與遺傳病、惡性腫瘤、心血管病等多種疾病的發病機制有關。因此,基因信息的研究在生命科學中的作用越顯重要。關於基因信息的研究,不僅包括DNA的結構與功能,更重要的是對DNA複製、基因轉錄、蛋白質生物合成等基因信息傳遞過程的機制及基因表達的時空規律進行研究。目前基因表達調控主要集中在細胞信號轉導研究、轉錄因子研究和RNA剪輯研究三個方面。DNA重組、轉基因、基因敲除、新基因克隆、人類基因組及功能基因組研究等的發展,將大大推動這一領域的研究進程。