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什么是生化培養(yǎng)箱？
閱讀：2921 發(fā)布時(shí)間：2010-12-20
生物學(xué)的分支學(xué)科。它是研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及生命過程中各種化學(xué)變化的基礎(chǔ)生命科學(xué)。 生物化學(xué)若以不同的生物為對(duì)象，可分為動(dòng)物生化、植物生化、微生物生化、昆蟲生化等。若以生物體的不同組織或過程為研究對(duì)象，則可分為肌肉生化、神經(jīng)生化、免疫生化、生物力能學(xué)等。因研究的物質(zhì)不同，又可分為蛋白質(zhì)化學(xué)、核酸化學(xué)、酶學(xué)等分支。研究各種天然物質(zhì)的化學(xué)稱為生物有機(jī)化學(xué)。研究各種無機(jī)物的生物功能的學(xué)科則稱為生物無機(jī)化學(xué)或無機(jī)生物化學(xué)。60年代以來，生物化學(xué)與其他學(xué)科融合產(chǎn)生了一些邊緣學(xué)科如生化藥理學(xué)、古生物化學(xué)、化學(xué)生態(tài)學(xué)等；或按應(yīng)用領(lǐng)域不同，分為醫(yī)學(xué)生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、營(yíng)養(yǎng)生化等。 生物化學(xué)這一名詞的出現(xiàn)大約在19世紀(jì)末、20世紀(jì)初，但它的起源可追溯得更遠(yuǎn)，其早期的歷史是生理學(xué)和化學(xué)的早期歷史的一部分。例如18世紀(jì)80年代，A.-L.拉瓦錫證明呼吸與燃燒一樣是氧化作用，幾乎同時(shí)科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)光合作用本質(zhì)上是動(dòng)物呼吸的逆過程。又如1828年F.沃勒在實(shí)驗(yàn)室中合成了一種有機(jī)物——尿素，打破了有機(jī)物只能靠生物產(chǎn)生的觀點(diǎn)，給“生機(jī)論”以重大打擊。1860年L.巴斯德證明發(fā)酵是由微生物引起的，但他認(rèn)為必需有活的酵母才能引起發(fā)酵。1897年畢希納兄弟發(fā)現(xiàn)酵母的無細(xì)胞抽提液可進(jìn)行發(fā)酵，證明沒有活細(xì)胞也可進(jìn)行如發(fā)酵這樣復(fù)雜的生命活動(dòng)，終于推翻了“生機(jī)論”。 生物化學(xué)的發(fā)展大體可分為 3個(gè)階段。 *階段從19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代，主要是靜態(tài)的描述性階段，對(duì)生物體各種組成成分進(jìn)行分離、純化、結(jié)構(gòu)測(cè)定、合成及理化性質(zhì)的研究。其中E.菲舍爾測(cè)定了很多糖和氨基酸的結(jié)構(gòu)，確定了糖的構(gòu)型，并指出蛋白質(zhì)是肽鍵連接的。1926年J.B.薩姆納制得了脲酶結(jié)晶，并證明它是蛋白質(zhì)。此后四、五年間J.H.諾思羅普等人連續(xù)結(jié)晶了幾種水解蛋白質(zhì)的酶，指出它們都無例外地是蛋白質(zhì)，確立了酶是蛋白質(zhì)這一概念。通過食物的分析和營(yíng)養(yǎng)的研究發(fā)現(xiàn)了一系列維生素，并闡明了它們的結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，人們又認(rèn)識(shí)到另一類數(shù)量少而作用重大的物質(zhì)——激素。它和維生素不同，不依賴外界供給，而由動(dòng)物自身產(chǎn)生并在自身中發(fā)揮作用。腎上腺素、胰島素及腎上腺皮質(zhì)所含的甾體激素都在這一階段發(fā)現(xiàn)。此外中國(guó)生物化學(xué)家吳憲在1931年提出了蛋白質(zhì)變性的概念。 第二階段約在20世紀(jì)30～50年代，主要是動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段，主要特點(diǎn)是研究生物體內(nèi)物質(zhì)的變化，即代謝途徑，所以稱動(dòng)態(tài)生化階段。其間突出成就是確定了糖酵解、三羧酸循環(huán)（也稱克雷布斯循環(huán)）以及脂肪分解等重要的分解代謝途徑。對(duì)呼吸、光合作用以及腺苷三磷酸 （ATP）在能量轉(zhuǎn)換中的關(guān)鍵位置有了較深入的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，這種階段的劃分是相對(duì)的。對(duì)生物合成途徑的認(rèn)識(shí)要晚得多，在50～60年代才闡明了氨基酸、嘌呤、嘧啶及脂肪酸等的生物合成途徑。 第三階段是從20世紀(jì)50年代開始，是分子生物學(xué)時(shí)期，主要特點(diǎn)是研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。生物化學(xué)在這一階段的發(fā)展，以及物理學(xué)、技術(shù)科學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)等其他學(xué)科的滲透，產(chǎn)生了分子生物學(xué)，并成為生物化學(xué)的主體。 蛋白質(zhì)和核酸是兩類主要的生物大分子。它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)與立體結(jié)構(gòu)的研究在50年代都取得了重大進(jìn)展。蛋白質(zhì)方面，如β-螺旋結(jié)構(gòu)的提出，測(cè)定了胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及肌紅蛋白和血紅蛋白的立體結(jié)構(gòu)。核酸方面，DNA 雙螺旋模型的提出打開了生物遺傳奧秘的大門。根據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，完滿地解釋了DNA的自我復(fù)制，在后來的發(fā)展中又闡明了轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯的機(jī)理，提出了中心法則并破譯出遺傳密碼。 1973年重組DNA獲得成功，從此開創(chuàng)了基因工程。自1977年以后，用這一技術(shù)先后成功地制造了生長(zhǎng)激素釋放抑制激素、胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素等。1982年用基因工程生產(chǎn)的人胰島素獲得美、英、聯(lián)邦德國(guó)、瑞士等國(guó)政府批準(zhǔn)出售而正式工業(yè)化。 在生物大分子的合成方面，1965年中國(guó)科學(xué)家合成了結(jié)晶牛胰島素，合成的產(chǎn)物經(jīng)受了嚴(yán)格的物理及化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)活性的檢驗(yàn)，證明與天然胰島素具有相同的結(jié)構(gòu)和生物活性。繼美國(guó)科學(xué)家在1972年人工合成DNA以后，中國(guó)科學(xué)家又在1981年首先合成了具有天然生物活力的酵母丙氨酸t(yī)RNA。英美等國(guó)科學(xué)家在 DNA序列分析及人工合成方面作出了重大貢獻(xiàn)。DNA自動(dòng)合成儀的問世，大大簡(jiǎn)化了人工合成基因的工作。編輯本段研究?jī)?nèi)容 生物體的化學(xué)組成 除了水和無機(jī)鹽之外，活細(xì)胞的有機(jī)物主要由碳原子與氫、氧、氮、磷、硫等結(jié)合組成，分為大分子和小分子兩大類。前者包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖和以結(jié)合狀態(tài)存在的脂質(zhì)；后者有維生素、激素、各種代謝中間物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、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、生物堿、毒素、抗生素等。 雖然對(duì)生物體組成的鑒定是生物化學(xué)發(fā)展初期的特點(diǎn)，但直到今天，新物質(zhì)仍不斷在發(fā)現(xiàn)。如陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的干擾素、環(huán)核苷一磷酸、鈣調(diào)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(jiǎn)單的分子，如作為代謝調(diào)節(jié)物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才發(fā)現(xiàn)的。另一方面，早已熟知的化合物也會(huì)發(fā)現(xiàn)新的功能，20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的肉堿，50年代才知道是一種生長(zhǎng)因子，而到60年代又了解到是生物氧化的一種載體。多年來被認(rèn)為是分解產(chǎn)物的腐胺和尸胺，與精胺、亞精胺等多胺被發(fā)現(xiàn)有多種生理功能，如參與核酸和蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)，對(duì)DNA超螺旋起穩(wěn)定作用以及調(diào)節(jié)細(xì)胞分化等。 新陳代謝與代謝調(diào)節(jié)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(huán)境中取得物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為體內(nèi)新的物質(zhì)的過程，也叫同化作用；后者是生物體內(nèi)的原有物質(zhì)轉(zhuǎn)化為環(huán)境中的物質(zhì)，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(xué)途徑的。如糖元、脂肪和蛋白質(zhì)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，然后再氧化生成乙酰輔酶A，進(jìn)入三羧酸循環(huán)，zui后生成二氧化碳。 在物質(zhì)代謝的過程中還伴隨有能量的變化。生物體內(nèi)機(jī)械能、化學(xué)能、熱能以及光、電等能量的相互轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)控制之下有條不紊地進(jìn)行的。這種調(diào)控有3種途徑:①通過代謝物的誘導(dǎo)或阻遏作用控制酶的合成。這是在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，如乳糖誘導(dǎo)乳糖操縱子合成有關(guān)的酶；②通過激素與靶細(xì)胞的作用，引發(fā)一系列生化過程，如環(huán)腺苷酸激活的蛋白激酶通過磷酰化反應(yīng)對(duì)糖代謝的調(diào)控；③效應(yīng)物通過別構(gòu)效應(yīng)直接影響酶的活性，如終點(diǎn)產(chǎn)物對(duì)代謝途徑*個(gè)酶的反饋抑制。生物體內(nèi)絕大多數(shù)調(diào)節(jié)過程是通過別構(gòu)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。 生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能 生物大分子的多種多樣功能與它們特定的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。蛋白質(zhì)的主要功能有催化、運(yùn)輸和貯存、機(jī)械支持、運(yùn)動(dòng)、免疫防護(hù)、接受和傳遞信息、調(diào)節(jié)代謝和基因表達(dá)等。由于結(jié)構(gòu)分析技術(shù)的進(jìn)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(zhì)分子的結(jié)構(gòu)分4個(gè)層次，其中二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)間還可有超二級(jí)結(jié)構(gòu)，三、四級(jí)結(jié)構(gòu)之間可有結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域是個(gè)較緊密的具有特殊功能的區(qū)域，連結(jié)各結(jié)構(gòu)域之間的肽鏈有一定的活動(dòng)余地，允許各結(jié)構(gòu)域之間有某種程度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。蛋白質(zhì)的側(cè)鏈更是*不在快速運(yùn)動(dòng)之中。蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)性是它們執(zhí)行各種功能的重要基礎(chǔ)。 80年代初出現(xiàn)的蛋白質(zhì)工程，通過改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因，獲得在部位經(jīng)過改造的蛋白質(zhì)分子。這一技術(shù)不僅為研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系提供了新的途徑；而且也開辟了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白質(zhì)的廣闊前景。 核酸的結(jié)構(gòu)與功能的研究為闡明基因的本質(zhì)，了解生物體遺傳信息的流動(dòng)作出了貢獻(xiàn)。堿基配對(duì)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。脫氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)有不同的構(gòu)象，J.D.沃森和F.H.C.克里克發(fā)現(xiàn)的是B-結(jié)構(gòu)的右手螺旋，后來又發(fā)現(xiàn)了稱為 Z-結(jié)構(gòu)的左手螺旋。DNA還有超螺旋結(jié)構(gòu)。這些不同的構(gòu)象均有其功能上的意義。核糖核酸包括信使核糖核酸（mRNA）、轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNA）和核蛋白體核糖核酸（rRNA），它們?cè)诘鞍踪|(zhì)生物合成中起著重要作用。新近發(fā)現(xiàn)個(gè)別的RNA有酶的功能。 基因表達(dá)的調(diào)節(jié)控制是分子遺傳學(xué)研究的一個(gè)中心問題，也是核酸的結(jié)構(gòu)與功能研究的一個(gè)重要內(nèi)容。對(duì)于原核生物的基因調(diào)控已有不少的了解；真核生物基因的調(diào)控正從多方面探討。如異染色質(zhì)化與染色質(zhì)活化；DNA的構(gòu)象變化與化學(xué)修飾；DNA上調(diào)節(jié)序列如加強(qiáng)子和調(diào)制子的作用；RNA加工以及轉(zhuǎn)譯過程中的調(diào)控等。 生物體的糖類物質(zhì)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(dòng)物的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，淀粉和糖元等是貯存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。單糖是生物體能量的主要來源。寡糖在結(jié)構(gòu)和功能上的重要性在20世紀(jì)70年代才開始為人們所認(rèn)識(shí)。寡糖和蛋白質(zhì)或脂質(zhì)可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由于糖鏈結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使它們具有很大的信息容量，對(duì)于細(xì)胞專一地識(shí)別某些物質(zhì)并進(jìn)行相互作用而影響細(xì)胞的代謝具有重要作用。從發(fā)展趨勢(shì)看，糖類將與蛋白質(zhì)、核酸、酶并列而成為生物化學(xué)的4大研究對(duì)象。 生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)一經(jīng)測(cè)定，就可在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行人工合成。生物大分子及其類似物的人工合成有助于了解它們的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。有些類似物由于具有更高的生物活性而可能具有應(yīng)用價(jià)值。通過 DNA化學(xué)合成而得到的人工基因可應(yīng)用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白質(zhì)及其類似物。 酶學(xué)研究 生物體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、專一性強(qiáng)等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)取決于酶的結(jié)構(gòu)。酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及作用機(jī)制、酶活性的調(diào)節(jié)控制等是酶學(xué)研究的基本內(nèi)容。通過 X射線晶體學(xué)分析、化學(xué)修飾和動(dòng)力學(xué)等多種途徑的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已經(jīng)比較清楚。