生物化学和分子生物学：绪论

1、Biochemistry And Molecular Biology生物化学和分子生物学 是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，是研究生物体内化学分子与化学反应的科学，它在分子水平探讨生命现象的本质，即研究生它在分子水平探讨生命现象的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节及遗物体的分子结构与功能、物质代谢与调节及遗传信息的分子基础与调控规律传信息的分子基础与调控规律.生物化学（生物化学（biochemistry）生物化学（生物化学（Biochemistry）即）即“生命的化学生命的化学” 生物化学早期主要是用化学的，也用生物学的、物生物化学早期主要是用化学的，也用生物学的、物理学

2、的以及数学的原理研究各种形式的生命现象；理学的以及数学的原理研究各种形式的生命现象；至至20世纪下半叶，生物化学进入其发展的分子生物世纪下半叶，生物化学进入其发展的分子生物学时期（见发展史），研究手段又有遗传学、生物学时期（见发展史），研究手段又有遗传学、生物工程学、生物信息学等介入。工程学、生物信息学等介入。21世纪后以生物信息学、组学、系统生物学为手段，世纪后以生物信息学、组学、系统生物学为手段，开始进入整合生物学时期开始进入整合生物学时期生物化学是一门交叉学科，也是生命科学领域重要的领头学科。生物化学是一门交叉学科，也是生命科学领域重要的领头学科。 生物化学发展历史生物化学发展历史The

3、 History of Biochemistry 第一节第一节 一、一、1919世纪末以前是叙述生物化学阶段: : 主要研究生物体的化学组成1. 近代生物化学的研究始于近代生物化学的研究始于18世纪。世纪。2. 18世纪的主要发现是生物体的气体交换作用和对一些有机化世纪的主要发现是生物体的气体交换作用和对一些有机化合物（如核酸、甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸和尿酸等）的合物（如核酸、甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸和尿酸等）的揭示。揭示。3. 19世纪的主要贡献是对人体化学组成的认识和某些代谢过程世纪的主要贡献是对人体化学组成的认识和某些代谢过程的发现。结晶了血红蛋白；提纯了麦芽糖酶；发现了细胞色的发现

4、。结晶了血红蛋白；提纯了麦芽糖酶；发现了细胞色素；从无机物合成出尿素，从肝中分离出糖原并证明它可转素；从无机物合成出尿素，从肝中分离出糖原并证明它可转化为血糖等。化为血糖等。19世纪末，酶独立催化作用的发现打开了通向世纪末，酶独立催化作用的发现打开了通向现代生物化学的大门。现代生物化学的大门。活力论活力论 （Vitalism）?活力论认为生命的本质是一种未知的或起源于神的灵魂活力论认为生命的本质是一种未知的或起源于神的灵魂或活力或活力(Vitality)。?一个死亡的细胞，同样具有核酸、蛋白质，但它是死的，一个死亡的细胞，同样具有核酸、蛋白质，但它是死的，看来细胞死与活的区别在于它们有没有活力

5、。看来细胞死与活的区别在于它们有没有活力。1828年，在哥廷根大学任教的化学家弗里德利克年，在哥廷根大学任教的化学家弗里德利克魏魏勒勒(Friedrick Whler)在实验室里将氰氢铵在实验室里将氰氢铵(ammonium cyanate)加热产生了尿素加热产生了尿素(urea)。（一）尿素合成使（一）尿素合成使“活力论活力论”遭遇第一次打击遭遇第一次打击加热加热NCONH4 H2NCONH2(氰氢铵氰氢铵) (尿素尿素)尤斯图斯尤斯图斯冯冯李比希李比希(Justus Von Liebig)在在19世纪世纪20年间提出了著名的年间提出了著名的“燃烧燃烧”学说学说动物通过呼吸动物通过呼吸获取空气

6、中的获取空气中的O2，氧化分解摄取的食物，产生水和，氧化分解摄取的食物，产生水和CO2，并且释放热量，保持体温，维持活力。并且释放热量，保持体温，维持活力。李比希将食物分为糖、脂和蛋白质三大类主要成李比希将食物分为糖、脂和蛋白质三大类主要成分，并提出物质在生物体内可进行合成和分解两种化分，并提出物质在生物体内可进行合成和分解两种化学过程。学过程。物质代谢物质代谢(metabolism)的概念就这样产生了。的概念就这样产生了。（二）“燃烧”学说使“活力论”再次遭遇重创1840年，李比希出版了年，李比希出版了有机化学在农业有机化学在农业和生理学中的应用和生理学中的应用(Organic Chemis

7、try in Its Application to Agriculture and Physiology)，这，这本著作可以看作是最早的一部生物化学著作。本著作可以看作是最早的一部生物化学著作。既然生命活动是以化学反应为基础的，化学反应既然生命活动是以化学反应为基础的，化学反应又是在何处进行的？又是在何处进行的？1665年，马尔塞罗年，马尔塞罗马琵季（马琵季（Marcello Malpighi）发现红血球（细胞）。同年，罗伯特发现红血球（细胞）。同年，罗伯特胡克（胡克（Robert Hooke）发现植物树皮细胞。）发现植物树皮细胞。1 8 3 8 年 （ 有 说年 （ 有 说 1 8 3 9

8、年 ） ， 马 采 斯年 ） ， 马 采 斯 史 雷 登史 雷 登（Matthais Schleiden）和泽奥多尔）和泽奥多尔史旺（史旺（Theodor Schwann）证明，细胞是植物的结构单位。）证明，细胞是植物的结构单位。（三）细胞是生命体的基本结构单位史旺的学生鲁道夫史旺的学生鲁道夫魏尔啸（魏尔啸（Rudolf Virchow）提出了细胞学说）提出了细胞学说“细胞由细胞细胞由细胞产生产生”，“细胞是所有生命体的基本结构单细胞是所有生命体的基本结构单位位”，细胞就是进行化学反应的场所。细胞，细胞就是进行化学反应的场所。细胞学说使有机化学与生物学（主要是生理学）学说使有机化学与生物学（主

9、要是生理学）结合，为生物化学的产生、发展奠定了基础。结合，为生物化学的产生、发展奠定了基础。化学家恩斯特化学家恩斯特霍普霍普-席勒（席勒（Ernst Hoppe-Seyler）首次从血液中分离出血红蛋白，证明首次从血液中分离出血红蛋白，证明“血液的红色是血液的红色是由血红蛋白的颜色引起的由血红蛋白的颜色引起的”，并在，并在1864年将血红蛋白年将血红蛋白制成了结晶（制成了结晶（crystal）。）。1877年，霍普年，霍普-席勒创立了德文席勒创立了德文生理化学杂志生理化学杂志（Zeitschrift fr Physiologische Chemie）。）。这时，这时，生物化学从生理学分出作为一

10、门新的独立生物化学从生理学分出作为一门新的独立学科诞生学科诞生。（四）血红蛋白赋予血液红色（四）血红蛋白赋予血液红色路易斯路易斯巴斯德（巴斯德（Louis Pasteur）首先证明，只有）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发酵。活的酵母细胞才能进行发酵。1833年，在巴黎一个糖厂工作的安塞尔莫年，在巴黎一个糖厂工作的安塞尔莫佩因佩因（Anselme Payen）和简）和简-弗朗修斯弗朗修斯泼骚兹（泼骚兹（Jean-Franois Persoz）从麦芽中分离出一种可使淀粉转变为）从麦芽中分离出一种可使淀粉转变为糖的可溶性物质，即淀粉酶（糖的可溶性物质，即淀粉酶（diastase，后来化学家又称，

11、后来化学家又称之为之为amylase）。）。稍后几年，细胞的发现人史旺又从胃液中分离出类稍后几年，细胞的发现人史旺又从胃液中分离出类似于如今胃蛋白酶的物质，并证明这种酶是由胃细胞产似于如今胃蛋白酶的物质，并证明这种酶是由胃细胞产生的。生的。（五）酶是化学反应的主宰（五）酶是化学反应的主宰1861年，莫里兹年，莫里兹特劳伯（特劳伯（Moritz Traube）等提）等提出，是一种出，是一种“可溶性催化剂可溶性催化剂”催化糖的催化糖的“发酵发酵”。1878年，威尔海姆年，威尔海姆库奈（库奈（Wilhelm Khne）首先）首先引入引入“酶酶”（enzyme）的概念，用以描述能催化生物）的概念，用以

12、描述能催化生物化学反应的化学反应的“可溶性催化剂可溶性催化剂”。1897年，爱德尔德年，爱德尔德布希奈（布希奈（Eduard Buchner）（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1907）和汉斯）和汉斯布希奈（布希奈（Hans Buchner）两兄弟实验证明，无细胞的酵母提取液仍可催化生醇两兄弟实验证明，无细胞的酵母提取液仍可催化生醇发酵反应，使巴斯德关于发酵反应，使巴斯德关于“只有活的酵母细胞才能进只有活的酵母细胞才能进行发酵行发酵”的认识前进了一步。的认识前进了一步。20世纪初，生物化学之父埃米尔世纪初，生物化学之父埃米尔费舍尔（费舍尔（Emil Fischer）（诺贝尔奖，）（诺贝尔奖，1902）首

13、次证明蛋白质是由不）首次证明蛋白质是由不同数量、种类的氨基酸组成的，并采用化学方法合成同数量、种类的氨基酸组成的，并采用化学方法合成了几种由了几种由18个氨基酸残基组成的多肽，以这些合成多个氨基酸残基组成的多肽，以这些合成多肽为底物，分析酶的催化活性，发现酶对底物有一定肽为底物，分析酶的催化活性，发现酶对底物有一定的选择性（特异性），验证了他早在的选择性（特异性），验证了他早在1894年提出的酶年提出的酶催化作用的催化作用的“锁锁-匙匙”学说。费舍尔测定底物化学结构学说。费舍尔测定底物化学结构的方法对的方法对20世纪生物化学研究一直产生极大影响。世纪生物化学研究一直产生极大影响。在在20世纪的

14、头二、三十年，世纪的头二、三十年，“酶的非蛋酶的非蛋白质性质白质性质”一直束缚着人们的科学思维，是一直束缚着人们的科学思维，是詹姆斯詹姆斯萨姆奈（萨姆奈（James B Sumner）（诺贝尔）（诺贝尔奖，奖，1946）解除了这一科学禁锢。）解除了这一科学禁锢。1926年，年，萨姆奈第一个成功地制备了尿素酶（萨姆奈第一个成功地制备了尿素酶（urease）结晶，并首次证明酶是蛋白质。结晶，并首次证明酶是蛋白质。（六）酶的化学本质是蛋白质约翰约翰诺尔瑟普（诺尔瑟普（John H. Northrop）（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1946）在）在1930年制备了胃蛋白年制备了胃蛋白酶、胰蛋白酶结晶。纯酶的

15、获得为体外酶学酶、胰蛋白酶结晶。纯酶的获得为体外酶学研究提供了重要手段，结合研究提供了重要手段，结合X（射）线晶体（射）线晶体衍射（衍射（X-ray crystallography）分析及多肽成）分析及多肽成分分析，终于使科学家彻底揭开了分分析，终于使科学家彻底揭开了“酶的化酶的化学本质是蛋白质学本质是蛋白质”的事实。的事实。 2020世纪生物化学取得了飞速发展，确立了现代生物世纪生物化学取得了飞速发展，确立了现代生物化学的基本框架。化学的基本框架。从从19031903年年“生物化学生物化学”这一名词问世这一名词问世以以来的来的5050年，生化营养学、生物体的分子组成年，生化营养学、生物体的分

16、子组成( (发现人类必需发现人类必需氨基酸、必需脂肪酸及多种维生素氨基酸、必需脂肪酸及多种维生素, ,发现多种激素发现多种激素) )、物质代、物质代谢与能量代谢、代谢调节等均取得了显著成果。例如，维谢与能量代谢、代谢调节等均取得了显著成果。例如，维生素、辅酶和激素的结构与功能，酶促反应动力学，糖代生素、辅酶和激素的结构与功能，酶促反应动力学，糖代谢的各条反应途径，脂肪酸谢的各条反应途径，脂肪酸 - -氧化，氨基酸的分解代谢与氧化，氨基酸的分解代谢与鸟氨酸循环，三羧酸循环等均是这一时期的突出贡献。鸟氨酸循环，三羧酸循环等均是这一时期的突出贡献。二、二、20世纪上半叶是动态生物化学阶段世纪上半叶是

17、动态生物化学阶段由于同位素示踪技术的应用，在很多早期工作基础由于同位素示踪技术的应用，在很多早期工作基础上，终于在上，终于在20世纪世纪30年代末，科学家们详细描述了无氧年代末，科学家们详细描述了无氧时葡萄糖的分解途径时葡萄糖的分解途径(糖糖)酵解酵解(glycolysis)的酶促反应的酶促反应顺序。古斯塔夫顺序。古斯塔夫恩伯登恩伯登(Gustav Embden)和奥托和奥托麦耶霍麦耶霍夫夫(Otto Meyerhof)(诺贝尔奖，诺贝尔奖，1922)对葡萄糖酵解的分对葡萄糖酵解的分子演绎过程贡献最大，因此酵解途径又称恩伯登子演绎过程贡献最大，因此酵解途径又称恩伯登-麦耶霍麦耶霍夫途径夫途径(

18、Embden-Meyerhof pathway)。（一）糖酵解又称恩伯登（一）糖酵解又称恩伯登- -麦耶霍夫途径麦耶霍夫途径细胞是如何通过分解反应获得能量的？细胞是如何通过分解反应获得能量的？1932年，汉斯年，汉斯克雷勃斯克雷勃斯(Hans A. Krebs)和库尔和库尔特特汉瑟雷特汉瑟雷特(Kurt Henseleit)发现了尿素循环发现了尿素循环(urea cycle)反应途径。反应途径。1 9 3 7 年 ， 克 雷 勃 斯 又 揭 示 了 三 羧 酸 循 环年 ， 克 雷 勃 斯 又 揭 示 了 三 羧 酸 循 环(tricarboxylic acid cycle)机制机制(诺贝尔奖

19、，诺贝尔奖，1953) 。（二）三羧酸循环是物质氧化分解的最终途径Hans Krebs (1900-1981)Hans Krebs (1900-1981)分别于分别于19321932年和年和19371937年年发现了鸟氨酸循环和三羧酸循环。发现了鸟氨酸循环和三羧酸循环。1929年年，Cyrus H. Fiske、Yellapragada Subbarow和和Karl Lohman分别发现了腺苷三磷酸分别发现了腺苷三磷酸(ATP)。1941年，师从麦耶霍夫的年，师从麦耶霍夫的Fritz Lipmann(诺贝尔奖，诺贝尔奖，1953)提出生物能过程中的提出生物能过程中的ATP循环学说。循环学说。1

20、948年，年，Eugene Kennedy和和Albert Lehninger证明，证明，催 化 三 羧 酸 循 环 反 应 的 酶 都 分 布 在 线 粒 体催 化 三 羧 酸 循 环 反 应 的 酶 都 分 布 在 线 粒 体(mitochondrion)，线粒体内膜分布有电子传递体，可进，线粒体内膜分布有电子传递体，可进行氧化磷酸化行氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)反应。反应。（三）物质代谢与能量代谢偶联（三）物质代谢与能量代谢偶联20世纪世纪50年代，由一些生物化学家综合物年代，由一些生物化学家综合物质代谢、氧化磷酸化偶联机制，阐明了细胞内质代谢、氧化磷

21、酸化偶联机制，阐明了细胞内营养有机物是如何转化为营养有机物是如何转化为ATP的，奠定了现代的，奠定了现代生物能学原理。生物化学家在代谢途径、生物生物能学原理。生物化学家在代谢途径、生物能学及酶反应等方面所取得的进步使生物化学能学及酶反应等方面所取得的进步使生物化学成为成熟学科。成为成熟学科。 1950年后，物质代谢途径研究进入合成年后，物质代谢途径研究进入合成(synthesis)途径的演绎。途径的演绎。50年代末，由于很多代谢途径被揭示，确立年代末，由于很多代谢途径被揭示，确立了由合成代谢了由合成代谢(anabolism)和分解代谢网络组成的和分解代谢网络组成的“中间代谢中间代谢”(inte

22、rmediary metabolism)概念。概念。（四）合成代谢和分解代谢组成（四）合成代谢和分解代谢组成“中间代谢中间代谢”网络网络1951年，年，Linus Pauling（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1954）和）和Robert B. Corey采用采用X射线衍射（射线衍射（X-ray diffraction）技术研究蛋白质结晶，发现了蛋白质分子的二级结构技术研究蛋白质结晶，发现了蛋白质分子的二级结构形式形式-螺旋（螺旋（-helix）。）。1953年年 ，Frederick Sanger采用化学方法完成了采用化学方法完成了胰岛素（胰岛素（insulin）序列分析（诺贝尔奖，）序列分析（诺贝

23、尔奖，1958）。）。三、三、20世纪世纪50年代生物化学发展进入分子年代生物化学发展进入分子生物学时期生物学时期（一）（一）螺旋是蛋白质分子二级结构形式之一螺旋是蛋白质分子二级结构形式之一1951年，年，Stanford Moore和和William Stein发明了蛋白质层析发明了蛋白质层析(chromatography)分离技术分离技术(诺贝尔奖，诺贝尔奖，1972)。X射线衍射技术和多肽链氨基酸序列分射线衍射技术和多肽链氨基酸序列分析技术析技术是是50年代后分子生物学研究的两大技年代后分子生物学研究的两大技术支柱。术支柱。1868年，瑞士青年学者、霍普年，瑞士青年学者、霍普-席勒的学生

24、弗席勒的学生弗里德利克里德利克米歇尔（米歇尔（Friedrick Miescher）从伤口敷）从伤口敷料的脓血球中发现料的脓血球中发现“核素核素”（“核酸核酸”的早期命的早期命名）。名）。在在20世纪世纪2030年代，还发现有年代，还发现有两种类型核两种类型核酸酸核糖核酸（核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（）和脱氧核糖核酸（DNA）存在。存在。1941年，年，George Beadle和和Edward Tatum提出提出了了“一个基因一个酶一个基因一个酶”的假说（诺贝尔奖，的假说（诺贝尔奖，1958）。）。（二）（二）DNA是遗传的物质基础是遗传的物质基础1944年，年，Oswald T. A

25、very及及Colin M. Macleod、Maclyn McCarty通过细菌转化实验证明通过细菌转化实验证明DNA是遗是遗传的物质基础传的物质基础，揭示了基因的本质。，揭示了基因的本质。艾弗里的发现揭示了遗传学与生物化学的特艾弗里的发现揭示了遗传学与生物化学的特殊关系，生物化学遗传学殊关系，生物化学遗传学(Biochemical Genetics)(即即分子遗传学分子遗传学)在那时就提出来了。在那时就提出来了。 在威尔金斯和弗兰克林工作的基础上，沃森和在威尔金斯和弗兰克林工作的基础上，沃森和克里克在克里克在1953年提出了年提出了DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型(double heli

26、x model)(诺贝尔奖，诺贝尔奖，1962)。他们的原创著作在世。他们的原创著作在世界著名杂志界著名杂志自然自然(Nature)上发表，具有划时代的上发表，具有划时代的意义：意义：DNA双螺旋结构是揭示遗传信息传递规律的双螺旋结构是揭示遗传信息传递规律的“敲门砖敲门砖”和联系生物化学与遗传学的和联系生物化学与遗传学的“桥梁桥梁”。从此，生物化学发展进入了以生物大分子结构从此，生物化学发展进入了以生物大分子结构与功能研究为主体的分子生物学时期。与功能研究为主体的分子生物学时期。 （三）（三）DNA双螺旋是揭示遗传信息传递的双螺旋是揭示遗传信息传递的“敲敲门砖门砖”1953年，Watson和C

27、rick根据Chargaff 规律和DNA Na盐纤维的X光衍射分析提出了DNA的双螺旋结构模型。罗莎琳德罗莎琳德富兰克林（富兰克林（Rosalind Franklin）和她拍的改变历史的和她拍的改变历史的51号号DNA结晶结晶X射线衍射照片射线衍射照片Watson-Crick双螺旋结构模型(B-DNA)Francis Crick and James Watson point out features of their model for the structure of DNA. (A. Barrington Brown/Science Source/Photo Researchers, I

28、nc.) 生命现象的生命现象的“同一性同一性”使科学家可以利用细菌和使科学家可以利用细菌和病毒研究演绎高等生命过程。病毒研究演绎高等生命过程。1955年，年，Arthur Kornberg (诺贝尔奖，诺贝尔奖，1959)在在E. coli发现了发现了DNA聚合酶，揭开了聚合酶，揭开了DNA复制的秘密。复制的秘密。 1959年又有人发现年又有人发现RNA聚合酶。在克里克提出聚合酶。在克里克提出RNA中介假说基础上，中介假说基础上，Marshall Nirenberg、Heinrich Matthaei、Philip Leder和和H. Gobind Khorana等历经等历经近近10年研究，在

29、年研究，在1966年揭示了遗传密码。年揭示了遗传密码。1968年提出了年提出了遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则。 （四）遗传信息按中心法则传递（四）遗传信息按中心法则传递1961年，年，Francis Jacob和和Jacques Monod(诺诺贝尔奖，贝尔奖，1965)揭示了原核基因表达的开启和关闭揭示了原核基因表达的开启和关闭是如何控制的。是如何控制的。1963年，年，Jacob、Monod和和Jean-Pierre C h a n g e a u x 首 先 用 酶 活 性 的首 先 用 酶 活 性 的 “ 别 构 调别 构 调节节”(allosteric regulati

30、on)理论解释基因和机体代理论解释基因和机体代谢功能是如何被调节的，从此引入了生物调节的谢功能是如何被调节的，从此引入了生物调节的概念。概念。 （五）基因信息传递是被特殊机制调节的（五）基因信息传递是被特殊机制调节的遗传信息的传递或表达是受一定机制调控的。遗传信息的传递或表达是受一定机制调控的。1973年，年，Paul Berg、Herbert Boyer和和Stanley Cohen首次在体外将重组的首次在体外将重组的DNA分子形分子形成无性繁殖系成无性繁殖系DNA“克隆克隆”（clone）（诺贝）（诺贝尔奖，尔奖，1980）。）。1985年，年，Kary Mullis发明了一种体外扩增发明

31、了一种体外扩增DNA的专门技术的专门技术聚合酶链式反应（聚合酶链式反应（PCR）（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1993）。）。（六）（六）DNA“克隆克隆”使基因操作无所不能使基因操作无所不能从此，以从此，以重组重组DNA (Recombinant DNA) 操作为核心的操作为核心的重组重组DNA工艺学工艺学 (Recombinant DNA Technology) 迅速发展，科学家们分离及迅速发展，科学家们分离及操作基因的能力几乎达到无所不能的地步。也操作基因的能力几乎达到无所不能的地步。也正是有了重组正是有了重组DNA工艺学才能使人类基因组工艺学才能使人类基因组计划得以实施，并对基因组学（计划得

32、以实施，并对基因组学（genomics）诞）诞生、工农业产业革命产生巨大影响。生、工农业产业革命产生巨大影响。 一种生物所有遗传信息，也就是一种生物所有遗传信息，也就是DNA的总和，称为的总和，称为基因组基因组(genome)。人类基因组计划人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)就是将人就是将人23对染色体全部对染色体全部DNA的核苷酸序列测出来。的核苷酸序列测出来。（七）人类基因组计划拉开了组学的序幕（七）人类基因组计划拉开了组学的序幕1990年年, 耗资耗资30亿美元的亿美元的15年制图和测序计划正式年制图和测序计划正式启动。启动。1992年年, 很多发达国家

33、的科学家、政府甚至公司参很多发达国家的科学家、政府甚至公司参加加HGP。1999年底年底,由英国桑格由英国桑格(Sanger)中心的丹汉姆中心的丹汉姆(Dunham)领导的国际基因组公布了领导的国际基因组公布了22号染色体全号染色体全序列。序列。2000年年3月月, 德国、日本等国研究者公布了德国、日本等国研究者公布了21号染号染色体全序列色体全序列; 6月月,NCHGR和塞莱拉和塞莱拉(Celera)公司联公司联合宣布人类基因组序列草图合宣布人类基因组序列草图HGP提前完成。提前完成。从此，生物学领域新的亚学科从此，生物学领域新的亚学科基因组学诞生。基因组学诞生。The sequence o

34、f the human genomeC. Venter et al.Science 16 Feb. 291: 1304 1351, 2001世界大型基因组研究中心世界大型基因组研究中心美国：美国：1) National Human Genome Research Institution in NIH2) Genome Center at White Head/MIT3) Washington University Genome Center4) Joint Genome Institution at DOE5) Genome Center at Baylor Medical Collage 英

35、国：英国：Sanger Center日本：日本：RIKEN中国：中国：华大基因研究中心（北京、杭州、深圳）华大基因研究中心（北京、杭州、深圳）国家人类基因组中心（国家人类基因组中心（北京、上海北京、上海）目目 录录组学时代目目 录录组学时代其他组学糖组学（glycomics）脂组学（lipidomics）药物组学从20世纪中叶到21世纪之初的60多年时间里，生命科学经历了两次革命性的转折第一次是以第一次是以2020世纪中叶在还原论基础上诞生的分子生物学世纪中叶在还原论基础上诞生的分子生物学为代表。为代表。当时的生物学家认为，生命是一种遵循物理和化学规律的当时的生物学家认为，生命是一种遵循物理和

36、化学规律的复合体，可以通过分析的方法分解为各种组成成分，如基复合体，可以通过分析的方法分解为各种组成成分，如基因或蛋白质，只要将基因及其产物逐个地进行研究，就可因或蛋白质，只要将基因及其产物逐个地进行研究，就可以揭示出生物个体的活动规律。即针对某个生物学问题，以揭示出生物个体的活动规律。即针对某个生物学问题，通过物理和化学的研究手段研究个别的基因或蛋白质的结通过物理和化学的研究手段研究个别的基因或蛋白质的结构和功能。研究者认为只要揭示出特定的（一个或数个）构和功能。研究者认为只要揭示出特定的（一个或数个）基因或蛋白质的行为，就可以理解相应的生命活动。基因或蛋白质的行为，就可以理解相应的生命活动

37、。其次是在方法论方面，研究者所拥有的研究手段通常只能其次是在方法论方面，研究者所拥有的研究手段通常只能研究一个或数个基因或蛋白质。研究一个或数个基因或蛋白质。DNA个体水平：细胞水平：分子水平：蛋白质现代生物学家眼中的生命现代生物学家眼中的生命还原论还原论2020世纪生命科学的主流世纪生命科学的主流基因基因蛋白质蛋白质 功能功能还原论还原论 Reductionism：认为生命现象可以用认为生命现象可以用构成生命体的生命物构成生命体的生命物质的质的物理、化学运动物理、化学运动规律规律来说明来说明真实世界的生命真实世界的生命 (1)人类基因组人类基因组3000 000 000 base pairs人类蛋白质人类蛋白质Millions蛋白质复合物蛋白质复合物信号转导网络信号转导网络真实世界的生命真实世界的生命 (2)在20世纪末叶，由于人类基因组计划的实施，引发了生命科学的第二次革命，其标志正是以基因组学为代表的“组学”（-omics）等生命大科学的出现。这类生命大科学最明显的特征是研究规模的巨大对于基因组学、蛋白质组学等各种“组学”而言，所关心的不再是生物体内的一两个基因或蛋白质等个别组分，而是所有的基因或蛋白质。从方法论的角度来看，这些“组学”最基本的研究策略就是，开发和应用大规模、高通量的技