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您現(xiàn)在的位置: 醫(yī)學全在線 > 理論教學 > 基礎學科 > 醫(yī)學概論 > 正文:生物化學的發(fā)展簡史
    

生物化學的發(fā)展簡史

    生物化學是一門較年輕的學科,在歐洲約在160年前開始,逐漸發(fā)展,一直到1903年才引進“生物化學”這個名詞而成為一門獨立的學科,但在我國,其發(fā)展可追溯到遠古。我國古代勞動人民在飲食、營養(yǎng)、醫(yī)、藥等方面都有不少創(chuàng)造和發(fā)明,生物化學的發(fā)展可分為:敘述生物化學、動態(tài)生物化學及機能生物化學三個階段。

    (一)敘述生物化學階段

    1.飲食方面:公元前21世紀,我國人民已能造酒,相傳夏人儀狄作酒,禹飲而甘之,作酒必用曲,故稱曲為酒母,又叫做酶,與媒通,是促進谷物中主要成分的淀粉轉化為酒的媒介物,F(xiàn)在我國生物化學工作者將促進生物體內(nèi)化學反應的媒介物(即生物催化劑)統(tǒng)稱為酶,從《周禮》的記載來推測,公元前12世紀以前,已能制飴,飴即今之麥芽糖,是大麥芽中的淀粉酶水解谷物中淀粉的產(chǎn)物!吨芏Y》稱飴為五味之一。不但如此,在這同時,還能將酒發(fā)酵成醋。醋亦為五味之一!吨芏Y》上已有五味的描述。可見我國在上古時期,已使用生物體內(nèi)一類很重要的有生物學活性的物質(zhì)——酶,為飲食制作及加工的一種工具。這顯然是酶學的萌芽時期。

    2.營養(yǎng)方面:《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問》的“藏氣法時論”篇記載有“五谷為養(yǎng),五畜為益,五果為助,五菜為充”,將食物分為四大類,并以“養(yǎng)”、“益”、“助”、“充”表明在營養(yǎng)上的價值。這在近代營養(yǎng)學中,也是配制完全膳食的一個好原則。谷類含淀粉較多,蛋白質(zhì)亦不少,宜為人類主食,是生長、發(fā)育以及養(yǎng)生所需食物中之最主要者;動物食品含蛋白質(zhì),質(zhì)優(yōu)且豐富,但含脂肪較多,不宜過多食用,可用以增進谷類主食的營養(yǎng)價值而有益于健康,果品及蔬菜中無機鹽類及維生素較為豐富,且屬于粗纖維,有利食物消化及廢物的排出;如果膳食能得到果品的輔助,蔬菜的充實,營養(yǎng)上顯然是一個無可爭辯的完全膳食。膳食療法早在周秦時代即已開始應用,到唐代已有專書出現(xiàn)。盂詵(公元7世紀)著《食療本草》及昝殷(約公元8世紀)著《食醫(yī)必鑒》等二書,是我國最早的膳食療法書籍。宋朝的《圣濟總錄》(公元前12世紀)是闡明食治的。元朝忽思慧(公元14世紀)針對不同疾患,提出應用的食物及其烹調(diào)方法,并編寫成《飲膳正要》。由此可看出我國古代醫(yī)務工作者應用營養(yǎng)方面的原理,試圖治療疾患的一些端倪。

    3.醫(yī)藥方面:我國古代醫(yī)學對某些營養(yǎng)缺乏病的治療,也有所認識,如地方性甲狀腺腫古稱“癭病”,主要是飲食中缺碘所致,有用含碘豐富的海帶海藻、紫菜等海產(chǎn)品防治。公元 4世紀,葛洪著《肘后百一方》中載有用海藻酒治療癭病的方法。唐·王燾(公元8世紀)的《外臺秘要》中載有療癭方36種,其中27種為含碘植物。而在歐洲直到公元1170年才有用海藻及海綿的灰分治療此病者。腳氣病是缺乏維生素B1的病。孫思邈(公元581~682年)早有詳細研究,認為是一種食米區(qū)的疾病,分為“腫”、“不腫”及“腳氣入心”三種,可用含有維生素B1的車前子、防風杏仁、大豆、檳榔等治療。釀酒用的曲及中藥中的神曲(可生用)均含維生素B1較豐富,且具有水解糖類的酶,可用以補充維生素B1的不足,亦常用以治療胃腸疾患。夜癥古稱“目”,是一種缺乏維主素A的病癥。孫思邈首先用含維生素A較豐富的豬肝治療。我國最早的眼科專著《龍木論》記載用蒼術、地膚子、細辛、決明子等治療雀目。這些藥物都是含有維生素A原的植物。

    我國研究藥物最早者據(jù)傳為神農(nóng)。神衣后世又稱炎帝,是始作方書,以療民疾者!对浇^書》上有神農(nóng)嘗百草的記載。自此以后,我國人民開始用天然產(chǎn)品治療疾病,如用羊靨(包括甲狀腺的頭部肌肉)治甲狀腺腫,紫河車(胎盤)作強壯劑,蟾酥(蟾蜍皮膚的分泌物)治創(chuàng)傷,羊角治中風,內(nèi)金遺尿及消食健胃等。而最值得一提的是秋石。秋石是從男性尿中沉淀出的物質(zhì),用以治病者。其制取確實是最早從尿中分離類固醇激素的方法,其原理頗與近代有所相同。近代的方法為Windaus等在本世紀30年代所創(chuàng),而我國的方法則出自11世紀沈括(號存中)著的《沈存中良方》中,現(xiàn)仍可在《蘇沈良方》中尋著。其詳細制法,在《本草綱目》上亦有記載,可概括為用皂角汁將類固醇激素,主要為睪酮,從男性尿中沉淀出來,反復熬煎制成結晶,名為秋石。皂角汁中含有皂角苷,是常用以提煉固醇類物質(zhì)的試劑。這樣看來,人類利用動物產(chǎn)品,調(diào)節(jié)生理功能,治療疾病是從10世紀開始,實為內(nèi)分泌學的萌芽。

    明代李時珍(公元1522~1596年)撰著《本草綱目》,凡52卷,共載藥物1800余種,其中除植物藥物外,尚載魚類63種,獸類123種,昆蟲百余種,鳥類77種及介類45種。書中還詳述人體的代謝物、分泌物及排泄物等,如人中黃(即糞)、淋石(即尿)、乳汁、月水、血液及精液等。這一巨著不但集藥物之大成,對生物化學的發(fā)展也不無貢獻。

    這樣看來,中國古代在生物化學的發(fā)展上,是有一定貢獻的。但是由于歷代封建王朝的尊經(jīng)崇儒,斥科學為異端,所以近代生物化學的發(fā)展,歐洲就處于領先地位。18世紀中葉,  Scheele研究生物體(植物及動物)各種組織的化學組成,一般認為這是奠定現(xiàn)代生物化學基礎的工作。隨后,Lavoisier于1785年證明,在呼吸過程中,吸進的氧氣被消耗,呼出二氧化碳,同時放出熱能,這意味著呼吸過程包含有氧化作用,這是生物氧化及能代謝研究的開端。接著,Beaumont(1833年)及Bernard(1877年)在消化基礎上,Pasteur(1822~1895年)在發(fā)酵上,以及Liebig(1803~1873年)在生物物質(zhì)的定量分析上,都作出顯著的貢獻。1828年Wohler在實驗室里將氰酸銨轉變成尿素,氰酸銨是一種普通的無機化合物,而尿素是哺乳動物尿中含氮物質(zhì)代謝的一種主要產(chǎn)物,人工合成尿素的成功,不但為有機化學掃清了障礙,也為生物化學發(fā)展開辟了廣闊的道路。自此直到20世紀初葉,對生物體內(nèi)的物質(zhì),如脂類、糖類及氨基酸的研究,核質(zhì)及核酸的發(fā)現(xiàn),多肽的合成等,而更有意義的則是在1897年Buchner制備的無細胞酵母提取液,在催化糖類發(fā)酵上獲得成功,開辟了發(fā)酵過程在化學上的研究道路,奠定了酶學的基礎。9年之后,Harden與Young又發(fā)現(xiàn)發(fā)酵輔酶的存在,使酶學的發(fā)展更向前推進一步。

    以上包括我國古代及歐洲的發(fā)明創(chuàng)造、研究發(fā)現(xiàn),均可算是生物化學的萌芽時期,雖然也有生物體內(nèi)的一些化學過程的發(fā)現(xiàn)和研究,但總的說來,還是以分析和研究組成生物體的成分及生物體的分泌物和排泄物為主,所以這一時期可以看作敘述生物化學階段。

    (二)動態(tài)生物化學階段

    從20世紀開始,生物化學進入了一個蓬蓬勃勃的發(fā)展時期。在營養(yǎng)方面,研究了人體對蛋白質(zhì)的需要及需要量,并發(fā)現(xiàn)了必需氨基酸、必需脂肪酸、多種維生素及一些不可或缺的微量元素等。在內(nèi)分泌方面,發(fā)現(xiàn)了各種激素。許多維生素及激素不但被提純,而且還被合成。在酶學方面Sumner于1926年分離出尿酶,并成功地將其做成結晶。接著,胃蛋白酶及胰蛋白酶也相繼做成結晶。這樣,酶的蛋白質(zhì)性質(zhì)就得到了肯定,對其性質(zhì)及功能才能有詳盡的了解,使體內(nèi)新陳代謝的研究易于推進。在這一時期,我國生物化學家吳憲等在血液分析方面創(chuàng)立了血濾液的制備及血糖的測定等方法,至今還為人們所采用;在蛋白質(zhì)的研究中,提出了蛋白質(zhì)變性學說;在免疫化學上,首先使用定量分析方法,研究抗原抗體反應的機制;在營養(yǎng)方面,比較葷膳與素膳的營養(yǎng)價值,并發(fā)現(xiàn)動物的消化道可因膳食中營養(yǎng)素價值的不同及豐富與否而發(fā)生一定的改變;食素膳者與食葷膳者相比,胃稍大而腸較長。自此以后,生物化學工作者逐漸具備了一些先進手段,如放射性核素示蹤法,能夠深入探討各種物質(zhì)在生物體內(nèi)的化學變化,故對各種物質(zhì)代謝途徑及其中心環(huán)節(jié)的三羧酸循環(huán),已有了一定的了解。第二次世界大戰(zhàn)后,特別從50年代開始,生物化學的進展突飛猛進;對體內(nèi)各種主要物質(zhì)的代謝途徑均已基本搞清楚,所以,這個時期可以看作動態(tài)生物化學階段。

    (三)機能生物化學階段

    近20多年來,除早已在研究代謝途徑時所使用的放射性核素示蹤法之外,還建立了許多先進技術及方法。例如,在分離和鑒定各種化合物時,有各種各樣敏感而特異的電泳法及層析法,還有特別適用于分離生物大分子的超速離心法;在測定物質(zhì)的化學組成時,可使用自動分析儀,如氨基酸自動分析儀等;甚至在測定氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的排列順序時,也有可供使用的自動順序分析儀。還有不少近代的物理方法和儀器(如紅外、紫外、X線等各種儀器),用以測定生物分子的性質(zhì)和結構。在知道生物分子的結構之后,就有可能了解其功能,還有可能用人工方法合成。1965年我國的生物化學工作者和有機化學工作者首先人工合成了有生物學活性的胰島素,開闊了人工合成生物分子的途徑。除此之外,生物化學家也常常采用人工培養(yǎng)的細胞及繁殖迅速的細菌,作為研究材料,并用現(xiàn)代的先進手段,不但把糖類、脂類及蛋白質(zhì)的分解代謝途徑弄得更清楚,而且還將糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、膽固醇、某些固醇類激素、血紅素等的生物合成基本上己搞明白;不但測出了某些有生物學活性的重要蛋白質(zhì)的結構(包括一、二、三及四級結構),尤其是一些酶的活性部位,而且還測出了一些脫氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA〕的結構,從而確定了它們在蛋白質(zhì)生物合成及遺傳中的作用。體內(nèi)構成各種器官及組織的組成成分都有其特殊的功能,而功能則來源于各種組成的分子結構;有特殊機能的器官和組織,無疑是由具有特殊結構的生物分子所構成。探索結構與功能之間的關系正是現(xiàn)時期的任務。所以,可以認為生物化學已進入機能生物化學階段。

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