研究动物，植物及微生物的化学组成、结构、功能及生命过程中化学变化的科学。以不同的生物为研究对象，生物化学可以分为动物生化、植物生化、细菌生化、病毒生化等。以生物的不同组织或功能为对象，生物化学可以分为细胞生化、肌肉生化、神经生化、免疫化学、生化遗传学、生物能力学等。由于研究的物质不同，生物化学可以分为蛋白质化学、核酸化学、酶化学、碳水化合物化学等若干分支学科。按照生物化学的应用范围，它又可以分为农业生化、医学生化、工业生化、营养生化等。

生物化学与生物科学、农业科学、医学都有非常密切的关系，现已渗透到各门学科之中，如细胞生物学、发育生物学、神经生物学、生理学、病理学、免疫学、生物物理学等，不仅如此，甚至它已渗透到生态学和分类学之中，对深入理解生物的物质代谢，能量代谢，和信息传递起着极其重要的作用。

生物化学是在研究营养、微生物发酵、肌肉化学的基础上发展起来的；它是在医学，农业、工业的需要之下成长的，此后它又促进了农业、医学和工业的进一步发展。

生物化学是随着化学和生理科学的发展而诞生的。早在1770年J.H.普利斯特利研究植物照光时可以释放气体，从而发现元素氧和光合作用，1828年F.沃勒首次在实验室中合成了尿素，过去认为只有生物才能合成它。1860年L.巴斯德证明发酵作用是由微生物引起的，随后E.布赫奈兄弟从酵母中提取出无细胞的制剂，也可以使糖进行发酵，证明在体外也可进行生物化学反应。生物化学研究的最初阶段是静态生物化学，主要研究生物体的化学组成，包括糖类，脂类及氨基酸的结构及化学性质。1926年J.萨姆纳从刀豆中提取出脲酶，并首先得到结晶，证明酶是蛋白质，F.G.霍甫金斯等通过食物分析及营养研究发现了维生素。自20世纪30年代以后进入生物化学的动态研究阶段。经过H.A.克列布斯等研究发酵及肌肉的生化中的代谢途径，确定了生物体内存在糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸β氧化等代谢途径，从而使人们对生物如何获得能量取得初步认识。50年代以后生物化学的研究重点是生物大分子的结构与功能，于是产生了分子生物学。F.桑格于1953年首先确定了胰岛素的氨基酸排列顺序，开创了研究蛋白质一级结构的纪元。J.C.肯德鲁、M.F.皮鲁兹利用x-射线晶体学先后阐明了肌红蛋白的三维结构。J.D.沃森与F.H.克里克提出脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋模型并提出中心法则，为分子遗传学奠定了基础。1973年P.伯格首次重组DNA成功，从而开创了基因工程。目前利用重组DNA技术已经人工生产出胰岛素、干扰素等用于治疗，这些生物制品摆脱了从天然物中提取，而采用生物技术大规模生产。

中国现代的生物化学起始于生物化学家吴宪，他在30年代研究了营养、免疫化学并提出了蛋白质变性的学说。1963年中国科学家首次人工合成了具有生物活性的胰岛素，与天然胰岛素的结构和活性相同。1981年中国科学家又合成了具有生物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸。现在中国的生物化学在基础研究和应用方面都取得了很大发展。

生物细胞由碳、氢、氧、氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁、氯等元素以及一些微量元素如铁、铜、锌、锰、钴、碘、钼、氟、硒、硅、硼等组成。生物分子分为生物大分子和小分子两类，生物大分子包括蛋白质、核酸、多糖及结合态的脂类，生物小分子主要有糖、氨基酸、核苷酸、脂肪酸以及维生素，激素等。在有些生物中还存在各种抗菌素、毒素、生物碱、色素等。生物化学的主要内容就是研究生物大分子及小分子的结构、功能及其化学变化。

生物大分子的结构与功能

生物大分子是构成细胞的重要化合物。核酸是遗传信息的携带者，它们决定生物的遗传性状。核酸是由核苷酸组成的大分子。核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）及核糖核酸（RNA）两大类。DNA是细胞中染色质的重要成分。DNA具有双螺旋结构，现已发现细胞中绝大部分具有右手的B-DNA构象，还存在少量的左手的Z-DNA构象。在染色质中DNA以超螺旋结构与碱性蛋白质（组蛋白）结合成核小体，RNA包含信使核糖核酸（mRNA）、转移核糖核酸（tRNA）及核糖体核糖核酸（rRNA），它们在蛋白质合成中分别担负模板、转移氨基酸及组成核糖体的重要任务。核糖体是蛋白质合成的场所。染色质DNA由许多基因组成，这些基因的表达，即蛋白质的合成，是受一些蛋白质调节控制的。利用DNA的切割、重组、克隆等技术产生了遗传工程的技术。蛋白质的功能多种多样，它们参与生物体的结构、运动、催化、运输、免疫、信息传递、代谢调节等功能。蛋白质是由20种氨基酸按照一定顺序排列的大分子，并折叠成一定的空间结构。蛋白质可以分为一级结构、二级结构、超二级结构、结构域、三级结构及四级结构等六个层次。蛋白质分子经常处于运动之中，蛋白质分子内部运动是它们执行各种动能的基础，如酶的二级结构或结构域之间的相对运动可以完成酶的催化作用。多糖由各种单糖组成，是动物，植物及微生物的结构物质（纤维素、甲壳素等）及储藏物质（如淀粉、糖元）。生物大分子结构与功能的研究可以从分子水平阐明生命的本质。

酶化学研究

生物体内几乎所有的化学反应都是由酶催化的。酶有催化效率高和专一性强的特点，通过酶分子结构、反应动力学、抑制剂、化学修饰等研究。现在已有许多种酶与底物结合并发生反应的活性部位及作用机理得到了阐明。

生物膜及生物能力学

生物膜是构成细胞的质膜及线粒体、叶绿体等细胞器的膜，生物膜是由双层磷脂与蛋白质组成的复杂结构，其中蛋白质多为糖蛋白，具有细胞识别作用。各种膜蛋白镶嵌在双层磷脂膜的内面和表面，膜脂是流动的，因此一般公认生物膜为流动镶嵌模型。生物膜与能量转换、物质及信息的运输、神经传导等有密切关系。生物的能量来源，主要是通过线粒体的氧化磷酸化作用及叶绿体的光合磷酸化作用，而产生腺苷三磷酸（ATP）。这些过程都是在生物膜上进行的。细胞中许多小分子的运输也是靠生物膜上的质子泵完成的。

新陈代谢及其调节

生物不断地进行新陈代谢，从周围环境中摄取物质，并使之转化为构成机体的有机物质。绿色植物通过光合作用将CO₂和水同化成碳水化合物。新陈代谢由许多中间代谢过程组成，如碳水化合物、脂肪和蛋白质通过各自不同的中间途径（如糖酵解、三羧循环等）分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，这些小分子又通过糖酵解，三羧酸循环等途径氧化成水和CO₂。物质代谢伴随着能量代谢过程。生物通过生物氧化作用将释放出的化学能以ATP形式储存起来。ATP是生物体中能量流通的通货，它可以供肌肉收缩、细胞运动、各种生物合成所利用，有时并可以转变成光能、电能和热能，由于生物化学大量研究的积累，目前已绘制出各种物质的详细的代谢途径图，可供参考。生物中新陈代谢是在调节控制下进行的。生物可以通过①诱导物或阻遏物控制酶的合成，②通过激素作用激活蛋白激酶而控制糖代谢的调节，③通过效应物对别构酶的作用，调节酶的活性，在代谢途径中通常终点产物对途径中的第一个酶起反馈抑制作用。代谢的调节可使生物大大节约物质和能量。

生物的进化

地球上数百万种形形色色的动物、植物和微生物是由共同的祖先经过45亿年的进化形成的。近年来生物化学从分子水平上充分证明生物是由低级向高级进化的，如各种生物的细胞色素C、组蛋白及血红蛋白具有相似的一级结构和空间结构。高等生物中的蛋白质或酶在结构与功能上比低等生物更为合理，生物化学对研究作物起源及家养动物的起源也是一个有力的工具。

生物化学的发展是与生化技术的不断改进分不开的。同位素示踪技术的应用使代谢途径的研究日臻完善。各种层析和电泳技术、超速离心技术对蛋白质与核酸的纯化和一级结构的测定起着重要作用。x-射线晶体学是研究蛋白质及核酸空间结构的重要手段。各种波谱学技术如核磁共振，图二色光谱，激光喇曼光谱、荧光光谱、紫外光谱、红外光谱等，对了解生物分子的性质和溶液构象提供重要信息，有机化学对多肽及多核苷酸的人工合成做出重要贡献，目前许多生物化学的分析测定已实现自动化，如氨基酸的自动分析，氨基酸顺序的自动分析，DNA顺序的自动分析，多肽的自动合成，多核苷酸的自动合成等。微型计算机已广泛应用于生物化学。许多国家已建立了蛋白质及核酸的数据库。现在利用微机软件可以从DNA的碱基顺序翻译成蛋白质的氨基酸顺序，可以检索限制性内切酶在DNA分子上的切割位点，使得复杂的程序变得简单易行，利用计算机控制各种生化仪器更日益普遍。

生物化学不仅是一门理论学科，而且有其实际用途，生物化学的发展对农业、医学和工业都作出了重要贡献。在农业生化方面，现已产生了不少新学科，如作物生化、家畜生化、鱼类生化、昆虫生化、茶叶生化、植病生理生化、土壤生化等。随着生物化学的发展，农畜产品品质分析的水平日益提高，食品加工技术日益改进；作物、果树、蔬菜、家畜、家禽、鱼类的育种已更多地借助于生化技术；水生生物的繁殖普遍使用激素；昆虫激素的研究也已应用于实际；病理的生化研究对鉴定动植物的病因提供了可靠手段；兽医诊断也已增加了生物化学分析的内容，不胜枚举。

近年来生物技术的发展在农业现代化方面展现了光明的前景，利用遗传工程技术已成功地将豆科植物种子的储藏蛋白基因转移到烟草等植物中，利用DNA重组技术使动物生长激素、口蹄疫苗可以进行发酵生产。目前各国科学家正利用基因工程技术培育各种作物和家畜的品质优良、抗病、抗旱、抗寒的新品种，将对农业生产作出重大贡献。酶工程是利用酶化学的新技术，是改良农产品加工技术的有力工具。农畜产品中存在许多种有用的酶类如淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等，是丰富人类食品的重要酶制剂，开发利用的前途很广，80年代兴起的蛋白质工程是第二代基因工程，它将DNA重组技术与寡聚核苷酸定位诱变及蛋白质分子图形等新技术结合起来，可以定向改造编码蛋白质的基因，以增加酶蛋白的活性和稳定性，不但能在医学及食品工业方面发挥威力，而且今后将会在生物固氮、光合作用研究中发挥作用，例如植物叶绿体中的二磷酸核酮糖羧化酶/氧化酶的基因如用定位诱变改造成功，将会使作物产量大幅度增加，这些问题的突破将会使农业生产的面貌大为改观。