作者：《神奇的生物化学》编写组
出版社：世界图书出版公司
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
神奇的生物化学试读：
前言
自20世纪末开始，特别是进入21世纪以来，生命科学进入了崭新的时代，尤其是人类基因的破译，使生命科学领域乃至整个科学技术界为之振奋，新的学科、交叉学科以及相关专业不断涌现。生物化学的出现乃是时代发展的必然结果。
它是生物学的分支学科。它是研究生命物质的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化的基础生命科学。
我们的身体是由数不清的微小的细胞组成的。在这些细胞里，有我们身体中的不可不知的生命物质，还有控制我们身体成长的基因。生命的奠基石、生命的动力、生命的钥匙、能量的“传递员”、快速的能源、记录遗传物质的“天书”等等许多生命物质，他们结构是怎样的？在我们身体里又发挥怎样的功效呢？从小小的豌豆中怎么发现了遗传规律？DNA的双螺旋结构是什么样的？书中“不可不知的生命物质”“生命密码揭秘”这两章将为我们解惑。
生物克隆，一直被认为是个很神秘的技术。一个小生命怎样通过生物克隆而诞生呢？小羊“多利”就是这项技术的成果之一，但是它的诞生又给我们带来哪些烦恼呢？胚胎移植又是怎么回事？如果想了解这些现象，就“走近生物克隆”来吧！
当今的世界，科学技术迅猛发展。知识化为主要特征的世界新技术革命引起传统生产方法和产业结构的改革，使社会生产力进一步得到解放并迅速发展，引起了社会生活各个方面的巨大变化。在这些变化中，生物化学和其他科学紧密配合，起了不容置疑的核心科学的作用。它在人类生活和医药工业等各个领域中都起到了无可争议的极其重要的作用，得到了极其广泛的应用。
生物化学无处不在。小孩为什么容易感冒？为什么有些人会晕船、晕车？生气时吃饭为什不好？隔夜茶为什么不能喝？我们身边也可以发现许多奇怪的现象，如果你想不通，就来看看书中“生物化学无处不在”，你将会对这些神奇现象释然。
随着人们生活水平的日益提高，大家越来越关注健康问题。在医学工业方面，前一阵流行的禽流感、甲型H1N1流感……这些疾病，都是有某种特定的病毒导致的。有哪些病毒呢？怎样来医治这些疾病呢？骨髓移植是怎样的技术？遗传病怎么用基因疗法医治呢？发酵工程又是怎样在我们的生产、生活中发挥不可替代作用的？这些在书中将一一为大家解答。
本书按以下顺序为读者介绍：首先是认识什么是生物化学，然后介绍了生物体必需的生命物质、生命遗传现象，让我们更深入地了解生命的遗传，最后介绍了生物化学的主要应用领域，并且揭开了一些常见生物化学现象的秘密。
本书注意理论与实际相结合，语言浅近，文字力求通顺流畅，注意知识性、系统性和可读性、趣味性相结合，注意贴近青少年生活，有利于读者接受。
本书在编写过程中，参考了同行专家、学者已出版的生物化学方面的书籍及一些网络资料，在此对相关作者表示衷心感谢！
认识生物化学
什么是生物化学
生物化学这一名词的出现大约在19世纪末20世纪初，但它的起源可追溯得更远，其早期的历史是生理学和化学的早期历史的一部分。例如18世纪80年代，拉瓦锡证明呼吸与燃烧一样是氧化作用，几乎同时科学家又发现光合作用本质上是动物呼吸的逆过程。又如1828年F·沃勒首次在实验室中合成了一种有机物——尿素，打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。1860年L·巴斯德证明发酵是由微生物引起的，但他认为必须有活的酵母才能引起发酵。1897年毕希纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液可进行发酵，证明没有活细胞也可进行如发酵这样复杂的生命活动，终于推翻了“生机论”。
生物化学是生命的化学，是研究生物体的化学组成和化学变化规律的科学，即以生物体（包括人、动物、植物、微生物和病毒）为研究对象，运用化学的原理、方法研究生物体的物质组成、结构、性质、结构与功能的关系、物质在体内发生的化学变化以及这些变化与生命活动之间关系的科学，通过对生物体物质构成、变化规律的了解，达到认识生命现象的本质，并将这些知识应用于工、农、医等领域的目的。
生物化学的内容是什么
组成生物体的化学元素主要是C，H，O，N，P，S和Ca，Mg，Na，K，Cl等元素。这些元素构成的各种有机化合物和无机化合物存在于体内。其中，蛋白质（酶）、核酸（DNA和RNA）、糖复合物和复合脂类等聚合物的相对分子质量较大，成为生物大分子。静态生物化学研究蛋白质、核酸、糖类和脂类等生命物质的化学组成、分子结构和理化性质以及它们在生物机体内的分布和所起的作用。
动态生物化学研究生命物质在生物机体中的新陈代谢及其规律，研究物质的消化、吸收—中间代谢—废物排泄过程。中间代谢包括生物大分子在细胞中的分解、合成、转化和能量转移的过程和规律。机体的各种代谢活动是在一系列酶的作用下被调控着有条不紊地进行的。
生物化学同时也是一门实验学科，生物化学的一切成果均建立在严谨的科学实验基础之上。这些技术包括生物大分子的提取、分离、纯化与检测技术，生物大分子组成成分的序列分析和体外合成技术，物质代谢与信号转导的跟踪检测技术以及基因重组、转基因、基因剔除、基因芯片等基因研究的相关技术等。生物化学技术不是单纯的化学技术，其中融入了生物学、物理学、免疫学、微生物学、药理学等知识与技术，作为其研究手段。这些技术的发展以及新技术、新仪器的不断涌现，促进了生物化学的发展，同时也推动了其他学科的发展。
生物化学的发展情况
生物化学的发展大体可分为三个阶段：
第一阶段：从19世纪末到20世纪30年代，主要是静态的描述性阶段，对生物体各种组成成分进行分离、纯化、结构测定、合成及理化性质的研究。其中菲舍尔测定了很多糖和氨基酸的结构，确定了糖的构型，并指出蛋白质是肚键连接的。1926年萨姆纳制得了脲酶结晶，并证明它是蛋白质。
此后四五年间诺思罗普等人连续结晶了几种水解蛋白质的酶，指出它们都无例外地是蛋白质，确立了酶是蛋白质这一概念。通过食物的分析和营养的研究发现了一系列维生素，并阐明了它们的结构。
与此同时，人们又认识到另一类数量少而作用重大的物质——激素。它和维生素不同，不依赖外界供给，而由动物自身产生并在自身中发挥作用。肾上腺素、胰岛素及肾上腺皮质所含的甾体激素都在这一阶段发现。此外，中国生物化学家吴宪在1931年提出了蛋白质变性的概念。
第二阶段：约在20世纪30～50年代，主要特点是研究生物体内物质的变化，即代谢途径，所以称为动态生化阶段。其间突出成就是确定了糖酵解、三羧酸循环以及脂肪分解等重要的分解代谢途径。对呼吸、光合作用以及腺苷三磷酸（ATF）在能量转换中的关键位置有了较深入的认识。
当然，这种阶段的划分是相对的。对生物合成途径的认识要晚得多，在20世纪50～60年代才阐明了氨基酸、嘌岭、嗜啶及脂肪酸等的生物合成途径。
第三阶段：从20世纪50年代开始，主要特点是研究生物大分子的结构与功能。生物化学在这一阶段的发展以及物理学、技术科学、微生物学、遗传学、细胞学等其他学科的渗透，产生了分子生物学，并成为生物化学的主体。
生物化学和其他学科的关系
生物化学对其他各门生物学科的深刻影响首先反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。
生物学中一些看来与生物化学关系不大的学科，如分类学和生态学，甚至在探讨人口控制、世界食品供应、环境保护等社会性问题时都需要从生物化学的角度加以考虑和研究。
此外，生物化学作为生物学和物理学之间的桥梁，将生命世界中所提出的重大而复杂的问题展示在物理学面前，产生了生物物理学、量子生物化学等边缘学科，从而丰富了物理学的研究内容，促进了物理学和生物学的发展。
生物化学的研究者们不仅应用生物化学特有的技术，而且越来越多地从遗传学、分子生物学和生物物理学的技术和思路中获得启迪，综合利用。因此，这些学科间越来越多地相互融合，不再有明确的分界线。而生物化学和分子生物学更是基本上相互结合在一起了。
生物化学主要研究化学物质在生物体关键的生命进程中的作用。
遗传学主要研究生物体间遗传差异的影响。这些影响常常可以通过研究正常遗传组分（如基因）的缺失来推断，如研究缺少了一个或多个正常功能性遗传组分的突变型与正常表现型（又称为“野生型”）之间的关系。
分子生物学主要研究遗传物质的复制、转录和翻译进程中的分子基础。分子生物学的中心法则认为“DNA制造RNA，RNA制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助DNA自我复制”；虽然这一描述对分子生物学所涵盖的内容过于简单化（特别是RNA的新功能仍在不断发现中），但仍不失为了解这一领域的很好的起点。
化学生物学则注重于发展新的基于小分子的工具，从而在只对生物学系统引入微小的干扰的情况下，对它们所发挥的功能提供更具体的信息。而且，化学生物学还利用生物学系统合成由生物分子和合成装置组成的非天然杂合物，如将药物分子装入空的病毒颗粒来进行更为有效的治疗。
生物化学是在医学、农业、某些工业和国防部门的生产实践推动下成长起来的，反过来，它又促进了这些部门生产实践的发展。
医学生化：对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究，有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面，磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域，如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代，再加上各种疫苗的普遍应用，使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合，产生了医学生化的许多领域，如研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学，以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学，与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。
农业生化：农林牧副渔各业都涉及大量的生化问题，如防治植物病虫害使用的各种化学和生物杀虫剂以及病原体的鉴定、筛选和培育农作物良种所进行的生化分析、家鱼人工繁殖时使用的多肽激素、喂养家畜的发酵饲料等。随着生化研究的进一步发展，不仅可望采用基因工程的技术获得新的动、植物良种和实现粮食作物的固氮，而且有可能在掌握了光合作用机理的基础上，使整个农业生产的面貌发生根本的改变。
工业生化：生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力，如皮革的鞣制、脱毛，蚕丝的脱胶，棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当巨大的经济价值，特别是固定化酶和固定化细胞技术的应用更促进了酶工业和发酵工业的发展。
20世纪70年代以来，生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速，包括一些激素、干扰素和疫苗等。基因工程和细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不仅能提高产量，还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶，如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投产后将会带来更大的经济效益。
国防方面的应用：防生物战、防化学战和防原子战中提出的课题很多与生物化学有关，如射线对于机体的损伤及其防护、神经性毒气对胆碱酯酶的抑制及解毒等。
不可不知的生命物质
生命是什么
冯·贝尔勒伯爵是一位富有的单身汉，特别喜爱花卉。在他的花园里种满了各种各样的鲜花，但他最喜爱的还是郁金香。他把这种美丽的花卉栽种了一代又一代，只盼望能够培育出黑色的郁金香来参加国王举办的比赛。巨额的奖金吸引着成千上万的人，冯·贝尔勒伯爵的邻居博斯坦尔也是其中之一。这个人心地险恶，为了达到自己的目的，竟使出诡计陷害冯·贝尔勒，伯爵因此而坐了监狱。在狱中，冯·贝尔勒伯爵爱上了监狱长的女儿罗莎。罗莎帮助冯·贝尔勒一起栽种郁金香，眼看着郁金香就要开出他们梦寐以求的黑色花朵了，但博斯坦尔偷走了伯爵的黑郁金香。就在博斯坦尔将要骗取国王的赏赐而获得巨额奖金时，罗莎出现了。真相大白，伯爵被无罪释放，并获得了那份应得的巨额奖赏。这是大仲马的小说《黑郁金香》的故事梗概。这位浪漫主义的文学大师讲述的是一个纯属虚构的故事呢？还是确有其事呢？让我们先翻开欧洲的历史来查一查吧！
郁金香是荷兰的名花。在首都阿姆斯特丹的一个博物馆里，至今还保存着1619年荷兰画家的一幅郁金香静物画。这是一株染病的郁金香，因为染病后花色异乎寻常的漂亮，因此人们对这种染病郁金香的喜爱也达到了狂热的程度。据记载，一个染病的郁金香球茎能够换取牛、猪、羊甚至成吨的谷物或上千磅的奶酪。可见当时这种染病球茎的珍贵程度。
究竟是什么病害使得郁金香开出如此艳丽的碎色花呢？一无所知！当时的郁金香种植者只知道用嫁接的方法，可使健康球茎变成染病球茎。
200多年过去了。1892年，俄国植物学家伊万诺夫斯基在研究烟草的花叶病时发现：当把患花叶病的烟叶绞出的汁涂在其他健康的烟叶上时，该烟叶也得了花叶病。用细菌过滤器过滤该汁液，去除所有细菌，再把汁液涂在新叶上，结果还是得花叶病！因此，伊万诺夫斯基认为花叶病的病原是比细菌过滤孔还要小的生物。可是，当时不管用什么方法，都没能找到这种比细菌还小的生物。
1898年，著名细菌学家科赫的学生勒夫勒发现牛口蹄疫的病原同样能通过细菌过滤器孔，但他用显微镜也没能找到该病菌。勒夫勒断定这是一类非常小的病菌。同时，他认为天花和狂犬病的病原也是这一类非常小的病菌，这类人们无法找到的细小的病原体，都被称为病毒。而郁金香碎色花病也就成了第一个有记载的植物病毒病。
1935年，美国生物化学家斯坦利第一次把病毒提取并结晶出来。他几乎磨了上吨重的染病的烟叶，最后终于获得了一小匙在显微镜下看起来是针状结晶的物质。把结晶物溶解在水中，水就出现乳光；再蘸少许溶液涂抹在健康烟叶上，几天以后这棵烟草也得了同样类型的花叶病！提纯得到的物质确是有侵染性的烟草花叶病毒！这一结果使学者们大吃一惊：生物竟会变成结晶体？确实如此！美国加州大学原来的斯坦利实验室里，仍然保留着一个标注着“TOB.MOS.”字样的试剂瓶，其中盛放着斯坦利当年第一次提纯的烟草花叶病毒结晶，并且至今仍然具有侵染力。斯坦利本人也因此而获得了1946年的诺贝尔化学奖。
从1892～1935年这47年间，人们积累了有关病毒特性的大量事实。认为病毒可以传染、繁殖，甚至变异，是活生生的生命体。像食盐、糖这类无生命的物质形成结晶，人们是可以理解的，可是，怎么活的病毒也能结晶，而且结晶盛放在瓶子里就跟一般化学物质一样没什么特别，人们觉得非常奇怪。为了解开这个谜，鲍登和皮里这两位英国生物化学家做了大量细致的研究，发现烟草花叶病毒含有95％的蛋白质和5％的核酸，除此之外，不再含有其他化学物质。
原来，烟草花叶病毒是核酸和蛋白质！接着其他一些被纯化的病毒也被证明是核酸和蛋白质，它们不是含有脱氧核糖核酸（DNA），就是含有核糖核酸（RNA）。“活”和“死”的差别，就在于核酸和蛋白质的差别，在于有什么核酸。生物体的遗传物质，就寓于核酸之中。生物的各种性状都是由核酸组成的基因所控制的。病毒具有核酸，有基因，因此病毒具有生命的真正本质。在没有发现病毒之前，生物与非生物的概念似乎是比较清楚的。生物是指动物、植物、细菌等，而各种化学物质，甚至分子量较大的蛋白质都属于非生物。病毒的出现模糊了这种界限：病毒具有生物最重要的特性——繁殖、遗传和变异；同时又具有大分子化学物质的性质。病毒作为大分子的核蛋白质，可以独立地存在于空气、土壤等自然环境中，这时并不表现出生命的活力，而一旦遇到合适的寄主，便可侵入到寄主的细胞里，利用寄主细胞里的原料和设备再来复制、繁殖自己。当寄主、温度等环境条件改变时，病毒就会表现出变异。可见，病毒具有生物体和化学大分子物质的双重特性，它填补了从化学大分子物质到具细胞结构的最原始生物体之间的空缺。
让我们进一步来研究人类历史上第一次获得的病毒结晶——烟草花叶病毒结晶。针状——这是结晶的形状，而不代表病毒的形状。对于烟草花叶病毒来说，一个结晶常包含成千上万个病毒颗粒。颗粒很小，正如勒夫勒等前辈苦恼的那样，无法在光学显微镜下看到。物理化学家们研究推断：烟草花叶病毒颗粒是细杆状的。
20世纪30年代末，世界上第一台电子显微镜诞生了。1939年，考雪通过电子显微镜第一次看到了烟草花叶病毒的颗粒，它确实是杆状的。这条杆的直径有15毫微米，长度有300毫微米。如果将这条杆放大13万倍的话，那么它正好跟一根火柴梗差不多长；而火柴梗要是放大这些倍数的话，则一根火柴就要有5千米长了。烟草花叶病毒以及其他所有病毒都不具备一般生物体所共有的那种典型的细胞结构，但所有的病毒都具有一个由蛋白质构成的外壳，壳内包着螺旋状的核酸内芯（RNA或DNA），从外形看起来，除了棒状，常见的还有球状病毒。原来，生命竟可以如此简洁！但它们对人类的影响却远不是那么简单。“生命是什么？”通过病毒，我们可以得出结论：生命是核蛋白质。核酸和蛋白质是生物体内最基本、最重要的物质，没有核酸和蛋白质，也就没有生命。
1869年，年轻的瑞士生物化学家米歇尔到德国化学家赛勒手下当助手。赛勒的实验室附近有一所医院，在医院的垃圾箱里，常扔着许多用过的绷带。一天，米歇尔走过垃圾箱，又看到了这些丢弃的绷带，上面还沾着脓液。当时已经知道，脓是由因保卫身体而“战死”的白细胞的尸体和被杀死的细菌的尸体形成的。米歇尔看着这些脓液，脑中突然闪出一个问题：脓液是些什么物质呢？于是，米歇尔收集了一些脓液带回实验室，先用蛋白酶处理脓液，发现脓细胞变小了，但细胞核内的物质并没有被分解掉。这说明细胞核内的物质不是蛋白质。经过进一步的化学分析发现这是一种含磷的物质，但性质和蛋白质完全不同。因为是在细胞核中发现的，所以当时就称为“核素”。不久，米歇尔又从鲑鱼的精子细胞中分离出了核素，而且精子细胞中的核素含量特别多。20年以后，化学家奥特曼也从酵母菌、动物等细胞中分离出了不含蛋白质的核素，并且发现核素是一种较强的酸，于是就把核素改名为核酸。实际上，任何有机体，包括病毒、细菌、植物和动物，无一例外地都含有核酸。后来，人们对它逐渐有了更多的了解，于是给它起了个新的更复杂的名字，叫“脱氧核糖核酸”，简称DNA。DNA是经过某种复杂神秘的方式形成的很大的分子，它的发现虽然很早，但长期以来，人们一直没有认识到它的重要作用。
直到1928年，英国科学家格里菲斯的实验才引起了整个科学界的重视。他用两种肺炎球菌作为实验材料：一种是体外包裹着荚膜，毒力很强的；另一种是体外没有荚膜，毒力很弱的。在正常情况下，把有荚膜的肺炎球菌注射进老鼠体内，老鼠很快就被感染而死亡；而注入没有荚膜的肺炎球菌，老鼠依然会欢蹦乱跳。可是，当格里菲斯将有荚膜的肺炎球菌加热彻底杀死以后，同没有荚膜的肺炎球菌混合在一起注入老鼠体内，结果老鼠竟然死了！这是怎么回事儿？格里菲斯自己也不相信。他再一次把杀死了的有荚膜的同无荚膜的肺炎球菌混合起来培养，结果又出人意料：无荚膜、毒力很弱的肺炎球菌转变成了有荚膜、毒力很强的肺炎球菌。是什么物质促成了这种转变呢？
为了解开这个谜，1944年美国细菌学家艾佛里再次进行了实验，他将无荚膜的肺炎球菌放在试管里，只加入从有荚膜的肺炎球菌中提取的脱氧核糖核酸（DNA），结果肺炎球菌还是发生了转化，也出现了荚膜，原来是DNA使无荚膜的肺炎球菌长出了荚膜，这就是著名的“肺炎球菌的转化实验”。这一实验证明了DNA是遗传物质。直到此时，人们才开始真正认识到了DNA的重要性。
假如要建造一座厂房或办公大楼的话，就必须准备好一个计划或一份图纸，上面规定好施工过程的每一个细节。但是，这种计划如果要跟造一个人、哪怕一只鼠所需要的计划相比实在是无从比起啊！因为一个人全身的细胞总数有1000亿个以上，要造一个人就得为1000亿个以上的细胞以及包括产生新细胞、新生命所必需的一切东西制订出详详细细的计划来。堆放这么多计划的图纸，可真的要好大一个地方啊！
但所有这些事情，DNA似乎都能办到。在细胞核深处的一个肉眼分辨不出的分子里面，存放着所有这些计划图纸。如此多样复杂的生命完全由DNA控制着。如果没有DNA，也就不会有我们所看到的这个世界。可是，我们不禁要问：如此之多的信息怎么可能贮藏在这样小的细胞核里呢？DNA又是怎样为整个生命传递信息的呢？它由哪些物质组成？又是什么模样呢？
世界各地的科学家都开始研究这些问题，在剑桥大学的卡文迪许实验室里，英国人弗朗西斯·克里克和美国人詹姆斯·沃森也正进行着对奇异的DNA的探索。克里克原是物理系的毕业生，第一次大战期间在英国海军部科学研究实验室工作。1946年，他读到了薛定谔的名著《生命是什么？》后，改变了研究方向，在英国医学科学研究院的奖学金和家庭的经济资助下进入剑桥大学，从事生物学课题的探讨。至于沃森，他本来就一直在研究DNA，他到剑桥大学来为的是对此做进一步的研究。他和克里克一样也是热心探索的人。本来沃森已经计划要回美国去了，突然他又改变了主意。尽管冬天没有暖气使他很不舒服，但他认为留在剑桥继续搞研究还是值得的。
和克里克、沃森经常在一起工作的还有威尔金斯和富兰克林，他们有一架放大倍数很高的显微镜，而且还拍摄了一些DNA分子的X衍射照片。他们那架显微镜当时在剑桥大学是很有权威的，可以把观察物放大20万～30万倍。如果用它来观察一只苍蝇，那么苍蝇看上去差不多有2千米长。在这架显微镜下，神秘的细胞活动情况比过去任何时候都要看得清晰。威尔金斯和富兰克林给了沃森、克里克很大的帮助，他们就是以富兰克林的X衍射照片作为向导，动手制作DNA模型的。DNA分子中有糖和磷酸根，先是糖，后是磷酸根，像链一样，其次是4种碱基——这是4种比较复杂的有机物，沃森、克里克将它们分别简称为A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）。他们把模型按照X衍射照片上所示的格式和科学规律排好了位置。从模型中可以看出：DNA分子是向右旋转的螺旋体，它带有向着相反方向延伸的糖和磷酸盐双链。这就是“DNA分子的双螺旋结构”模型。
如果可能，你不妨想象这样一种螺旋形的楼梯。最好是你亲自去看一看，因为许多建筑为了节省空间都有这样的楼梯。支撑就是磷酸根和糖形成的链：糖—磷酸根—糖—磷酸根—糖—磷酸根—……好像一节一节的链一样，然后给它配上碱基，好像给楼梯装上梯级一样。每个梯级必须由两个碱基组成，碱基有长有短，如果把两个“长”的碱基连接起来，那么做出来的梯级就太宽了，不适合这个楼梯支撑的两条链之间的空间；如果把这两个“短的”连接在一起，其结果是又太狭窄，无法布满两个支撑之间的空间。可是天然形成的结构从来就是十分合理而且完美的。沃森、克里克发现：不管哪条链上的一个“短”碱基总是跟另一条链上的一个“长”碱基连接，所以A（长的）总是和T（短的）；G（长的）总是和C（短的）连接，现在我们称这一规律为“碱基配对法则”。那样，每个梯级之间的长度和宽度就能彼此完全相等了。这一结构很牢固、很平衡，是一个很好的螺旋体。
就这样，我们得到了一个长的螺旋形楼梯。假若把这楼梯的梯级都标上不同的颜色，或许会有助于你的理解。DNA分子的这一区别——指用4种不同颜色表示出来的“梯级”的不同排列顺序——能是一切生物之所以有如此惊人差异的原因吗？把地球上多姿多彩的生命给予如此简单的解释可靠吗？
回答：“是的”。
在一个大的DNA分子里大概有数万个“梯级”。在人体细胞里的46条染色体上约有数十万个“梯级”。如果你对遗传物质DNA能有这么大的作用仍然感到难以想象的话，那么请想一想，千歌万曲，不就是仅用了7个音符谱成的吗？而千千万万个英语单词，不也就是由26个字母组合成的吗？
所以，我们完全有根据认为DNA是能够胜任它的工作的。在螺旋体内4种“梯级”不同的排列方式使一株花、一只蝴蝶或一个婴儿产生了他们各自所有的一切复杂特性；也正是由于4种“梯级”不同的排列方式，决定了在全世界50亿人口中，每个人都是独一无二的。而且DNA是生物界中绝大多数有机体通用的生命蓝图，细菌、植物、动物的细胞都能够认识并按照DNA的指令进行工作。因此，1978年人类首次将控制人体胰岛素合成的DNA片断连接到大肠杆菌的DNA链上，通过培养大肠杆菌成功地获得了人胰岛素。1982年用这种方法生产的人胰岛素即投入商品市场。胰岛素是治疗人类糖尿病的常用药物，过去从牛、羊、猪的胰脏中提取，每生产100克胰岛素常要从1600磅胰脏中提取。现在只需2000升大肠杆菌培养液就可以了，而且这种胰岛素对人体更安全。
这仅仅是一个例子，随着科学的发展，生物大分子的秘密正逐渐被人们认识。是否有一天，我们能利用人体细胞内的DNA片断来培育一只新的手、一条新的腿或一个新的内脏器官，用它们进行移植修补人们可能发生的缺损呢？
海星能做到这一点，蠕虫也行，人能做到吗？我们翘首以待。
生命的起源
环顾广阔的自然界，我们到处都可以发现生命的踪迹，察觉到生命的活动。具有生命的有机体尽管多种多样、千差万别，但它们都有生、有死，都能在成熟之后，采取一定的方式繁殖后代。地球上的各种生物都是“远亲近戚”，都是从一些最简单、最原始的生命类型逐渐演变而来的。那么，地球上最初的生命又是怎样诞生的呢？
对于生命起源的问题，从古代到17世纪一直盛行着“自然发生”的观点。这一观点根据简单的观察，认为生命是从非生命物质中快速而直接地产生出来的，如从汗水中产生虱子，从腐肉中生出蛆，从潮湿的土壤中长出蛙等。直到17世纪初，范·赫耳蒙特还开出了制造老鼠的处方：把小麦和被汗水污湿的衬衣都放进容器进行发酵，经过21天就会长出活的老鼠。到了17世纪中叶，人们开始用实验的方法探讨生命起源的问题。1669年，意大利医生弗朗西斯科·雷第首先用实验证明肉本身并不会生出蛆，只有当蝇卵落在肉上才会长出蛆来，否定了“腐肉生蛆”的观点。19世纪，巴斯德做了一个经典的实验：将肉汤煮沸后不封闭管口，使空气通过一段由水蒸汽凝结成水液的曲颈而进入烧瓶，空气中的微生物则不能进入烧瓶，这种烧瓶中的肉汤过了几个月仍然很清洁，而在没有曲颈的烧瓶内，肉汤在几小时内就腐败了。
实验表明：液体的腐败是由于微生物的活动而引起的，如果有机浸液未被环境中的微生物所污染，就不会生出任何生命来。
那么，生命是从何而来的呢？《旧约全书·创世纪》第一章中记载着：起初，上帝创造天地。地是空虚混沌，渊面黑暗，上帝的灵运行在水面上。上帝说，要有光，就有了光。上帝称光为昼，称暗为夜，这是第一日。上帝说诸水之间要有空气，将水分为上下。于是就造出空气，上帝称空气为天，是第二日。上帝说天下的水要聚在一处，使旱地露出来。上帝称旱地为地，称水的聚处为海。上帝说地要发生青草和结种子的菜蔬，并结果子的树木，各从其类。于是地发生了青草和结种子的菜蔬，并结果子的树林，各从其类，是第三日。上帝说天上要有光体，可以分昼夜、作记号、定节令、日子、年岁，并要发光在天空，普照在地上。于是上帝造了两个大光，大的管昼，小的管夜，又造众星，摆列在天空上，普照在地上管理昼夜，分辨明暗，是第四日。上帝说水要多多滋生有生命的物，要有雀鸟飞在地面以上，天空之中。上帝就造出大鱼和水中所滋生的各样有生命的动物，又造出各种飞鸟，是第五日。上帝说地上生出活物来，牲畜、昆虫、野兽、各从其类，上帝还说，我们要照着我们的形象造人，使他们管理海里的鱼、空中的鸟、地上的牲畜和土地以及地上所爬的一切昆虫。于是上帝照着他的形象造男造女，并赐福给他们。到第六日，天地万物都造齐了。到第七日，上帝造物的工作已经完毕。
天、地、万物，乃至生命，真是由上帝在短短的6天里造就的吗？
天文学、地球化学、地球物理学、地质学、宇宙考察等方面的资料告诉我们：我们现在的太阳系——太阳、地球以及太阳系的其他行星都是由同一个宇宙尘埃云、同样一些物质形成的。地球诞生的年代大约是距今46亿年前。当时，固体尘埃聚集结合成为地球的内核，外面围绕着大量的气体，绝大部分是氢和氦。此后，由于物质集合收缩及内部放射性物质产生的大量热能，使地球的温度不断升高，大气中气体分子运动速度增大，一些分子量较小的气体终于摆脱地球的引力，不断地逸到宇宙中去。同时，强烈的太阳风也把地球外围的气体分子（如氢、氦）吹开而消失到宇宙深处。因此，在地球的历史上，虽然最初有很多的大气，但此后有一段时期，其大气层几乎完全消失了。直到地球表面温度逐渐下降以后，才重新产生大气层。
地球内部的高温使物质分解产生大量的气体，冲破地表释放出来。据推测，其中有二氧化碳（CO）、甲烷（CH）、水蒸气24（HO）、硫化氢（HS）、氨（NH）、氰化氢（HCN）等。这些新223产生的气体离开地表以后，很快冷却，保留在地球的外围逐渐形成一个新的大气层。这是地球第二次形成的大气层，是还原性的。另外，在强烈的紫外线作用下，有少量水蒸气分子被分解为氢分子和氧分子。氢分子因质量小而浮到大气层最高处，大部分逐渐消失到宇宙空间；氧分子则跟地面一些岩石结合为氧化物。因此，当时的大气层中不存在游离的氧。这跟以后地球上产生生命有很大的关系。
当地球表面温度下降的同时，由于内部温度仍很高，所以火山活动仍很频繁，火山爆发喷出大量的气体（包括水蒸气），另一方面，由于地壳不断发生变动，有些地方隆起成高原或山峰，有些地方收缩下降而成低地和山谷。大气层中的水蒸气很快达到饱和，冷却而成为雨水降落到地面上来，凝集在一些低凹的地方，逐渐积累形成湖泊、河流，最后汇集在地面上最低的区域，形成最初的海洋——原始海洋。
没有游离氧存在的、具还原性的原始大气和原始海洋为原始生命的形成和发展提供了条件。1876年恩格斯提出了“化学起源说”，指出：生命的起源必然是通过化学的途径实现的。实际上，当雨水把大气中的一些生成物降到原始海洋后，原始海洋就成了生命化学演化的中心。
生命起源的化学进化过程经历了约十几亿年的时间，直到约32亿年前才出现了最古老的微生物。这一进化过程经历了如下几个主要阶段：
一、由无机物生成有机小分子在原始地球的条件下，当时地球原始大气中的小分子无机物（如NH，HO，HS，H，HCN，CH等）32224由于地球引力而逐渐增加密度，在自然界中的宇宙射线、紫外线、闪电等的作用下，就可能自然合成出氨基酸、核苷酸、单糖等一系列比较简单的有机小分子物质，完成了化学进化的第一阶段。这些有机小分子通过雨水的作用，流经湖泊和河流，最终汇集到原始海洋中。
二、由有机小分子物质形成有机高分子物质。氨基酸、核苷酸的出现为有机高分子物质的产生奠定了基础。在当时的条件下，多种因素共同作用，使许多氨基酸单体脱水缩合而成蛋白质长链，许多核苷酸单体脱水缩合而成核酸长链。蛋白质、核酸是生命体不可缺少的基本成分。因此，有机高分子物质的出现标志着化学进化过程中的一次重大飞跃。
三、由有机高分子物质组成多分子体系在这一阶段，蛋白质、核酸、多糖、类脂等有机高分子物质在原始海洋中不断积累，浓度不断升高。通过水分的蒸发，黏土的吸附作用等过程，这些有机高分子物质逐渐浓缩而分离出来，它们相互作用凝聚成小滴。这些小滴漂浮在原始海洋中，外面包有原始的界膜，与周围的原始海洋环境分隔开，构成一个独立的体系——多分子体系。这种体系能够与外界环境进行原始的物质交换活力，显示出某些生命现象。因此，多分子体系是原始生命的萌芽。
四、由多分子体系发展为原始生命。从多分子体系演变为原始生命，这是生命起源过程中最复杂、最有决定意义的阶段。有些多分子体系经过长期的演变，特别是由于蛋白质和核酸这两大类物质的相互作用，终于形成具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。
最初的原始生命是在极其漫长的时间内，由非生命物质经过极其复杂的化学过程逐步演变而成的。原始生命形成以后，就进入了生物进化阶段。应该强调的是：蛋白质和核酸是生命体内最基本、最重要的物质。没有蛋白质和核酸，就没有生命。
生命的奠基石——细胞
人们很早就在探索生物体是如何构成的，可是，由于科学技术不够发达，一直没有找到答案。直到1665年，英国建筑师罗伯特虎克使用自制的显微镜，观察到软木薄片上有许多像蜂窝一样的小格子，并将其命名为细胞，即小室的意思。此后，在一代又一代科学家的不懈努力下，人们终于意识到生物体在构成上有一个共同点，即无论动物，还是植物，都是由细胞构成的。19世纪30年代，德国科学家施莱登和施旺提出了细胞学说，认为一切动物和植物都是细胞的集合体，细胞是生命的基本单位。这一学说被誉为19世纪自然科学的三大发现之一。但是由于时代的局限性，这个学说并没有将微生物包括进去。其实，早在虎克发现细胞之前，另一个虎克，荷兰科学家列文虎克已发现到微生物的存在，但是微生物学直到19世纪末才发展起来，现在大家都知道，除了病毒和类病毒外，其他一切生物均是由细胞构成的。细胞结构
虽然生物体大都是由细胞构成的，可是不同的细胞却是形态各异。就样子来说，有圆的、方的、长条状的、星状的等各种不规则形状。就大小来说，最大的细胞如卵细胞（鸵鸟卵细胞直径可达十几厘米），最小的细胞直径仅1微米左右，是前者的一百万分之一。但是这些细胞在构成上却是相似的。细胞结构
在电子显微镜发明之前，人们在光学显微镜下，看到动物细胞是由细胞核、细胞质和细胞膜三部分构成的，植物细胞则还有细胞壁和细胞液泡、叶绿体等结构。细胞质中隐隐约约还有一些结构。于是人们继续改进显微镜的制造工艺，不断提高放大倍数，可是后来却发现放大倍数一旦超过1500倍影像会变得很模糊（这是因为光波波长太长所致）。电子显微镜出现之后，对细胞的结构的了解可谓突飞猛进，目前科学家发现细胞主要是由下列几部分构成的：细胞膜或质膜
细胞膜是包围在细胞表面的极薄的膜，电子显微镜下呈三层结构，目前认为细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌在上面的蛋白质分子构成的。蛋白质分子分布在内外表面，种类繁多，有的是物质进出细胞膜的运输工具，称为载体，有的则是某种物质的专一性结合物，称为受体，等等。并且各种分子之间相互位置不是固定不变的，而是有一定的流动性。现在认为，细胞膜具有控制物质进出、信息传递、代谢调控识别与免疫等多种功能。细胞膜结构
细胞质
细胞质是指细胞膜以内除细胞核以外的部分。其中有许多种细胞器，例如：
内质网：是一种小管小囊等构成的，有的上面附有许多核糖体，在切片上看像结满了果实的枝条，称为粗面内质网。有的则没有核糖体，称为滑面内质网。它们和蛋白的质合成，各种物质的合成、储运有关。
高尔基体：高尔基体像一堆大小不同的皮球压扁后堆放在一起，它们能把内质网合成而来的蛋白质做进一步加工之后转运出细胞质结构去，此外，对摄入的脂类有储存和加工作用。
线粒体：线粒体多呈小短棍状或球状，具有双层膜，内膜向内突起形成一些隔，称为线粒体嵴。它是细胞的动力工厂，能将许多物质氧化并产生能量，储存在ATP上。
中心粒：中心粒呈小管状，是由许多根更小的小管组成的，和有丝分裂有关。
除此之外，细胞内还有溶酶体、质体等细胞器，它们也各有重要功能。
线粒体
线粒体（mitochondria）常为杆或椭圆形，横径为0.5～1 μm，长2～6 μm但在不同类型细胞中线粒体的形状、大小和数量差异甚大。电镜下，线粒体具有双层膜，外膜光滑，厚6～7 μm，膜中有2～3 μm小孔，分子量为1万以内的物质可自由通过；内膜厚5～6 μm，通透性较小。外膜与内膜之间有约8 μm膜间腔或称外腔。由膜向内折叠形成线粒体嵴，嵴之间为嵴间腔或称内腔，充满线粒体基质。基质中常可见散在的、直径25～50 μm、电子致密的嗜饿酸基质颗粒，主要由磷脂蛋白组成，并含有钙、镁、磷等元素。基质中除基质颗粒外还含有脂类、蛋白质、环状DNA分子核糖体。线粒体嵴膜上有许多有柄小球体，即基粒，其直径为8～10 μm，它由头、柄和基片三部分组成。球形的头与柄相连而突出于内膜表面，基片镶嵌于膜脂中。线粒体结构
基粒中含有ATP合成酶，能利用呼吸链产生的能量合成ATP，并把能量贮存于ATP中。细胞生命活动所需能量的约95％由线粒体以ATP的方式提供，因此，线粒体是细胞能量代谢中心，由于线粒体嵴实为扩大了内膜面积，故细胞代谢率高，耗能多。嵴多而密集大部分细胞的线粒体嵴为板层状。杆状线粒体的嵴多与其长轴垂直排列，圆形线粒体的嵴多以周围向中央放射状排列；在少数细胞，主要基分泌类固醇激素的细胞（如肾上腺皮质细胞等），线粒体峭多呈管状或泡状；有些细胞（如肝细胞）的线粒体兼有板层状和管状两种。
线粒体的另一个功能特点是可以合成一些蛋白质。目前推测，在线粒体中合成的蛋白质约占线粒体全部蛋白的10％，这些蛋白疏水性强，和内膜结合在一起。线粒体合成蛋白质均是按照细胞核基因组的编码辑导合成。如果没有细胞核遗传系统，线粒体RNA则不能表达。因此表明线粒体合成蛋白质的半自主性。
关于线粒体形成的机制，较普遍接受的看法是线粒体依靠分裂而进行增殖。线粒体的发生过程可分为两个阶段：在第一阶段中，线粒体的膜进行生长和复制，然后分裂增殖。第二阶段包括线粒体本身的分化过程，建成能够行使氧化磷酸化功能的机构。线粒体生长和分化阶段分别接受两个独立遗传系统的控制，因此，它不是一个完全自我复制的实体。
细胞核
细胞核是细胞的中枢部分，其形状各异。有球形的、椭圆形的、不规则形状的等。外面有一层膜，称核膜。核内则可分为核仁、核液、染色质等几部分。细胞核是遗传物质的储存处，控制着细胞内物质合成和细胞代谢。组成细胞的化合物
细胞中常见的化学元素有20多种，这些组成生物体的化学元素虽然在生物体体内有一定的生理作用，但是单一的某种元素不可能表现出相应的生理功能。这些元素在生物体特定的结构基础上，有机地结合成各种化合物，这些化合物与其他的物质相互作用才能体现出相应的生理功能。组成细胞的化合物大体可以分为无机化合物和有机化合物。无机化合物包括水和无机盐；有机化合物包括蛋白质、核酸、糖类和脂质。水、无机盐、蛋白质、核酸、糖类、脂质等有机地结合在一起才能体现出生物体的生命活动。现将这些化合物总结如下：细胞核结构图
水：占85％～90％
无机化合、无机盐：占1％～1.5％
组成细胞的化合物
蛋白质：占7％～10％
有机化合物、脂质：占1％～2％
糖类和核酸：占1％～1.5％
在组成的化合物中含量最多的是水，但是在细胞的干重中，含量最多的化合物是蛋白质，占干重的50％以上。细胞的基本共性
1．所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质及糖被构成的生物膜，即细胞膜。
2．所有的细胞都含有两种核酸，即DNA与RNA。
3．作为遗传信息复制与转录的载体。
4．作为蛋白质合成的机器——核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内。
5．所有细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
6．细胞都具有选择透性的膜结构，即细胞膜。
7．细胞都具有遗传物质，即DNA。
8．细胞都具有核糖体，是蛋白质合成的机器，在细胞遗传信息流的传递中起重要作用。
9．能进行自我增殖和遗传。
10．新陈代谢。
11．细胞都具有运动性，包括细胞自身的运动和细胞内部的物质运动。
最小的细胞器——核糖体
核糖体是最小的细胞器，在光镜下见不到的结构。1953年由Ribinson和Broun用电镜观察植物细胞时发现胞质中存在一种颗粒物质。1955年Palade在动物细胞中也看到同样的颗粒并进一步研究了这些颗粒的化学成分和结构。1958年Roberts根据化核糖体结构图学成分命名为核糖核蛋白体，简称核糖体Ribosome，又称核蛋白体。核糖体除哺乳类红细胞外，一切活细胞（真核细胞、原核细胞）中均有，它是进行蛋白质合成的重要胞器，在快速增殖、分泌功能旺盛的细胞中尤其多。
核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒（ribonucleoproteinparticle），其唯一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。核糖体
真核细胞的大小亚基是在核中形成的。在核仁部位rDNA转录出45S的rRNA，它是rRNA的前体分子，与胞质运来的蛋白质结合，再进行加工，经酶裂解成28S，18S和5.8S的rRNA，而5S的rRNA则在核仁外合成28S，5.8S的rRNA及5S的rRNA与蛋白质结合，形成RNP分子团，为大亚基前体，分散在核仁颗粒区，再加工成熟后，经核孔入胞质为大亚基。18S的rRNA与蛋白质结合，经核孔入胞质为小亚基。大小亚基在胞质中可解离存，在需要时也可在>0.001 Mg时存在，但合成完整单核糖体才具有合成功能，当小于0.001 M时则又重新解离。
真核细胞中，核糖体进行蛋白质合成时，既可以游离在细胞质中，称为游离核糖体（freeribosome），也可以附着在内质网的表面，称为膜旁核糖体或附着核糖体。参与构成RER，称为固着核糖体或膜旁核糖体，是以大亚基圆锥形部与膜接着游离核糖体。分布在线粒体中的核糖体，比一般核糖体小，约为55S（35S和25S大、小亚基），称为胞器或线粒体核体。凡是幼稚的、未分化的细胞、胚胎细胞、培养细胞、肿瘤细胞，它们生长迅速，在胞质中一般具有大量游离核糖体。67真核细胞含有较多的核糖体，每个细胞平均有10～10个，而原核细23胞中核糖体较少，每个细胞平均只有15×10～18×10个。真核细胞核糖体的沉降系数为80S，大亚基为60S，小亚基为40S。在大亚基中，有大约49种蛋白质，另外有3种rRNA∶28S的rRNA、5S的rRNA和5.8S的rRNA。小亚基含有大约33种蛋白质，一种18S的rRNA。
无论哪种核糖体，在执行功能时，即进行蛋白质合成时，常3～5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合在一起，由mRNA分子与小亚基凹沟处结合，再与大亚基结合，形成一串，称为多聚核糖体（游离多聚核糖体及固着多聚核糖体），Polyribosome或Polysome。mRNA的长短，决定多聚核糖体的多少，可排列成螺纹状、念珠状等，多聚核糖体是合成蛋白质的功能团。此时，每一核糖体均以mRNA的密码为模板翻译成蛋白质的氨基酸顺序。在活细胞中，核糖体的大小亚基、单核糖体和多聚核糖体是处于一种不断解聚与聚合的动态平衡中，随功能而变化，执行功能量为多聚核糖体、功能完成后解聚为大、小亚基。
核糖体的主要成分为蛋白质和rRNA，两者比例在原核细胞中为1.5∶1，在真核细胞中为1∶1。每个亚基中，以一条或二条高度折叠的rRNA为骨架，将几十种蛋白质组织起来，紧密结合，使rRNA大部分围在内部，小部分露在表面。由于RNA的磷酸基带负电荷超过了蛋白质带的正电荷，因而核糖体显强的负电性，易与阳离子和碱性染料结合。
单个核糖体上存在4个活性部位，在蛋白质合成中各有专一的识别作用。
1．A部位，即氨基酸部位或受位：主要在大亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位。
2．P部位，即肽基部位或供位：主要在小亚基上，是释放tRNA的部位。
3．肽基转移酶部位（肽合成酶），简称T因子：位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长。
4．GTP酶部位，即转位酶：简称G因子，对GTP具有活性，催化肽键从供体部位→受体部位。另外，核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点。核糖体的大小是以沉降系数S来表示，S数值越大、颗粒越大、分子量越大。原核细胞与真核细胞核糖体的大小亚基是不同的。
快速的能源——糖
糖在自然界分布极广，是自然界中含量最丰富的一类有机化合物。化学家最初在分析各种糖的成分时，发现糖是由碳、氢、氧3种元素组成的，而且其中氢和氧的比例是2∶1，恰好与水分子中氢和氧的比例一样，于是，化学家们便把糖叫做碳水化合物。后来，他们又发现鼠李糖的分子式是CHO，脱氧核糖的分子式是CHO，在61255104这两种糖的分子中，氢和氧的比例都不是2∶1，当然不能把这两种糖也称为碳水化合物。严格地讲，把糖称为碳水化合物并不恰当，所以现在的书刊上都把这一类化合物统称为糖。
在自然界，糖广泛分布于动物、植物（尤其以甘蔗、甜菜等含量最丰富）和微生物内，其中尤以植物中所含的糖多。植物靠水和空气中的二氧化碳合成糖，因为这个合成反应是由具有光能的光子所激发的，因此这个合成过程称为光合作用。由水和二氧糖化碳合成糖的过程是一个吸收能量的过程，因此糖是一种具有高能量的化合物，它们是植物、动物和微生物新陈代谢过程的重要能量来源。
生物体的细胞内和血液里都含有葡萄糖，是细胞发挥其功能所必需的，葡萄糖的新陈代射的正常调节对于生命活动是非常重要的。葡萄糖容易被人体吸收，容易与氧气发生反应，生成二氧化碳和水，并放出能量，是细胞的快速能量来源。
葡萄糖属于单糖，但自然界大量存在的都是低聚糖（如蔗糖）和多糖（如淀粉）。多糖中也存在着大量能量，但它们很难为人体消化和吸收，多糖必须被分解成葡萄糖以后，其中贮存的能量才能被细胞利用。葡萄糖结构图单糖
单糖是最简单的糖，都是结晶体，能溶于水，具有甜味，主要有葡萄糖、果糖、阿拉伯糖。
葡萄糖的分子式是CHOCHO。在自然界中通过光合作用合成，5115由于葡萄糖最初是从葡萄汁中分离出来的结晶，因此就得到了“葡萄糖”这个名称。葡萄糖存在于血浆、淋巴液中。在正常人的血液中，葡萄糖的含量可达0.08％～0.1％。
葡萄糖以游离的形式存在于植物的浆汁中，尤其以水果和蜂蜜中的含量为多。可是，葡萄糖的大规模生产方法却不是从含葡萄糖多的水果中提取，而是用玉米和马铃薯中所含的淀粉制取，在淀粉糖化酶的作用下，玉米和马铃薯中的淀粉发生水解反应，可得到含量为90％的葡萄糖水溶液，溶液在低于50℃时结晶，可生成α-葡萄糖的水合物；在高于50℃时结晶，可生成无水的α-葡萄糖；当再超过115℃时结晶，生成的是无水的β-葡萄糖。
葡萄糖是生命不可缺少的物质，它在人体内能直接进入新陈代谢过程。在消化道中，葡萄糖比任何其他单糖都容易被吸收，而且被吸收后能直接为人体组织利用。人体摄取的蔗糖和淀粉也都必须先转化为葡萄糖，再被人体组织吸收和利用。葡萄糖在人体内被氧气氧化，生成二氧化碳和水，每克葡萄糖被氧化时，释放出17.1千焦热量，人和动物所需要的能量有50％来自葡萄糖。
葡萄糖的甜味约为蔗糖的3／4，主要用于食品工业，如用于生产面包、糖果、糕点、饮料等。在医疗上，葡萄糖被大量用于病人输液，这是因为葡萄糖非常容易被直接吸收作为病人的重要营养。葡萄糖被氧化时还能生成葡萄糖酸，葡萄糖酸钙是最能有效地提供钙离子的药物。
另一种重要的单糖是果糖，它的分子式是CHOCOCO，以游51255离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中。
果糖并不从水果中制取，而是用稀盐酸或转化酶使蔗糖发生水解反应，产物是果糖和葡萄糖的混合溶液。由于果糖是不容易从水溶液中结晶出来的物质，所以从混合溶液中离析出果糖，要采用使果糖与氢氧化钙形成不溶性的复合物的方法，最后将复合物从水溶液中分离出来，并将钙沉淀为碳酸钙，果糖就成为结晶体。
果糖是所有的糖中最甜的一种，它比蔗糖甜1倍，广泛用于食品工业，如制糖果、糕点、饮料等。低聚糖
低聚糖指双糖、三糖等。双糖中的蔗糖、麦芽糖和乳糖最有用。蔗糖是最普通的食用糖，也是世界上生产数量最多的有机化合物之一。
甘蔗中含蔗糖15％～20％，甜菜中含蔗糖10％～17％，其他植物的果实、种子、叶、花、根中也有不同含量的蔗糖。
蔗糖的分式为CHO。它很甜，容易溶解在水中，而且很容122211易从水溶液中结晶。
如果将红糖溶解在水里，加入适量的骨炭或活性炭，就可以将溶液的颜色脱掉，然后将溶液过滤，经过减压蒸发和冷却，溶液中就会产生白色细小的晶体，这就是白糖，白糖中含一定量水分，把白糖加热到适当温度，可以将水分除掉，再把它冷却，如果冷却速度很快，得到比较细的晶体，这就是砂糖；如果冷却速度慢，就会得到无色透明的大晶体，这就是冰糖。
蔗糖主要用于食品工业，高浓度的蔗糖能抑制细菌的生长，在医药上用作防腐剂和抗氧剂。
麦芽糖也是一种双糖，在自然界中麦芽糖主要存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中，故得此名称。麦芽糖发生水解反应以后，生成两分子葡萄糖，可用作甜味剂，甜度是蔗糖的1／3。麦芽糖还是一种廉价的营养食品，过去在农村有很大市场。
乳糖是哺乳动物乳汁中主要的糖，人乳含乳糖5％～7％，牛乳含乳糖4％，它们是乳婴食物中的糖分。在工业上，乳糖是由牛乳制干酪时所得的副产品。在水中的溶解度小，也不很甜。在乳酸杆菌的作用下，乳糖可以被氧化成乳酸，牛奶变酸就是因为其中的乳糖被氧化，变成了乳酸所引起。乳酸饮料具有较高的营养价值。多糖
多糖结构
多个单糖分子发生缩合反应，失去水便形成多糖。已知多糖的分子量可以超过1000000原子质量单位。多糖结构
淀粉是植物界中存在的极为丰富的多糖，分子式是（CHO）。大量存在于植物的种子、块茎等部位。淀粉以球状颗粒6105贮藏在植物中，颗粒的直径为3～100微米，是植物贮存营养的一种形式。
天然的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，大多数淀粉含直链淀粉10％～12％，含支链淀粉80％～90％。玉米淀粉含27％直链淀粉；马铃薯淀粉含20％直链淀粉（两者的其余部分均为支链淀粉）；糯米淀粉几乎全部是支链淀粉；有些豆类的淀粉则全部是直链淀粉。
直链淀粉又称可溶性淀粉。溶解于热水后成胶体溶液，容易被人体消化。直链淀粉是一种没有分支的长链线形分子，与碘发生作用后，生成深蓝色物质，这一反应可用来检验淀粉或碘。
支链淀粉具有支链结构，它不溶于热水，分子量很大，约100000～600000，它也能与碘作用，生成蓝紫色物质。淀粉可供食用，在人体内淀粉首先被淀粉酶作用，发生水解反应，生成糊精，它进一步水解生成麦芽糖，最后可以水解成葡萄糖，便于人体吸收。因此，我们即使不吃蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖，仍然可以从淀粉（粮食及含淀粉多的蔬菜）摄取糖分，而且是人体内糖分的主要来源。
纤维素也是一种多糖。绿色植物通过光合作用合成纤维素，它在植物体中构成细胞壁网络，支撑着植物躯干。纤维素的分子式是（CHO），它对人体没有营养价值，我们每天要吃进很多纤维素6105x（存在于粮食、蔬菜、水果等中），基本上被排泄掉，但它对帮助肠的蠕动有一定作用，有利于防止肠癌。
人体内的燃料——脂肪
在室温下呈液态者称为油，呈固态者称为脂肪。从植物种子中得到的大多数为油，而来自动物的大多为脂肪。在大部分含油脂丰富的食物中，有一半左右的热量是由脂肪和油类提供的。
天然的脂肪和油类通常是由一种以上的脂肪酸与甘油形成的各种酯的混合物。这些脂肪酸的功能有三种：
1．当脂肪酸在人体内被氧化生成二氧化碳和水，并放出一定的热量时，脂肪酸是一种能源。
2．脂肪酸贮存在脂肪细胞中，以备人体不时之需。脂 肪
3．作为合成人体所需要的其他化合物的原料，当脂肪燃烧时，它所能够提供的热量大约为37620千焦／克。因此，在我们的饮食中，脂肪是最集中的食物能源。
脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，前者如硬脂酸、软脂酸；后者如油酸、亚油酸、严麻酸、棕榈油酸。某些油脂中含有一些特殊的脂肪酸，如菜油中的油菜酸、椰子油中的橘酸等。
在这些脂肪酸中，某些种类的脂肪酸是人体所必需的，称为必需脂肪酸，它们是亚油酸、严麻酸和花生四烯酸。在食物中，如果含有这3种必需脂肪酸中的任何一种，人体就能合成一组非常重要的化合物——前列腺素，它是一组10多个相关的化合物，对于血压、平滑肌的松弛和收缩、胃酸的分泌、体温、进食量、血小板凝聚等生理活动有着非常强烈的影响。
在这3种必需脂肪酸中，亚油酸是关键化合物，如果有了亚油酸，人体就能够合成亚麻酸和花生四烯酸，等于有了3种必需脂肪酸。
亚油酸以甘油酯的形式存在于动植物脂肪中。在植物油中，亚油酸的含量比较高，如花生油含26％，豆油含57.5％，菜油含15.8％，动物脂肪中，亚油酸含量比较少，如牛油含8％，猪油含6％。
亚油酸在室温时是液体，熔点-5℃，沸点229～230℃，在空气中易被氧化，不溶于水，溶于乙醚、氯仿等有机溶剂。
亚油酸是人和动物营养中必需的脂肪酸，缺乏亚油酸，会使动物发育不良、皮肤和肾损伤、以及产生不育症。亚油酸在医药上用于治疗血脂过高和动脉硬化。
油酸以甘油酯的形式存在于一切动植物油脂中，在动物脂肪中含40％～50％，茶油中含83％，花生油中含54％，椰子油中含5％～6％。
纯油酸为无色油状液体，熔点16.3℃，沸点228～229℃，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂。
由于油酸中含有双键，在空气中长期放置能被氧化，局部转变为含羰基的物质，而使油脂具有腐败的哈喇味，这也是油脂变质的原因之一。
几乎所有的油脂中都含有不等的软脂酸，棕榈油中含量约40％，菜油中含量为2％。几乎所有的油脂中都有含量不等的硬脂酸，在动物脂肪中含量比较高，牛油中可达24％，植物油中硬脂酸含量较少，菜油为0.896％，棕榈油为6％，但可可脂中的含量可高达34％。
生命的动力——蛋白质
蛋白质这个名词对许多人都不陌生。“高蛋白”几乎成了高营养的代名词。可是蛋白质在生物学上的重要性倒不在于营养方面，而是因为它是生命功能的执行者。
可以把生命现象看成是最高级的运动形式，这种运动形式的实现每一步都离不开蛋白质。
酶是最重要的蛋白质，生物体内所进行的各种化学反应大都需要酶来催化。
小分子物质在体内的运输也是靠蛋白质来完成的。不但如此，动物机体的运动，如肌肉的收缩是靠几种蛋白质的相对滑动来实现的。生物体的防御系统依靠抗体、干扰素等来发挥作用，它们都是蛋白质。
近年来还发现人类的记忆、思维等高级神经活动的实质也是蛋白质运动。遗传信息通过控制蛋白质合成而表现出相应性状，但这一过程同样还受蛋白质的调节。所以说，蛋白质是生命功能的最主要的执行者。
20世纪60年代初兴起的分子生物学前期主要是开展对核酸的研究。如今，分子生物学的研究重点已经逐渐转移到蛋白质上来。因为核酸只是生物体这座大厦的图纸，而真正构筑起大厦并行使着各种功能的主要还是蛋白质。
蛋白质是一类含氮的生物高分子，它的基本组成单位是氨基酸。氨基酸上都有氨基和羧基两个基因，不同的氨基酸就靠这两个基团脱水缩合而连接起来。构成蛋白质的氨基酸共有20种，其中有8种是人体内无法合成的，需从食物中摄取，称为必需氨基酸。不同氨基酸的氨基和羧基脱水缩合而成一条氨基酸残基链，称为肽链，一条或几条肽链以某种方式组合成有生物活性的分子就是蛋白质。
人们把蛋白质的结构按其组成层次分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。一级结构就是指肽链的氨基酸残基的顺序。肽链上的氨基酸并不是笔直地排在一起，而是具有各种折叠、盘绕方式。有的像弹簧一样螺旋上升，也有的呈折叠状，称为二级结构。在这个基础上肽链蛋白质四聚体再进行卷曲和折叠，形成特定构象，称为三级结构。有的蛋白质分子是由几个具有三级结构的分子再聚合而成的，这种结构就称为四级结构。
蛋白质可以分为两大类：一类是简单蛋白质，它们的分子只由氨基酸组成；另一类是结合蛋白质，这类蛋白质部分和非蛋白质部分的组成结构比较复杂。
简单蛋白质包括清蛋白、球蛋白、精蛋白等几类。临床常用的白蛋白、丙种球蛋白等都是简单蛋白质。
结合蛋白质有核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、色蛋白等。许多种酶、膜蛋白等多种蛋白质均是结合蛋白质。细胞中的核糖体也是一种核蛋白。
记录遗传物质的“天书”——核酸
由许多核苷酸聚合而成的生物大分子化合物为生命的最基本物质之一。核酸最早由米歇尔于1868年在脓细胞中发现和分离出来。核酸广泛存在于所有动物细胞、植物细胞、微生物内、生物体内。核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）。DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础。RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用，其中转移核糖核酸，简称tRNA，起着携带和转移活化氨基酸的作用；信使核糖核酸，简称mRNA，是合成蛋白质的模板；核糖体的核糖核酸，简称rRNA，是细胞合成蛋白质的主要场所。核酸不仅是基本的遗传物质，而且在蛋白质的生物合成上也占重要地位，因而在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起决定性的作用。
核酸在实践应用方面有极重要的作用，现已发现近2000种遗传性疾病都和DNA结构有关。如人类镰刀形红血细胞贫血症是由于患者的血红蛋白分子中一个氨基酸的遗传密码发生了改变。白化病毒则是DNA分子上缺乏产生促黑色素生成的酷氨酸酶的基因所致。肿瘤的发生、病毒的感染、射线对机体的作用等都与核酸有关。20世纪70年代以来兴起的遗传工程，使人们可用人工方法改组DNA，从而有可能创造出新型的生物品种。如应用遗传工程方法已能使大肠杆菌产生胰岛素、干扰素等珍贵的生化药物。
核酸是生物体内的高分子化合物。它包括脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）核酸结构和核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）两大类。DNA和RNA都是由一个一个核苷酸（nucleotide）头尾相连而形成的。RNA平均长度9大约为2000个核苷酸，而人的DNA却是很长的，约有3×10个核苷酸。
单个核苷酸是由含氮有机碱（称碱基）、戊糖（即五碳糖）和磷酸三部分构成的。
碱基（base）：构成核苷酸的碱基分为嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）两类。前者主要指腺嘌呤（adenine，A）和鸟嘌呤（guanine，G），DNA和RNA中均含有这两种碱基。后者主要指胞嘧啶（cytosine，C）胸腺嘧啶（thymine，T）和尿嘧啶（uracil，U），胞嘧啶存在于DNA和RNA中，胸腺嘧啶只存在于DNA中，尿嘧啶则只存在于RNA中。
嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1是构成核苷酸时与核糖（或脱氧核糖）形成糖苷键的位置。
此外，核酸分子中还发现数10种修饰碱基（themodifiedcomponent），又称稀有碱基（unusualcomponent）。它是指上述5种碱基环上的某一位置被一些化学基团（如甲基化、甲硫基化等）修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也不均一。如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。
戊糖（五碳糖）：RNA中的戊糖是D-核糖（即在2号位上连接的是一个羟基），DNA中的戊糖是D-2-脱氧核糖（即在2号位上只连一个H）。D-核糖的C-2所连的羟基脱去氧就是D-2-脱氧核糖。
戊糖C-1所连的羟基是与碱基形成糖苷键的基团，糖苷键的连接都是β-构型。
核苷：由D-核糖或D-2脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有8种。
核苷酸（nucleotide）：核苷酸与磷酸残基构成的化合物，即核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-3’和C-5’所连的羟基上形成的，故构成核酸的核苷酸可视为3’-核苷酸或5’-核苷酸。DNA分子中是含有A，G，C，T4种碱基的脱氧核苷酸；RNA分子中则是含A，G，C，U4种碱基的核苷酸。
当然核酸分子中的核苷酸都以某种形式存在，但在细胞内有多种游离的核苷酸，其中包括一磷酸核苷、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
人体必须的物质——碳水化合物
碳水化合物亦称糖类化合物，是自然界存在最多、分布最广的一类重要的有机化合物。葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等都属于糖类化合物。
糖类化合物是一切生物体维持生命活动所需能量的主要来源。它不仅是营养物质，而且有些还具有特殊的生理活性。例如：肝脏中的肝素有抗凝血作用；血型中的糖与免疫活性有关。此外，核酸的组成成分中也含有糖类化合物——核糖和脱氧核糖。因此，糖类化合物对医学来说，具有更重要的意义。
自然界存在最多、具有广谱化学结构和生物功能的有机化合物。主要由碳、氢、氧所组成。可用通式C（HO）来表示。x2y有单糖、寡糖、淀粉、半纤维素、纤维素、复合多糖以及糖的衍生物。主要由绿色植物经光合作用而形成，是光合作用的初期产碳水化合物物。从化学结构特征来说，它是含有多羟基的醛类或酮类的化合物或经水解转化成为多羟基醛类或酮类的化合物。例如葡萄糖含有1个醛基、6个碳原子，叫己醛糖。果糖则含有1个酮基、6个碳原子，叫己酮糖。它与蛋白质、脂肪同为生物界三大基础物质，为生物的生长、运动、繁殖提供主要能源，是人类生存发展必不可少的重要物质之一。
糖类化合物由C（碳）、H（氢）、O（氧）3种元素组成，分子中H和O的比例通常为2∶1，与水分子中的比例一样，故称为碳水化合物。可用通式C（HO）表示。因此，曾把这类化合物称为碳水m2n化合物。但是后来发现有些化合物按其构造和性质应属于糖类化合物，可是它们的组成并不符合C（HO）通式，如鼠李糖（CHO）、m2n6125脱氧核糖（CHO）等；而有些化合物如乙酸（CHO）、乳酸5104242（CHO）等，其组成虽符合通式C（HO），但结构与性质却与363m2n糖类化合物完全不同。所以碳水化合物这个名称并不确切，但因使用已久，迄今仍在沿用。
另外，像碳酸（HCO）、碳酸盐（XXCO）、碳单质（C）、碳233的氧化物（CO，CO）、水（HO）都不属于有机物，也就是不属于22碳水化合物。
碳水化合物是为人体提供热能的3种主要的营养素中最廉价的营养素。食物中的碳水化合物分成两类：人可以吸收利用的有效碳水化合物，如：单糖、双糖、多糖和人不能消化的无效碳水化合物，如：纤维素。
一般说来，对碳水化合物没有特定的饮食要求。主要是应该从碳水化合物中获得合理比例的热量摄入。另外，每天应至少摄入50～100克可消化的碳水化合物以预防碳水化合物缺乏症。
碳水化合物的主要食物来源有蔗糖、谷物（如水稻、小麦、玉米、大麦、燕麦、高粱等）、水果（如甘蔗、甜瓜、西瓜、香蕉、葡萄等）、坚果、蔬菜（如胡萝卜、番薯等）等。
膳食中碳水化合物的主要来源是植物性食物，如谷类、薯类、根茎类蔬菜和豆类，另外是食用糖类。碳水化合物只有经过消化分解成葡萄糖、果糖和半乳糖才能被吸收，而果糖和半乳糖又经肝脏转换变成葡萄糖。血中的葡萄糖建成为血糖，少部分血糖直接被组织细胞利用与氧气反应生成二氧化碳和水，放出热量供身体需要，大部分血糖则存在人体细胞中，如果细胞中储存的葡萄糖已饱和，多余的葡萄糖就会以高能的脂肪形式储存起来，多吃碳水化合物发胖就是这个道理！
能量的“传递员”——ATP
木柴燃烧，就会生火发热，木柴里的能量通过“火”和“热”散发出来。人吃了饭，饭在人体里也要“燃烧”放出能量，这是一个复杂的过程，称为生物氧化。木柴一旦烧完，火就灭了，也就不再放热。可是，人吃完一顿饭，能维持几天的生命。这是因为“饭”里的有用东西，变成蛋白质、糖、脂肪等物质被人体储存起来，然后慢慢地进行生物氧化，陆续释放出能量，维持人体的正常活动。生物氧化时放出的能量，不是一下子就被利用了，而是分次分批按需供应，这个过程是由ATP和ADP等物质来协调的。
ATP是分子中由1个生物碱基——腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸组成的物质，叫腺三磷或三磷酸腺苷。其中A代表腺嘌呤，T代表3个，P代表磷酸。ATP中的3个磷酸并排连接在一起，彼此之间有一种结合力，这种力叫磷酸键。ATP中的磷酸键里存有很多能量，称它为高能磷酸键。含有高能磷酸键的化合物，称为高能磷酸化合物。如果ATP脱掉一个磷酸，高能键中的能就放出来，ATP本身就变成二磷酸腺苷——ADP。ADP也可以结合一个磷酸，收回同样多的能量，变回ATP。由于ATP的这个性质，它能在人体中担当能量的“传递员”。当生物氧化过程中产生了能量后，先由ADP接受，即ADP与磷酸结合形成ATP，能量就被储存在磷酸键里。这样，人体的哪个部位需要能量，ATP就活动到哪里，通过脱去1个磷酸分子而放出能量，再变回ADP。ATP运输能量的效率非常高，只需有限的几个，就能把蛋白质、糖、脂肪与能量储藏库的东西“搬”到需要的地方去。ATP在体内的供能
能量的来源是食物。食物被消化后，营养成分进入细胞转化为各类有机物。动物细胞再通过呼吸作用将贮藏在有机物中的能量释放出来，除了一部分转化为热能外，其余的贮存在ATP中。ATP分子结构
人和动物的各项生命活动所需要的能量来自ATP。
食物→（消化吸收）→细胞→（呼吸作用）→ATP→（释放能量）→肌肉→动物运动
运动中机体供能的方式可分两类：
一类是无氧供能，即在无氧或氧供应相对不足的情况下，主要靠ATP、CP分解供能和糖元无氧酵解供能（即糖元无氧的情况下分解成为乳酸同时供给机体能量）。
这类运动只能持续很短的时间（约1～3分钟）。800米以下的全力跑、短距离冲刺都属于无氧供能的运动。
另一类为有氧供能，即运动时能量主要来自糖元（脂肪、蛋白质）的有氧氧化。
由于运动中供氧充分，糖元可以完全分解，释放大量能量，因而能持续较长的时间。这类运动如5000米以上的跑步、1500米以上的游泳、慢跑、散步、迪斯科、交谊舞、自行车、太极拳等都属于这类运动。
由此，我们可以得到一个简单的启示：大强度的运动不可能持续很长时间，总的能量消耗较少，因而不是理想的减肥运动方式；而强度较低的运动由于供氧充分，持续时间长，总的能量消耗多，更有利于减肥。减肥的最终目的是消耗体内过多的脂肪，而不是减少水分或其他成分。
在进行有氧锻炼时还应注意以下几点：
第一，锻炼应选择中等强度的运动，即在运动中将心率维持在最高心率的60％～70％（最高心率＝220-年龄），强度过大时能量消耗以糖为主，肌肉氧化脂肪的能力较低；而负荷过小，机体热能消耗不足，也达不到减肥的目的。
第二，以中等强度进行锻炼时，锻炼的时间要足够长，一般每次锻炼不应少于30分钟。在中等强度运动时，开始阶段机体并不立即动用脂肪供能。因为脂肪从脂库中释放出来并运送到肌肉需要一定时间，至少要20分钟。运动的方式可根据自己的条件、爱好、兴趣而定，如走路、慢跑、迪斯科、交谊舞、游泳等都是适宜的方式。
第三，脂肪的储备和动用是一种动态平衡，因此要经常参加运动，切不可一劳永逸。
减肥运动应每日进行，不要间断。
生命的钥匙——酶
酶人们在日常生活中发现酵母能使果汁和谷类加速转化成酒，这种转化过程叫做发酵。1680年列文虎克首先发现酵母细胞，一个半世纪以后，法国物理学家卡格尼亚尔·德拉图尔使用一台优质的复式显微镜，专心研究酵母，他仔细观察了酵母的繁殖过程，确定酵母是活的。这样，在19世纪50年代，酵母成为热门的研究课题。
人们还发现在肠道里也进行着类似于发酵的过程：1752年，法国物理学家列奥米尔用鹰做实验对象，让鹰吞下几个装有肉的小金属管，管壁上的小孔能使胃内的化学物质作用到肉上。当鹰吐出这些管子时，管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。酶
1777年，苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离出一种液体（胃液），并证明了食物的分解过程可以在体外进行。这样，人们知道了胃液里含有某种能加速肉分解的东西。1834年，德国博物学家施旺把氯化汞加到胃液里，沉淀出一种白色粉末。除去粉末中的汞化合物，把剩下的粉末溶解，得到了一种浓度非常高的消化液，他把这种粉末叫做“胃蛋白酶”（希腊语中的“消化”之意）。至此，科学家又从胃里找到了一种消化食物的催化剂，它是没有生命的“酶”。
同时，两位法国化学家帕扬和佩索菲发现，麦芽提取物中有一种物质，能使淀粉变成糖，变化的速度超过了酸的作用，他们称这种物质为“淀粉酶制剂”（希腊语中的“分离”之意）。
科学家们把酵母细胞一类的活体酵素和像胃蛋白酶一类的非活体（无细胞结构的）酵素做了明确的区分。1878年，德国生理学家库恩提出把后者叫做酶（希腊语中的“在酵母中”之意）。库恩当时根本没有意识到，“酶”这个词以后会变得那么重要、那么普遍。1897年，德国化学家毕希纳用砂粒研磨酵母细胞，把所有的细胞全部研碎，并成功地提取出一种液体。他发现，这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验，证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。
因此，“酶”这个词现在适用于所有的酵素，而且是使生化反应的催化剂。由于这项发现，毕希纳获得了1907年的诺贝尔化学奖。
酶到底是一种什么物质？这个问题使人们困惑了好长时间。美国康奈尔大学的生物化学家萨姆纳与洛克菲勒研究院的化学家通过实验揭开酶的面纱，并因此分享了1946年的诺贝尔化学奖。
酶是生物体内产生的有催化能力的蛋白质，是生命的催化剂。催化剂能加速化学反应，而它本身的量和化学性质在化学反应后不发生改变。
一切酶分子都是由许许多多氨基酸分子组成的高分子蛋白质，分子量在1万～100万之间。天然酶分子有单纯酶与结合酶两类，前者的分子组成只含蛋白质，后者的分子组成中除蛋白质外还含有非蛋白质成分，有的还含有金属离子。酶分子内非蛋白质成分称为辅因，辅因与酶蛋白的结合物称全酶。对于结合酶，只有全酶才能行使催化功能。612
高效催化本领。酶能使化学反应的速度提高10～10倍，一个酶分子在1分钟内能使几百个到几百万个底物分子转化。一个人吃了两个汉堡包，吃后感到肚子饱了。然而过不了几小时又觉得饿了。两个汉堡包里面的淀粉、脂肪和蛋白质到哪里去了呢？它们被消化掉了。它们在酶的催化下变成简单的有机分子，由肠壁吸收了。参加这一化学反应的酶主要是淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶。没有这些酶参加活动，汉堡包可能还是汉堡包，不会发生什么变化。这就是酶的神奇功能。
高度的专一性。一种酶只能催化一种化学反应。到目前为止，在自然界中发现的酶大约有3000种，它们催化的化学反应也有3000种左右。一种酶只控制和调节一种化学反应。一个人患消化不良的病，很可能是缺少胃蛋白酶引起的，吃上一点药用胃蛋白酶就可以治疗。
生物体内分布着不同功能性质的酶，因此具有不同生活习性，如驴、马、牛、羊以草为粮，而豺、狼、虎、豹却以肉为粮。同一生物个体内的不同组织器官也存在功能殊异的酶。消化道内有各种消化酶以助消化、吸收营养物质；肝脏内的酶能合成蛋白质、糖原和脂肪，还能把毒物清除出去；各种腺体内的酶能合成调节新陈代谢的各种激素，甚至男女性征、生儿育女也有赖于酶的参加。
酶对外界条件很敏感，因此很不稳定。高温、强酸、强碱和某些重金属离子会导制酶失去活性，不起作用。酶一般难以保存，给广泛应用带来不小的困难。
根据酶的功能，通常将酶分为：①氧化还原酶类。分氧化酶和脱氢酶两种，在体内参与产能、解毒和某些生理活性物质的合成。②转移酶类。参与核酸、蛋白质、糖及脂肪的代谢与合成。③水解酶类。这类酶催化水解反应，使有机大分子水解成简单的小分子化合物。例如，脂肪酶催化脂肪水解成甘油和脂肪酸，是人类应用最广的酶类。④裂合酶类。这类酶能使复杂的化合物分解成好几种化合物。⑤异构酶类。它专门催化同分异构化合物之间的转化，使分子内部的基团重新排列。例如，葡萄糖和果糖就是同分异构体，在葡萄糖异构酶催化下，葡萄糖和果糖之间就能互相转化。⑥合成酶类。这类酶使两种或两种以上的生命物质化合而成新的物质。
许多酶构成一个有规律的酶系统，它们控制和调节复杂的生命的代谢活动。早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提取、分离、纯化制造各种酶制剂，并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。20世纪70年代后，酶的固定化技术取得了突破，使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。随着第三代酶制剂的诞生，应用各种酶工程技术制造精细化工产品和医药用品及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用，使酶工程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅，并正在与基因工程、细胞工程和微生物工程融为一体，形成一个具有很大经济效益的新型工业门类。
维持生命的营养素——维生素
维生素是人类和动物体生命活动所必需的一类物质，许多维生素是人体不能自身合成的，一般都必须从食物或药物中摄取。当机体从外界摄取的维生素不能满足其生命活动的需要时，就会引起新陈代谢功能的紊乱，导致生病。维生素缺乏病曾经是猖獗一时的严重疾病之一，例如，人体内维生素C缺乏会引起坏血病；维生素B缺乏会引起1脚气病，都曾经是摧毁人类特别是海员和士兵的大敌。维生素
但是，过量或不适当地食用维生素，或者有些人把维生素当成补药，以致造成人体内某些维生素过多症，对身体也是有害的。因此，切莫把维生素看成灵丹妙药。
到目前为止，已经发现的维生素可以分为脂溶性维生素和水溶性维生素两大类。在维生素刚被发现时，它们的化学结构还是未知的，因此，只能以英文字母来命名，如维生素A、维生素B、维生素C。但是不久就发现，某些被认为是单一化合物的维生素原来是由多种化合物组成的，于是就产生了“维生素族”的命名方法。例如，原来认为维生素B是单一的化合物，后来知道它是由多种化合物组成的，这样就需要在维生素B的英文字母下加角标的方法来命名，这就是维生素B、维生素B、维生素B、维生素B。实际上，现在每一种维生素都1256已经有了它的学名（即化学名称）。维生素还都有俗名，但不同国家所用的俗名差别很大，很不规则。维生素A1
维生素A以游离醇或酯的形式存在于动物界。人体所需的维生素1A，大部分来自动物性食物中，在动物脂肪、蛋白、乳汁、肝中，维1生素A的含量丰富。植物界中虽然不存在维生素A，但维生素A的前111体（即维生素A，原由它可以产生维生素A）却广泛分布于植物界，11它就是β-胡萝卜素。植物性食物中的β-胡萝卜素在肠壁内能转变为维生素A，因此含β-胡萝卜素的植物性食物也是人体所需维生素A的来11源。
维生素A影响许多细胞内的新陈代谢过程，在视网膜的视觉反应1中有特殊的作用，而维生素A醛（视黄醛）在视觉过程中起重要作1用。视网膜中有感强光和感弱光的两种细胞，感弱光的细胞中含有一种色素，叫做视紫红质，它是在黑暗的环境中由顺视黄醛和视蛋白结合而成的，在遇光时则会分解成反视黄醛和视蛋白，并引起神经冲动，传入中枢神经产生视觉。视黄醛在体内不断地被消耗，需要维生素A1加以补充。
如果体内缺少维生素A，合成的视紫红质就会减少，使人在弱光1中的视力减退，这就是产生夜盲症的原因，所以维生素A可用于治疗1夜盲症。例如中国民间很早就用羊肝治疗“雀目”（即夜盲症）。
维生素A还与上皮细胞的正常结构和功能有关，缺少维生素A会11导致眼结膜和角膜的干燥和发炎甚至失明。维生素A的缺乏还会引起1皮肤干燥和鳞片状脱落以及毛发稀少、呼吸道的多重感染、消化道感染和吸收能力低下。
人体每天对维生素A的需要量为成人（男）为1000微克；成人1（女）800微克；儿童（1～9岁）为400～700微克。如果提供的是动物性食物中所含的维生素A，数量可略低；如果提供的是植物性食物1中所含的β-胡萝卜素，则数量要略高。钠和钾
这就是维持生命的重要环节。如果细胞内外的钠和钾离子的浓度变得一样，生命活动就要停止。为了阻止细胞内外的钠和钾离子浓度变成一样，全靠细胞膜这个精密的大门来控制。细胞内所需要的离子不够时，细胞膜大门打开，将离子放进去；细胞内离子多余时，也把大门打开，将离子放出来。利用控制离子浓度的方法，维持细胞内外离子浓度的差别，才能维持生命活动。在人体内，钠主要以氯化钠形式存在于细胞外液中，依靠氯化钠可以把一定量的水吸到细胞里面，使人体组织维持一定的水分。
尽管我们的饮食、呼吸和排泄物中不断地有酸和碱的进入和输出，可是我们的血液大体上总是保持中性的。那么，人靠什么来维持这种酸度，或者说，怎样维持这种酸碱平衡呢？这主要靠血浆中的碳酸（由二氧化碳溶于水形成）和碳酸氢钠来共同维持，碳酸和碳酸氢钠组成了缓冲溶液，它既能抗酸，又能抗碱，就维持了血浆的酸碱平衡。
钾是动植物体内一种重要的酶的激活剂。钾离子和酶结合后，才能使酶发挥最大的活性，这需要钾离子的浓度为0.05～0.10摩／升。
在人类有历史记载的年代里，盐就曾经被用作流动货币。有的民族还常常为客人献上一块盐表示好意，这些都说明人类早就知道盐的重要性。对一个人来说，到底在饮食中需要多少盐，是因人、因地、因环境而不同的。通常认为，每人每天大约需要1～2克食盐，其中大部分是在做主、副食时加进去的。盐的平衡又与水的平衡分不开，出汗很多的高温作业的工人要喝盐汽水来补充因出汗太多而损失的大量盐分。对于严重脱水的病人，如果单独补充氯化钠是不够的，还要补充氯化钾，才能保持体内的离子平衡。
人体不必担心缺少钾，因为我们很容易从食物里获得所需要的钾。在我们所吃的植物性和动物性食物里，含钾都比较丰富，这是因为氮、磷、钾是植物生长必需和主要的肥料，而植物又是人的食物，于是，人的食物中所含的钾也不少。但有一点应该引起我们注意，有些人长期吃菜而不喝菜汤，岂不知菜汤中所含的钾离子比菜里还多。钙和镁
钙和镁也是人体组织必需的而且量比较大的金属元素。尽管我们很容易从大多数食物中得到足够多的钙，可是缺钙的病症仍然不是少见的，因为吃进去的钙要通过重重关口才能被人体吸收。一个主要的关口是食物中的许多阴离子会使钙离子沉淀，而不能被人体吸收。例如磷酸根阴离子容易与钙离子形成不溶性的磷酸钙，只有磷酸二氢钙的溶解度比较大，方可被人体吸收，但是很可惜，磷酸二氢钙只有在胃处于酸性条件下才稳定，于是，人体吸收磷酸二氢钙又遇到了难关。
当食物在胃里与胃酸一起搅烂，混匀后来到能吸收钙的十二指肠时，又会很快被碱性的胆质中和，这时钙又被沉淀下来而不被吸收。高蛋白的食物中含磷酸盐较多，而磷酸盐越多，越容易使钙离子沉淀而不能被吸收。
人体所含的大部分钙都在细胞外面，所以钙主要是在骨骼和牙齿这些硬组织里，只有一部分钙留在血浆中，这是人体的钙的仓库，数量虽然不多，但很重要。血浆里虽然也存在着磷酸根离子和碳酸钙沉淀，这是因为钙离子早已和血浆里的蛋白质和其他配位体形成了稳定的络合物。钙先暂时贮存在血浆里作为转运站，需要时再慢慢沉积在骨骼里。
血浆里的钙在血液的凝固过程中也起着微妙的作用。血液在血管里是不会凝固的，但流出来以后就会凝固了。探索它的原因在于钙在把凝血酶原转变成凝血酶时有一定的作用，而凝血酶则在血液凝固时是举足轻重的。
血浆里的钙的运送和传输是由维生素D和副肾上腺素来控制的，由它们来开关吸收钙的大门。钙不够时，打开大门把钙放进血浆中，达到一定浓度后，就把门关死。下一步是血浆里的钙离子和蛋白质结合，组成网架，然后将磷酸二氢钙沉积在网架之中，就好像钢筋中灌入了水泥一样，形成骨骼和牙齿等硬组织。
血液中的钙离子浓度过高也是一种病，称为高血钙病。得了这种病，容易发生尿道结石以及全身性骨骼变粗和软骨钙化。血浆里钙的浓度太高，有时还会使心脏在收缩期突然停止跳动。
细胞内的钙离子大部分与蛋白质结合，存在于细胞膜上，真正处于细胞内的钙离子是很少的。肌肉受到刺激时之所以会收缩，是因为当刺激信号传来时，肌肉细胞里的钙离子浓度突然上升所引起的。只有使钙离子原来的浓度比较低，才能有可能上升，肌肉才有收缩功能。人类的生存与肌肉收缩有着千丝万缕的关系，要通过肌肉收缩来实现呼吸、消化、运动以及说话等活动。可见，钙离子对生命活动有多么重要。
镁离子之所以重要，恐怕要算它与酶的关系了。镁离子是许多酶的激活剂，没有镁，这些酶将失去生命力。为什么许多酶非要有镁离子才能发挥作用呢？其原因有三：第一，镁离子能使酶这种蛋白质保持一定的结构；第二，只有将镁与酶的底物结合起来，酶才能起到催化剂的作用；第三，镁离子可以传递电子，使人体内各种化学反应能顺利进行。碘
碘主要存在于海洋中。海水里的碘化物被海生植物（如海带）吸收后进入这些植物中，海盐中也含有碘，人吃了海生植物和海盐后，碘便参加了人体内的新陈代谢循环。
碘的主要功能是参与甲状腺素的构成，碘集中在甲状腺内转变成甲状腺素和碘化对羟苯基丙氨酸。成人体内含碘20～50毫克，有20％的碘分布在甲状腺内。人体缺碘会引起甲状腺肿大。健康的成人的甲状腺内含碘约8毫克，而甲状腺肿大患者的碘含量可少至1毫克以下。碘
人体所需的碘可以从饮水、食物和食盐中取得，这些物质中的含碘量主要取决于各地区的地质情况。一般情况下，远离海洋的内陆山区，土壤中含碘较少，水和食物中的含碘量也不高，因此，这些地区可能成为地方性甲状腺肿大的高发地区。多数国家对人体碘供给量没有统一的规定，一般认为，成人每日摄入100～200微克的碘，但对强体力劳动者、孕妇、乳母以及正在生长发育的青少年，每日供给的碘量应适当增加。
预防甲状腺胂大，应该经常吃含碘高的海带、紫菜等海产品。内陆山区以采用食盐加碘的方法最为有效，这种盐称为加碘盐。在1吨食盐中，加入10克碘酸钠或碘化钾最为合适。氟
氟与我们的日常生活也有很大的关系。牙科医生在研究饮用水中所含的矿物质与产生龋齿的原因之间的关系时，曾经发现水中所含的少量氟化物可以抑制龋齿的发生。氟化物与牙齿中所含的钙作用，在牙齿表面形成一层坚实的氟化钙保护层，可以防止酸的侵蚀和虫柱。受到这些研究的启发，工厂生产了含氟化物的药物牙膏，如氟化钠牙豪、氟化锶牙膏、氟化亚锡牙膏，被用来预防和治疗龋齿。
在有些地区，水源中的含氟量低，甚至可以采用在饮水中加入控制量的氟化物，以增进牙齿的健康。但是，饮水中氟的含量不是越高越好，含量高了也有害处，例如，氟多了会与体液中的钙离子结合成溶解度小的氟化钙，它们沉积在骨骼里，会引起氟骨症。所以饮水中的含氟量必须控制，太少了不行，太多了则有害。
生命的标志——氨基酸
氨基酸结构氨基酸：含有氨基和羧基的一类有机化合物的通称。生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的有机化合物，氨基一般连在α-碳上。
氨基酸的结构通式：构成蛋白质的氨基酸都是一类含有羧基并在与羧基相连的碳原子下连有氨基的有机化合物，目前自然界中尚未发现蛋白质中有氨基和羧基不连在同一个碳原子上的氨基酸。
天然的氨基酸现已经发现的有300多种，其中人体所需的氨基酸约有22种，分非必需氨基酸和必需氨基酸（人体无法自身合成）。另有酸性、碱性、中性、杂环分类，是根据其化学性质分类的。
1．必需氨基酸（essential amino acid）：指人体（或其他脊椎动物）不能合成或合成速度远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，这些氨基酸称为必需氨基酸。共有8种，其作用分别是：
①赖氨酸（Lysine）：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化；
②色氨酸（Tryptophan）：促进胃液及胰液的产生；
③苯丙氨酸（Phenylalanine）：参与消除肾及膀胱功能的损耗；
④蛋氨酸（又叫甲硫氨酸）（Methionine）：参与组成血红蛋白、有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；
⑤苏氨酸（Threonine）：有转变某些氨基酸达到平衡的功能；
⑥异亮氨酸（Isoleucine）：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺；
⑦亮氨酸（Leucine）：用来平衡异亮氨酸；
⑧缬氨酸（Valine）：作用于黄体、乳腺及卵巢。
8种人体必需氨基酸的记忆口诀
①“赖蛋苏苯挟一亮色（联想记忆法——高中生物老师教的，意义深刻）”
谐音：借（缬氨酸）一（异亮氨酸）两（亮氨酸）本（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）色（色氨酸）书（苏氨酸）来（赖氨酸）
②“笨蛋来宿舍，晾一晾鞋”
笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸）晾（亮氨酸）一晾（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）
③“携带一两本甲硫色书来”
携（缬氨酸）带一（异亮氨酸）两（亮氨酸）本（苯丙氨酸）甲硫（甲硫氨酸）色（色氨酸）书（苏氨酸）来（赖氨酸）
④“一家写两三本书来”
一（异亮氨酸）家（甲硫氨酸）携（缬氨酸）两（亮氨酸）三（色氨酸）本（苯丙氨酸）书（苏氨酸）来（赖氨酸）
其理化特性大致有：
1）都是无色结晶。熔点在230℃以上，大多没有确切的熔点，熔融时分解并放出CO；都能溶于强酸和强碱溶液中，除胱氨酸、酪2氨酸、二碘甲状腺素外，均溶于水；除脯氨酸和羟脯氨酸外，均难溶于乙醇和乙醚。
2）有碱性［二元氨基一元羧酸，例如赖氨酸］、酸性［一元氨基二元羧酸，例如谷氨酸］、中性［一元氨基一元羧酸，例如丙氨酸］3种类型。大多数氨基酸都呈显不同程度的酸性或碱性，呈显中性的较少。所以既能与酸结合成盐，也能与碱结合成盐。
3）由于有不对称的碳原子，呈旋光性。同时由于空间的排列位置不同，又有两种构型：D型和L型，组成蛋白质的氨基酸都属L型。由于以前氨基酸来源于蛋白质水解（现在大多为人工合成），而蛋白质水解所得的氨基酸均为α-氨基酸，所以在生化研究方面氨基酸通常指α-氨基酸。至于β，γ，δ……，ω等的氨基酸在生化研究中用途较小，大都用于有机合成、石油化工、医疗等方面。氨基酸及其衍生物品种很多，大多性质稳定，要避光、干燥贮存。
2．非必需氨基酸：指人（或其他脊椎动物）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸，例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。
可在动物体内合成，作为营养源不需要从外部补充的氨基酸。一般在植物、微生物必需的氨基酸均由自身合成，这些都被称为非必需氨基酸。对人来说非必需氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸（及其胺）、脯氨酸、精氨酸、组氨酸、酪氨酸、胱氨酸。这些氨基酸由碳水化合物的代谢物或由必需氨基酸合成碳链，进一步由氨基转移反应引入氨基生成氨基酸。即使摄取非必需氨基酸，也是对生长有利的。
形形色色的激素
地球上的生物都按着各自的形式进行着生命活动，这些生命活动既繁忙又复杂，可它们总是纹丝不乱、一刻不停地进行着。是什么使得机体各部分之间相互配合、如此协调地完成它们的功能呢？是激素！这是直到20世纪初才被科学家所发现的生物体自己产生的特殊化学物质。1906年，英国的斯塔林最先提出了“激素”这一名词。在有机体内，有一些器官和细胞能产生各种不同的激素，它们像忠实的信徒，随着血液在周身循环流动，把控制正常生命活动的信息带给某些器官和组织。地球上的动物、植物都是通过激素的调节和控制，维持着正常的生命活动的。如果激素的作用受到干扰，就会影响生物体的正常生长，甚至引起病变和死亡。动物体内的激素是由内分泌腺分泌的。人体主要的内分泌腺有脑垂体、松果体、甲状腺、甲状旁腺、胸腺、胰岛、肾上腺和性腺等，分泌的激素有各种促激素、生长激素、甲状旁腺素、胸腺素、胰岛素、肾上腺素、性激素等数十种激素。人类研究得较多的是胰岛分泌的胰岛素。最早开始研究的是两位加拿大科学家班丁和麦克劳德。
班丁1916年从医学院毕业，在第一次世界大战中成为军医，战后在多伦多市当外科住院医师。他的业余爱好就是研究糖尿病。当时人们已在推测糖尿病可能与胰腺分泌的特殊物质有关，并把这一分泌物称为“胰岛素”。因此，有人就用动物的胰腺尝试着治疗糖尿病，但都没有收到预料的效果。班丁认为：糖尿病人服用动物胰腺后，可能胃液将其中的激素破坏了，使它无法进入血液降低血糖。如果将胰腺中的胰岛素分离出来，通过注射进入血液，可能达到降低血糖的作用。但这一设想实施起来却遇到了重重困难。班丁在寻求帮助时，获得了当时著名的实验糖尿病专家、生理学教授麦克劳德的支持。
班丁从未做过系统的实验研究，缺乏测定血糖、尿糖、尿氮的实验技术，于是麦克劳德帮助他进行实验设计。实验结果是提取物确有降低血糖和尿糖的作用，于是，他们开始用提取的方法批量生产胰岛素以供临床治疗之用。他们因此获得了1923年的生理学和医学诺贝尔奖。
当胰岛素分泌不足时，血液中血糖含量升高，随着尿液排出，形成糖尿病；当胰岛素分泌过多时，又会使血糖浓度下降，产生低血糖症。这两种情形都会引起体内糖代谢的紊乱。胰岛素的发现，为临床治疗提供了新的药品，也推动了蛋白质化学的理论研究。胰岛素是由51个氨基酸组成的多肽，各种动物的胰岛素虽然有些差异，但基本结构是相似的。许多科学家都尝试过将51种氨基酸通过人工合成的方法获得胰岛素结晶。1965年，我国科学家经过6年零9个月的工作，在世界上首次用人工的方法合成了具有生物活性的结晶牛胰岛素。1971年，又成功地测定了胰岛素晶体的空间结构。由于胰岛素在临床治疗上需要量很大，人们一直在寻求提高工业生产胰岛素产量的有效方法。随着20世纪70年代基因重组技术的问世，像胰岛素这样的药物就可以通过基因重组细菌发酵生产了。1978年，通过基因重组的大肠杆菌首次成功地产生了人胰岛素。1982年，通过基因工程生产的人胰岛素即投入了商品市场。过去从牛、羊、猪的胰腺中提取胰岛素，如每生产100克猪胰岛素需要从750千克猪胰中提取，工作量大，产量也远远供不应求，价格昂贵。通过基因工程生产胰岛素，每2000升细菌培养液中就可提取100克，而且比猪胰岛素对人体更安全。
在长期细致的观察和实验中发现：除了高等动物以外，昆虫体内也有激素存在，它们个体虽小，但同样有完备的内分泌器官，分泌重要的激素。已发现的昆虫体内激素多达10多种，其中脑激素、保幼激素、蜕皮激素、滞育激素为主要激素。它们共同调节、控制着昆虫的生长、蜕皮、变态、生殖、滞育等生理环节。某种激素缺少或过多，都会对昆虫产生特殊的影响。因此，人们可利用昆虫体内激素变化的规律来控制昆虫的生理过程。例如在害虫的幼虫期，可大量地给予某种激素，促使害虫提前或推迟蜕皮、羽化；扰乱昆虫的正常生活规律，使害虫产生畸形或不育，减少虫害。
另外，昆虫在一定的时间和场合，还能向体外释放具有挥发性的外激素，如性外激素、聚集外激素、警告外激素、追踪外激素等，用来警告、引诱、通知同伴，达到某种目的。
许多雌蛾常在夜间释放性外激素，有时可扩散到几千米以外，雄蛾通过触角感受到这种特殊物质以后，就会飞来同雌蛾交配；当小蠹虫甲虫发现了寄主植物之后，会分泌聚集外激素，把分散的小蠹甲虫聚集到一起；个别蚜虫发现七星瓢虫、草蜻蛉等天敌时，会释放警告外激素，通知同伴警惕；蜜蜂通过释放追踪外激素，使自己不管飞出多远，仍能准确无误地返回蜂箱……
20世纪20年代，人们发现植物体内也有激素——植物激素，它们在植物体内的含量非常少，一般只占植物鲜重的百万分之几，但却有着显著的调节和控制植物生长发育的作用。这些激素包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯等五大类，它们能够促进细胞的生长和分裂、生根、发芽、开花、结果、催熟、防衰老、抑制节间伸长、侧芽生长、休眠、落叶等植物生理活动。
生长素能够促进细胞生长。如果你注意观察的话，会发现窗台上的盆栽花的枝和叶总是向着窗外光线充足的方向生长的，这就是植物的向光性。为什么植物的枝叶会主动朝着向光面呢？因为光线会改变植物体内生长素的分布，向光面的生长素分布少，细胞生长就慢；背光面的生长素分布多，细胞生长较快，这样，枝条就向生长慢的一侧弯曲。植物的向光性使植物能够得到足够的光照，有利于生长。生长素还能促进果实发育，防止落花落果。但如果浓度太高，也能抑制植物的生长。
如果将一块刚收获的马铃薯种到地里，是不可能发芽的，因为马铃薯有休眠期。而赤霉素就有打破某些作物休眠的作用。采用赤霉素打破马铃薯的休眠期，有利于提高出苗率。赤霉素还能大大增加植物的株高，矮玉米经赤霉素处理后可长得跟正常玉米一样高大，它具有跟生长素类似的促进生长的作用。
俗话说：“秋风扫落叶”。其实树叶并不是被秋风吹落的，而是植物体内的脱落酸起的作用。脱落酸能促进叶柄的衰老和脱落，这是植物在长期的进化过程中产生的一种适应。在寒冬到来之前，植物脱去叶片，防止水分大量蒸发，使芽处于休眠状态，抵御寒冷的侵袭。
一箱水果中，只要有一只成熟的果实，就能引起整箱水果很快地成熟。这是因为乙烯的催熟作用。成熟果实能释放出乙烯，这种乙烯能促进邻近果实很快成熟，新成熟的果实又产生大量的乙烯，以致很快导致整箱果实的成熟。另外，乙烯还能促进雌花的发育。
五大类激素共同影响着植物的生理活动，随着科学日新月异的发展，可望在农业生产中更合理地利用这些激素来提高作物产量，为人类提供更富足的农产品，缓解人类所面临的日益严重的粮食和资源危机。
人工酶与限制酶
生物体内的天然酶都是由几百个氨基酸分子组成的蛋白质。酶之所以有很强的催化作用，跟它特有的结构有关。酶有一个活化中心，即它的催化基团。在化学反应中，催化基团处在两个底物小分子中间，把两个小分子紧紧地拉在周围，使它们结合起来。这就好比一个大人的两只手拉住两个小孩使他们亲近。酶的这种作用能大大加速生物化学反应。
自然界里的酶往往难以提纯，生产成本又高，于是寻求人工合成酶就成为热门的研究课题。
研制人工酶还处在开始阶段，经过几年的努力已经取得重大的进展。目前研制的人工酶，它的催化速度已接近天然酶，也就是说能使化学反应的速度提高1亿倍以上（天然酶通常是100亿～10000亿倍）。只要设计得当，人工酶的催化速度还可以提高。这就足以说明，在酶工程研究领域，人工酶是大有可为的。
在细菌内存在的一类能识别并水解外源DNA限制性内切酶，它具有极好的专一性，能识别DNA上的特定位点，将DNA的两条链都切断，形成粘性末端或平末端。DNA经限制酶切割后产生的具有碱基互补单链的末端称为粘性末端。限制酶的生物学功能在于降解外面侵入的DNA而不降解自身细胞中的DNA，因自身DNA的酶切位点经修饰酶的甲基化修饰而受到保护。限制酶较为稳定，常用的约100多种并已转化为商品。限制酶在分析染色体结构、制作DNA的限制酶图谱、测定较长DNA序列以及基因的分离、基因的体外重组等研究中是不可缺少的重要工具酶。
生命密码揭秘
从豌豆到遗传规律
孟德尔选用豌豆做遗传试验有特定的理由：孟德尔发现，豌豆是闭花授粉的植物，由于长期的闭花授粉，保证了豌豆的纯洁性，也就是说，一个开红花的豌豆品种，后代也开红花，高杆的豌豆后代也绝对不会出现矮杆的；在豌豆中，红花与白花、高杆与矮杆、圆粒与皱粒是那样泾渭分明。这些泾渭分明的一对一对的豌豆花色、粒形等称为相对性状。正是由于豌豆的遗传相对性状泾渭分明，而闭花授粉的特孟德尔点，又使它们的遗传相对性状十分稳定，用具有这样特点的植物作研究，很容易观察到受异种花粉影响的效果。豌豆虽然是闭花植物，但花形比较大，用人工的办法拔除豌豆花中的雄蕊，给雌花送上花粉是容易办到的。
孟德尔胸有成竹地开始了前人没有进行过的遗传实验。他一丝不苟地拔除了红花豌豆的雄花，送上白花豌豆的花粉，得到了杂种第一代（F），第一代种子长出的豌豆开的是红花，让这第一代豌豆闭花授粉，得到了第二代种子，当第二代种子长出的植株开花时，除了3／4的植株开红花外，还有1／4的植株开的是白花。他把第一代出现的那个亲本的性状叫做显性性状，而未表现出来的那个亲本性状就叫做隐性性状。把第二代中两个亲本的性状同时出现的现象称为“分离现象”。孟德尔在用豌豆做杂交试验时，仔细地观察了如下7对差别鲜明的性状：
花的颜色：红色与白色；
种子的形状：圆形和皱形；
叶子的颜色：黄色和绿色；
开花的位置：腋生（即枝叉生）和顶生；
成熟豆荚的形状：饱满和萎缩；
植株的高度：高和矮。
最初的试验是将上述单个性状上有明显差别的两种豌豆（亲本）杂交，上述7组相对性状分别做了7次杂交。7次杂交的结果具有惊人的一致性。那就是杂种一代都只出现一个亲本的性状，例如开红花的植株与开白花的植株杂交，杂种一代总是清一色的红花；子叶是黄色的豌豆与子叶是绿色的豌豆杂交，子一代（F）总是具有黄色子叶的性状等等，这种在杂种一代中只出现杂交双亲中一个亲本性状的现象在孟德尔观察的7对相对性状的杂交中，无一例外。此外，当杂种一代自花授粉时，得到了杂种二代种子。在7次杂交的杂种二代中，都出现了二个杂交亲本的性状，即都出现分离现象。更有趣的是杂种二代中，第一代出现过的那个亲本的性状（即显性性状）和第一代未出现的那个亲本的性状（即隐性性状）都为3∶1。
基因是什么
基因是有遗传效应的DNA片断，是控制生物性状的基本遗传单位。
人们对基因的认识是不断发展的。19世纪60年代，遗传学家孟德尔就提出了生物的性状是由遗传因子控制的观点，但这仅仅是一种逻辑推理的产物。20世纪初期，遗传学家通过果蝇的遗传实验，认识到基因存在于染色体上，并且在染色体上是呈线性排列，从而得出了染色体是基因载体的结论。
20世纪50年代以后，随着分子遗传学的发展，尤其是沃森基 因和克里克提出双螺旋结构以后，人们才真正认识了基因的本质，即基因是具有遗传效应的DNA片断。研究结果还表明，每条染色体只含有1～2个DNA分子，每个DNA分子上有多个基因，每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基序列）不同，因此，不同的基因就含有不同的遗传信息。1994年中科院曾邦哲提出了系统遗传学的概念与原理，探讨猫之为猫、虎之为虎的基因逻辑与语言，提出基因之间相互关系与基因组逻辑结构及其程序化表达的发生研究。
基因有两个特点：一是能忠实地复制自己，以保持生物的基本特征；二是基因能够“突变”，突变绝大多数会导致疾病，另外的一小部分是非致病突变。非致病突变给自然选择带来了原始材料，使生物可以在自然选择中被选择出最适合自然的个体。
含特定遗传信息的核苷酸序列是遗传物质的最小功能单位。除某些病毒的基因由核糖核酸（RNA）构成以外，多数生物的基因由脱氧核糖核酸（DNA）构成，并在染色体上作线状排列。“基因”一词通常指染色体基因。在真核生物中，由于染色体都在细胞核内，所以又称为核基因。位于线粒体和叶绿体等细胞器中的基因则称为染色体外基因、核外基因或细胞质基因，也可以分别称为线粒体基因、质粒和叶绿体基因。
在通常的二倍体的细胞或个体中，能维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染色体称为染色体组或基因组，一个基因组中包含一整套基因。相应的全部细胞质基因构成一个细胞质基因组，其中包括线粒体基因组和叶绿体基因组等。原核生物的基因组是一个单纯的DNA或RNA分子，因此又称为基因带，通常也称为它的染色体。
基因在染色体上的位置称为座位，每个基因都有自己特定的座位。凡是在同源染色体上占据相同座位的基因都称为等位基因。在自然群体中往往有一种占多数的（因此常被视为正常的）等位基因，称为野生型基因；同一座位上的其他等位基因一般都直接或间接地由野生型基因通过突变产生，相对于野生型基因，称它们为突变型基因。在二倍体的细胞或个体内有两个同源染色体，所以每一个座位上有两个等位基因。如果这两个等位基因是相同的，那么就这个基因座位来讲，这种细胞或个体称为纯合体；如果这两个等位基因是不同的，就称为杂合体。在杂合体中，两个不同的等位基因往往只表现一个基因的性状，这个基因称为显性基因，另一个基因则称为隐性基因。在二倍体的生物群体中等位基因往往不止两个，两个以上的等位基因称为复等位基因。不过有一部分早期认为是属于复等位基因的基因，实际上并不是真正的等位，而是在功能上密切相关、在位置上又邻接的几个基因，所以把它们另称为拟等位基因。某些表型效应差异极少的复等位基因的存在很容易被忽视，通过特殊的遗传学分析可以分辨出存在于野生群体中的几个等位基因。这种从性状上难以区分的复等位基因称为同等位基因。许多编码同工酶的基因也是同等位基因。
属于同一染色体的基因构成一个连锁群（见连锁和交换）。基因在染色体上的位置一般并不反映它们在生理功能上的性质和关系，但它们的位置和排列也不完全是随机的。在细菌中编码同一生物合成途径中有关酶的一系列基因常排列在一起，构成一个操纵子（见基因调控）；在人、果蝇和小鼠等不同的生物中，也常发现在作用上有关的几个基因排列在一起，构成一个基因复合体或基因簇或者称为一个拟等位基因系列或复合基因。
人类基因组计划
人类基因组计划是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和中国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。换句话说，就是要揭开组成人体10万个基因的30亿个碱基对的秘密。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。
1986年，诺贝尔奖获得者Renato Dulbecco发表短文《肿瘤研究的转折点：人类基因组测序》。文中指出：如果我们想更多地了解肿瘤，我们从现在起必须关注细胞的基因组。……从哪个物种着手努力？如果我们想理解人类肿瘤，那就应从人类开始。……人类肿瘤研究将因对DNA的详细知识而得到巨大推动。”
什么是基因组（Genome）？基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。
为什么选择人类的基因组进行研究？因为人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。
测出人类基因组DNA的30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因，找出它们在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。
在人类基因组计划中，还包括对5种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的5种“模式生物”。
HGP的目的是解码生命，了解生命的起源，了解生命体生长发育的规律，认识种属之间和个体之间存在差异的起因，认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象，为疾病的诊治提供科学依据。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]