㈠ 生物化學方面的問題
生物化學是一門邊緣學科，研究的是生命的化學，所以與其它有關的生物學科必然有或多或少的關系。生物學科總是互相為用，互相滲透的。生物體不只一種，因此生物化學有研究動物（包括昆蟲）方面的，也有研究植物方面的，還有研究微生物方面的。它們之間有差異、也有共同之處。生物化學在醫葯、衛生、農業及工業等方面都有應用，是一門基礎醫學學科，也是一門基礎農學學科，而在工業上，如食品加工、釀造、制葯、生物制劑制備、以及製革等上，都有應用。
（一）生物化學是從有機化學及生理學發展起來的
一直到現在，它與有機化學及生理學之間，仍然關系密切。了解生物分子的結構及性質，並將其合成，乃是有機化學和生物化學的共同課題；在分子水平上弄清生理功能，顯然是生理學和生物化學的一個共同目的。從現在的趨向來看，生理學是在更多地採用生物化學的方法，使用生物化學的指標，以解釋許多生理現象。
（二）微生物學及免疫學
在研究病原微生物的代謝、病毒的化學本質，以及防治措施等，無不應用生物化學的知識和技術。就免疫學而言，不論是體液免疫，還是細胞免疫，都必須在分子水平上，才能闡明機理問題，近來一些生物化學家常以微生物，尤其是細菌為研究材料；這樣，一方面可驗證在動物體內得到的結果，另一方面由於細菌繁殖生長極其迅速，為在分子水平上研究遺傳，提供有利條件；於是應運而生出生化遺傳學，又稱分子遺傳學，進而又派生出遺傳工程學。由此不難看出，生物化學與微生物學、免疫學及遺傳學之間的關系是何等密切。
（三）生物物理學是從生物化學發展起來的
主要應用物理學的理論和方法來研究生物體內各種生物分子的性質和結構，能量的轉變，以及生物體內發生的一些過程，如生物發電及發光。生物物理學與生物化學總是相輔相成的。隨著量子化學的發展，生物體內化學反應的機理，特別是酶促反應的機理，將來必定要應用生物分子內及作用物分子內電子結構的改變來加以說明。
（四）近代葯理學往往以酶的活性、激素的作用及代謝的途徑等為其發展的依據，於是出現了生化葯理學及分子葯理學等。病理生理學也注重運用生物化學的原理及方法來研究生理功能的失調及代謝途徑的紊亂。甚至，組織學、病理解剖學及寄生蟲學等學科，也開始應用生物化學的知識和方法，以探討和解決它們的問題。這些學科的名稱之前，現在多冠以「分子」字樣，就是這方面的一個證明。
（五）生物化學稱為醫學學科的基礎，在醫葯衛生的各學科中廣泛應用，是理所當然的。事實也是如此。臨床醫學及衛生保健，在分子水平上，探討病因，作出論斷，尋求防治，增進健康，莫不運用生物化學的知識和技術。鐮狀細胞性貧血已被證明是血紅蛋白β鏈N未端第六位上的谷氨酸為纈氨酸所取代的結果。關於許多疾病的防治方面，免疫化學無疑是醫務工作者所熟知的一種重要的預防、治療及診斷手段。腫瘤的治療，不論是放射療法，抑或是化學療法，都是使腫瘤細胞中重要的生物分子，如DNA、RNA、蛋白質等分子，改變或破壞其結構，或抑制其生物合成。放射療法主要是對DNA起作用。而抗腫瘤葯物，如抗代謝物、烷化劑、有絲分裂抑制劑及抗生素等，有的在DNA生物合成中起作用，有的在RNA生物合成中起作用，還有的在蛋白質生物合成中起作用，當然不能除外有的葯物能抑制不只一種生物合成過程。只要這三種生物分子中任何一種的生物合成有阻礙，都會使腫瘤細胞遭到不同程度的打擊，其最致命的要算是破壞DNA的生物合成了，至於用生物化學的方法及指標作為診斷的手段，最為人們所熟知的莫若肝炎診斷中的血液谷丙轉氨酶了。總之，生物化學在臨床醫學及衛生保建上的應用的例子是很多的。
（一）物質組成及生物分子
生物體是由一定的物質成分按嚴格的規律和方式組織而成的。人體約含水55－67％，蛋白質 15～18％，脂類 10～15％，無機鹽3～4％ 及糖類1～2％等。從這個分析來看，人體的組成除水及無機鹽之外，主要就是蛋白質、脂類及糖類三類有機物質。其實，除此三大類之外，還有核酸及多種有生物學活性的小分子化合物，如維生素、激素、氨基酸及其衍生物、肽、核苷酸等。若從分子種類來看，那就更復雜了。以蛋白質為例，人體內的蛋白質分子，據估計不下100000種。這些蛋白質分子中，極少與其它生物體內的相同。每一類生物都各有其一套特有的蛋白質；它們都是些大而復雜的分子。其它大而復雜的分子，還有核酸、糖類、脂類等；它們的分子種類雖然不如蛋白質多，但也是相當可觀的。這些大而復雜的分子稱為「生物分子」。生物體不僅由各種生物分子組成，也由各種各樣有生物學活性的小分子所組成，足見生物體在組成上的多樣性和復雜性。
大而復雜的生物分子在體內也可降解到非常簡單的程度。當生物分子被水解時，即可發現構成它們的基本單位，如蛋白質中的氨基酸，核酸中的核苷酸，脂類中脂肪酸及糖類中的單糖等。這些小而簡單的分子可以看作生物分子的構件，或稱作「構件分子」。它們的種類為數不多，在每一種生物體內基本上都是一樣的。實際上，生物體內的生物分子僅僅是由不多幾種構件分子借共價鍵連接而成的。由於組成一個生物分子的構件分子的數目多，它的分子就大；因為構件分子不只一種，而且其排列順序又可以是各種各樣，由此而形成的生物分子的結構，當然就復雜。不僅如此，某些生物分子在不同情況下，還會具有不同的立體結構。生物分子的種類是非常多的。自然界約一百三十餘萬種生物體中，據估計總大約有1010～ 1012種蛋白質及1010種核酸；它們都是由一些構件分子所組成。構件分子在生物體內的新陳代謝中，按一定的組織規律，互相連接，依次逐步形成生物分子、亞細胞結構、細胞組織或器官，最後在神經及體液的溝通和聯系下，形成一個有生命的整體。
（二）物質代謝
生物體內有許多化學反應，按一定規律，繼續不斷地進行著。如果其中一個反應進行過多或過少，都將表現為異常，甚至疾病。一旦這些反應停止，生命即告終結。
生物體內參加各種化學反應的分子和離子，不僅有生物分子，而更多和更主要的還是小的分子及離子。有人認為，沒有小分子及離子的參加，不能移動或移動不便的生物分子便不能產生各種生命攸關的生物化學反應。沒有二磷酸腺苷（ADP）及三磷酸腺苷（ATP）這樣的小分子作為能量接受、儲備、轉運及供應的媒介，則體內分解代謝放出的能，將會散發為熱而被浪費掉，以致一切生理活動及合成代謝無法進行。再者，如果沒有Mg2+、Mn2+、Ca2+、K+等離子的存在，體內許多化學反應也不會發生，憑借各種化反應，生物體才能將環境中的物質（營養素）及能量加以轉變、吸收和利用。營養素進人體內後，總是與體內原有的混合起來，參加化學反應。在合成反應中，作為原料，使體內的各種結構能夠生長、發育、修補、替換及繁殖。在分解反應中，主要作為能源物質，經生物氧化作用，放出能量，供生命活動的需要，同時產生廢物，經由各排泄途徑排出體外，交回環境，這就是生物體與其外環境的物質交換過程，一般稱為物質代謝或新陳代謝。據估計一個人在其一生中（按60歲計算），通過物質代謝與其體外環境交換的物質約相當於60000kg水，10000kg糖類，1600kg蛋白及1000kg脂類。
（三）物質代謝的調節控制
物質代謝的調節控制是生物體維持生命的一個重要方面。物質代謝中絕大部分化學反應是在細胞內由酶促成，而且具有高度自動調節控制能力。這是生物的重要特點之一。一個小小的活細胞內，幾近兩千種酶，在同一時間內，催化各種不同代謝中各自特有的化學反應。這些化學反應互不妨礙，互不幹擾，各自有條不紊地以驚人的速度進行著，而且還互相配合。結果，不論是合成代謝還是分解代謝，總是同時進行到恰到好處。以蛋白質為例，用人工合成，即使有眾多高深造詣的化學家，在設備完善的實驗室里，也需要數月以至數年，或能合成一種蛋白質。然而在一個活細胞里，在37℃及近於中性的環境中，一個蛋白質分子只需幾秒鍾，即能合成，而且有成百上千個不相同的蛋白質分子，幾乎象在同一個反應瓶中那樣，同時在進行合成，而且合成的速度和量，都正好合乎生物體的需要。這表明，生物體內的物質代謝必定有盡善盡美的安排和一個調節控制系統。根據現有的知識，酶的嚴格特異性、多酶體系及酶分布的區域化等的存在，可能是各種不同代謝能同時在一個細胞內有秩序地進行的一個解釋。在調節控制方面，動物體內，除神經體液發揮著重要作用之外，作用物的供應及輸送、產物的需要及反饋抑制，基因對酶的合成的調控，酶活性受酶結構的改變及輔助因子的豐富與缺乏的影響等因素，亦不可忽視。
（四）結構與功能
組成生物體的每一部分都具有其特殊的生理功能．從生物化學的角度，則必須深入探討細胞、亞細胞結構及生物分子的功能。功能來自結構。欲知細胞的功能，必先了解其亞細胞結構；同理，要知道一種亞細胞結構的功能，也必先弄清構成它的生物分子。關於生物分子的結構與其功能有密切關系的知識，已略有所知。例如，細胞內許多有生物催化劑作用的蛋白質——酶；它們的催化活性與其分子的活性中心的結構有著密切關系，同時，其特異性與其作用物的結構密切相關；而一種變構酶的活性，在某種情況下，還與其所催化的代謝途徑的終末產物的結構有關。又如，胞核中脫氧核糖核酸的結構與其在遺傳中的作用息息相關；簡而言之，DNA中核苷酸排列順序的不同，表現為遺傳中的不同信息，實際是不同的基因。生物化學近年來在這方面的發展極為迅速，有人將這部分內容叫作分子生物學。
在生物化學中，有關結構與功能關系的研究，才僅僅開始；尚待大力研究的問題很多，其中重大的，有亞細胞結構中生物分子間的結合，同類細胞的相互識別、細胞的接觸抑制、細胞間的粘合、抗原性、抗原與抗體的作用、激素、神經介質及葯物等的受體等。
（五）繁殖與遺傳
生物體有別干無生物的另一突出特點是具有繁殖能力及遺傳特性。一切生物體都能自身復制；復製品與原樣幾無差別，且能代代相傳，這就是生物體的遺傳特性。遺傳的特點是忠實性和穩定性，三十多年前，對遺傳的了解，還不夠深入。基因還只是一個神秘莫測的術語。近年來，隨著生物化學的發展，已經證實，基因只不過是DNA分子中核苷酸殘基的種種排列順序而已。現在DNA分子的結構已不難測得，遺傳信息也可以知曉，傳遞遺傳信息過程中的各種核糖核酸也已基本弄清，不但能在分子水平上研究遺傳，而且還有可能改變遺傳，從而派生出遺傳工程學。如果能將所需要的基因提出或合成，再將其轉移到適當的生物體內去，以改變遺傳、控制遺傳，這不但能解除人們一些疾患，而且還可以改良動、植物的品種，甚至還可能使一些生物，尤其是微生物，更好為人類服務，可以預見在不遠的將來，這一發展將為人類的幸福作出巨大的貢獻。
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，其發展可追溯到遠古。我國古代勞動人民在飲食、營養、醫、葯等方面都有不少創造和發明，生物化學的發展可分為：敘述生物化學、動態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，是促進穀物中主要成分的澱粉轉化為酒的媒介物。現在我國生物化學工作者將促進生物體內化學反應的媒介物（即生物催化劑）統稱為酶，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，是大麥芽中的澱粉酶水解穀物中澱粉的產物。《周禮》稱飴為五味之一。不但如此，在這同時，還能將酒發酵成醋。醋亦為五味之一。《周禮》上已有五味的描述。可見我國在上古時期，已使用生物體內一類很重要的有生物學活性的物質——酶，為飲食製作及加工的一種工具。這顯然是酶學的萌芽時期。
2.營養方面：《黃帝內經·素問》的「藏氣法時論」篇記載有「五穀為養，五畜為益，五果為助，五菜為充」，將食物分為四大類，並以「養」、「益」、「助」、「充」表明在營養上的價值。這在近代營養學中，也是配製完全膳食的一個好原則。谷類含澱粉較多，蛋白質亦不少，宜為人類主食，是生長、發育以及養生所需食物中之最主要者；動物食品含蛋白質，質優且豐富，但含脂肪較多，不宜過多食用，可用以增進谷類主食的營養價值而有益於健康，果品及蔬菜中無機鹽類及維生素較為豐富，且屬於粗纖維，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。盂詵（公元7世紀）著《食療本草》及昝殷（約公元8世紀）著《食醫必鑒》等二書，是我國最早的膳食療法書籍。宋朝的《聖濟總錄》（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方法，並編寫成《飲膳正要》。由此可看出我國古代醫務工作者應用營養方面的原理，試圖治療疾患的一些端倪。
3.醫葯方面：我國古代醫學對某些營養缺乏病的治療，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、紫菜等海產品防治。公元 4世紀，葛洪著《肘後百一方》中載有用海藻酒治療癭病的方法。唐·王燾（公元8世紀）的《外台秘要》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。釀酒用的曲及中葯中的神曲（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。夜盲症古稱「雀目」，是一種缺乏維主素A的病症。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。這些葯物都是含有維生素A原的植物。
我國研究葯物最早者據傳為神農。神衣後世又稱炎帝，是始作方書，以療民疾者。《越絕書》上有神農嘗百草的記載。自此以後，我國人民開始用天然產品治療疾病，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（蟾蜍皮膚疣的分泌物）治創傷，羚羊角治中風，雞內金止遺尿及消食健胃等。而最值得一提的是秋石。秋石是從男性尿中沉澱出的物質，用以治病者。其製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，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，現仍可在《蘇沈良方》中尋著。其詳細製法，在《本草綱目》上亦有記載，可概括為用皂角汁將類固醇激素，主要為睾酮，從男性尿中沉澱出來，反復熬煎製成結晶，名為秋石。皂角汁中含有皂角苷，是常用以提煉固醇類物質的試劑。這樣看來，人類利用動物產品，調節生理功能，治療疾病是從10世紀開始，實為內分泌學的萌芽。
明代李時珍（公元1522～1596年）撰著《本草綱目》，凡52卷，共載葯物1800餘種，其中除植物葯物外，尚載魚類63種，獸類123種，昆蟲百餘種，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。這一巨著不但集葯物之大成，對生物化學的發展也不無貢獻。
這樣看來，中國古代在生物化學的發展上，是有一定貢獻的。但是由於歷代封建王朝的尊經崇儒，斥科學為異端，所以近代生物化學的發展，歐洲就處於領先地位。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代生物化學基礎的工作。隨後，Lavoisier於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）在發酵上，以及Liebig（1803～1873年）在生物物質的定量分析上，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代謝的一種主要產物，人工合成尿素的成功，不但為有機化學掃清了障礙，也為生物化學發展開辟了廣闊的道路。自此直到20世紀初葉，對生物體內的物質，如脂類、糖類及氨基酸的研究，核質及核酸的發現，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，在催化糖類發酵上獲得成功，開辟了發酵過程在化學上的研究道路，奠定了酶學的基礎。9年之後，Harden與Young又發現發酵輔酶的存在，使酶學的發展更向前推進一步。
以上包括我國古代及歐洲的發明創造、研究發現，均可算是生物化學的萌芽時期，雖然也有生物體內的一些化學過程的發現和研究，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展時期。在營養方面，研究了人體對蛋白質的需要及需要量，並發現了必需氨基酸、必需脂肪酸、多種維生素及一些不可或缺的微量元素等。在內分泌方面，發現了各種激素。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於1926年分離出尿酶，並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，酶的蛋白質性質就得到了肯定，對其性質及功能才能有詳盡的了解，使體內新陳代謝的研究易於推進。在這一時期，我國生物化學家吳憲等在血液分析方面創立了血濾液的制備及血糖的測定等方法，至今還為人們所採用；在蛋白質的研究中，提出了蛋白質變性學說；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；在營養方面，比較葷膳與素膳的營養價值，並發現動物的消化道可因膳食中營養素價值的不同及豐富與否而發生一定的改變；食素膳者與食葷膳者相比，胃稍大而腸較長。自此以後，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在生物體內的化學變化，故對各種物質代謝途徑及其中心環節的三羧酸循環，已有了一定的了解。第二次世界大戰後，特別從50年代開始，生物化學的進展突飛猛進；對體內各種主要物質的代謝途徑均已基本搞清楚，所以，這個時期可以看作動態生物化學階段。
（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，還有特別適用於分離生物大分子的超速離心法；在測定物質的化學組成時，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和結構。在知道生物分子的結構之後，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，生物化學家也常常採用人工培養的細胞及繁殖迅速的細菌，作為研究材料，並用現代的先進手段，不但把糖類、脂類及蛋白質的分解代謝途徑弄得更清楚，而且還將糖類、脂類、蛋白質、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生物合成及遺傳中的作用。體內構成各種器官及組織的組成成分都有其特殊的功能，而功能則來源於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。