生物電化學(xué)怎么樣 生物化學(xué)研究?jī)?nèi)容主要包括

生物電化學(xué)的研究領(lǐng)域，什么是“生物電化學(xué)？生物電化學(xué)這一學(xué)科是如何建立的？

本文導(dǎo)航

• 生物化學(xué)研究?jī)?nèi)容主要包括
• 生物化學(xué)與分子生物學(xué)區(qū)別
• 生物化學(xué)物理學(xué)哪個(gè)有前途

生物化學(xué)研究?jī)?nèi)容主要包括

近幾十年來(lái)生物電化學(xué)發(fā)展非常迅速 ，其研究分別在分子、細(xì)胞和生物組織等三個(gè)不同層次上進(jìn)行。目前的研究領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)方面：1.生物膜與生物界面模擬研究主要研究膜的電化學(xué)熱力學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)的跨膜傳輸和生物電的傳遞等現(xiàn)象。(1)SAM膜模擬生物膜的電化學(xué)研究SAM是基于長(zhǎng)鏈有機(jī)分子在基底材料表面的強(qiáng)烈化學(xué)結(jié)合和有機(jī)分子鏈間相互作用自發(fā)吸附在固/液或氣/固界面,形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、能量最低的有序膜。在單分子層中分子定向、有序、緊密地排列在一起,并且膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可以通過(guò)改變分子的頭基、尾基以及鏈的類型和長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)。因此，SAM成為研究各種復(fù)雜界面現(xiàn)象，如膜的滲透性、摩擦、磨損、濕潤(rùn)、粘結(jié)、腐蝕、生物發(fā)酵、表面電荷分布以及電子轉(zhuǎn)移理論的理想模型體系。有關(guān)SAM的電化學(xué)主要是用電化學(xué)方法研究SAM的絕對(duì)覆蓋量、缺陷分布、厚度、離子通透性、表面電勢(shì)分布、電子轉(zhuǎn)移等。利用SAM可研究溶液中的氧化還原物種與電極間的跨膜(跨SAM)電子轉(zhuǎn)移,以及電活性SAM本身與電極間的電子轉(zhuǎn)移。在膜電化學(xué)中，硫醇類化合物在金電極表面形成的SAM是最典型的和研究最多的體系。因?yàn)殚L(zhǎng)鏈硫醇類化合物在分子尺寸、組織模型和膜的自然形成三方面很類似于天然的生物雙層膜，同時(shí)它具有分子識(shí)別功能和選擇性響應(yīng),且穩(wěn)定性高。所以硫醇類化合物在金電極上形成的SAM對(duì)仿生研究有重要意義。例如可用SAM表面分子的選擇性來(lái)研究蛋白質(zhì)的吸附作用；以烷基硫醇化合物在金上的SAM膜為基體研究氧化還原蛋白質(zhì)中電子的長(zhǎng)程和界面轉(zhuǎn)移機(jī)制等；在硫醇SAM上沉積磷脂可較容易地構(gòu)造雙層磷脂膜，以SAM來(lái)模擬雙層磷脂膜的準(zhǔn)生物環(huán)境和酶的固定化使酶進(jìn)行直接電子轉(zhuǎn)移已在生物傳感器的研究中得到應(yīng)用。如以胱氨酸或半胱氨酸為SAM,通過(guò)縮合反應(yīng)鍵合上媒介體(如TCNQ、二茂鐵、醌類等)和酶可構(gòu)成測(cè)葡萄糖、谷胱甘肽、膽紅素、蘋(píng)果酸等的多種生物傳感器。(2)　液/液界面模擬生物膜的電化學(xué)研究所謂液/液(L/L)界面是指在兩種互不相溶的電解質(zhì)溶液之間形成的界面,又稱為油/水(O/W)界面。有關(guān)L/L界面電化學(xué)的研究范圍很廣,包括L/L界面雙電層、L/L界面上的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理及動(dòng)力學(xué)、生物膜模擬、以及電化學(xué)分析應(yīng)用等。L/L界面可以看作與周?chē)娊赓|(zhì)接觸的半個(gè)生物膜模型。生物膜是一種極性端分別朝細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外水溶液的磷脂自組裝結(jié)構(gòu),磷脂的親脂鏈形成像油一樣的膜內(nèi)層。因此,從某種意義上來(lái)說(shuō),吸附著磷脂單分子層的L/L界面非常接近于生物膜/水溶液界面。磷脂是非常理想的實(shí)驗(yàn)材料,它能很好地吸附在L/L界面上。電荷或電勢(shì)和磷脂單分子層表面張力之間的偶聯(lián)作用被認(rèn)為是細(xì)胞和細(xì)胞中類脂質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本驅(qū)動(dòng)力?？梢?jiàn),L/L界面生物電化學(xué)是一很有生命力的研究領(lǐng)域,將繼續(xù)受到人們的廣泛重視。生物細(xì)胞膜是一種特殊類型的半透膜。細(xì)胞膜對(duì)K+Cl-Na+等離子的通透性也不相同。細(xì)胞膜內(nèi)外的K+Cl-Na+等離子的濃度不同，因此產(chǎn)生的膜電勢(shì)稱為(細(xì)胞)生物膜電勢(shì)。不同的電流通過(guò)動(dòng)物細(xì)胞膜，死的細(xì)胞和活的細(xì)胞的表現(xiàn)不同。2.生物電化應(yīng)用技術(shù)由于生命現(xiàn)象與電化學(xué)過(guò)程密切相關(guān),因此電化學(xué)方法在生命科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，主要有：電脈沖基因直接導(dǎo)入、電場(chǎng)加速作物生長(zhǎng)、癌癥的電化學(xué)療法、電化學(xué)控制藥物釋放、在體研究的電化學(xué)方法、生物分子的電化學(xué)行為、血栓和心血管疾病的電化學(xué)研究、骨骼的電生長(zhǎng)、心電圖和腦電圖的研究、生物電池等。電脈沖基因直接導(dǎo)入是基于帶負(fù)電的質(zhì)粒DNA或基因片斷在高壓脈沖電場(chǎng)的作用下被加速“射”向受體細(xì)胞,同時(shí)在電場(chǎng)作用下細(xì)胞膜的滲透率增加(介電擊穿效應(yīng)),使基因能順利導(dǎo)入受體細(xì)胞。由于細(xì)胞膜的電擊穿的可逆性,除去電場(chǎng),細(xì)胞膜及其所有的功能都能恢復(fù)。此法已在分子生物學(xué)中得到應(yīng)用。細(xì)胞轉(zhuǎn)化效率高，可達(dá)每微克DNA1010個(gè)轉(zhuǎn)化體,是用化學(xué)方法制備的感受態(tài)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率的10～20倍。電場(chǎng)加速作物生長(zhǎng)是很新的研究課題。Matsuzaki等報(bào)道過(guò)玉米和大豆苗在含0.5mmol/l K2SO4培養(yǎng)液中培養(yǎng),同時(shí)加上20Hz,3V或4V(峰 峰)的電脈沖，6天后與對(duì)照組相比，秧苗根須發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)明顯加速。其原因可能是電場(chǎng)激勵(lì)了生長(zhǎng)代謝的離子泵作用。癌癥的電化學(xué)療法是瑞典放射醫(yī)學(xué)家Nordenstrom開(kāi)創(chuàng)的治療癌癥的新方法。其原理是:在直流電場(chǎng)作用下，引起癌灶內(nèi)一系列生化變化,使其組織代謝發(fā)生紊亂，蛋白質(zhì)變性、沉淀壞死，導(dǎo)致癌細(xì)胞破滅。一般是將鉑電極正極置于癌灶中心部位，周?chē)?～5根鉑電極作負(fù)極，加上6～10V的電壓，控制電流為30～100mA，治療時(shí)間2～6小時(shí)，電量為每厘米直徑癌灶100～150庫(kù)侖。此療法已推廣用于肝癌、皮膚癌等的治療。對(duì)體表腫瘤的治療尤為簡(jiǎn)便、有效?？刂扑幬镝尫偶夹g(shù)是指在一定時(shí)間內(nèi)控制藥物的釋放速度、釋放地點(diǎn)，以獲得最佳藥效，同時(shí)緩慢釋放有利于降低藥物毒性。電化學(xué)控制藥物釋放是一種新的釋放藥物的方法，這種方法是把藥物分子或離子結(jié)合到聚合物載體上，使聚合物載體固定在電極表面，構(gòu)成化學(xué)修飾電極，再通過(guò)控制電極的氧化還原過(guò)程使藥物分子或離子釋放到溶液中。藥物在載體聚合物上的負(fù)載方式分為共價(jià)鍵合型和離子鍵合型負(fù)載兩類。共價(jià)鍵合負(fù)載是通過(guò)化學(xué)合成將藥物分子以共價(jià)鍵方式鍵合到聚合物骨架上，然后利用涂層法將聚合物固定在固體電極表面形成聚合物膜修飾電極，在氧化或還原過(guò)程中藥物分子與聚合物之間的共價(jià)鍵斷裂，使得藥物分子從膜中釋放出來(lái)。離子鍵合負(fù)載是利用電活性導(dǎo)電聚合物如聚吡咯、聚苯胺等在氧化或還原過(guò)程中伴隨有作為平衡離子的對(duì)離子的嵌入將藥物離子負(fù)載到聚合物膜中，再通過(guò)還原或氧化使藥物離子從膜中釋放出來(lái)。在體研究是生理學(xué)研究的重要方法，其目的在于從整體水平上認(rèn)識(shí)細(xì)胞、組織、器官的功能機(jī)制及其生理活動(dòng)規(guī)律。由于一些神經(jīng)活性物質(zhì)(神經(jīng)遞質(zhì))具有電化學(xué)活性,因此電化學(xué)方法首先被用于腦神經(jīng)系統(tǒng)的在體研究。當(dāng)采用微電極插入動(dòng)物腦內(nèi)進(jìn)行活體伏安法測(cè)定獲得成功后，立即引起了人們的極大興趣。該技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的改善,被公認(rèn)為在正常生理狀態(tài)下跟蹤監(jiān)測(cè)動(dòng)物大腦神經(jīng)活動(dòng)最有效的方法。通?？蓹z測(cè)的神經(jīng)遞質(zhì)有多巴胺、去甲腎上腺素、5-羥色胺及其代謝產(chǎn)物。微電極伏安法成為連續(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)入細(xì)胞間液中原生性神經(jīng)遞質(zhì)的有力工具。在體研究一般采用快速循環(huán)伏安法(每秒上千伏)和快速計(jì)時(shí)安培法?？焖傺h(huán)伏安法還被用于研究單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)遞質(zhì)釋放的研究,發(fā)展成為所謂的“細(xì)胞電化學(xué)”。生物分子的電化學(xué)行為的研究是生物電化學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,其研究目的在于獲取生物分子氧化還原電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的機(jī)理,以及生物分子電催化反應(yīng)機(jī)理,為正確了解生物活性分子的生物功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所研究的生物分子包括小分子如氨基酸、生物堿、輔酶、糖類等和生物大分子如氧化還原蛋白、RNA、DNA、多糖等。3.電化學(xué)生物傳感器和生物分子器件 傳感器與通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成現(xiàn)代信息處理系統(tǒng)。傳感器相當(dāng)于人的感官,是計(jì)算機(jī)與自然界及社會(huì)的接口,是為計(jì)算機(jī)提供信息的工具。傳感器通常由敏感(識(shí)別)元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路及相應(yīng)結(jié)構(gòu)附件組成。生物傳感器是指用固定化的生物體成分(酶、抗原、抗體、激素等)或生物體本身(細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等)作為感元件的傳感器。電化學(xué)生物傳感器則是指由生物材料作為敏感元件，電極(固體電極、離子選擇性電極、氣敏電極等)作為轉(zhuǎn)換元件，以電勢(shì)或電流為特征檢測(cè)信號(hào)的傳感器。由于使用生物材料作為傳感器的敏感元件，所以電化學(xué)生物傳感器具有高度選擇性，是快速、直接獲取復(fù)雜體系組成信息的理想分析工具。一些研究成果已在生物技術(shù)、食品工業(yè)、臨床檢測(cè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境分析等領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)敏感元件所用生物材料的不同，電化學(xué)生物傳感器分為酶電極傳感器、微生物電極傳感器、電化學(xué)免疫傳感器、組織電極與細(xì)胞器電極傳感器、電化學(xué)DNA傳感器等。(1)酶電極傳感器以葡萄糖氧化酶(GOD)電極為例簡(jiǎn)述其工作原理。在GOD的催化下，葡萄糖(C6H12O6)被氧氧化生成葡萄糖酸(C6H12O6)和過(guò)氧化氫。根據(jù)上述反應(yīng),顯然可通過(guò)氧電極(測(cè)氧的消耗)、過(guò)氧化氫電極(測(cè)H2O2的產(chǎn)生)和PH電極(測(cè)酸度變化)來(lái)間接測(cè)定葡萄糖的含量。因此只要將GOD固定在上述電極表面即可構(gòu)成測(cè)葡萄糖的GOD傳感器。這便是所謂的第一代酶電極傳感器。這種傳感器由于是間接測(cè)定法,故干擾因素較多。第二代酶電極傳感器是采用氧化還原電子媒介體在酶的氧化還原活性中心與電極之間傳遞電子。第二代酶電極傳感器可不受測(cè)定體系的限制,測(cè)量濃度線性范圍較寬,干擾少。現(xiàn)在不少研究者又在努力發(fā)展第三代酶電極傳感器,即酶的氧化還原活性中心直接和電極表面交換電子的酶電極傳感器。目前已有的商品酶電極傳感器包括:GOD電極傳感器、L-乳酸單氧化酶電極傳感器、尿酸酶電極傳感器等。 (2)微生物電極傳感器將微生物(常用的主要是細(xì)菌和酵母菌)作為敏感材料固定在電極表面構(gòu)成的電化學(xué)生物傳感器稱為微生物電極傳感器。其工作原理大致可分為三種類型：其一，利用微生物體內(nèi)含有的酶(單一酶或復(fù)合酶)系來(lái)識(shí)別分子，這種類型與酶電極類似；其二，利用微生物對(duì)有機(jī)物的同化作用，通過(guò)檢測(cè)其呼吸活性(攝氧量)的提高，即通過(guò)氧電極測(cè)量體系中氧的減少間接測(cè)定有機(jī)物的濃度；其三，通過(guò)測(cè)定電極敏感的代謝產(chǎn)物間接測(cè)定一些能被厭氧微生物所同化的有機(jī)物。微生物電極傳感器在發(fā)酵工業(yè)、食品檢驗(yàn)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域都有應(yīng)用。例如；在食品發(fā)酵過(guò)程中測(cè)定葡萄糖的佛魯奧森假單胞菌電極；測(cè)定甲烷的鞭毛甲基單胞菌電極；測(cè)定抗生素頭孢菌素的Citrobacterfreudii菌電極等等。微生物電極傳感器由于價(jià)廉、使用壽命長(zhǎng)而具有很好的應(yīng)用前景,然而它的選擇性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等還有待進(jìn)一步提高。(3)電化學(xué)免疫傳感器抗體對(duì)相應(yīng)抗原具有唯一性識(shí)別和結(jié)合功能。電化學(xué)免疫傳感器就是利用這種識(shí)別和結(jié)合功能將抗體或抗原和電極組合而成的檢測(cè)裝置。電化學(xué)免疫傳感器從結(jié)構(gòu)上可分為直接型和間接型兩類。直接型的特點(diǎn)是在抗體與其相應(yīng)抗原識(shí)別結(jié)合的同時(shí)將其免疫反應(yīng)的信息直接轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。這類傳感器在結(jié)構(gòu)上可進(jìn)一步分為結(jié)合型和分離型兩種。前者是將抗體或抗原直接固定在電極表面上，傳感器與相應(yīng)的抗體或抗原發(fā)生結(jié)合的同時(shí)產(chǎn)生電勢(shì)改變；后者是用抗體或抗原制作抗體膜或抗原膜，當(dāng)其與相應(yīng)的配基反應(yīng)時(shí)，膜電勢(shì)發(fā)生變化，測(cè)定膜電勢(shì)的電極與膜是分開(kāi)的。間接型的特點(diǎn)是將抗原和抗體結(jié)合的信息轉(zhuǎn)變成另一種中間信息,然后再把這個(gè)中間信息轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。這類傳感器在結(jié)構(gòu)上也可進(jìn)一步分為兩種類型：結(jié)合型和分離型。前者是將抗體或抗原固定在電極上；而后者抗體或抗原和電極是完全分開(kāi)的。間接型電化學(xué)免疫傳感器通常是采用酶或其他電活性化合物進(jìn)行標(biāo)記，將被測(cè)抗體或抗原的濃度信息加以化學(xué)放大，從而達(dá)到極高的靈敏度。電化學(xué)免疫傳感器的例子有：診斷早期妊娠的HCG免疫傳感器；診斷原發(fā)性肝癌的甲胎蛋白(AFP)免疫傳感器；測(cè)定人血清蛋白(HSA)免疫傳感器；還有IgG免疫傳感器、胰島素免疫傳感器等等。(4)組織電極與細(xì)胞器電極傳感器直接采用動(dòng)植物組織薄片作為敏感元件的電化學(xué)傳感器稱組織電極傳感器，其原理是利用動(dòng)植物組織中的酶，優(yōu)點(diǎn)是酶活性及其穩(wěn)定性均比離析酶高，材料易于獲取，制備簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)等。但在選擇性、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間等方面還存在不足。動(dòng)物組織電極主要有：腎組織電極、肝組織電極、腸組織電極、肌肉組織電極、胸腺組織電極等。 植物組織電極敏感元件的選材范圍很廣，包括不同植物的根、莖、葉、花、果等。植物組織電極制備比動(dòng)物組織電極更簡(jiǎn)單，成本更低并易于保存。 細(xì)胞器電極傳感器是利用動(dòng)植物細(xì)胞器作為敏感元件的傳感器。細(xì)胞器是指存在于細(xì)胞內(nèi)的被膜包圍起來(lái)的微小“器官”，如線粒體、微粒體、溶酶體、過(guò)氧化氫體、葉綠體、氫化酶顆粒、磁粒體等等。其原理是利用細(xì)胞器內(nèi)所含的酶(往往是多酶體系)。(5)電化學(xué)DNA傳感器電化學(xué)DNA傳感器是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的一種全新思想的生物傳感器。其用途是檢測(cè)基因及一些能與DNA發(fā)生特殊相互作用的物質(zhì)。電化學(xué)DNA傳感器是利用單鏈DNA(ssDNA)或基因探針作為敏感元件固定在固體電極表面，加上識(shí)別雜交信息的電活性指示劑(稱為雜交指示劑)共同構(gòu)成的檢測(cè)特定基因的裝置。其工作原理是利用固定在電極表面的某一特定序列的ssDNA與溶液中的同源序列的特異識(shí)別作用(分子雜交)形成雙鏈DNA(dsDNA)(電極表面性質(zhì)改變)，同時(shí)借助一能識(shí)ssDNA和dsDNA的雜交指示劑的電流響應(yīng)信號(hào)的改變來(lái)達(dá)到檢測(cè)基因的目的。4.生物能學(xué)和代謝過(guò)程包括酶催化的氧化還原反應(yīng)的力能學(xué)、線粒體呼吸鏈、光氧化還原反應(yīng)和光合作用。光合作用作為整個(gè)過(guò)程，包括了吸收光子后的電子激發(fā)過(guò)程、膜電位的產(chǎn)生、電子和質(zhì)子的轉(zhuǎn)移過(guò)程，以及隨后的一系列代謝反應(yīng)。生物電化學(xué)研究手段目前除了采用傳統(tǒng)的電化學(xué)方法外，電化學(xué)紫外可見(jiàn)光譜、電化學(xué)現(xiàn)場(chǎng)紅外光譜、電化學(xué)現(xiàn)場(chǎng)拉曼光譜、X射線衍射、掃描探針技術(shù)、電化學(xué)石英晶體微天平等方法得到廣泛應(yīng)用。生物材料敏感元件+電極轉(zhuǎn)換元件例如：酶電極傳感器以葡萄糖氧化酶(GOD)電極為例其工作原理為:在GOD的催化下，葡萄糖(C6H12O6)被氧氧化，生成葡萄糖酸(C6H12O7)和過(guò)氧化氫。反應(yīng)式根據(jù)上述反應(yīng),可以通過(guò)測(cè)量氧的消耗(氧電極),或者過(guò)氧化氫的產(chǎn)生(過(guò)氧化氫電極)等,間接測(cè)量葡萄糖的含量。這就是所謂的第一代酶電極傳感器，目前種類很多，包括用于檢測(cè)司機(jī)是否飲酒的。乙醇氧化酶電極傳感器。專利技術(shù)：將乙醇氧化酶電極傳感器與汽車(chē)的點(diǎn)火裝置相連細(xì)胞膜水通道，以及離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理 2003年的NOBEL化學(xué)獎(jiǎng)介紹彼得·阿格雷：美國(guó)科學(xué)家。1949年生于美國(guó)明尼蘇達(dá)州小城諾斯菲爾德，1974年在巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為該學(xué)院生物化學(xué)教授和醫(yī)學(xué)教授。 羅德里克·麥金農(nóng)：美國(guó)科學(xué)家。1956年出生，在美國(guó)波士頓附近的小鎮(zhèn)伯靈頓長(zhǎng)大，1982年在塔夫茨醫(yī)學(xué)院獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為洛克菲勒大學(xué)分子神經(jīng)生物學(xué)和生物物理學(xué)教授。生物電化學(xué)科學(xué)貢獻(xiàn)他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜水通道，以及對(duì)離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究作出了開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。這是個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟了細(xì)菌、植物和哺乳動(dòng)物水通道的生物化學(xué)、生理學(xué)和遺傳學(xué)研究之門(mén)。對(duì)生活的影響水溶液占人體重量的70%。生物體內(nèi)的水溶液主要由水分子和各種離子組成。它們?cè)诩?xì)胞膜通道中的進(jìn)進(jìn)出出可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的很多功能。水分子是如何進(jìn)出人體的細(xì)胞的？了解這一機(jī)理將極大地幫助人們更好地認(rèn)識(shí)許多疾病，比如心臟病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。他們的發(fā)現(xiàn)闡明了鹽分和水如何進(jìn)出組成活體的細(xì)胞。比如，腎臟怎么從原尿中重新吸收水分，以及電信號(hào)怎么在細(xì)胞中產(chǎn)生并傳遞等等，這對(duì)人類探索腎臟、心臟、肌肉和神經(jīng)系統(tǒng)等方面的諸多疾病具有極其重要的意義。實(shí)際上，早在十九世紀(jì)中期，人們就猜想人體細(xì)胞一定存在用以傳輸水分的特別的通道。然而，直到1988年，才由阿格雷在分離一種膜蛋白上獲得成功，約一年后，他明白了這個(gè)蛋白一定就是長(zhǎng)期以來(lái)所尋求的水通道。這一決定性的發(fā)現(xiàn)打開(kāi)了通向細(xì)菌、植物及哺乳動(dòng)物體內(nèi)水通道的生物化學(xué)、生理學(xué)以及遺傳學(xué)等完整的系列研究之門(mén)。今天，學(xué)者們?cè)斨肿油ㄟ^(guò)細(xì)胞膜的方式并了解為何只有水分子能穿過(guò)而不是其他更小的分子或離子?，F(xiàn)代生物化學(xué)在求解生命過(guò)程的基本原理方面已經(jīng)深入到了原子的水平。 另一種類型的膜通道是離子通道。離子通道在神經(jīng)和肌肉應(yīng)激系統(tǒng)中具有重要意義。當(dāng)位于神經(jīng)細(xì)胞表面的離子通道在來(lái)自鄰近的神經(jīng)細(xì)胞的化學(xué)信號(hào)的作用下而開(kāi)啟時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種被稱為神經(jīng)細(xì)胞電壓的作用，于是，一種電脈沖信號(hào)就會(huì)通過(guò)在數(shù)毫秒之內(nèi)開(kāi)啟和關(guān)閉的離子通道而沿著神經(jīng)細(xì)胞的表面?zhèn)鬟f。麥金農(nóng)在1998年確定了鉀離子通道的空間結(jié)構(gòu)(高分辨率電子顯微鏡)而使整個(gè)學(xué)術(shù)界震驚。這項(xiàng)貢獻(xiàn)，使我們現(xiàn)在知道離子可以通過(guò)由不同的細(xì)胞信號(hào)控制其開(kāi)啟和關(guān)閉的通道而流動(dòng)。

生物化學(xué)與分子生物學(xué)區(qū)別

生物電化學(xué)，是一門(mén)應(yīng)用電化學(xué)及實(shí)驗(yàn)方法研究生物現(xiàn)象的邊緣分支學(xué)科。

生物電化學(xué)是20世紀(jì)70年代由電生物學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)以及電化學(xué)等多門(mén)學(xué)科交叉形成的一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科。是用電化學(xué)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，在生物體和有機(jī)組織的整體以及分子和細(xì)胞兩個(gè)不同水平上研究或模擬研究電荷（包括電子、離子及其他電活性粒子）在生物體系和其相應(yīng)模型體系中分布、傳輸和轉(zhuǎn)移及轉(zhuǎn)化的化學(xué)本質(zhì)和規(guī)律的一門(mén)新型學(xué)科。

具體包括生物體內(nèi)各種氧化還原反應(yīng)（如呼吸鏈、光合鏈等）過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)；生物膜及模擬生物膜上電荷與物質(zhì)的分配和轉(zhuǎn)移功能；生物電現(xiàn)象及其電動(dòng)力學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)；生物電化學(xué)傳感等電分析方法在活體和非活體中生物物質(zhì)檢測(cè)及醫(yī)藥分析；仿生電化學(xué)（如仿生燃料電池、仿生計(jì)算機(jī)等）等方面的研究。是生命科學(xué)最基礎(chǔ)的學(xué)科之一。

生物化學(xué)物理學(xué)哪個(gè)有前途

生理學(xué)家研究神經(jīng)肌肉標(biāo)本的動(dòng)作電位已有了100多年的歷史，而對(duì)生物電的研究可追溯到更早的時(shí)期。公元前300多年亞里士多德觀察到電鰩在捕食時(shí)先對(duì)水中動(dòng)物施加震擊，使之麻痹。直到18世紀(jì)電學(xué)的基本規(guī)律被發(fā)現(xiàn)后，人們才逐步認(rèn)識(shí)到動(dòng)物放電的性質(zhì)。

1758年的一天，英國(guó)大科學(xué)家卡文迪許獨(dú)自呆在書(shū)房里，他拿起一本書(shū)翻閱起來(lái)。偶然間，他看到關(guān)于古羅馬時(shí)代科學(xué)文化的書(shū)中，記載了2000多年前風(fēng)行一時(shí)的用大黑魚(yú)治病的方法。書(shū)上說(shuō)，大黑魚(yú)觸到病人的腿時(shí)，病人會(huì)有發(fā)麻的感覺(jué)?？ㄎ牡显S對(duì)這個(gè)奇怪的現(xiàn)象產(chǎn)生了農(nóng)厚的興趣。

在18世紀(jì)初期，隨著電動(dòng)機(jī)和電池的發(fā)明，人們已經(jīng)知道了電?？ㄎ牡显S清楚，當(dāng)接確人體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)麻的感覺(jué)。這時(shí)，善于思考的他心里很快閃過(guò)一個(gè)念頭：難道這大黑魚(yú)身上帶電？

這個(gè)突如其來(lái)的想法讓卡文迪許感到很興奮，為了驗(yàn)證自己的設(shè)想。他設(shè)法弄到了這種大黑魚(yú)，把它埋在潮濕的沙灘里。然后，他在這條魚(yú)上面接上一個(gè)萊頓瓶，果然，萊頓瓶冒出了火花！就這樣，卡文迪許第一個(gè)用科學(xué)的方法證明了生物電的存在。

解剖青蛙的實(shí)驗(yàn)室

無(wú)巧不成書(shū)。1786年，意大利科學(xué)家伽伐尼在解剖青蛙時(shí)發(fā)現(xiàn)：在鋼刀碰到銅鉤和肌肉時(shí)，在那一剎那，放在兩塊不同金屬之間的青蛙腿彈了一下，并且有些顫動(dòng)。這個(gè)偶然的現(xiàn)象引起了伽伐尼極大的興趣，此后他對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的研究。伽伐尼聯(lián)想起實(shí)驗(yàn)室里的蓄電瓶，在通上電以后，瓶里的金屬片也發(fā)生同樣的顫動(dòng)。因此，他猜想，青蛙腿上的肌肉和神經(jīng)里面一定也蘊(yùn)藏有電能。他認(rèn)為這種電是生物組織中產(chǎn)生的。1791年，伽伐尼正式把這種現(xiàn)象稱為生物電現(xiàn)象。

1792年，伏打成功地重復(fù)了伽伐尼的實(shí)驗(yàn)，但他不贊成伽伐尼的解釋。他認(rèn)為伽伐尼實(shí)驗(yàn)中的電源不是神經(jīng)肌肉組織，而是由兩種金屬組成的回路本身所產(chǎn)生的電流。伏打的異議，促使伽伐尼進(jìn)行更加嚴(yán)密地實(shí)驗(yàn)。1794午，伽伐尼和他的侄子把一條蛙肌直接與相連的神經(jīng)相接，引起了肌肉收縮，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有使用金屬，它成了證實(shí)動(dòng)物體內(nèi)確實(shí)存在動(dòng)物電的新證據(jù)，從而為一門(mén)全新的學(xué)科——生物電化學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。