生物化学是利用化学和物理化学方法在分子水平上研究有机体的生命现象，即研究分子结构、动植物细胞和细菌细胞的化学变化和物理化学变化，并分析它们的调节和组织。总的来说，首先是对物质交换、食物的分解向化学能转化并成为细胞物质这一部分过程进行研究；接下来的研究对象包括催化作用因子，酶及分子信息载体、核糖核酸和脱氧核糖核酸。这些研究对生物学、化学、医学、物理学的各个领域特别是对生物技术领域有着重大意义。
第一节人体不可或缺的各种元素
1．人体内的化学元素
随着生活质量的提高，人的健康越来越受到关注。粮食、食品、饮水、空气、土壤等环境因素中的化学元素都与人的健康息息相关。
了解其研究成果及信息，对人的健康有着重要的意义。
人体是由化学元素组成的，构成地壳的90多种元素在人体内几乎均可找到，但并不是所有的元素都是人体所必需的。到目前为止，只发现25种元素，其中氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯和镁等11种元素占人体重量组成的99.9%，称为常量元素。还有硅、铁、氟、锌、碘、铜、钒、锰、铬、钴、硒、钡、锡和镍等14种元素，占人体重量不到0.1%，称微量元素，它们含量虽少，但对人体健康的影响却是至关重要的。
医生可根据人体组织或体液中某一元素的含量作为疾病诊断和治疗的依据；营养学家可根据人体内对某元素的需求和现在所含水平，掌握人体营养状况并进行调节。除了上述25种元素外，还有30种左右的元素在人体各种组织中普遍存在，它们对人体健康的生物效应和作用至今还未被人们认识。还有少量的有毒元素，如铅、镉、汞、镭等，它们是人体不需要的有毒物质，在人体中能检测到，但含量极微，对人体健康不会造成影响。
2．人体必需的微量元素
到目前为止，发现人体必需的微量元素有：氟、硅、钠、铬、锰、钴、镍、铜、锌、硒、钼、锡和碘等14种，它们占人体总重量不到0.05%，含量虽少，但对人体的健康却至关重要。
人体必需的微量元素中铁含量最多，成年人体内含4～5克，其中73%存在于血红蛋白中，3%存在于肌红蛋白中，它起着将氧输送到肌体中每一个细胞中去的作用，其余部分主要贮存于肝中。
铁是多种酶的成分。铁对于婴幼儿、少年儿童的发育非常重要，特别是6～24个月的婴幼儿，缺铁会使大脑发育迟缓、受损。人体中缺铁，会导致缺铁性贫血，人会感到体虚无力，严重时会发展为缺铁性心脏病。动物性食品比植物性食品中的铁易吸收，但总的吸收率不高，相较而言，无机铁的吸收率较高。
成人体内含锌量为2～3克，锌是人体内70多种酶的组成成分，参与蛋白质和核酸的合成，因此锌是维持人体正常发育的重要元素之一。缺锌会影响很多酶的活性，进而影响整个肌体的代谢；锌蛋白就是味觉素，缺锌时味觉不灵，使人食欲不振；锌是维持维生素A正常代谢功能的必需元素，能增强眼睛对黑暗的适应能力；胰腺中锌含量降至正常人一半时，易患糖尿病；缺锌还会使男性性成熟较晚，严重时会造成不育。动物食品中锌的生物有效性优于植物食品，但总的情况是人体对食物中锌的吸收利用率较低。猪、牛、羊肉及海产品中锌的含量高一些，食品中含有大量的钙、磷、铜、植酸等会影响锌的吸收，缺锌严重时，可直接补充无机锌盐。
碘，人体内含20～50克，其中20%～30%集中在甲状腺中，它构成甲状腺素和三碘甲状腺素，该类物质的功能是控制能量的转移、蛋白质和脂肪的代谢、调节神经与肌肉功能、调控毛发与皮肤的生长。怀孕期间缺乏碘，影响胎儿发育不正常，严重时会生出低能儿、畸形儿，甚至胎死腹中。一般人缺碘会造成甲状腺肿大，肿大的甲状腺消耗更多的碘，使甲状腺细胞分解，而降低分泌甲状腺素的功能，就会使人感到疲倦、懒散、畏寒、性欲减退、脉搏减缓、低血压，轻微缺碘与甲状腺癌、高胆固醇及心脏病致死都有很大关系。
富含碘的食物有海鱼、海藻类（海带、紫菜），加碘食盐是每天补充碘的主要来源。多食少食都会致病——氟，人体中含氟量约为2.6克，主要分布在骨骼与牙齿中，其生理功能是防止龋牙和老年骨质疏松症。氟又是一种积累性毒物，体内含量高时会发生氟斑牙，长期较大剂量摄入时会引发氟骨病，骨骼变形、变脆、易折断。过量的氟还能损伤肾功能。每人每天摄入量为2～3毫克。海味、茶叶中含有丰富的氟。
铁的助手——铜，促进肠道对铁的吸收，促使铁从肝及网状内皮系统的储藏中释放出来，铜对血红蛋白的形成起重要作用，缺铜也会导致缺铁性贫血。铜对于许多酶系统和核糖核酸的制造有重要的作用，它也是细胞核的一部分。它有助于骨骼、大脑、神经、结缔组织的发育，缺铜会造成骨质疏松、皮疹、脱毛、心脏受损，还会使毛发黑色素丧失、动脉弹性降低。体内铜、锌比值降低时，可引起胆固醇代谢紊乱，产生高胆固醇血症，易发生冠心病和高血压。
铜也具有一定毒性，摄入过量会发生急慢性中毒，可导致肝硬化、肾受损、组织坏死、低血压。海米、茶叶、葵花子、西瓜子、核桃、肝类含有丰富的铜，在未使用化肥的土壤中栽种的植物食品也含较多的铜。
钴是维生素B12的成分，每天只需要3微克维生素B12就能防止恶性贫血、疲倦、麻痹等现象，人体中只有结肠中的大肠杆菌能合成含维生素B12，因此主要在体外合成含钴维生素B12摄入体内才能被充分利用。人体中的钴可随尿液排出，低剂量的钴不会引起中毒。
若把钴放在酒中服用，则可以发生中毒而引发中毒性心力衰竭并导致死亡。
锰是人体必需的另一种微量元素，在许多酶系统中起着重要作用，可帮助胆碱利用脂肪。缺锰会引起胎儿骨骼异常，发育迟缓及畸形，缺锰会使人体免疫力降低，全身肌肉无力，平衡不良，动作不协调，癌症患者体内缺锰。人体对锰的吸收利用率较低，多余的锰会随胆汁通过粪便排出体外。含锰丰富的食物有糙米、米糠、香料、核桃、花生、麦芽、大豆、土豆等。
铬、硒、镍、钒、钼、硅、锡都是人体需要的微量元素。铬是维持人体内葡萄糖正常含量的关键因素，它可以提高胰岛素的效能，降低血清胆固醇含量，对预防和治疗糖尿病、冠心病有明显功效；硒参与人体组织的代谢过程，对预防克山病、肿瘤和心血管疾病、延缓衰老方面都有重要作用。硒还有抗癌作用，对某些有毒元素有抑毒作用。镍具有刺激血液生长的作用，能促进红细胞再生。钒可促进牙齿矿化坚固。钼激活黄素氧化酶、醛氧化酶。锡直接影响肌体的生长。硅是骨骼软骨形成初期所必需的元素。这些元素在人体内含量很少，但对人体内的新陈代谢都有重要作用，环境不受严重污染时，通过食物链进入体内，不会造成危害，若环境遭受严重污染，或长期接触则在体内会积累达一定量时，会对机体产生各种毒害作用，甚至致癌。
3．人体中的有害元素
铅、镉、汞、砷、银、铝、铬、碲等元素在人体中有少量存在，每天都从食物、呼吸、饮水等渠道少量进入人体，当然也通过排泄系统排出体外。到目前为止还未发现这些元素在体内有什么生理作用，而其毒性作用却发现不少。如汞是一种蓄积性毒物，在人体内排泄缓慢，最毒物质是甲基汞，它损害神经系统，尤其是大脑和小脑的皮质部分，表现为视野缩小、听力下降、全身麻痹，严重者神经紊乱以致疯狂痉挛而死。镉可在体内蓄积而引起慢性中毒，主要损害肾近曲小管上皮细胞，表现为蛋白质尿、糖尿、氨基酸尿。
镉对磷有亲和力，故可使骨骼中的钙析出而引起骨质疏松软化，出现严重的腰背酸痛、关节痛及全身刺痛。镉可致畸胎，有致癌作用并引起贫血。铅在体内能积蓄，主要损害神经系统、造血器官和肾脏，同时出现口腔金属味齿银铅线、胃肠道疾病、神经衰弱及肌肉酸痛、贫血等症，中毒严重时休克、死亡。砷可在体内积蓄而导致慢性中毒，主要是三价砷与细胞中含疏基的酶结合形成稳定的结合物而使酶失去活性，阻碍细胞呼吸作用，引起细胞死亡而呈现毒性。
无机砷化合物可引发肺癌和皮肤癌，若银在人体内大量积蓄可引起局部或全身银质沉着，表现为皮肤、黏膜及眼睛出现难看的灰蓝色色变，有损面容，而到目前为止还未发现有生理作用或病理的变化。铝进入神经核后，影响染色体，老年性痴呆症患者的脑中有高浓度的铝。铝能把骨骼中的钙置换出来，使骨质软化，把酶调控部位上的镁置换出来而抑制酶的活性，还会降低血浆对锌的吸收。健康人对铝的吸收很少，而肾功能受损者对铝的吸收较高。六价铬是致癌物。长期与碲接触，肝脏、肾脏和神经功能都会受到损害。
除了上述元素之外，人体中还发现了30多种到目前为止还不知其生理功能或病理损害的元素。