像氨基酸、脂肪酸等都叫做生物单分子，是与生命有着密切关系的物质，它们是构成大分子的基本物质。生物大分子是构成生命的基础物质，包括蛋白质、核酸、碳氢化合物等。生物大分子指的是作为生物体内主要活性成分的各种分子量达到上万或更多的有机分子。常见的生物大分子包括蛋白质、核酸、脂质、糖类。
这个定义只是概念性的，与生物大分子对立的是小分子物质（二氧化碳、甲烷等）和无机物质，实际上生物大分子的特点在于其表现出的各种生物活性和在生物新陈代谢中的作用。
比如：某些多肽和某些脂类物质的分子量并未达到惊人的地步，但其在生命过程中同样表现出了重要的生理活性。与一般的生物大分子并无二致。
生物大分子大多数是由简单的组成结构聚合而成的，蛋白质的组成单位是氨基酸，核酸的组成单位是核苷酸……
生物大分子都可以在生物体内由简单的结构合成，也都可以在生物体内经过分解作用被分解为简单结构，一般在合成的过程中消耗能量，分解的过程中释放能量。
高相对分子量的生物有机化合物（生物大分子）主要是指蛋白质、核酸以及高相对分子量的碳氢化合物。与低相对分子量的生物有机化合物相比，高相对分子量的有机化合物具有更高级的物质群 。它们是由低相对分子量的有机化合物经过聚合而成的多分子体系。从化学结构而言，蛋白质是由α-L-氨基酸脱水缩合而成的，核酸是由嘌呤和嘧啶碱基，与糖D-核糖或2-脱氧-D-核糖）、磷酸脱水缩合而成，多糖是由单糖脱水缩合而成。由此可知，由低相对分子量的生物有机化合物变为高相对分子量的生物有机化合物的化学反应都是脱水缩合反应。
在原始地球条件下，有两条路径可以达到脱水缩合以形成高分子：其一是通过加热，将低相对分子量的构成物质加热使之脱水而聚合；其二是利用存在于原始地球上的脱水剂来缩合。前者常常是在近于无水的火山环境中进行，后者则可以在水的环境中进行。
生物大分子是生物体的重要组成成份，不但有生物功能，而且分子量较大，其结构也比较复杂。在生物大分子中除主要的蛋白质与核酸外，另外还有糖、脂类和它们相互结合的产物。如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等。它们的分子量往往比一般的无机盐类大百倍或千倍以上。蛋白质的分子量在一万至数万左右，核酸的分子量有的竟达上百万。这些生物大分子的复杂结构决定了它们的特殊性质，它们在体内的运动和变化体现着重要的生命功能。如进行新陈代谢供给维持生命需要的能量与物质、传递遗传信息、控制胚胎分化、促进生长发育、产生免疫功能等等。
生物大分子是生物体的重要组成成份，不但有生物功能，而且分子量较大，其结构也比较复杂。在生物大分子中除主要的蛋白质与核酸外，另外还有糖、脂类和它们相互结合的产物。如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等。它们的分子量往往比一般的无机盐类大百倍或千倍以上。蛋白质的分子量在一万至数万左右，核酸的分子量有的竟达上百万。这些生物大分子的复杂结构决定了它们的特殊性质，它们在体内的运动和变化体现着重要的生命功能。如进行新陈代谢供给维持生命需要的能量与物质、传递遗传信息、控制胚胎分化、促进生长发育、产生免疫功能等等。
人类对生物大分子的研究经历了近两个世纪的漫长历史。由于生物大分子的结构复杂，又易受温度、酸、碱的影响而变性，给研究工作带来很大的困难。在20世纪末之前，主要研究工作是生物大分子物质的提取、性质、化学组成和初步的结构分析等。
19世纪30年代以来，当细胞学说建立的时候，有人已经研究蛋白质了。蛋白质命名始于1836年，当时著名的瑞典化学家柏尔采留斯(J．Berzelius)和正在研究鸡蛋蛋白类化合物的荷兰化学家穆尔德(G．J．Mulder)就提出用“蛋白质”命名这类化合物。并且把它列为生命系统中最重要的物质。到本世纪初，组成蛋白质的20种氨基酸已被发现了12种，1940年陆续发现了其余的氨基酸。19世纪末，有机化学家们就开始探讨蛋白质的结构。德国有机化学家费舍尔(E．Fischer)与别人合作提出了氨基酸之间的肽键相连接而形成蛋白质的论点，1907年费舍尔又合成了一个由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18个肽的长链。同时英国晶体分析学派中的贝尔纳(J．D．Bernal)和阿斯特伯理(W．T．Astbury)等曾用X射线衍射分析方法分析羊毛、头发等蛋白的结构，证明它们是折叠卷曲纤维状物质。随着研究的逐步深入，科学家们搞清了蛋白质是肌肉、血液、毛发等的主要成份，有多方面的功能。
核酸的发现要比蛋白质晚得多。1868年在德国工作的24岁的瑞士化学家米歇尔(F．Miescher)从病人伤口脓细胞中提取出当时称为“核质”的物质。这就是被后来公认的核酸的最早发现。后来科赛尔(A．Kssel)及他的两个学生琼斯(W．Jones)和列文(P．A．Levene)弄清了核酸的基本化学结构，证实核酸是由许多核苷酸组成的大分子。核苷酸是由碱基、核糖和磷酸构成。其中碱基有4种(腺瞟呤、鸟瞟呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶)，核糖有2种(即核糖与脱氧核糖)。据此核酸分成两类：核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。他们根据当时比较粗糙的分析认为，4种碱基在核酸中的量相等，从而错误地推导出核酸的基本结构是由4个含不同碱基的核苷酸连接成四核苷酸，以此为基础聚合成核酸，这就是较著名的“四核苷酸假说”。这个假说从20年代后起统治了核酸结构的研究大约20多年的时间，对认识复杂的核酸结构和功能起了相当大的阻碍作用。核酸当时虽然是在细胞核中发现的，但由于它的结构过于简单，也就很难想象它能在异常复杂多变的遗传现象中起什么作用。甚至有些科学家在当时蛋白质的结构被阐明之后，认为很可能是蛋白质在遗传中起主要作用。
酶的阐明是1897年德国化学家布希纳(E．Buchner)从磨碎的酵母细胞中提取出了能使酒精发酵的酿酶开始的。布希纳研究表明，从活体内提取出来的酶能同在活体内一样起作用。不但打击了当时流行的活力论，而且使生物化学的研究进入了解细胞内的化学变化的阶段。后来英国的生物化学家哈登(A．Harden)等对酒精发酵的具体化学步骤作了许多研究。到20年代大量实验结果表明，酵母使糖发酵产生酒精同肌肉收缩时使糖变为乳酸这两个过程基本上是一致的，又称糖酵解作用。到30年代经许多科学家的研究，最后由德国的生物化学家克雷布斯(H．A．Krebs)综合，提出了生物呼吸作用最后产生CO2和H2O及能量(ATP)的三羧酸循环。在此期间还有许多科学家研究了脂肪和氨基酸等的代谢以及糖、脂肪及蛋白质在代谢中相互转化和它们的生物合成等。这些过程均是在酶的催化下完成的。
生物大分子衍射技术
生物大分子相对分子质量至少在5000以上，甚至超过百万的生物学物质，如蛋白质、核酸、多糖等。它与生命活动关系极为密切，由被认为单体的简单分子单位所组成。在溶液中有形成凝胶的物质。一般把相对分子质量超过一万的化合物称为大分子化合物或高分子化合物。它是由许多重复的结构单元组成，一般具有线状结构，有的具有枝状结构。许多具有重要生物作用的物质，如蛋白质和核酸等均属于这类化合物。?
大分子蛋白质的基本组成单位或构件分子（building-block molecule）是氨基酸（amino acid，AA）
从衍射花样（衍射线的方向和强度）推算生物大分子的三维结构（也常称空间结构、立体结构或构象）的技术。其主要原理是 X射线、中子束或电子束通过生物大分子有序排列的晶体或纤维所产生的衍射花样与样品中原子的排布规律有可相互转换的关系（互为傅立叶变换）。
X 射线衍射技术能够精确测定原子在晶体中的空间位置，是迄今研究生物大分子结构的主要技术。中子衍射和电子衍射技术则用来弥补X射线衍射技术之不足生物大分子单晶体的X射线衍射技术是50年代以后,首先从蛋白质的晶体结构研究中发展起来的，并于70年代形成一门晶体学的分支学科──蛋白质晶体学。生物大分子单晶体的中子衍射技术用于测定生物大分子中氢原子的位置,也属蛋白质晶体学。纤维状生物大分子的X射线衍射技术用来测定这类大分子的一些周期性结构，如螺旋结构等。以电子衍射为原理的电子显微镜技术能够测定生物大分子的大小、形状及亚基排列的二维图象。它与光学衍射和滤波技术结合而成的三维重构技术能够直接显示生物大分子低分辨率的三维结构。
历史回顾 1912年德国物理学家 M.von劳厄预言晶体是 X射线的天然衍射光栅。此后英国物理学家W.H.布格和W.L.布格开创了X射线晶体学。几十年来,这门学科不断发展和完善，测定了成千上万个无机和有机化合物的晶体和分子结构。由它提供的结构资料已经成为近代结构化学的基础。但是传统的小分子晶体结构的分析方法不适用于原子数目多，结构复杂的生物大分子。直到1954年英国晶体学家等人提出在蛋白质晶体中引入重原子的同晶置换法之后，才有可能测定生物大分子的晶体结构。1960年英国晶体学家J.C.肯德鲁等人首次解出一个由153个氨基酸组成、分子量为17500的蛋白质分子──肌红蛋白的三维结构。图1 [巨头鲸肌红蛋白分子的结构模型]表示它的 2埃分辨率的结构模型。此后生物大分子晶体结构的研究工作迅速发展。至80年代初，已有近 200个、等生物大分子的三维结构被测定，从而有力地推动了分子生物学的发展。中国继60年代首次人工合成牛胰岛素之后，于70年代初测定了三方二锌猪胰岛素的三维结构。1986年中国已经完成这个结构1.2埃高分辨率的修正工作。
晶体和X射线衍射 电磁波是直线传播的,但在某些情况下也会拐弯，这就是衍射现象。当可见光通过针孔或狭缝时，就会出现这种现象。由于针孔或狭缝的大小和可见光的波长量级相同，可以把针孔或狭缝看做是一个点光源，它向四面八方辐射出二次电磁波，或称散射波。如果有多个有序排列的针孔或狭缝，由于这些散射波的干涉，就会形成规则的明暗相间的衍射花样。这是因为来自不同部位的散射波的相位及振幅不同，它们相加的结果在有些地方加强，而在另一些地方减弱。这些花样随波长或针孔的大小及其排布方式不同而变化(图2[三种针孔的排列方式及其对应的衍射花样])。当X射线通过晶体时,晶体内原子的核外电子能够散射X射线。如果把每个原子看成是个散射源,由于X射线的波长同原子间的距离量级相同，因此也会发生衍射现象。晶体结构的特征是晶体内的原子或分子周期重复地排列。如果采用一组抽象的几何点来表示这种周期重复的规律，那么这种排列可以表示为点阵。晶体的三维点阵结构使得晶体可被划分成为无数个大小和形状完全相同的平行六面体，即被称为晶胞。它是晶体结构的基本重复单位。每个晶胞内包含种类、数目和排列完全相同的原子。可以推得，衍射线（也称反射线）的强度取决于晶胞的内容，它的方向取决于波长和晶胞的大小和形状。
晶体结构测定晶体对X射线、中子束及电子束的衍射，与规则排列的针孔对可见光的衍射遵循相同的光学变换原理,即针孔或晶体的结构(针孔或晶体中原子的排列)经傅里叶变换,可以得到它们的倒易图像──衍射波谱。反之,衍射波谱的反变换,即为正空间的图像──针孔的排列或晶体的结构。在可见光的衍射中，这种反变换可由透镜的聚焦过程实现。但是迄今为止，人们还未找到能使 X射线（或中子）散射线聚焦的办法。因此也就无法直接观察生物大分子的像。这只能借助电子计算机从数学上完成这种反变换的计算。
