winne-生物化学-绪论、蛋白质

1、生 物 化 学,全国中等卫生职业教育卫生部“十一五”规划教材,什么是生物化学 Biochemistry,Biochemistry，生命的化学 生命活动过程中的化学变化规律 在分子水平上研究生物体的化学组成 探索生命本质的科学,第一章 绪 论,生物化学：是研究生物体的物质组成、化学结构以及各种化学变化的科学，是从分子水平上解释一切生命现象的科学。 是生命科学及医学的重要组成部分。 它的研究对象是生物体,21世纪的带头学科,生命体具有基本构建层次 原子 小分子构件 生物大分子如蛋白质 和核酸等 细胞器 细胞 机体,黑猩猩我们最近的亲戚,研究显示，黑猩猩和人类基因组的序列相似性达到； 人类与黑猩猩有的共同基因编码生成同样的蛋白质。 科学家说，人类与黑猩猩在万年前由共同的祖先分别进化。,鸡生蛋or蛋生鸡？,谢菲尔德大学 科林弗里曼“虽然人们一度认为蛋先于鸡出现，但是现在的科学依据却给出了相反的答案” 研究发现，鸡蛋只有在OC-17的蛋白质的催化下才能形成，而这种蛋白只存在于鸡的卵巢内 在OC-17蛋白质的作用下，碳酸钙转化为构成蛋壳的方解石。,生物化学的内容,1、研究生物体的物质组成 要研究生

2、物体内的化学变化，首先要了解生物体的物质组成。这是生物化学最基本的研究内容，是生物化学的基础。 生物体是由无机物和有机物两大类物质组成的。 蛋白质和核酸是生物大分子，与生命现象有明确的、直接的关系，故又称生物大分子。,2、研究新陈代谢物质代谢 生命的存在，有赖于所在环境的物质交换，即新陈代谢。 新陈代谢，包括分解代谢和合成代谢。 分解代谢是有大分子物质转变为小分子物质的过程，其目的在于释放能量，合成ATP供机体利用，同时也为合成代谢提供原料。 合成代谢是由小分子物质转变为大分子物质的过程，合成代谢是吸收能量过程。,3、研究生物大分子的结构和功能 通过研究蛋白质和核酸的结构来确定其与生物学功能，是当代生物化学的主要研究内容。 例如：人类首先认识了DNA的双螺旋结构，然后才了解遗传信息的传递过程及其规律，进一步了解遗传信息传递过程的调节和控制 首先认识了蛋白质的结构，然后才了解其空间结构被破坏可是蛋白质失去活性。,生物化学与医学,1、生物化学与疾病的发生 血红蛋白结构异常会发生镰刀型血红细胞贫血； 胰岛素分泌不足，可发生糖尿病； 食物中缺乏叶酸和维生素B12会发生巨幼红细胞贫血 2、生物化

3、学与疾病的诊断 临床上测定血清丙氨酸氨基转移酶，可了解肝脏功能是否正常。 检测血清中甲胎蛋白可协助诊断是否有肝癌的发生。,3、生物化学与疾病的治疗 将链激酶或尿激酶注入冠状动脉血栓形成处，可将血栓溶解，血管再通。 多晒太阳可促进佝偻病患者维生素d的合成，从而预防和治疗佝偻病和软骨病。 总之在临床实践中，不论是疾病的预防，还是疾病的诊断和治疗，用生物化学知识和技术可解决很多问题，这也是我们学习生物化学的目的。,高脂血症,冠心病,糖尿病,脂肪肝,胆石症,痛 风,阻塞性睡眠呼吸暂停综合症,肥胖,司法鉴定-亲子鉴定,母亲 孩子 父亲1 父亲2,发展史,生物化学是生命科学中最古老的学科之一。 一、静态生物化学时期（1920年以前） 以分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主。 二、动态生物化学时期（1950年以前） 物质代谢途径及动态平衡、能量转化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、抗生素等的代谢 三、机能生物化学时期 （1950年以后） 生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理,主要代表人物拉瓦锡1,拉瓦锡（Lav

4、oisier，法）：生物化学之父 法国著名化学家。近代化学的奠基人之一。 提交燃烧概论，证明燃烧原理，把呼吸作用和燃烧联系一起 现代化学方程式的雏形 葡萄糖(C6H12O6)=二氧化碳（CO2）+酒精(C2H5OH),主要代表人物拉瓦锡2,马拉写出了火焰论一书，企图做为一种燃烧学说而提交到了科学院。 佛克罗伊其人 他们可以一眨眼就把他的头砍下来，但他那样的头脑一百年也再长不出一个来了。 拉格朗日 生命中最后的研究！,主要代表人物巴斯德,“进入科学王国的最完美无缺的人” 1843年发表的两篇论文“双晶现象研究”和“结晶形态”，开创了对物质光学性质的研究。 1856年1860年，他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论 1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是生物学界公认的经典论文。 1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗,动态生物化学过程酶学,斯帕兰扎尼（意大利）：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失。 1926年，美国科学家萨姆钠从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。 20世纪80年代，美国

5、科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化作用，称核酶。,近代生物化学发展史上的重大事件 1903年，Neuberg 首先使用“生物化学”一词 1937年，英国生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三羧酸循环 获1953年诺贝尔生理学奖。 1944年，麦克劳德(Macleod)和麦卡蒂(Mc Carty)(美)证明DNA是遗传物质 1953年，沃森克里克（WatsonCrick）确定DNA双螺旋结构，获1962年诺贝尔生理、医学奖。 1955年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔化学奖。 1965年，首次人工合成结晶牛胰岛素中国,1973年，基因重组技术建立.(美) 1980年，桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列得方法，获1980年诺贝尔化学奖。 1984年，Bruce Merrifield（美国），建立和发展蛋白质化学合成方法，诺贝尔化学奖 。 1993年 Rechard J.Roberts(美)等，发现断裂基因 化学奖 Karg B. Mallis(美)发明PCR方法。 Michaet Smith(加拿大)建立DNA合成用与

6、定点诱变研究,1996年 Petr c. Doherty（美）等，发现T细胞对病毒感染细胞的识别和MHC(主要组织相容性复合体)限制。 诺贝尔生理医学奖 1997年 stanley B.prusiner(美)发现一中新型的致病因子感染性蛋白颗粒“prion”（疯牛病） 诺贝尔生理医学奖 paul D.Boyer（美）等，说明ATP酶促成机制 诺贝尔化学奖 1998年，ROLert F.furchgott（美国）等，发现NO是心血管系统的信号分子 诺贝尔生理医学奖 2000年，人类基因组计划完成,机遇与挑战,机遇：理论基础雄厚 核酸和蛋白质研究方法和研究手段的突破 挑战：许多重大的理论问题没有解决： 光合作用 生物能学 重大疾病的基因表达与调控机制,作业,什么是生物化学？ 生物化学与医学的关系？ 如何学好生物化学？,第二章 蛋白质与核酸化学,蛋白质和核酸是生物体内两种重要的物质是构成生命的物质基础。 蛋白质具有十分重要的生理功能，例如构成组织细胞维持组织的更新生长和修复以及作为生物活性物质参与肌肉收缩调节物质代谢等等。 核酸是遗传的物质基础,分为脱氧核糖核酸和核糖核酸两类。DNA是遗传信

7、息的携带者，他决定细胞和个体的基因型。 RNA又分为mRNA、tRNA、rRNA三种。,第一节 蛋白质,什么是蛋白质？ 蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,问题探讨,1你能够说出多少种富含蛋白质的食品？,（3）肉蛋类食品：,（1）大豆制品：,豆腐、豆浆、腐竹等；,（2）奶类制品：,奶粉、酸奶、牛奶等；,牛肉、羊肉、鸡蛋等。,2004年劣质奶粉充斥阜阳 上百婴儿受害近半死亡。,年,图片新闻,该奶粉中蛋白质含量极低，不能满足婴儿的生长需要，导致婴儿死亡的事件。,蛋白质的生物学重要性,1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。 含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。,2. 蛋白质具有重要的生物学功能 结构蛋白 催化作用 运输作用 调节生命活动 免疫作用 提供能量,1、结构蛋白：许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质。如羽毛、肌肉、头发、蛛丝等的成分主要是蛋白质。,2、催化作

8、用：细胞内的化学反应离不开酶的催化。绝大多数酶都是蛋白质。（右图所示为胃蛋白质酶结晶）,3、运输作用：有些蛋白质具有运输载体的功能。如血红蛋白、载体蛋白。,血红蛋白,4、调节生命活动：有些蛋白质起信息传递的作用，能够调节机体的生命活动，如胰岛素、生长激素。,图中央浅色区域的部分细胞分泌胰岛素,5、免疫作用： 抗体,蛋白质的研究历史,1833年，从麦芽中分离淀粉酶；随后从胃液中分离到类似胃蛋白酶的物质。 1864年，血红蛋白被分离并结晶。 19世纪末，证明蛋白质由氨基酸组成，并合成了多种短肽。 20世纪初，发现蛋白质的二级结构；完成胰岛素一级结构测定。 20世纪中叶，各种蛋白质分析技术相继建立，促进了蛋白质研究迅速发展； 1962年，确定了血红蛋白的四级结构。 20世纪90年代，功能基因组与蛋白质组研究地展开。,摘 要: “国际人类蛋白质组计划”启动： “蛋白质组”proteome一词源于“protein”与“genome”的杂合，1994年，澳大利亚的科学家Marcwilkins提出蛋白质组概念。1995年，蛋白质组一词首次见诸报端。“proteome”蛋白质组一词第一次出现在“Ele

9、ctrophoresis”杂志上，明确定义：蛋白质组是由一个基因组，或一个细胞、组织表达的所有蛋白质。参与蛋白质研究的国家从1995年的澳大利亚一国。发展到美国、丹麦、瑞士、英国、法国、日本、瑞啦、意大利、德国等10国。,课外阅读：科学前沿 国际人类蛋白质组计划,http:/ 元素分析结果显示，组成蛋白质分子的元素，主要有碳，氢，氧，氮；大部分还含有硫，有的还含有少量的磷或铁、锰、锌等 蛋白质元素组成的一个重要特点是一切蛋白质都含有氮，而且各种蛋白质的含氮量相当恒定，平均为16%，即每克氮相当于6.25克蛋白质。 经测定某一样品的含氮量为0.4克，请问样品中蛋白质含量是多少?,100g样品中的蛋白质含量（%）= 每克样品中的含氮克数6.25100 某样品经测定，每克样品中含氮元素0.1g，则此样品的蛋白质含量是多少？,蛋白质可以被人体直接吸收利用吗？,？,探讨2:,蛋白质的基本组成单位氨基酸,各种蛋白质，经酸碱和蛋白水解酶作用后最终的水解产物都是氨基酸，因此，氨基酸是蛋白质的基本组成单位。 自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸只有20种。,所有氨基酸必须从体外摄入吗？,组成蛋白质的氨基酸约有20种; 有8种氨基酸是人体细胞不能合成的（婴儿有9种），必须从外界环境中直接获取，这些氨基酸叫做必需氨基酸。甲硫氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、色氨酸、苏氨酸，婴儿（加组氨酸）。我们应该注意及时补充必需氨基酸！ 另外12种氨基酸是人体细胞能够合成的，叫做非必需氨基酸。,？,探讨:,甘氨酸,缬氨酸,亮氨酸,丙氨酸,试一试,能不能推导出氨基酸的结构通式？,每种氨基酸至少有一个氨基(-NH2)和一个羧基(-COOH)，并且氨基和羧基连在同一个碳原子上。 氨基酸之间的区别在于R基不同。,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,练一练：以下哪些是组成蛋白质的氨基酸?,根据氨基

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