绪论（生物化学）

1、,药学院药物科学系 郑 静,概念,生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。,第一节,生命,一、生命的定义,自我复制(self-replication) 自我装配(self-assemble) 自我调节(self-regulation),一个边界 一套执行机构 一套遗传机构,细胞是生物体的基本结构单元,细 胞 的 基 本 构 成,二、生命的的共同“语言”化学,著名的诺贝尔奖获得者亚瑟肯伯格（Arthur Kornberg）在哈佛大学医学院建校100周年时说：“所有的有生命体都有一个共同的语言，这个语言就是化学。”,DNA是生命体的“共同语言”,生物体的化学组成,自然界所有的生命物体都由三类物质组成水、无机离子和生物分子,生命体的元素组成,在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现 第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。 第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。 第三类元素：包

2、括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。 第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。,生物分子,生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。 生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子 维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。 七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧,第二节,发展简史,1780-1789 Lavoisier（法）研究“生物体内的燃烧”，指出此类“燃烧”耗氧并排出二氧化碳。后人称他是生物化学之父。,1830-1842 Liebig（德）将食物分为糖、脂、蛋白质类，提出“代谢”一词，证明动物体温形成是食物在体内“燃烧”的缘故。最先写出两本生物化学相关专著。,生物化学的创始人埃米尔费舍尔（Emil Fischer）,18901902 Fischer（德）首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的“锁-匙”学说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺贝尔奖。,汉斯克雷勃斯（Hans A. Krebs）,1937年 Krebs（英）发现三羧酸循环，1

3、953年获诺贝尔奖。,李纳斯鲍林（Linus Pauling）,1949 Pauling（美）指出镰刀形红细胞性贫血是一种分子病，并于1951年提出蛋白质存在二级结构。 1954年获诺贝尔奖,詹姆斯沃森（James D. Watson）,1953年 Watson（美）与 Crick（英）提出DNA分子的双螺旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖。,弗朗西斯克里克（Francis H. Crick）,1969-1972, Arber(瑞士),Smith(美)与Nathans(美)在核酸限制酶的分离与应用方面做出突出贡献,1978年共获诺贝尔奖。,1972 Berg（美）在基因工程基础研究方面作出了杰出成果，获1980年诺贝尔奖。 1973 Cohen等（美）用核酸限制性内切酶EcoR1，首次基因重组成功。,Hamilton O. Smith,Daniel Nathans,Werner Arber,Paul Berg,Herbert Boyer,Stanley Cohen,2001 Venter（美）等报道完成了人类基因组草图测序。,我国生物化学家的贡献,1965年我国在世界上首先用人工方法合

4、成有生物活性的结晶牛胰岛素。 1971年用X射线衍射测定了牛胰岛素的空间结构 1979年我国用人工方法合成酵母丙氨酸转运核糖核酸。 蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的。,我国生物化学的开拓者吴宪教授,蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述性丛书Advances in Protein Chemistry第47卷（1995年）发表了美国哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈J. T. Eddsall的文章“吴宪与第一个蛋白质变性理论（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”，对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。该卷还重新刊登了吴宪教授六十四年前关于蛋白质变性的论文。一篇在1931年发表的论文居然在1995年仍然值得在第一流的丛书上重新全文刊登，不能不说是国际科学界的一件极为罕见的大事。,1940 我国生物化学家刘思职发现抗体、抗原反应存在定量关系。,刘思职,人类基因组计划中国协调人杨焕明, 生物化学的重要成就,20世纪50年代1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型 分子生物学的

5、里程碑。 1958年Watson和Crick提出分子遗传的中心法则。,20世纪70年代,20世纪80年代,1981 年，Cech在四膜虫中发现有催化功能的RNA（核酶，Ribozyme）。,1972年，Berg 等完成了世界上首次DNA体外重组实验，1973年，Cohen 等成功进行了另一个体外重组实验， 从而诞生了一门崭新的技术基因工程。,20世纪90年代,“人类基因组计划”1990年10月启动，耗资30亿美元，被誉为是生命科学领域的阿波罗登月计划。 1997年，英国罗斯林研究所首次用体细胞“克隆”培育法获得绵羊多利。 1998年，美科学家成功地在体 外培养和增殖了人体胚胎干细胞。 干细胞研究因此被美国科学杂 志评为1999年度世界十大科学成就 之冠。,干扰素,1980年，由美国生物化学家博耶和科恩创建的基因工程公司，1981年，用酵母菌生产干扰素获得成功。过去，用白细胞生产干扰素，每个细胞最多只能产生1001000个干扰素分子；而用基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产，在12天内，每个菌体能产生20万个干扰素分子。,21世纪我国本土将诞生诺贝尔奖获得者预测变现实，有待努力，让我们为此

6、共勉 新华社北京2002年4月11日电 中科院院长路甬祥在“中国近现代科技回顾与展望国际学术研讨会”上作大会报告时说：“通过创造性的工作，21世纪的中国科学家和工程师将比20世纪为世界科学做出大得多的贡献，在中国本土上产生诺贝尔奖将不再是问题，中国将涌现出一批无愧于21世纪的世界级科学大师和工程技术大师。”（记者李斌） 新华社香港2002年月日电 诺贝尔奖得主杨振宁教授今天在这里表示对中国未来的科技发展很有信心，他认为在未来中国很可能会出现获得诺贝尔奖的科技人才。（记者丛亚平）,第三节,内容,生物学,动物学,植物学,微生物学,化学,生物学,生物化学,生物化学的概念,生物化学主要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。 生物化学的基本内容包括： 发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组成、结构和性质； 生物分子的结构、功能与生命现象的关系； 生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。,生命的化学，化学的生命,内容：,生物大分子的结构与功能：蛋白质、核酸化学、酶、维生素与微量元素 物质代谢：糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧化、代谢调节 遗传信息的传递规律：

7、DNA复制、RNA转录、蛋白质生物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学 器官生化（重要组织器官的代谢特点）:肝胆、血液、结缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学 专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物信息学,生物化学内容,糖类 脂类 蛋白质 酶 核酸 激素 维生素,糖代谢 脂代谢 生物氧化 氨基酸代谢 核苷酸代谢 DNA复制 转录 翻译,神经传导 肌肉收缩 ,功能生化,动态生化,静态生化,分子生物学,生物化学的研究内容,静态生物化学 构成生物体的生物分子的化学组成、结构、理化性质、生物功能及结构与功能的关系。,动态生物化学 物质代谢的体内动态过程及在代谢过程中能量的转换和代谢调节规律。,功能生物化学 研究代谢反应与生理功能的关系。,静态生物化学的发展阶段,从19世纪末到20世纪30年代，描述有机生物化学的发展。 这个时期的生物化学更多地依附于有机化学， 大量工作围绕生命的存在方式“蛋白质”进行。,动态生物化学的发展阶段,约在20世纪30到50年代，描述生理生物化学的发展，主要研究生物体内物质的变化，即代谢途径。 19世纪中叶，生物学积累了若干有关血液循环和消化、吸收的知识，生物

8、化学开始探索生理功能的化学过程，从而派生出了生理生物化学。,功能生物化学的发展阶段,从20世纪50年代开始，描述分 子或综合生物化学的发展， 主要研 究生物大分子的结构与功能。 由于各种现代化技术和设备的发明和发展，生物化学的进展更集中地反映在蛋白质、酶和核酸等生物大分子的研究上，使生命起源研究进入了新的发展时期。,二、生物化学的研究对象,微生物生化 植物生化 生物体 动物生化 人体生化,生物大分子基本特征,生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。 生物信息大分子具有如下特征： （1）由结构小分子结构单元组成. （2）顺序排列。 （3）结构复杂：线性信息，三维信息,生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞大，结构复杂的线性分子或环状分子。通常将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。,生物大分子的立体结构,生物大分子在线性或环状结构基础上，通过分子内或分子之间的基团（包括极性、非极性和带电荷基团）相互作用，可以进一步形成非常复杂的立体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，而有的

9、则形成球状等。,生物化学与药学科学,生物化学与药学科学,（一）生物化学是药学的基础学科 （二）生物化学与制药工业生产实践密切相关 1. 生物化学的实验方法在制药工业中广泛应用。 2. 药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。 3. 以生物化学、微生物学和分子生物学为基础发展起来的生物工程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。,第四节,生化魅力,所有生物学科都不是孤立的，而是相互联系、相互补充、相互渗透，其基础就是“生命的化学语言”。换而言之，生物化学是联系生物学科之间的桥梁。,有用,可实现许多个人愿望。,有趣,可成名,20世纪Nobel生理学、化学奖中半数以上在生物化学领域取得重大突破,可获利,无形资产 有形资产,第五节,学习方法,学习方法,抓住特点、记住要点 纲目清楚、多而不乱 循序渐进、前后联系 适当归纳对比,一条主线：生命的化学、化学的生命,一个中心：认识生命、改造生命,万能方法：理解记忆,参考书,Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND：Biochemistry (5th ed). WH Freeman & Co. New York, 2002 Nelson DL, Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2000 Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW: Harpers Biochemistry. (25th ed).北京:科学出版社.2000 Lodish H, Baltimore D, Berk A, Zipursky SL et al: Molecular Cell Biology (4th ed)., Scientific America Books, WH Freeman & Co., New York., 2000 Karp G: Cell and Molecular Biology Concepts and experiments (3rd ed). John Wiley & Sons, New York.

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