江南大学801生物化学总结1----绪论和蛋白质化学.doc

江南大学801生物化学可见总结Biochemistry----踏入探索生命奥秘之门的钥匙；21世纪最富活力的学科之一第一章 绪论一、生物化学的涵义1、涵义：生物化学从分子水平上：阐明生物的结构、功能、代谢等，是关于生命的化学本质的科学 从学科范围上来讲，生物化学是：由生物学和化学交叉发展形成的边缘学科，是以化学方法为主要手段来研究 生物（生命活动）的一门学科2、生物化学是关于生命的化学本质的科学 生化主要研究以下几个方面的内容： ① 生物体的化学组成，生物分子的结构、性质和功能 ④ 遗传信息，分子生物学、分子遗传学的初步知识 ② 生命活动中物质变化和能量变化的规律，即代谢 ⑤ 生物膜等 ③ 一切生命现象的物质基础及生化原理3、生化的衍生学科 ① 按研究的生物对象分：动物生化、植物生化、微生物生化、昆虫生化、临床生化等 ② 按其组成部分分：蛋白质生化、糖生化、核酸、酶学、能量代谢、代谢调控等 ③ 生化向纵深方向发展为：分子生物学、分子遗传学、结构生物学、生物信息学、生物膜等 二、生物化学的发展史1、生物化学的学科形成轨迹 2、生物化学的发展简史① 起始期⑴ 在早期：酿造、医药等领域已运用到生化的知识。

但只是依靠经验利用其规律，而对本质没有认识⑵ 到18世纪进入启蒙期，初步研究生命的化学本质 法国化学家拉瓦锡(Lavoisier)：研究燃烧和呼吸，被认为是现代生物化学研究的开端 拉瓦锡通过研究推翻了燃素说，并指出呼吸是不发光的燃烧，其本质是氧化作用 瑞典化学家舍勒(Scheele)：分离并研究了酒石酸、柠檬酸、苹果酸、尿酸、乳酸、甘油等有机物②形成期（19世纪后半叶）⑴ 自然科学取得了重大发展，物理学、化学的发展极大地推动生物化学的形成当时的研究中心在德国 德国李比希(Liebig)：研究有机分子和生物组织提取物，提出“新陈代谢”名词，生理化学的创始人之一 德国霍佩-赛勒(Hoppe-Seyler)：1877年提出“Biochemie”即“Biochemistry”，将生理化学/生物化学建成独立的学科， 首创“蛋白质”一词，得到血红蛋白结晶 米歇尔(Miescher)：从脓细胞细胞核中分离到脱氧核糖核蛋白 巴斯德(Pasteur)：证明酒精发酵由微生物引起(19世纪50年代). 布赫纳(Büchner)兄弟：利用无细胞酵母汁液发酵蔗糖产生酒精(1897年),生化早期的一个重要里程碑,酶学和代谢 快速发展。

⑵ 1903年独立的生物化学(以生物功能为轴心)学科正式成立.③发展期（20世纪上半叶）⑴ 进入20世纪后，生物化学研究得到了迅速的发展，德、美、英、法都建立了生化学术中心 Kossel：因蛋白质, 细胞及细胞核化学方面的成就获得1910年诺贝尔生理与医学奖 霍普金斯(Hopkins) ：先后发现了维生素、色氨酸和谷胱甘肽，创建了剑桥普通生物化学学派和中心 1926年，美国色姆纳(Sumner)：得到脲酶结晶，证明酶是蛋白质 1937年，英国克雷布斯(Krebs)：发现并阐明了三羧酸循环 此外：脂肪酸氧化降解途径、糖酵解途径等基本生物化学途径也都在20世纪30年代前后陆续阐明⑵ 20世纪上半叶在蛋白质、酶、维生素、激素和物质代谢及生物氧化方面都有很大的进展④繁荣期（20世纪下半叶以来）⑴整个生物化学的领域向广度和深度发展，分子生物学的出现和生物工程的兴起是这个时期最引人注目的成就 1944年加拿大Avery肺炎球菌转化试验：DNA是遗传物质 50年英国Wilkins DNA的X-射线衍射：1962年诺贝尔奖 1953年Watson和Crick DNA双螺旋结构模型：1962年诺贝尔奖. 英国Sanger发明蛋白质氨基酸测序法，1955年牛胰岛素的一级结构，开创蛋白质序列分析先河：1958年诺贝尔化学奖。

1960年，Jacob和Monod操纵子结构模型：1965年诺贝尔奖 1965年，美国Nirenberg三联体遗传密码：1969年诺贝尔奖 Holly酵母丙氨酸tRNA的核苷酸排列顺序及所有tRNA的结构：1969年诺贝尔奖 60年代末发现DNA限制性内切酶和DNA连接酶，导致70年代初重组DNA技术（基因工程）的出现 1977年Sanger发明DNA中核苷酸测序法及ΦΧ174 DNA一级结构(5375bp)：1980年诺贝尔奖 80年代生物技术及分子生物学研究倍受重视，基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等生物工程得到了前所未有的发展 1984年Kohler、Milstein、Jerne等发展单克隆抗体技术，完善极微量蛋白质的检测：1984年诺贝尔奖 1993年美国Mullis PCR(聚合酶链式反应)仪：诺贝尔化学奖. 2000年人类基因组计划(HGP)初步完成⑵总之，20世纪下半叶以来，生物化学和分子生物学的发展一日千里，进入21世纪后，该学科正得到更大的发展3、我国生物化学的发展情况⑴ 上世纪20年代：吴宪回国后担任私立北京协和医学院生物化学教授,开启了我国生物化学的研究。

随后完成了蛋白质变性理论、血液生化检测、免疫化学、素食营养、内分泌研究等⑵ 1965年：中科院上海生化所和北京大学合作，在世界上率先通过化学方法完成了具有完全生物活性的结晶牛胰岛 素的人工合成；1983年，又采用有机合成和酶促合成相结合的方法，完成了酵母丙氨酸tRNA的人工全合成⑶ 此外：我国在酶的作用机理、血红蛋白变异、生物膜结构功能等方面都做出了国际水平的研究成果 2000年，我国作为人类基因组计划的参与国同美、英、法、日等国家共同发布了人类基因组的草图三、生物化学的主要内容① 静态生化----生物体的化学组成（生物分子biomolecules）§研究这些生物分子的结构、性质与功能即生物分子的静态特征 ※ 四类生物大分子及构成它们的前体小分子的结构、性质、 功能，以及结构、性质、功能之间的内在联系 ※ 三类活性物质的结构、特性、作用方式和机理§总结：四类（蛋白质、糖类、脂质、核酸）三方面（酶、维生素、激素）§具体内容包括：蛋白质、糖类、脂质与生物膜、酶、维生素和辅酶、核酸、激素化学② 动态生化-----新陈代谢的研究（metabolism）⑴ 实际上，生物分子在体内并不是静态的，而是时时刻刻发生变化即发生代谢活动，这部分研究内容就是动态生化。

代谢是生物体内部及生物体与外界的物质和能量交换过程，是活细胞进行的一系列复杂的生化反应过程 代谢的调节控制：生物体内各种不同的代谢途径构成复杂的代谢网络，各种生物分子通过这张代谢网络进行相互 转化，并受到精密的调节机制调控，此即代谢的调节控制⑵ 具体内容包括：糖类代谢、脂类代谢、蛋白质的降解及氨基酸代谢、核酸的降解及核苷酸代谢③ 遗传的分子基础和代谢的调节控制⑴ 遗传的分子基础在内容上属于分子生物学，讲述的是核酸和蛋白质的合成代谢，包括：见右图中心法则是生物体传递并表达遗传信息的基础⑵ 细胞水平的代谢调节主要有： (a) 以膜结构和膜功能为基础的细胞结构效应 (b) 以代谢途径和酶分子结构为基础的酶活调节 (c) 以酶的合成系统为基础的酶量调节⑶具体内容包括：遗传信息概论、DNA的复制与修复、RNA的转录与加工、蛋白质的生物合成----翻译、细胞代谢与基因表达调控、基因工程与蛋白质工程④ 生化实验（生化是一门实验学科，实验技术至关重要 ⑴ 普通生化实验-----各类生物分子的定性与定量 ⑵ 生化分离实验-----层析、电泳、超离心等 ⑶ DNA重组技术、同位素示踪技术等※ 生物化学的发展和分析分离技术的发展密切相关，在生化研究中，层析法、电泳法、光谱法、同位素示踪法、超离心法等，几乎都成为必不可少的基本方法，此外如核磁共振、X光衍射、中子衍射、电子显微镜等技术也越来越多地应用到生化研究中。

四、生化在生物工程中的地位及作用1、微生物的代谢活动是工业发酵的基础 ※ 发酵工程的本质是：利用微生物的代谢活动将生产原料 转化为各种人们所需的产物 ※ 比较：在发酵工业中,传统发酵往往是利用经验从原料生产产品，而人们对原料如何产生产物的过程（代谢途径） 并不了解而现代新型发酵是建立在对微生物的代谢网络和代谢调控机理深刻认识的基础上的，没有这些 认识，甚至根本生产不出产品2、菌种是发酵工业的基础 ※ 为了选育出优质高产菌株，必须对微生物进行改造，而这些都是建立在分子生物学（遗传的分子基础）的基础 之上的无论使用传统的理化方法进行诱变育种，还是通过基因工程的手段进行育种，其操作的对象都是DNA 分子，因此必须对这类生物大分子的性质有所认识 3、生物化学为发酵产物的分离纯化提供理论依据 ※ 发酵产品种类多种多样、性质各异有的是生物小分子，如氨基酸、有机酸、核苷酸、维生素、寡肽、低聚糖 等；有的属于生物大分子，如蛋白质、酶、核酸、多糖等，要将它们从成分复杂的发酵液中分离出来决不是一 件容易的事。

静态生化部分对生物分子的性质进行了研究，发酵产物的分离纯化正是建立在此基础之上第二章 蛋白质化学Proteins第一节 通论一、蛋白质的化学①②③④ ①蛋白质的概念：蛋白质是由20种左右的α-氨基酸通过肽键相互连接而成的一类具有特定的空间构象和生物学活 性的高分子有机化合物化学和生物学定义） ②蛋白质的生物学功能： ※ 形态学功能：细胞的结构成分，起机械支持作用 ※ 生理活性功能：酶的催化作用；抗体等的免疫保护作用；激素蛋白的调节作用；转运蛋白的运输和储存作用 受体蛋白的细胞识别、信号转导、跨膜运输等作用；生长和分化控制 细胞色素蛋白的电子传递作用；神经冲动的产生和控制；运动蛋白的运动作用 ※ 外源蛋白质的营养功能二、蛋白质的分类 ⑴ 按分子形状分类 球状蛋白质：易溶解，结晶，如酶、抗体、血红蛋白 纤维状蛋白质：多数不溶，如胶原蛋白，角蛋白 ⑵ 按功能分类 活性蛋白质：具有生理活性功能，如酶、抗体、受体 非活性蛋白质：仅对生物体起支持和保护作用，如硬蛋白 ⑶ 按化学组成分类 简单蛋白质：分子中只含有氨基酸 缀合蛋白质：由简单蛋白质和非蛋白辅基组成 ⑷ 按溶解度分类：针对简单蛋白质 ⑸ 按营养价值分类：分完全蛋白质和不完全蛋白质注：① 球状蛋白质——抹香鲸肌红蛋白 纤维状蛋白质——胶原蛋白 ② 缀合蛋白质：血红素蛋白：与亚铁原卟啉结合的蛋白质 黄素蛋白：与黄素核苷酸结合的蛋白质 。