第1章生物化学绪论2012课件.ppt

1、生物化学生物化学主讲教师：李峰、王兴平主讲教师：李峰、王兴平l中国学生不愿意提问 l博士生的素质决定研究机构的质量 l大学教师更重要的责任是帮助学生成长 l生物化学（生物化学（Biochemistry)Biochemistry)主主要是应用化学的理论和方法来要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，从分子水平阐研究生命现象，从分子水平阐明生命现象的化学本质。明生命现象的化学本质。l静态生物化学：生物大分子的结构、种类、性质与功能。l动态生物化学：生物大分子的合成与分解。l信息生物化学：遗传信息的储存和传递过程，以及细胞代谢与基因表达调控。v生物分子是生物体和生命现象的结构基础和生物分子是生物体和

2、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。功能基础，是生物化学研究的基本对象。v生物分子的主要类型包括：生物分子的主要类型包括：v糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子v维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。l生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，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。所以又称为生物大分子。l生物大分子具有如下特征：生物大分子具有如下特征：l最重要的结构单元分子主要有以下几类:l2020种基本氨基酸种基本氨基酸 甘甘油、

3、油、脂脂肪肪酸酸和和胆胆碱碱l单糖单糖l生物大分子的结构可分为两型种类：生物大分子的结构可分为两型种类：l生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单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。单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。l生物大分子在线性或生物大分子在线性或环状结构基础上，通环状结构基础上，通过分子内或分子之间过分子内或分子之间的基团（包括极性、的基团（包括极性、非极性和带电荷基团）

4、非极性和带电荷基团）相互作用，可以进一相互作用，可以进一步形成非常复杂的立步形成非常复杂的立体结构。例如盘绕成体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片层螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，状。有的以线状存在，而有的则形成球状等。而有的则形成球状等。l构成生物大分子的结构单元分子大多数都构成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。是手性分子。l例如，构成蛋白质的氨基酸都是例如，构成蛋白质的氨基酸都是 L L型。型。l 构成多糖的葡萄糖都是构成多糖的葡萄糖都是 D D型。型。随着生产实践和科学实验的发展而发展随着生产实践和科学实验的发展而发展l我国古代人们早已具有一定的生物化学实践知我国古代人们早

5、已具有一定的生物化学实践知识，对生物化学的发展作出了重大贡献。识，对生物化学的发展作出了重大贡献。22th B.C.22th B.C.战国策战国策有酿酒的记载；有酿酒的记载；12th B.C.12th B.C.周孔周孔有造酱的记载；有造酱的记载；597 B.C.597 B.C.左传左传有麦曲（酵母）治疗腹疾的对话；有麦曲（酵母）治疗腹疾的对话；4th A.D.4th A.D.海藻酒防治甲状腺肿大；海藻酒防治甲状腺肿大；7th A.D.7th A.D.用中药治疗脚气病（缺乏用中药治疗脚气病（缺乏VitBVitB1 1）,这比荷兰医生埃克曼这比荷兰医生埃克曼（EijkmanEijkman）发现）发

6、现VitBVitB1 1（18971897年）早年）早1 1千多年；千多年；7th A.D.7th A.D.孙思邈（孙思邈（581581682682年）利用猪肝治疗雀目（夜盲症）年）利用猪肝治疗雀目（夜盲症）l近代生物化学的发展始于近代生物化学的发展始于1818世纪中叶的欧洲。世纪中叶的欧洲。19031903年纽伯格（年纽伯格（NeubergNeuberg）提出了）提出了“生物化学生物化学”一词，从此生物化学成为一门单独的学科。一词，从此生物化学成为一门单独的学科。l2020世纪世纪2020年代开始，生物化学进入一个迅猛发展的年代开始，生物化学进入一个迅猛发展的时期，取得了显著的成绩。（动态生

7、化阶段）时期，取得了显著的成绩。（动态生化阶段）l酶的化学本质是蛋白质（酶的化学本质是蛋白质（19261926年）年）l同位素示踪法，促进了生物体内的化学变化的研究。同位素示踪法，促进了生物体内的化学变化的研究。l在中子和质子组成的原子核内，质子数相同，中子在中子和质子组成的原子核内，质子数相同，中子数不同的这一类原子称为同位素。会发生放射性衰数不同的这一类原子称为同位素。会发生放射性衰变的同位素称为放射性同位素。变的同位素称为放射性同位素。l进入进入2020世纪世纪5050年代开始，生物化学取得了空前的发展。年代开始，生物化学取得了空前的发展。（结构与功能的关系）（结构与功能的关系）l蛋白质

8、一、二、三、四级结构的研究取得重大突破。蛋白质一、二、三、四级结构的研究取得重大突破。l19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA的双螺旋结构，标的双螺旋结构，标志分子生物学的诞生。志分子生物学的诞生。（信息生物化学阶段）（信息生物化学阶段）这四位中间，有一位女科学家，这位女科学家在1958年去世了，1962年他们得诺贝尔奖的时候，她已经去世了。她其实是在这里边作出贡献最大的一位科学家，也是受到最不公正待遇的一位。她比Francis Crick、James Watson和Maurice Wilkins三人加起来都更理应获得诺贝尔奖，但诺贝尔奖不

9、能给那些故去的人颁发，实在是个遗憾。罗莎琳德富兰克林（Rosalind Franklin，19201958）Rosalind Franklin以炭的孔状结构为题（her thesis on holes in coal）完成了论文，并且于1945年从剑桥拿到了物理化学的博士学位（Ph.D.，Philosophiae Doctor）。在1939年下半年，当Rosalind还是Cambridge,Newnham College(纽纳姆学院)的一名学习化学的19岁学生的时候，她就在她的练习簿上构思出了一个核酸在理论上的可能结构。当Rosalind回到伦敦国王学院（Kings College）时，她的老

10、板兰德尔（JT Randall）希望她可以对DNA的结构进行研究。Newnham College,1871成立Kings College，1441年由英国国王亨利六世创立 2.0 nm小小沟沟大大沟沟l1953年4月25日，自然杂志发表了Crick和Watson的论文（Nature,1953,Apr.25,P737），也同时发表了Wilkins和Franklin和他们的合作者分别写的两篇实验结果的论文。l20世纪50年代许多实验室对DNA的双螺旋结构模型进行验证。l1956年A.Kornberg（科恩伯格）发现DNA聚合酶，可在体外复制DNA。1959年获诺贝尔生理学、医学奖。l1958年Cr

11、ick总结了当时分子生物学的成果，提出了“中心法则”（central dogma）。l1961年F.Jacob（雅各布）和J.L.Monod（莫诺）提出并证实了操纵子学说并假设了mRNA的功能。1965年获诺贝尔生理学、医学奖。l1965年R.W.Holley（霍利）测定了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列；H.G.Khorana（科尔拉）第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因；1966年M.W.Nirenberg（伊润伯格）破译了遗传密码。他们三人共获1968年的诺贝尔生理学、医学奖。l1970年H.M.Temin、D.Baltimore和R.Dulbecco(杜伯克)发现了在RNA肿瘤病毒

12、中存在逆转录酶。1975年共获诺贝尔生理学、医学奖。2020世纪世纪7070年代前期诞生了年代前期诞生了DNADNA重组技术（重组技术（DNA DNA recombinant technologyrecombinant technology）。）。（DNA切割技术、分子克隆和快速测序）人类基因组计划（Human Genome Project,HGP）开辟了生命科学新纪元科学家发现，不论单基因病还是多基因病，在发病过程中实际上都涉及很多基因的作用。要搞清任何一种疾病发生的原因，必须从基因组层面上搞清涉及疾病的所有基因的变化规律，而不只是研究某个基因。由此孕育出人类基因组计划这一伟大的科学工程。该

13、计划于1990年首先在美国启动，整个计划耗资30亿美元，预计在15年时间内完成，后有德、日、英、法、中等国家的科学家先后正式加入。l我国的生物化学的发展起步较晚我国的生物化学的发展起步较晚l吴宪提出蛋白质变性学说，建立的无蛋白血滤液的制备和血糖测定方法，至今仍然有效；l1965年，人工合成结晶牛胰岛素；l1972年，研究猪胰岛素的结构；l1981年，成功合成了酵母丙氨酸tRNA；l1980S后期，通过遗传工程获得了干扰素，人生长素及乙型肝炎疫苗等的高效表达;l在农业生产上，作物栽培、作物品种鉴定、遗传育种、土壤农业化学、豆科作物的共生固氮、植物的抗逆性、植物病虫害防治等学科都越来越多地应用生物

14、化学作为理论基础。l某些轻工业生产中，如食品工业、发酵工业、制药工业、生物制品工业、皮革工业等都需要广泛地应用生物化学的基本理论及技术。l尤其是在发酵工业中，人们可以根据微生物合成某种产物的代谢规律、特别是它的代谢调节规律，通过控制反应条件，或者利用基因工程来改造微生物，构建新的工程菌种以突破其限制步骤的调控，大量生产所需要的生物产品。l此外，发酵产物的分离提纯也必须依据和利用生物化学的基本理论和技术手段。利用发酵法已经成功地实现工业化生产维生素C、许多氨基酸和酶制剂等生化产品。l在医学领域，生物化学的应用非常广泛。人的病理状态往往是由于细胞的化学成分的改变，从而引起代谢及功能的紊乱。按照人体

15、生长发育的不同需要，配制合理的饮食，供给适当的营养以增进人体健康和疾病的临床诊断。l1）生物化学的发展促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的正确诊断。l人的病理状态往往是由于细胞的化学成分的改变，从而引起代谢及功能的紊乱。按照人体生长发育的不同需要，配制合理的饮食，供给适当的营养以增进人体健康和疾病的临床诊断。l2）生物化学理论和方法促进生化药物研究与开发。l根据疾病的发病原因以及病原体与人体在代谢上和调控上的差异，设计或筛选出各种高效低毒的药物来防治疾病等，这些问题的研究都需要应用生物化学的理论和技术。而生化药物是从生物细胞提取的有治疗作用的生化物质，如一些激素、维生素、核苷酸类物质和某

16、些酶。l高新技术产品不断涌现但也给人类居住的环境产生巨大的污染，严重危害人类的生存，如三废的处理、水质的净化等。如筛选良好的微生物菌株进行转化，或微生物发酵产物进行对“三废”处理。这些都与生化理论和方法密切相关。l20世纪70年代，由于生物化学的迅速发展，形成一门独立的新学科分子生物学。该学科被看成是生命科学以崭新的面目进入21世纪的带头学科，是从生物大分子和生物膜的结构、性质和功能的关系来阐明生物体繁殖、遗传等生命过程中的一些基本生化机理问题，如生物进化，遗传变异，细胞增殖、分化、转化，个体发育，衰老等。l在分子生物学基础上又发展起来新兴的技术学科生物工程，包括基因工程、酶工程、细胞工程、发

17、酵工程、生化工程、蛋白质工程、海洋生物工程、生物计算机及生物传感器等主要八大工程。l其中的基因工程是生物工程的核心。人们试图像设计机器或建筑物一样，定向设计并构建具有特定优良性状的新物种、新品系，结合发酵和生化工程的原理和技术，生产出新的生物产品。l1.4.1 与化学的关系l1.4.2 与生物科学的关系l1.生理学l2.遗传学l3.微生物学l4.细胞生物学l5.生物分类学l 正确选择和利用参考书l 抓住主线，由表及里，循序渐进l 深刻理解，前后关联，加强记忆l 掌握基础理论知识，注重理论联系实际l1）什么是生物化学？它主要研究那些内容？l2）生物化学经历了哪几个发展阶段？各个时期研究的主要内容

18、是什么？试举各时期一二例重大成就。l3）生物化学与其他学科各有什么联系？l4）简述生物化学研究的范围，各部分有什么关系？l5）简述生物化学的具体应用领域。v使用教材使用教材：v生物化学生物化学 王允祥王允祥 李峰李峰 主编主编 华中科技大学出版社出版华中科技大学出版社出版v参考书目参考书目：v北京大学北京大学生物化学生物化学、复旦大学、复旦大学生物化学教生物化学教程程、南京大学、南京大学普通生物化学普通生物化学、北京师范大学、北京师范大学简明生物化学教程简明生物化学教程、西北农林科技大学、西北农林科技大学基础基础生物化学生物化学 v联系电话联系电话：7186127,13973608227vemail： 生物化学第一章 绪论第二章 蛋白质第三章 核酸第四章 酶第五章 维生素与辅酶第六章 生物能学和生物氧化第七章 糖代谢第八章 脂类的代谢第九章 蛋白质降解和氨基酸代谢第十章 核酸代谢第十一章 蛋白质的生物合成第十二章 物质代谢的调控