1、第一章第一章绪论绪论生物化学及其研究内容生物化学及其研究内容(生物化学的含义）生物化学的含义）生命及其构成生命及其构成生物化学与其他学科间的关系生物化学与其他学科间的关系研究生物化学的意义研究生物化学的意义生物化学的发展生物化学的发展生物化学的发展生物化学的发展 课程安排及其学习方法课程安排及其学习方法(生物化学的概生物化学的概念和研究内容念和研究内容)一.生物化学的涵义v (一)概念v 生物化学是研究生命现象及其化学本质的科学,它是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物(微生物、植物、动物及人体等微生物、植物、动物及人体等)的化学组成、生的化学组成、生命物质各组分的结构和性质、及它们在生
2、命过程命物质各组分的结构和性质、及它们在生命过程中的变化规律的一门科学。中的变化规律的一门科学。试图用化学的观点来揭示生命现象.v(二)研究范围及其对象v 1.发现和阐明构成生命物体的分子基础发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分生物分子的化学组成、结构和性质；子的化学组成、结构和性质；v 2.物质及能量变化.(生物分子在生物机体中的相互生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律（物质代谢、能量代谢、信息作用及其变化规律（物质代谢、能量代谢、信息代谢）。代谢）。v 3.生物分子的结构、功能与生命现象的关系生物分子的结构、功能与生命现象的关系.附加：（三）生命附加：（三）生命的定义的定义生命的根
3、本特性是什么？千百年来，人们以许多生命的根本特性是什么？千百年来，人们以许多不同的观点阐述自己对此的看法。不同的观点阐述自己对此的看法。v1919世纪下半叶时，世纪下半叶时，恩格斯给生命下了一个定义恩格斯给生命下了一个定义：“生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停代谢，而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质的分解。止，结果便是蛋白质的分解。”恩格斯的生命定恩格斯的生命定义在一定程度上揭示了生命的物质基础，即具有义
4、在一定程度上揭示了生命的物质基础，即具有新陈代谢功能的蛋白体。新陈代谢功能的蛋白体。100100年来，这个定义一直年来，这个定义一直指导人们认识生命的思想武器。指导人们认识生命的思想武器。1、生命是一个很难下、生命是一个很难下的定义的定义 （1 1）生理学定义）生理学定义 例如把生命定义为具有进食、代谢、例如把生命定义为具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖等功能的系统。但某些排泄、呼吸、运动、生长、生殖等功能的系统。但某些细菌却不呼吸。细菌却不呼吸。（2 2）新陈代谢定义）新陈代谢定义 生命系统具有界面，与外界经常交生命系统具有界面，与外界经常交换物质但不改变其自身性质。换物质但不改变
5、其自身性质。（3 3）生物化学定义）生物化学定义 生命系统包含储藏遗传信息的核酸生命系统包含储藏遗传信息的核酸和调节代谢的酶蛋白。但是已知某种病毒生物却无核酸和调节代谢的酶蛋白。但是已知某种病毒生物却无核酸(阮病毒阮病毒)。（4 4）遗传学定义）遗传学定义 通过基因复制、突变和自然选择而进通过基因复制、突变和自然选择而进化的系统。化的系统。（5 5）热力学定义）热力学定义 生命是个开放系统，它通过能量流动生命是个开放系统，它通过能量流动和物质循环而不断增加内部质量。和物质循环而不断增加内部质量。Horowitz 观观点点具有复制的能力具有复制的能力具有催化的能力具有催化的能力具有突变的能力具有
6、突变的能力2、生命的构成生命的构成v1919世纪世纪3030年代，德国植物学家施莱登首先指出，年代，德国植物学家施莱登首先指出，所有植物体都是由细胞构成的。他的这个观点被所有植物体都是由细胞构成的。他的这个观点被德国动物学家施旺在动物组织和细胞研究中证实，德国动物学家施旺在动物组织和细胞研究中证实，所有动物也是由细胞构成的所有动物也是由细胞构成的。v施旺指出：施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植物体细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在动物体内。动物体内。”在此基础上他们创立了细胞学说。在此基础上他们创立了细胞学说。
7、细胞是生物体的基本结构单元细胞是生物体的基本结构单元 v细胞是组成生物体的基本结构单元，是生物体细胞是组成生物体的基本结构单元，是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动的进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动的基本场所。基本场所。v恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、达尔恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、达尔文进化论一起誉之为文进化论一起誉之为1919世纪自然科学的三大发现世纪自然科学的三大发现。v由于细胞的发现，我们不仅知道一切高等有机体由于细胞的发现，我们不仅知道一切高等有机体都是按照一个共同规律发育和生长的，而且通过都是按照一个共同规律发育和生长的，而且通过细胞的变异，能
8、改变自己，向更高的发育道路迈细胞的变异，能改变自己，向更高的发育道路迈进。进。3、细胞的分类和结构细胞的分类和结构 所有的生物都是由细胞组成的，只是不所有的生物都是由细胞组成的，只是不同的生物体细胞的大小和形状有所不同。同的生物体细胞的大小和形状有所不同。有的细胞人的眼睛可以看得见，如鸟类有的细胞人的眼睛可以看得见，如鸟类的蛋，最大的直径近的蛋，最大的直径近1010厘米（鸵鸟蛋）。厘米（鸵鸟蛋）。有的细胞直径只有有的细胞直径只有0.10.1微米，要用高倍显微米，要用高倍显微镜才能看到，如原始的细菌。大多数微镜才能看到，如原始的细菌。大多数细胞的直径是细胞的直径是10-10010-100微米，用
9、低倍显微微米，用低倍显微镜就能看到。镜就能看到。细胞的大小，即使在同一生物体的相同细胞的大小，即使在同一生物体的相同组织中也不一样。同一个细胞，处在不组织中也不一样。同一个细胞，处在不同发育阶段，它的大小也是会改变的。同发育阶段，它的大小也是会改变的。细胞的分类细胞的分类根据生物的进化程度，细胞可以分为两大类：根据生物的进化程度，细胞可以分为两大类：原核细胞原核细胞(Prokaryote cell)真核细胞真核细胞(Eukaryote cell)。（1 1）原核细胞）原核细胞v原核细胞是原核细胞是一类进化程一类进化程度低，结构度低，结构最简单的一最简单的一类细胞。属类细胞。属于原核细胞于原核细
10、胞的有细菌的有细菌(Bacteria)(Bacteria)和蓝藻和蓝藻(blue-(blue-green green algae)algae)等。等。原核细胞的特点原核细胞的特点v原核细胞的外层是细胞壁和细胞膜原核细胞的外层是细胞壁和细胞膜（质膜），内部为细胞质。细胞质（质膜），内部为细胞质。细胞质的结构非常简单，没有明显的细胞的结构非常简单，没有明显的细胞器（由封闭的生物膜包裹的固体质器（由封闭的生物膜包裹的固体质粒），只有原始的细胞核（无核膜粒），只有原始的细胞核（无核膜和核仁）和其它一些核糖核蛋白体和核仁）和其它一些核糖核蛋白体等。等。（2 2）真核细胞）真核细胞v真核细胞是高等植物和动
11、物的基本真核细胞是高等植物和动物的基本组织单位。组织单位。v真核细胞的外层为细胞膜（植物细真核细胞的外层为细胞膜（植物细胞还有一层细胞壁），内部为细胞胞还有一层细胞壁），内部为细胞质。质。真核细胞的结构真核细胞的结构细胞的三维结构图形细胞的三维结构图形真核细胞的结构真核细胞的结构v细胞质的结构非常复杂，含有许多细胞细胞质的结构非常复杂，含有许多细胞器，主要有：细胞核、线粒体、核糖核器，主要有：细胞核、线粒体、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶体等。蛋白体、高尔基体和溶酶体等。v植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。等。v各个细胞器具有不同的生物功能，它们各个细胞器具
12、有不同的生物功能，它们之间的协调运作，使细胞内的代谢和各之间的协调运作，使细胞内的代谢和各种生理活动能够有条不紊地进行。种生理活动能够有条不紊地进行。生物体的化学组成生物体的化学组成v自然界自然界所有的所有的生命物生命物体都由体都由三类物三类物质组成质组成水、无水、无机离子机离子和生物和生物分子分子生命体的元素组成生命体的元素组成组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的存在的9292种天然元素中，只有以下元素在生物种天然元素中，只有以下元素在生物体内被发现体内被发现第一类元素：包括第一类元素：包括C C、H H、O O和和N N四种元素，是组四种元
13、素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生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物体总质量的99%99%以上。以上。第二类元素：包括第二类元素：包括S S、P P、ClCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg。这类元素也是组成生命体的基本元素。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括第三类元素：包括FeFe、CuCu、CoCo、MnMn和和ZnZn。是生。是生物体内存在的主要少量元素。物体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括第四类元素：包括AlAl、AsAs、B B、BrBr、CrCr、F F、GaGa、I I、MoMo、SeSe、SiSi等。等。生物分子生
14、物分子v生物分子是生物体和生命现象的结构基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础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。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：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及维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨及维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等有机小分子。基酸等有机小分子。v二.生物化学与有关科学v(一)与化学及物理学的关系v1.化学:分析,有机：19世纪末期以前，生化的问题主要是化学（有机）和生理学研究。v2.物理:分子光谱,质谱,电子能谱,X-光衍射,核磁共振,顺磁共振,超速离心,电子显微镜、同
15、位素标记等.化学化学有机化学有机化学物理化学物理化学无机化学无机化学分析化学分析化学高分子化学高分子化学 各学科之间的联系v(二)与其它生物学的关系v1.生理学v2.遗传学v3.微生物学：代谢、病毒的本质、免疫程序、抗体的生成机制等v4其它:细胞学、组织学,胚胎学,分类学、进化论等.生物学生物学动物学动物学植物学植物学微生物学微生物学化学化学生生物物学学生物化学生物化学 各学科之间的联系生理学遗传学栽培、育种生态近代生物化学的发展 植物生化 动物生化 微生物生化 病理生化 农业生化 生物化学分支生物化学分支 食品生化 无机生化 有机生化 生理生化 临床生化生物工程 基因工程 发酵工程 蛋白质工
16、程 酶工程v三.研究生物化学的意义v1.在轻 工业v2.在家畜的营养和畜牧业生产方面v3.新品种培育v4.临床v5.其它v 注:的症状糖尿病:三多一少 生物化学知识的应用v工业方面工业方面：食品工业、化妆品工业、发酵工业、食品工业、化妆品工业、发酵工业、制革工业、国防工业、环保工业等。制革工业、国防工业、环保工业等。v农业方面农业方面：优质、高产品种培育、优良品种鉴优质、高产品种培育、优良品种鉴定、生物肥料、生物农药等。定、生物肥料、生物农药等。v医药业医药业：疾病诊治、生化制药、基因治疗等。疾病诊治、生化制药、基因治疗等。v生物技术生物技术：基因工程、细胞工程、酶工程、发基因工程、细胞工程、
17、酶工程、发酵工程等。酵工程等。四、生物化学的发展 生物化学作为一门独立的自然科学,只有近200年的历史。但是其发展非常迅速，目前已成为自然科学领域发展最快、最引人注目的学科之一。（一）我国古代劳动人民的贡献v制饴、酿酒、制醋、制酱技术；掌握生产豆腐的工艺（贾思勰的齐民要术；齐民要术是我国最早的一部完整的古农书。v对脚气病（多发性神经炎）和甲状腺肿的认识与治疗。v本草纲目（李时珍）v2.在营养学方面:五谷为养,五畜为益,五果为助,五菜为充,气味合而服之,以补益精气.（二）近代生物化学的发展v 萌芽时期(18世纪下半叶19世纪初)：静态生物化学阶段静态生物化学阶段18世纪中期：kchede研究生物
18、体的组成，一般认为奠定了生物化学的基础工作。Scheele:瑞典化学家，分离得到甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸、酒石酸等。Lavoisier:法国化学家，1.首次证明动物的呼吸需要氧气（1785）；2.同时证明燃烧过程是物质与氧的结合过程。接着，有：Liebig:德国化学家，是农业化学的奠基人，也是生物化学和碳水化合物化学的创始人之一。首次提出新陈代谢这个学术名词。发现了马尿酸、氯仿。并在定量分析上作出了贡献。并有Bernard在消化上，Pasteur在发酵上作出了贡献。Wohler:与Liebig在同一个实验室，1828年在实验室合成了尿素。从而推翻了有机化合物只有在生物体内部合成的错误认
19、识。（发酵Buchner）从此生物体内糖类、脂类及氨基酸等均被详尽的研究。Ernst Felix Hoppe-Seyler:德国医生，1877年提出“Biochemie”即英文的“Biochemistry”.（Miescher是他的学生）近代生物化学的发展v奠基时期(19世纪20世纪)：动态生物化学阶段动态生物化学阶段：科学家对生物物质代谢、平衡等进行了广泛深入的研究，基本阐明了酶的化学本质以及与能量代谢有关的物质代谢途径。Summer:美国科学家，1926年得到脲酶的结晶，证明了酶的化学本质是蛋白质。Embden:德国生物化学家，在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与他人一起
20、证明了糖酵解途径。Krebs:英国人，发现了尿素循环和三羧酸循环。Calvin:美国人，发现了光合碳代谢途径。光合磷酸化过程。Abel:1902年分离得到肾上腺素并制成结晶。Went:1926年从燕麦胚芽鞘中分离出生长素。Hopkins:英国剑桥生物化学中心，1912年前后发现维生素。近代生物化学的发展v大发展时期(1930-至今)：机能生物化学阶段机能生物化学阶段：科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的不断改进，使的对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。1.糖酵解、三羧酸循环、脂代谢、氧化磷酸化等生化反应过程均被阐述。2.Watson,Cric
21、k首次描绘了DNA双螺旋结构模型，使人们第一次获知基因结构的实质。3.英国物理学家Perutz用X-射线衍射技术，解析了血红蛋白的三维空间结构；Kendrew测定了肌红蛋白的结构。英国化学家Sanger利用10年时间完成牛胰岛素的结构测定。4.美国化学家Pauling确认氢键在蛋白质结构中和大分子相互作用中的重要性；还研究了镰刀型红细胞贫血病，提出分子病的名称。（三）我国科学家在近代生物化学发展史中的贡献v1919-1919-19221922，福林（Folin)和吴宪提出吴宪提出用比色法测定血糖；用比色法测定血糖；v1924-19421924-1942，吴宪提出蛋白质变性学说。，吴宪提出蛋白质
22、变性学说。v汤佩松、殷宏章等在呼吸代谢、酶作用机理等方面作出汤佩松、殷宏章等在呼吸代谢、酶作用机理等方面作出突出的贡献。突出的贡献。v19651965年，人工合成具有生物学活性的牛胰岛素；年，人工合成具有生物学活性的牛胰岛素；19731973年，年，测定了猪胰岛素的空间结构；测定了猪胰岛素的空间结构；19831983年，完成酵母丙氨酸年，完成酵母丙氨酸tRNAtRNA的人工合成。的人工合成。v植物收缩蛋白的研究（阎隆飞等）植物收缩蛋白的研究（阎隆飞等）v生物膜结构与功能研究（杨福愉、黄芬等）生物膜结构与功能研究（杨福愉、黄芬等）v蛋白质合成后的转运（信号肽、分子伴侣）蛋白质合成后的转运（信号肽、分子伴侣）v抗原抗体反应机理v(四)近几年的生物化学的发展v1.基因调控v2.基因工程和细胞工程v3.蛋白质工程和酶工程v4.热应激反应v5.生物导弹v6.蛋白质过膜运动v7.人类基因组测定.v(五)生物化学发展的三个阶段v1.描述生物化学(静态生物化学)v2.动态生物化学v3.机能生物化学v生物化学的学习方法.教材安排与学习方法
