生物化学课件

nullnull生物化学Biochemistrynull主讲教师：何萍 电话：13151009807 邮址：wuxihp008@sina.com第一章 绪论第一章 绪论 生物化学的涵义及内容 生物化学学科的发展史 生物化学在生物科学中地位及作用 生物化学的学习方法一、生物化学的涵义及内容一、生物化学的涵义及内容1. 化学的概念（共性和个性） 化学学科的共性都是研究： 物质的本质，包括：物质的组成、结构和性质； 物质的转化即物质转化的条件和方法。 根据研究的方法和角度不同，可划分成各种不同的化学： 如：无机化学、有机化学、物理化学 我们由此可以引出生物化学的概念。null2. 生物化学的涵义 生物化学是关于生命的化学，是研究生物体的化学组成，生物物质的结构与功能，生命过程中物质与能量变化的规律，以及一切生命现象的物质基础的科学。 生物化学的定义中包含了几层意思： 1）生物体的化学组成：生物体的四大类基本物质（糖、蛋白质、核酸、脂类），三大活性物质，以及各种有机小分子等等。null2）结构与功能：生物分子的结构、功能，结构与功能的内在关系。 3）物质和能量的转化：生物体内大分子、小分子之间的相互转化，以及伴随的能量变化。 4）一切生命现象的新陈代谢，包括：生长、分化、运动、思维等；和自我复制如： 繁殖、遗传等。null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科学，是以化学方法为主要手段来研究生物（生命活动）的一门科学。 null生物学化学工程学生物化学生物工程化学工程生物技术3. 生物化学的内容3. 生物化学的内容1）生物体的化学组成 四类基本生物大分子： 糖 由单糖组成 脂类 由甘油、脂肪酸、磷酸、含氮碱等组成 蛋白质 由氨基酸（20种）组成 核酸 由核苷酸组成，而核苷酸又由碱基、戊糖、磷酸 组成 研究生物大分子及其构成它们的前体小分子物质的结构、性质、功 能，以及结构与性质、功能之间的内在联系。 三大活性物质：酶、维生素、激素。 它们的结构、特性、作用方式和机理。 由于这部分内容研究的是生物分子的静态特征，被称为静态生化。null2）新陈代谢的研究 事实上，生物分子在生物体内并不是静态的，而是在时时刻刻的发生变化，包括： 生物大分子 小分子 小分子 小分子 体外物质 体内物质 从一种生物分子转化为另一种生物分子所经历的化学反应过程称为代谢途径，这其中又伴随着能量的变化（放能和需能）。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。 这部分内容反映生物体内物质能量转化的动态过程，被称为动态生化。降解合成转化运输分泌null3）遗传的分子基础和代谢的调节控制 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： DNA RNA 蛋白质 该法则是生物体传递并表达遗传信息的基础。 生物体内的代谢网络非常复杂，而生物体的各种反应却能有条不紊的进行，这是受到精密的调节机制调控的，其中细胞水平的调节主要包括： (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。 复制复制转录逆转录翻译二、生物化学的发展简史二、生物化学的发展简史1.史前期 公元前22世纪用谷物酿酒 公元前12世纪学会制酱、制饴 公元前7世纪用车前子、杏仁治疗脚 气病，用猪肝治疗夜盲症等 人们依靠经验自发的利用生物化学规律，而对本质没有认识。2. 18世纪（启蒙期）2. 18世纪（启蒙期） 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。 3. 19世纪（发展期）3. 19世纪（发展期） 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发展。当时的研究中心在德国。 德国化学家李比希(Liebig)是生理化学和碳水化合物化学的创始人之一，研究了大量的有机分子和生物组织提取物，并首次提出了“新陈代谢”这个学术名词。 1877年，德国医生霍佩-赛勒(Hoppe-Seyler)首次提出“Biochemie”这个名词，译为英文是“Biochemistry”,汉译为生物化学，并创办了生理化学杂志，将生理化学（生物化学）建成一门独立的学科，首次从生物学、医学、化学中分离出来。他还首创了“蛋白质”一词，并得到了血红蛋白结晶。1903年生物化学学科正式成立null霍佩-赛勒的学生米歇尔(Miescher)研究了病理液体和脓细胞，并从脓细胞的细胞核中分离得到了脱氧核糖核蛋白。 19世纪50年代，巴斯德(Pasteur)证明了酒精发酵是由微生物引起的，排除了发酵自生论。 1897年布赫纳(Büchner)兄弟利用无细胞酵母汁液发酵蔗糖产生酒精的研究，是生化发展早期的一个重要里程碑，他不仅结束了酒精发酵机理持续了半个世纪的大论战，而且将酶学和代谢等现代生化研究引入了一个快速发展的新时期。 4.20世纪上半叶4.20世纪上半叶 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。 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。 霍普金斯(Hopkins)，剑桥大学生物化学教授，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，美国的色姆纳(Sumner)得到了脲酶结晶，证明了酶的本质是蛋白质。 null1937年，英国生物化学家克雷布斯(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。 5.20世纪下半叶5.20世纪下半叶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，加拿大细菌学家艾弗里(Avery)完成了肺炎球菌转化试验，证明了DNA是遗传物质。 50年前后，英国物理学家威尔金斯(Wilkins)完成了DNA的X-射线衍射研究。 在此基础上，1953年，沃森(Watson)和克里克(Crick)建立起DNA双螺旋结构模型，开辟了分子生物学的新纪元。null英国生物化学家桑格(Sanger)经过10年研究，发明了测定蛋白质分子中氨基酸序列的方法，并于1955年确定了牛胰岛素的一级结构，这是第一个被阐明结构的蛋白质，开创了蛋白质序列的先河。 1960年，雅各布(Jacob)和莫诺(Monod)提出了在原核生物中普遍存在的基因调控的操纵子结构模型。 1965年，美国生物化学家尼伦伯格(Nirenberg)破译出三联体遗传密码。null霍利(Holly)阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸排列顺序，后来又证明了所有的tRNA都有着相似的结构。 60年代末，DNA限制性内切酶和DNA连接酶被陆续发现，为研究核酸分子的结构和功能找到了自由切割和重组的工具，为70年代初重组DNA技术（基因工程）的出现奠定了基础。 1977年，桑格设计出一种测定DNA分子中核苷酸序列的方法，并测定了由5375个核苷酸组成的ΦΧ174 DNA的一级结构。这种DNA序列分析法至今仍被广泛的使用。 null进入80年代以来，各国政府对生物技术倍加重视，分子生物学研究成了最受青睐的学术领域之一。包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程在内的生物工程得到了前所未有的发展，并已经在农业、医药、轻工等行业得到广泛的应用。 1984年，科勒(Kohler)和米尔斯坦(Milstein)等人由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而获得了诺贝尔奖。null1993年，美国科学家穆里斯(Mullis)由于发明了PCR （聚合酶链反应）仪而获得诺贝尔奖。PCR法通过 DNA变性、退火、延伸三个步骤的反复循环，可以实 现微量的目的基因在短时间内扩增100万倍以上。目 前PCR已经成为分子生物学研究人员不可缺少的工具。 2000年，在许多国家分子生物学家的共同努力下， 拟就了人类基因组草图，宣告人类基因组(HGP)的初步完成。 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，该学科必定会得到更大的 发展，为人类创造财富和幸福。6.我国生物化学的发展情况6.我国生物化学的发展情况我国生物化学家吴宪于本世纪20年代从美国回国后担任了私立 北京协和医学院生物化学教授,是我国生物化学研究的开端。在 他的领导下完成了蛋白质变性理论、血液的生化检测研究、免疫 化学研究、素食营养研究、内分泌研究等等，在生化方面做出了 重要贡献。 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，他们采用有机合成和酶促合成相结合的方法，完成了 酵母丙氨酸转运核糖核酸的人工全合成。 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。在21世纪这个生物化学和分子生物学大发展的新时期，我国必 须加大发展步伐，才能与国际学术研究前沿接轨。三、本课程在生物科学中的地位及作用三、本课程在生物科学中的地位及作用 生物化学是生物工程的重要理论基础，也是生物工程专业的重要专业基础课。 生化往往是阐明机理，选择合理工艺途径，提高产品质量，探索新工艺，研制新产品的理论基础。1. 微生物的代谢活动是工业发酵的基础。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。 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。 微生物细胞代谢网络葡萄糖酒精甘油其他产品 氨基酸发酵是典型的新型发酵。以谷氨酸发酵为例： -酮戊二酸 谷氨酸 在正常情况下，谷氨酸不会过量合成。通过育种手段筛选出E2活力弱而E1、 E3活力强的菌株，可以加强谷氨酸的合成。同时，选育出生物素缺陷型菌株，这种菌株由于细胞膜合成受抑制，谷氨酸一经合成就渗透到细胞外，解除了终产物谷氨酸对其自身的合成酶系的阻遏作用，使细胞可以源源不断的生产谷氨酸。E1E2… …… …E32. 菌种是发酵工业的基础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。nullnull生化对农业也有很大的实用意义 研究植物的新陈代谢的各种过程，使我们有可能控制植物发育，应用遗传工程技术改良作物品种，实质也是利用生化技术。 生化乃预防医学及治疗医学的重要基础 疾病的诊断愈来愈多地依赖于生化指标，此外从生化角度阐明药理作用，有助于设计有效的药物。 4. 生物化学在其它方面的应用：null生物化学的发展并非孤立： 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。null四、如何学好生物化学框架式记忆 上课前预习 上课认真做笔记 下课后总结 结合实验来学习 充分利用网络资源null五、主要参考书沈仁权等编第一版《基础生物化学》 第二版《生物化学教程》 郑集编 第三版《普通生物化学》 王镜岩主编 第三版《生物化学》 上下册