第一章 生物化学绪论

1、BIOCHEMISTRY生生 物物 化化 学学主讲：生物与制药工程学院主讲：生物与制药工程学院申申 宁宁第一章第一章 绪绪 论论生命与生物化学生命与生物化学l具有复制的能力具有复制的能力l具有催化的能力具有催化的能力l具有突变的能力具有突变的能力l地球充满着生物，从最简单的病毒到菌地球充满着生物，从最简单的病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，千姿百态。不同的生物，其形态、生理千姿百态。不同的生物，其形态、生理特征和对环境的适应能力各不相同，都特征和对环境的适应能力各不相同，都经历着生长、发育、衰老、死亡的变化，经历着生长、发育、衰老、死亡的变化，都具有繁

2、殖后代的能力。都具有繁殖后代的能力。l生物化学是生物学（或生物化学是生物学（或化学）的一个分支，是化学）的一个分支，是生命的化学生命的化学, ,l应用化学的理论和方法应用化学的理论和方法来研究生命现象，来研究生命现象，l阐明生命现象的化学本阐明生命现象的化学本质的学科。质的学科。l细胞是组成生物体的基本结构单元细胞是组成生物体的基本结构单元，l是生物体进行代谢、能量转换、遗传以是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动的及其它生理活动的基本场所基本场所。l细胞分两大类：细胞分两大类： 原核细胞原核细胞( (Prokaryote cell) ) 真核细胞真核细胞( (Eukaryote c

3、ell) )。l原核细胞原核细胞l只有原始只有原始的细胞核的细胞核（无核膜（无核膜和核仁）和核仁）l l真核细胞是高等植物真核细胞是高等植物, ,动物及一些微生物的动物及一些微生物的基本组织单位。基本组织单位。l真核细胞中含有被核膜包着的核真核细胞中含有被核膜包着的核原核生物：原核生物：地球上数量最多、分地球上数量最多、分 布最广。代谢系多样性能适应各种布最广。代谢系多样性能适应各种环境。环境。真核生物：真核生物：一般为原核细胞的上千一般为原核细胞的上千倍上万倍，有核，其构造与机能倍上万倍，有核，其构造与机能均比原核生物复杂。均比原核生物复杂。 三、生命的起源与进化三、生命的起源与进化l化学进

4、化：从小分子形成生物大化学进化：从小分子形成生物大分子；分子；l自身组织：生物大分子发展自复自身组织：生物大分子发展自复制能力；制能力；l生物进化：从简单生物形成复杂生物进化：从简单生物形成复杂的现代生物。的现代生物。鱼鱼 飞鱼飞鱼 鸡鸡 人人各各种种动动物物的的胚胚胎胎与与发发育育各种生物从生物化各种生物从生物化学的角度看，从细学的角度看，从细胞到遗传物质几乎胞到遗传物质几乎相同相同最基本的全最基本的全生物的本质是共通生物的本质是共通的！这也表明全生的！这也表明全生物可能由单一的共物可能由单一的共通的祖先进化来的。通的祖先进化来的。 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

5、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v生物分子的主要类型：生物分子的主要类型： 糖、脂、核酸和蛋白质糖、脂、核酸和蛋白质v生物分子是生物体和生命现象的结构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础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。基本对象。 蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸高分子高分子 核酸核酸 核苷酸（碱基、核糖）核苷酸（碱基、核糖） 多糖多糖 - -单糖单糖 脂质脂质 非高分子非高分子 ( (但常形成多聚体但常形成多聚体) )l2020种基本氨基酸种基本氨基酸l单糖单糖 甘甘油、油、脂脂肪肪酸酸和和胆胆碱碱生物学生物学动物学动物学植物学植物学微

6、生物学微生物学化学化学生物学生物学生物化学生物化学五、生物化学研究的范畴五、生物化学研究的范畴生物化学研究范畴生物化学研究范畴 1. 1. 生物体中各物质的分子结构及其集合状态，生物体中各物质的分子结构及其集合状态， 这种结构是如何形成的，其结构变化如何引起性这种结构是如何形成的，其结构变化如何引起性质变化。质变化。 2. 2. 蛋白质的作用机制、激素、受体在传递信蛋白质的作用机制、激素、受体在传递信息过程的特定作用及其机制。息过程的特定作用及其机制。 3. 3. 遗传情报是如何表达？如何传给下一代的？遗传情报是如何表达？如何传给下一代的？ 4. 4. 细胞及生物体中存在无数的生化学反应，细胞

7、及生物体中存在无数的生化学反应，它们是如何保持各反应的调和性的？它们是如何保持各反应的调和性的？ 5. 5. 细胞及生物生长、分化、增殖的机理。细胞及生物生长、分化、增殖的机理。 生物化学的基本内容包括：生物化学的基本内容包括：l静态生化：静态生化：发现和阐明构成生发现和阐明构成生命物体的分子基础命物体的分子基础生物分子生物分子的化学组成、结构和性质；的化学组成、结构和性质；l生物分子的结构、功能与生命生物分子的结构、功能与生命现象的关系；现象的关系；l动态生化：动态生化：生物分子在生物机生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。体中的相互作用及其变化规律。我国古代劳动人民对生物化学的贡献：

8、我国古代劳动人民对生物化学的贡献： l我国古代劳动人民在长期的生产和生活中，积累了很多的知识和经验，对我国古代生物化学的发展和起源做出了很大贡献。主要有以下证据：l1、公元前15世纪，从出土文物的酒具、铜器来看，已能造酒，尚书记载中己有用“曲”酿酒。l2、周礼记载有用“曲”制酱；l黄帝内经记载有食物搭配膳食；l左传中记载用“曲”来治肠胃病。l3、公元前4世纪l庄子中记载以碘治瘿病（甲状腺肿），用猪肝治夜盲症（雀目）。l4、唐朝食疗本草素问提出饮食治疗的思想；明朝李时珍本草纲目中记载了药用植物1800多种。l以上这些事实都是我国古代劳动人民对生物化学的发展做出了一定的贡献。由于历代封建王朝，遵经

9、崇儒，斥科学为异端，所以近代生物化学的贡献主要欧洲各国。l1、生物化学的诞生l现代自然科学是从18世纪下半叶开始发展，而生物化学是以18世纪随着化学、物理学特别是生理学的发展而逐渐形成一门学科。生物化学是一门年轻的学科，它诞生于19世纪末，20世纪初，即1903年，由德国的Neuberg提出“生理化学”这个名词，（英文为Biochemistry或BiologicalChemistry现译为“生物化学”，简称“生化”。l2、生物化学发展与起源l生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪初步发展，20世纪初才成为独立的学科。l首先，起源于法国，由法国传之于德国，由德国而传到美国和英国。在20世纪后，再由

10、上述国家流传于其他各国。大约在两世纪中的时间中，经过很多杰出生化学者的辛勤研究，现己成为独立完整的生物化学学科。l3、生物化学发展重要记事。l19世纪：l（1）1842年德国化学家李比希（Liebig）提出“代谢metabolize”一词，他指出：代谢是生命机体物质建设和破坏的化学过程。l（3）1849年，法国微生物学家巴斯德（Pasteur）提出酵母中有“酵素”即现代所说的“酶”。l（4）1876年，WilhelmKuhne（屈内）给酵素定名为“酶（Enzyme）。l（2）1877年，德国化学家霍佩-赛勒（HoppeSeyler）第一次提出“生物化学”一词。l（5）1894年，费歇尔（Fis

11、chey）首先提出酶的专一性及酶作用的“锁钥学说”。l由于费歇尔是使生物化学成为独立学科的最有功劳的人物，因此被人们誉之为“生物化学之父”。l20世纪：l（6）1926年，萨姻纳（Sumney）制成第一种酶的结晶：脲酶。l（7）1937年，克雷布斯（A.Krebs）提出著名的三羧酸循环。l（8）1950年，Waybuyg提出ATP是代谢能产生和利用的关键化含物。并提出呼吸链和氧化磷酸化理论。l（9）1953年，桑格（Sangey）提出胰岛素分子由51个氨基酸组成。同时，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型；Crick又提出三联体密码。l（10）1961年，莫诺(Mond)提出原核

12、细胞基因的表达调控机制乳酸操纵子学说。l（11）1970年，特明（Temin）发现了逆转录酶。l3、我国近代学者的贡献。l解放前，我国学者对血液分析、血糖测定、免疫等作了很大成就。例如：我国生物化学的先驱吴宪教授（留美），与美国的福林（Folin）首次用比色定量测定血糖。30年代，中国大部分留学生从国外回来，在生物化学领域作出了新的贡献。例如：从英国剑桥回国的王应眯、曹天钦、邹承鲁等，现在中国科学院上海生化研究所，他们与其他学者合作于1965年，用化学方法成功地合成具有生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素。1981年又协作合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。l4、生物化学发展的现状。l生物化学在蛋白质、核酸

13、、酶和代谢等方面己有理论方面的成就，而理论必然导致应用。生物化学在80年代己展开了生物工程或称为生物技术方面的崭新领域。生物工程主要包括遗传工程（基因工程）、蛋白质工程、酶工程，发酵工程、细胞工程等。生物工程的远景，包括应用于人类健康，动物疾病防治和预防，污水和废物处理以及生物电子学等等，生物工程对人类社会会有很高的效益和广阔前景。l生物化学是当代自然科学领域中发展最迅速的一门边缘科学。由于它吸取了化学、物理学和生理学等有关学科的新成就和新技术，使它成为生命科学中非常重要的基础理论学科。它与其它学科之间是相互渗透，密切联系。l生物化学不仅是一门对生命科学有着指导性的基础理论学科，也是一门对国民经济有着重要意义之一的应用学科，主要表现在以下几个方面：（1）生物化学在工业上的应用生物化学是食品发酵工业理论基础。l例如：食品工业制酱、酿酒、制醋；纺织工业上棉布浆化；制革业上的