主讲教师：杨志敏

主讲教师：杨志敏生命科学学院生物化学与分子生物学系Biochemistry绪 论生物化学 （ Biochemistry） 是研究生物体中有机分子化学组成、结构和功能、代谢变化和调节及其分析方法的科学。生物化学是研究细胞中生物分子运动的化学本质，是研究活细胞内各种物质的化学组成及其分解与合成的普遍规律。因此 , 生物化学研究的对象不局限于哪种生物、哪类细胞、哪个器官或组织，而是以整个生物界所有生物细胞内所发生的各种化学事件，研究其生物化学特性，阐明这些事件的发生与消亡。它的研究对象具有普遍性和代表性。 一 . 生物化学的涵义 -基本概念绪 论随着现代科学和技术的迅速发展，生物学家正在不断揭开生命的分子奥秘。生物科学在过去的 20多年中出现了令人惊愕的进展。主要特点是： 1. 许多其他学科的科学家如数学家、物理学家、信息学家、化学家等纷纷地汇聚到这个领域。 2.最明显的一个特点就生物技术的进步与基础领域生物化学发展紧密联系在一起。 一 . 生物化学的涵义 -基本概念绪 论要理解生物化学的真正涵义首先要了解生物化学研究的内容以及相关知识体系是什么。与无机化学比较，生物化学主要研究生物体内的化学组成及其变化规律，它是生命的化学。这一基本特性一直相伴着的生物化学学科的诞生、成长和发展。经过一个多世纪的不断地研究和探索，生物化学家已经建立起来一些基本原理，一方面已经帮助人们去理解生命的奥秘，这些原理包括：一 . 生物化学的涵义 -基本概念绪 论1.所有不同类型的生物体几乎都利用一些相同的生物分子如碳水化合物、脂肪、蛋白质、核酸，而且这些生物体几乎都具备合成和分解这些分子的代谢途径（pathway）；2.生物体的宏观表型如生长、发育、繁殖等都受细胞内DNA遗传特性的控制 ; 一 . 生物化学的涵义 -基本概念绪 论3. 生命活动的过程是由成千上万个生物化学反应组成，但这些反应并非杂乱无章，而是以网络状的途径形式存在。例如在生物体内合成乙醇反应。如果从一个反应来看，精确和调控这些反应（或途径）是保持正常生命活动的基础；一 . 生物化学的涵义 -基本概念绪 论4. 生物大分子如蛋白质、核酸的化学结构与特定功能是密切相关的，人们可以通过分子结构去了解或推断分子的功能，这对理解生物分子的作用机理有很大的帮助 . 一 . 生物化学的涵义 -基本概念A topological model of the A. thaliana monosaccharide transporter 部分核苷酸序列与对应氨基酸序列 绪 论一 . 生物化学的涵义 -基本概念研究生命现象的化学本质的科学 研究动物、植物、微生物及人类等的 化学组成 和生命过程中的 化学变化 。即 运用化学的原理和方法，来探究生命现象的本质Sumary绪 论二 . 生物化学的内容研究生物体内各种化合物的结构研究生物体内各种化合物的结构、化学性质和功能（主要有糖类、化学性质和功能（主要有糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶、维、脂类、蛋白质、核酸、酶、维生素和激素）生素和激素）研究构成生物体的基本物质在生研究构成生物体的基本物质在生命活动中进行的化学变化，即新命活动中进行的化学变化，即新陈代谢及代谢过程中能量的转换陈代谢及代谢过程中能量的转换和调节和调节静态生物化学静态生物化学动态生物化学动态生物化学绪 论二 . 生物化学的内容代谢与能量代谢与能量糖类化学糖类化学脂类化学脂类化学蛋白质化学蛋白质化学核酸化学核酸化学酶学酶学静态生物化学静态生物化学动态生物化学动态生物化学糖类代谢糖类代谢脂类代谢脂类代谢蛋白质代谢蛋白质代谢核酸代谢核酸代谢代谢调节代谢调节蛋白质的降解蛋白质的降解氨基酸代谢氨基酸代谢蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成核酸的降解核酸的降解核苷酸代谢核苷酸代谢核酸的生物合成核酸的生物合成绪 论三 . 生物化学的发展简史第一阶段 18世纪 70年代以后，随着近代化学和生理学的发展， 生物化学学科开始形成v 1770-1774年，英国 J.Priestly发现了氧气，并指出动物消耗氧而植物产生氧v 1770-1786年，瑞典人 C.W.Scheele分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等v 1779-1796年，荷兰人 J.Ingenbousz证明在光照条件下绿色植物吸收 CO2 并放出 O2 v 1828年， Wohler合成了有机物尿素绪 论三 . 生物化学的发展简史第一阶段 18世纪 70年代以后，随着近代化学和生理学的发展， 生物化学开始形成v 1877年， Hoppe-Seyler首先使用 “Biochemistry”， 生物化学作为一门新兴学科诞生v 1897年， Buchner证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵这个阶段，生物化学的主要工作是分离和鉴这个阶段，生物化学的主要工作是分离和鉴定了各种氨基酸、羧酸、糖类，发现了核酸，开定了各种氨基酸、羧酸、糖类，发现了核酸，开始进行酶学研究。始进行酶学研究。绪 论三 . 生物化学的发展简史第二阶段 从 20世纪初到 20世纪 40年代，随着分析鉴定技术的进步，尤其是放射性同位素技术的应用，生物化学进入动态生物化学的时期。v 1926年，美国化学家 J. B. Sumner首次得到脲酶结晶v 1912-1933，生物氧化得到了卓有成效的研究v 30年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质绪 论三 . 生物化学的发展简史第二阶段 从 20世纪初到 20世纪 40年代，随着分析鉴定技术的进步，尤其是放射性同位素技术的应用，生物化学进入动态生物化学的时期。v 30年代，英生化学家 A.Krebs提出尿素循环和三羧酸循环v 40年代，能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了基础v 此外，糖酵解途径、光合碳代谢途径得到证明，发现了维生素和激素、血红素核叶绿素等这个阶段，基本上阐明了酶的化学本质以及这个阶段，基本上阐明了酶的化学本质以及能量代谢有关的物质代谢途径。能量代谢有关的物质代谢途径。绪 论三 . 生物化学的发展简史第三阶段 1950年以来，借助于各种理化技术，对蛋白质、酶、核酸等生物大分子进行化学组成、序列、空间结构及其生物学功能的研究，并发展到人工合成，创立了基因工程。 v 1950年， Pauling提出蛋白质二级结构的 a-螺旋v 1953年， Watson v1985年， Saiki等发明了聚合酶链式反应（ PCR）；Smith等报导了 DNA测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法。绪 论三 . 生物化学的发展简史v1985年 5月，美国 Santa Cruz加州大学校长 R. Sinsheimer提出人类基因组研究计划， 1986年 8月美国科学院生命科学委员会确定由 Bruce Alberts负责的 15人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府 1987年正式开始起动这一计划 ;v1994年，日本科学家在 Nature Genetics 上发表了水稻基因组遗传图， Wilson等用 3年时间完成了线虫（C.elegans） 3号染色体连续的 2.2 Mb的测定，预示着百万碱基规模的 DNA序列测定时代的到来 ;绪 论三 . 生物化学的发展简史v1997年， Wilmut等首次不经过受精，用成年母羊体细胞的遗传物质，成功地获得克隆羊 多莉（ Dolly）绪 论三 . 生物化学的发展简史v1998年， Renard等用体细胞操作获得克隆牛 Marguerife， 再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物； Gene Bank公布最新人的 “基因图谱 98”，代表了 30181条基因定位的信息； Venter对人类基因组计划提出新的战略 全基因组随机测序，毛细血管电泳测序仪启动 ; 绪 论三 . 生物化学的发展简史v1999年， Gnter Blobel发现了细胞中蛋白质有其内在的运输和定位信号，并具体显示了这种信号发送过程中的分子状态，为此荣获该年度诺贝尔奖 ;v2001年， Hartwell发现和研究细胞周期分裂基因；Nurse和 Hunt 分别发现调节细胞周期的关键分子周期蛋白依赖性激酶（ cyclin-dependent kinases, CDKs）及调节 CDKs功能的因子周期蛋白 ;绪 论三 . 生物化学的发展简史v 2003年， Peter Agre 和 Roderck Mackinnon发现真细胞膜水通道蛋白并描述特征；阐述了钾离子通道结构及功能机制。两者均解决了前四次诺贝尔奖获得者所遗留尚未清楚的问题。绪 论三 . 生物化学的发展简史从以上所述的生物化学的发展中，可以看出 20世纪50年代以来是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学向纵深发展，如 50年代的双螺旋结构， 60年代的操纵子学说， 70年代的 DNA重组， 80年代的 PCR技术， 90年代的DNA测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代；现代生物化学正在进一步发展，其基本理论和实验方法均已渗透到科学各个领域，无论在哪个方面都在不断取得重大进展 . 绪 论四 . 生物化学课程的性