高等生物化学绪论课件

高级生物化学高级生物化学 广西工学院生物与化学工程系广西工学院生物与化学工程系 生物化工硕士研究生课程生物化工硕士研究生课程 李军生李军生 绪论 主要内容:介绍生物化学的概念、研 究内容、学科发展历史和前景及其与其它科 学的关系。对本课程的内容、进度和要求作 具体安排。 生物学基础研究的特征和动向生物学基础研究的特征和动向 20世纪中期，随着蛋白质空间结构的 X-射线解析和 DNA双螺旋的发现，开始了一个崭新的生物科学时代。对 遗传信息的载体核酸 和生命功能的执行者蛋白质的研究成 了生命科学研究的主要内容。经过生命科学工作者半个世 纪的努力，生命科学已成为自然科学中最重要的学科。当 前生物学基础研究的特征和动向可归结成6个方面。 生物学基础研究的特征和动向生物学基础研究的特征和动向 1、生命科学的主导力量生物化学和分子生物学 2、生命科学的研究模式集约型、合作型 3、生命科学的思维方式整体性、复杂性、综合性 4、生命科学的研究技术越来越依赖高新技术 5、生命科学的交叉研究多领域多学科交叉的新阶段 6、生命科学的投入产出基础研究和应用紧密结合 生物化学的概念生物化学的概念 是一门运用化学的原理、技术和方法，也结 合其它学科的原理与技术研究生命物质的化 学组成结构，及生命过程中各种化学变化的 科学，即，研究生命现象的科学，也就是生 命的化学。 神秘的生物分子神秘的生物分子 1化学元素组成：现在地球上已知的绝大多数元素在生物 体中均有发现，不外乎C、H、O、N、S、P等。从 表面上看，生物体的元素组成并没有什么特殊之处。 2. 分子组成：水分、无机盐、碳氢化合物等，其中碳氢化 合物包括核酸、蛋白质（酶）、糖类、脂类、维生素、 激素等等（特别指出：传统意义上，酶是指具有催化功 能的蛋白质，但是现在发现一些核酸也具有催化功能， 人们把它叫做核酶）。如果从这些分子的物理化学性质 上看，与普通有机合成反应制备的物质相比较，它们也 没有什么特别之处。 3. 自我识别：许多生物大分子具有自我识别能力。不是自 己的成分，特别是生物大分子，生物体会自动排斥。例 如，外源蛋白质直接进入人体或血液，就会出现过敏反 应、器官移植常出现免疫排斥反应。 4. 信息组成：虽然构成生物体的化学元素和分子没有什么 特殊，但是恰是这看似普通简单的生物体却表现出各种 各样的特有的性状和功能，能不断进行新陈代谢、自我 更新、自我复制或繁殖。这说明生物分子存在有信息流 ！ 5. 一些生物分子还表现出“自私性”和“侵略性”。例如病毒 。现代分子生物学的研究成果表明：生物体的遗传信息 储存在核酸分子之中；根据储存在核酸中的遗传基因的 指令，核酸本身进行复制或指导蛋白质（酶）的合成； 生物体中其他许多有机分子都是由相应的酶催化合成， 因此，生物体体内的各种有机分子的种类和含量都是有 比例的，不会多和少，否则就会出现病症。例如：人体 的谷丙转氨酶的含量提高意味着人的肝功能不正常，甲 状腺素含量增高意味着甲抗病发生、缺碘就可能引起新 陈代谢水平降低等等。从人和生物的本性来看，都具有 “自私性”和“侵略性”的属性。生物体具有不断吸取周围 环境中有用的成分同化成自己的成分，将自己分解的废 物排除体外，发展和繁殖自己，同时为了生存又将他人 或生物或环境破坏、消灭、侵占等。 6什么是生命：恩格思在19世纪就指出：“生命是 蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在 于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更 新（蛋白体就是生物体）。现在应该补充为“由 核酸、蛋白质等生物分子构成的有机体，在这 一基础之上进一步构成细胞、细胞群、生物个 体、生物群、生物，它们统称为生命。这说明 生物分子与普通的有机分子是完全不同的，而 且生物体是由多种生物分子、多个细胞器体系 （细胞）、多细胞体系（器官）、多器官体系 （生物体）构成的庞大繁杂、千变万化但有序 、有组织、有控制的有机体系。 生物化学的研究内容生物化学的研究内容 1. 生物体物质的化学组成、结构、性质和功能 2. 生物体内的物质代谢、能量转换和代谢调控 3. 生物体的信息代谢 4. 运用生物化学原理和方法，为农业、工业、医药 卫生、环境保护等服务，开拓富有经济价值的生物 资源（酶制剂、药品、食品添加剂、杀虫剂） 分子生物学概念及研究内容分子生物学概念及研究内容 广义: 研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功 能，也就是从分子水平阐明生命现象和生物学规律。 狭义: 偏重于核酸(或基因)的分子生物学，主要 研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等 过程，也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与 功能的研究。 生物化学的发展生物化学的发展 1 静态生物化学时期（二十世纪二十年代以前） 2 动态生物化学时期（二十世纪前半叶） 3 机能生物化学及分子生物学时期（二十世纪五 十年代以后） 当今生物学的发展方向 当今生物学的发展可谓突飞猛进，日新月异。 现代生物学有两个主要 发展方向： 器官 分子水平 亚细胞 组织 系统 个体水平 种群 群落 生态系统 生物圈 微观方向经典生物学宏观方向 （形态、解剖、分类） 生物化学研究的主要内容 生物大分子及其结构与功能关系 新陈代谢及调控 生物体的物质组成 遗传信息的储存、传递、表达和调控 静态生物化学 动态生物化学 飞速发展中的生物化学 、生物化学发展简史 “生物化学”这个词是由德国的一位医生霍佩赛勒（ ）于年首次提出。 现代生物化学可以说从德国的谢利研究各种动植物组织 以及法国的著名化学家拉瓦锡研究燃烧和呼吸叙述起，那是 世纪的下半叶，相当于清乾隆年间，距今多年的 历史。人们将这短短的历史划分为三个阶段： 叙述生物化学阶段：世纪下半叶至二十世纪初 动态生物化学阶段：二十世纪初至年代 机能生物化学阶段：二十世纪年代至今 （1）我国古代人民的贡献 酶学：公元前21世纪我们的祖先已能造酒，造酒必用曲。周礼 记载，公元前12世纪之前，已能制酱，论语中载有“不得其酱 不食”之语。同时（周代），已能制饴糖，并能将酒进一步发酵为 醋。 营养学：医书之祖黄帝内经素问中记有“圣人不治己病， ，夫病成而后药之， ，臂犹渴而穿井， ，不亦晚乎 。”在这种以预防为主的医学思想影响下，营养学的发展和讲究是 必然的，其上还记载有“五谷为养，五果为助，五畜为益，五菜为 充”，把营养分为四大类以今天的眼光来看，也是很完善的食谱。 膳食疗法最早开始于周秦时代，唐代始有专书出现，公元世 纪孟冼食疗本草，世纪咎殷食医心鉴等，公元世纪 （宋朝）圣济总录，世纪（元朝）饮膳正要等，都指 出了一些病人应食用的食物及其烹调方法。 （1）我国古代人民的贡献 医药方面：我国古代医学思想重在预防，但是，预防得 不到保证时，缺乏病必然发生，不过在补充了所缺乏的物 质之后，疾患自应消除。 例如：.瘿病：庄子中就有记载，公元世纪葛洪的肘 后百一方及世纪（唐）王涛的外台秘要载有用海带、海 藻、紫菜来治疗。欧洲直到公元年才有用海绵的灰份来 治疗；.脚气病：是由于缺乏VB1引起的。孙思邈（ ）详细研究后，认为是食米区的疾病，可用（含有VB1的） 车前子、防风、杏仁、大豆、槟榔等来治疗，酿酒用的曲及中药 神曲均含有VB1 ，还可以用来治疗胃肠疾病，左传中就记载 有用曲治疗腹疾的对话；.雀目：孙思邈首先用猪肝来治疗，我 国最早的眼科专著龙木论就载有用苍木、地肤子、细辛、绝 明子等治疗。 种人痘可以预防天花，愈茂鲲著痘科全镜赋集解载 有明隆化年间（），宁国府太县（皖 太平县）开始种痘，由此推广到全国，年俄医到 北京学到，传到土耳其，再由英国人传到英国、欧洲各国 及印度，至于日本等国，则是世纪中叶由我国直接传 去。 挂一漏万，如神农尝百草、苏沈良方等，至明朝 达到高峰，李时珍的本草纲目等。 这些发现，大都是感性的认识，从现在的观点看确属生 物化学范畴，但不能说在那个时代就出现了生物化学，生 物化学作为一门独立的学科出现，通常都认为是上世纪初 的事。 （2）发展中的生物化学 A.L.Lavoisier 1785 Hoppe-Seyle 1877 “Biochemistry” M.E.Chevreul、E.Fischer、F.Micacher J.B.Sumner 1926 Krebs 1937 Watson、Crick 1953 Crick 1958 F.Sanger 1945-55 牛胰岛素一级结构测定 1977 X174 DNA一级结构测定 60年代 Kendrew、Perutz 鲸肌红蛋白、 血红蛋白 三维结构 Monod 蛋白质变构 Hill 光合作用 Mithell 化学渗透学说 Jacob 代谢调控中的操纵子 70年代 Singer 膜的流动镶嵌模型 H.Boyer、S.Cohen DNA重组技术 80年代 Cech 核酶 PCR技术 90年代 克隆羊等。 90年代本世纪初 人类基因组计划及干细胞研究等 3）我国生化工作者对近代生物化学的贡献 19191922 吴宪与哈佛医学院的O.Folin 比色法测定血糖 20 30年代 在吴宪领导下完成了蛋白质变性理论、血液的生物化学 方法检查研究、免疫化学研究、素食营养研究、内分泌研究等等 1965年用化学方法人工合成了具有生物学活性的蛋白质结晶 牛胰岛素 1983年采用有机合成和酶促合成相结合的方法，完成了酵母 tRNAAla的人工全合成 近二十年来 转基因动、植物；基因组测序；生物技术领域等 生物化学虽有近200年的历史，但是还在发展之中。目前看 得到的一些未知领域，例如：地球上生命是怎样起源的？地球 以外的天体上有没有生命？遗传物质是怎样进化的？一个受精 卵中的遗传物质怎样发生成个体的？怎样发生为各种器官和组 织的？细胞器的进化途径还有争论，癌的问题、病毒问题、人 体自身免疫问题、大脑的记忆、推理的分子生物学、生物行为 有什么规律，其分子基础又是什么？还有环境生态等问题。总 之，生物化学是在发展之中。 蛋白质组学（Protemics）功能蛋白质组学（Functional Protemics ）的诞生。 DNA芯片技术，生物芯片技术初见端倪。 断裂基因的发现。 PCR技术的诞生（聚合酶链反应）。 年第一个基因工程食品面市。 年第一只克隆羊多利羊诞生。 年我国水稻基因组计划基本完成。 干细胞研究引起众多争议。 “第二套遗传密码”概念的提出。 人类基因组计划（human genome project ,HGP） 2、近十年来生物化学的若干重大进展 生物化学在生物科学中的地位 现代生物化学主要是在分子水平上研究生物体的化学本质及其在生 命活动过程中的化学变化规律，如欲深入了解各种生物的生长、生 殖、生理、遗传、衰老、疾病、生命起源和演化等现象，都需要用 生物化学的原理和方法进行探讨。因此，生物化学是各门生物科学 的基础，特别是生理学、微生物学、遗传学、细胞学、分子生物学 、生物技术等各科的基础，在生物科学中占有特别重要的位置。 学习方法和要求 、课前预习，课堂上认真听课、记笔记，课后要复习，作习 题，并积极参与讨论。 、结构、功能、性质要联系起来，在理解的基础上记忆。 、要学习一章，理解一章，不懂的问题要及时的搞懂。 生物化学是各门生物科学（包括应用生物科学）的基础 。 4、生物化学属生命科学，一定要与生命联系起来。一般说 ，活的生命体中没有不执行功能不起作用的物质；生命物质 的生理功能与三维结构和在细胞器中地位和环境有关，单独 存在，一般不是生命现象；新陈代谢的变化有时只是某一生 长阶段所特有的。 重要的期刊及参考书 中文期刊： 中国科学 科学通报 中国生物化学与分子生物学学报 生物化学与生物物理学报 生物化学与生物物理进展 生命的化学 生物科学动态 实验生物学报 微生物学报 遗传学报 英文期刊： Nature(London) Science(Washington) Analytical Biochemistry(New York) Biochemistry Journal(London) Biochemistry(USA) Internation Journal of Biochemistry(Oxford) 参考书： 1. 王镜岩、朱圣、徐长法主编，生物化学（第三版）上下册，高 等 教育出版社，2002 2. 于自然、黄泰熙，现代生物化学，化学工业出版社，2001 3. Lehningger AL, Nelson DL, and Cox MM. Principles of Biochemistry(2nd ed). Worth, Publishers. Inc. 1998 4. Stryer L. Biochemistry(Third Edition). W. H. Freerman and Company/New York, 1988 5. 陶尉荪等（1995）. 蛋白质的分子基础(第二版)，科学出版社 6. 阎隆飞、张玉麟，分子生物学（第二版），北京农业大学出版 社，1997 7. 郭蔼光主编，基础生物化学，世界图书出版社，1997 8. 吴东儒. 糖类的生物化学. 北京：高等教育出版社，1978。 9. Watson J D, Hopkins N H, Roberts J W et al. Molecular B