生物化学生物化学的应用与发展前景课件

基 础 生 物 化 学,Biochemistry,第一章 绪 论,生物化学的定义 生物化学的研究内容 生物化学发展简史 生物化学的应用与发展前景,主要内容,Chemistry,Biology,Biochemistry,一、生物化学的定义,生物化学的定义,生物化学（Biochemistry）是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物的化学组成、生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。,生物化学的含义我们可以归纳为两条 1生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉 和渗透产生了崭新的学科生物化学。 2生命的本质是化学反应，是更高级的化学反应， 要更好地研究生命的本质就必须运用化学的理论、观点和方法来研究生命，由此产生了生物化学。,生物化学的定义,二. 生物化学的内容,1构成生物体的物质基础(静态生物化学) 生物体是由物质组成的，构成生物体的主要元素有C、O、 H、 N、 P、 S、 Cl、 Mg、 K、 Na、 Ca、 Fe、 Cu、 Mo、 Al等。上述化学元素在体内可构成两大类化学物质 第一类 水及无机盐类 第二类 碳氢化合物（生物有机化合物） 生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。包括： （1） 由氨基酸为基本单位的蛋白质及多肽。 （2） 由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。 （3） 糖类及其衍生物。 （4） 脂类及其衍生物。 （5） 维生素、激素 及其其他生物有机化合物。,2生物体的新陈代谢运动 新陈代谢是生物体与外界环境进行物质交换与能量交换的过程。分成两个阶段进行研究： 同化作用：生物机体吸收外物加工转化构成自身，是一个合成 的过程。 异化作用：分解排泄的过程，是一个分解的过程。 机体内的代谢反应相互联系、协同制约组成许多代谢途径和网络，在严密精巧的调控下，有条不紊地进行。代谢调控是近代生物化学研究的一个重要方面。活细胞内的数万个反应能在同一时间互不干扰、互相配合、有条不紊地在各自代谢途径中进行，而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地合乎生物体的各种需要。 生物体这种高度自动调控机制对于代谢的正常进行十分重要，是近代生物化学研究的重点课题。,3 生物体的信息代谢 除了物质代谢和能量代谢以外，信息代谢也是生物化学研究的核心内容。生命现象得以延续不断地进行就在于生命体能够自我复制。 一方面生命体可以进行繁殖以产生相同的后代。另一方面，多细胞生物在细胞分裂过程中也维持了相似的基本组成。生命体可以在细胞间和世代间保证准确的信息复制和信息传递。 核酸是遗传信息的携带者，生物体内遗传信息传递的主要通路是由DNA的复制和RNA的转录以及蛋白质的生物合成构成的。,二、 生物化学的内容,代谢与能量,糖类化学 脂类化学 蛋白质化学 核酸化学 酶学,静态生物化学,动态生物化学,糖类代谢 脂类代谢 蛋白质代谢 核酸代谢,代谢调节,三、生物化学的发展简史,第一阶段 萌芽时期(18世纪下半叶19世纪初)-静态生物化学阶段,1785 年法国著名化学家Lavoisier 证明，动物呼吸是体内缓慢和不发光的燃烧。在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化作用。这是生物氧化与能量代谢研究的开端。 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 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 。,1828年， Wohler合成了有机物尿素，从而打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。 1877年，Hoppe-Seyler首先使用“Biochemistry”，生物化学作为一门新兴学科诞生。 1897年， Buchner证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，引进了生物催化剂的概念。,第二阶段 奠基时期(19世纪20世纪)-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。,1926年，美国化学家J. B. Sumner首次得到脲酶结晶,1912-1933，生物氧化得到了卓有成效的研究，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，与他人一起证明了糖酵解途径。 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,30年代，英生化学家A.Krebs提出尿素循环和三羧酸循环 在1940 年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂肪代谢和光合磷酸化等。,第三阶段 大发展时期(1950-至今)-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，使得对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。,1950年，Pauling提出蛋白质二级结构的a-螺旋 1953年，Watson & Crick提出了DNA的双螺旋模型,1958年，Crick提出“中心法则” 1953及1975年，Sanger分别研究出蛋白质序列和核酸序列的测定方法 1961年，Jacob & Monod 提出了操纵子学说,1970年，Temin和Baltimore几乎同时发现逆向转录酶，证实了Temin 1964年提出的“前病毒假说”，阐明在劳氏肉瘤病毒（RSV）感染以后，首先产生含RNA病毒基因组全部遗传信息的DNA前病毒，而子代病毒的RNA则是以前病毒的DNA为模板进行合成。 1972年1973年， Berg等成功地进行了DNA体外重组； Cohen创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，Boyer等在E.coli中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基因,1975年，Southern发明了凝胶电泳分离DNA片段的印迹法； 1979年，Solomon和Bodmer最先提出至少200个限制性片段长度多态性（RELP）可作为连接人的整个基因组图谱之基础; 1983年Karry Mullis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。,1985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; 1994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;,1998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;,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。,生物化学与诺贝尔奖,1890-1902 Fischer(德)首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的“锁匙”学说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺贝尔奖。,生物化学的创始人：埃米尔费舍尔,我国生物化学的开拓者吴宪,吴宪教授,四、生物化学的应用与发展前景 农业上的应用 工业上的应用 医学上的应用,课程安排,生物大分子的组成与结构,生物能学 2,代谢调控 13,生物氧化 4,蛋白质2 糖1 脂类1 核酸 2 酶和辅酶 6,糖代谢 脂类代谢 氨基酸代谢,绪 论 1学时,Biochemistry