生物化学 绪论

生物化学 主讲教师 文李Email wenli yl 开课学时 72学时 一 生物化学的涵义 二 生物化学的研究对象和研究内容 三 生物化学的发展 四 生物化学的成就 绪论 五 生物化学与现代工业 六 如何学好生物化学 生物化学是关于生命的化学 是运用化学的原理和方法来研究生命现象 阐明生命现象变化规律的一门科学 一 生物化学的涵义 章首 器官 肝脏 消化系统 肝脏窦状小管 肝细胞 细胞核 分子 DNA 生物化学与生命科学的关系 生命科学宏观生命科学微观生命科学生态学分子生物学生物化学 章首 是自然界中存在的各种生物体 如动物 植物 微生物和病毒等 二 生物化学的研究对象和研究内容 研究对象 章首 研究内容 包括生命机体的化学组成 重要生物分子的结构与功能 新陈代谢及其调控 以及与生长 发育 繁殖和遗传等相关的研究课题 三 生物化学的发展 章首 1 静态生物化学的发展 2 动态生物化学的发展 3 功能生物化学的发展 静态生物化学研究生命化学本质的一个基本任务是了解有机体的化学组成 其中最主要的是蛋白质 核酸 脂类和多糖等生物大分子以及一些基本生物小分子 主要任务就是研究这些生物大分子 基本生物分子和生物小分子的结构 性质和生理功能 动态生物化学生物与非生物的区别在于它们经常进行自我更新 生物体存在的基本条件是与外界不断地进行物质交换 因此 生物化学的另一方面就是研究糖 脂类 蛋白质 核酸等大分子在生物体内的分解 合成 相互转化以及转化过程中的能量转换问题 静态生物化学的发展 静态生物化学发展描述的是有机生物化学发展时期 1770 1903 这个时期的生物化学更多地依附于有机化学 大量工作是围绕着生命的存在方式 蛋白质 进行的 1903年 有人首先使用 biochemistry 这个单词 它反映了作为独立学科的生物化学的诞生 章首 节首 动态生物化学的发展 动态生物化学是生理生物化学的发展时期 1903 1950 19世纪中叶 生物学积累了若干有关血液循环和消化 吸收的知识 巴甫洛夫消化生理学比较完整地建立起来了 开始探索生理功能的化学过程 从而派生出了生理生物化学 章首 节首 功能生物化学的发展 1950年以后 由于各种现代化技术和设备的发明和发展 生物化学进入了分子的或综合生物化学发展时期 这期间 生物化学的进展 更集中 更突出地反映在蛋白质 酶和核酸等生物大分子研究上 使生命起源研究进入了新的发展时期 同时 开始应用生物化学方法改变遗传特性 创立了遗传工程学 章首 节首 四 生物化学的成就 1953年 DNA双螺旋结构模式1958年 分子遗传的中心法则1970年 基因工程方法的建立1981年 发现有催化功能的RNA Ribozyme 1985年 人类基因组作图和测序计划1993年 P53被 Science 评为年度分子明星1997年 第一只克隆羊诞生1999年 干细胞的研究位列当年科技重大突破首位2000年 人类基因组作图计划即将完成2002年 RNAi荣登重大科技突破榜首2005年 观察进化发生位列科技突破首位 章首 DNA双螺旋结构模式 DNA分子结构是由美国生物学家沃森 JamesDeweyWatson 1926 和英国生物物理学家克里克 FrancisHarryComptonCrick 1916 所确定的 克里克于1949年入剑桥大学卡文迪什实验室医学研究组 1951年沃森来到该研究所 克里克接受了他的观点 了解DNA三维结构即可明了它在遗传中所起的作用 1953年 他们建立了DNA双螺旋结构模式 并跟已知的物理 化学性质相符合 这一发现成为分子生物学的里程碑 后来他们分享了62年的诺贝尔生理医学奖 章首 节首 分子遗传的中心法则 中心法则 centraldogma 是指遗传信息的流向所遵循的法则 Crick提出 在DNA分子可以自我复制 replication 传给子代的基础上 遗传信息可以从DNA传递给RNA 称为转录transcription 再从RNA传递给蛋白质 称为翻译translation 这是遗产信息流所遵循的中心法则 Temin又证实RNA也可以是遗传信息的携带者 即DNA以RNA为模板反向转录合成 再推动RNA的合成及蛋白质的合成 章首 节首 图片 分子遗传的中心法则 章首 节首 基因工程方法的建立 1970年 Temin和Baltimore从鸡肉瘤病毒中发现反转录酶 Smith和Wilcox在E coli中发现芽豆类限制性内切酶 由此为基因工程方法的建立打下了基础 章首 节首 Ribozyme 章首 节首 1978年 Altman在提纯RNAaseP时发现 此酶由蛋白质和一个RNA片段组成 单独的RNA能完成对前体tRNA的剪切 而单独的蛋白质却无此能力 1981年 Cech在研究四膜虫前体rRNA的加工过程中发现 在没有蛋白质存在的情况下 一段RNA序列 IVS 能进行自动剪切 生成L 19IVS 后者在离体条件下能催化五聚胞嘧啶核苷酸的合成 由此提出了具有催化功能的核酸 Ribozyme 的概念 Ribozyme的提出为解决人类的起源问题提供了一种新的假说 为此 Cech与Altman共同获得了1989年化学诺贝尔奖 人类基因组作图和测序 计划 1985年 美国科学家率先提出 人类基因组测序和作图 计划 简称HGP 国际合作始于1990年该计划的核心就是测定人类基因组的全部DNA序列 从整体上破译人类遗传信息 以使人类能在分子水平上全面地认识自我 HGP的精神是 全球共有 国际合作 即时公布 免费共享 章首 节首 P53被 Science 评为年度分子明星 p53基因是一种肿瘤抑制基因 定位于人类17号染色体短臂 其编码的p53磷蛋白具有调控细胞增殖功能 大量实验表明 人体内约50 的肿瘤发生与p53的缺失 突变有关 也与p53蛋白与病毒蛋白的结合 导致p53蛋白失活有关 03年10月央视国际报道了我国用于恶性肿瘤治疗的基因药物诞生并批准上市 这种由深圳赛百诺基因技术有限公司研制的基因药物名为重组腺病毒P53抗癌注射液 主要用于治疗头颈部鳞癌和其他恶性肿瘤 章首 节首 老化 抑制癌症的代价 在细胞水平 p53可以使细胞停止分裂最终导致细胞死亡 在器官水平 p53的过量会导致衰老p53蛋白 长寿的敌人 当降低果蝇神经细胞中p53蛋白活性 果蝇寿命明显延长 p53与细胞凋亡 克隆羊诞生 章首 节首 1997年2月23日 英国罗斯林研究所宣布 他们成功创造了世界上第一个克隆羊多莉 它的意义在于 人类已能用高度分化的乳腺细胞作为核供体 通过无性繁殖方法 复制出与核供体完全一致的新个体 1999年干细胞的研究工作位列年度科学技术重大突破首位 干细胞 stemcell 是一类既有自我更新能力 又有多分化潜能的细胞 干细胞的研究一方面可以揭示许多有关细胞生长和发育的基础理论难题 另一方面可望将其用于创伤修复 神经再生和抗衰老等临床医学研究 章首 节首 上一页 人类基因组计划完成 2000年6月26日 参与人类基因组计划的各国科学家 同时向全世界宣布人类基因组 工作框架图 绘制完成 2004年10月21日出版的 自然 杂志公布了人类基因组最精确的序列 包含有28 5亿个碱基对 同时澄清人类基因组只有2到2 5万个基因 而不是原来的10万个基因 这篇文章标志着人类基因组计划又迈出了里程碑意义的一步 章首 节首 上一页 下一页 人类基因组计划的应用前景 将揭示生命世界的一些重大奥秘 如生命起源 生物进化等 将应用于疾病的诊断和治疗 将改变21世纪的医学 将有利于人类培育优良的动植物品种 将大大促进生命科学工业的发展 特别是基因制药工业的发展 章首 节首 上一页 精神病基因的发现 研究人员确认了增加患上由家族遗传的精神分裂 抑郁症和其他精神疾病的基因 发现了一组增加患上抑郁症机会的基因 但患者在受到严重压力下才会触发基因活动 这一成果位列2003年重大科技突破第二位 垃圾DNA 人体内非编码 虽然占人体基因组的 但它却不像编码基因那样控制产生特定的蛋白质 所以曾经被称为 垃圾 英国科学家最近研究发现 这些貌似无用的 对某些疾病的严重程度却有着很大影响 这些DNA对于基因在正确的位置和正确的时间 开启 起到关键的帮助这一成果位列04年重大科技突破第五位 返回 2002年RNAi荣登重大科技突破榜首 RNA曾被认为是一种缺乏活力的生物分子 但最近一系列发现表明 一种小分子RNA参与着多项细胞控制工作 能够关闭基因或改变它们的表达水平 这一现象称为核糖核酸干扰 RNAi 它是体内抵御外在感染的一种重要保护机制 小RNA的这种功能有可能使21世纪的医药研究产生革命性的变化 章首 节首 世界首次RNAi临床试验初获成功 2006年6月 美国一项研究显示 导致老年人失明的最常见病因 老年性黄斑变性 AMD 能够通过siRNA分子来对付 这些结果是由评估RNAi RNA干扰 疗法对人类患者效果的首次临床试验获得 2005年观察进化发生位列科技突破首位 自从达尔文1859年把进化理论首次引入科学界以来 该理论一直是生物学的基础 但也受到其它理论的挑战 2005年研究人员在对1918年大流行的流感病毒基因 黑猩猩基因以及其它物种的基因进化研究中发现 达尔文的进化理论仍然对当代生物学具有指导意义 并且这些研究成果对现实生活具有重要影响 五 生物化学与现代工业 生物化学对现代化工 轻工 食品 医药工业的渗透1 在传统食品工业中的应用工业用酶在食品工业中的大量应用 2 在发酵工业中的应用各种有机酸等化工产品的生产 各类抗生素的生产3 在现代医药行业中的应用用基因工程手段生产人胰岛素 干扰素等重要药物 六 如何学好生物化学 掌握生物化学的整体框架经常关注生命科学的前沿进展1 Nature Science Cell等国外期刊2 生命与化学 生物化学与生物物理进展 生物工程进展等国内期刊生物化学是实践性很强的学科1 注意动手能力的培养2 严谨 求实的科学态度 教学目的与要求 课程性质 生物化学作为化学系化学专业的专业课及高分子专业的基础课 在修读完无机化学和分析化学后修读本课程 基本内容 生物化学的研究对象为生命现象中的化学本质与过程 是现代生物学的基础 本课程包括两大内容 1 以蛋白质 核酸 糖类 脂类等为核心 介绍生物分子的基本结构 与功能的相关性 2 介绍生物分子的新陈代谢及有关基因工程方面的知识 基本要求 通过本课程的学习 要求学生掌握生物化学的基本知识 了解生物化学在现代生物学中所起的关键作用 全面理解强调记忆联系前后注重复习 对学习生物化学课程的要求 本课程还独立设有实验 即生物化学实验 要求重视实验 提高动手能力 参考书 B D黑姆斯 王镜岩