生物化学绪论.ppt

生物化学Biochemistry 陈芸 联系方法henyun8111 参考书 王镜岩 生物化学 高等教育出版社 2002年 第三版 李庆章 吴永尧 生物化学 中国农业出版社 2004吴显荣 基础生物化学 中国农业出版社 1999郭蔼光 基础生物化学 高等教育出版社 2001沈同 王镜岩 生物化学 高等教育出版社 1990年 第二版 简单地说生物化学就是研究生命现象的化学本质 具体来说生物化学是用物理的 化学的原理与技术 从分子水平来研究生物体的化学组成 生命活动的基本规律及调节方式 从而阐述生命现象化学本质的一门科学 一 生物化学的含义及研究内容 绪论 绪论 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 脂类 蛋白质 核酸 酶 维生素和激素 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 即新陈代谢及代谢过程中能量的转换和调节 静态生物化学 动态生物化学 研究内容 机能生物化学 研究生物体遗传信息的传递 表达及调控 绪论 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 研究内容 DNARNA蛋白质 机能生物化学 遗传信息的流向称为中心法则 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律 揭示遗传的分子基础 RNA复制只在RNA病毒中存在 反向转录最初在RNA致癌病毒中发现 现在在人的白细胞和胎盘滋养层中也测出了与反向转录有关的反向转录酶的活性 至于遗传信息从DNA到蛋白质的直接转移仅在理论上具可能性 在活细胞中尚未发现 绪论 二 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 1770 1774年 瑞典的舍勒和英国的普里斯特列分别用不同的方法制取了氧气并研究了其性质 并指出动物消耗氧而植物产生氧1770 1786年 瑞典人舍勒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O21828年 维勒Wohler合成了有机物尿素 绪论 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 1877年 霍佩 赛勒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 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 开始进行酶学研究 绪论 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 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 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 30年代 英生化学家A Krebs提出尿素循环和三羧酸循环40年代 能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了基础此外 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能量代谢有关的物质代谢途径 绪论 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 1950年 Pauling 鲍林 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 绪论 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 1965年 Holly排出酵母tRNAAla的一级结构1966年 美国科学家尼伦伯格与美籍印裔科学家霍拉破译了遗传密码 绪论 1970年 Temin和Baltimore几乎同时发现逆向转录酶 证实了Temin1964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 绪论 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 RFLP 可作为连接人的整个基因组图谱之基础 1985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 1985年5月 美国SantaCruz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BruceAlberts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 NatureGenetics 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 2Mb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 1997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 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 GenBank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 1999年 G nterBlobel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 2001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 dependentkinases CDKs 及调节CDKs功能的因子周期蛋白 绪论 2003年 PeterAgre和RoderckMackinnon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 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 生物化学与有机化学与生理学的关系 生物化学与微生物 遗传学的关系 生物化学与生物物理学 近代药理学等的关系 越来越多的其他学科的科学家都参与到生物化学研究中来 使生物化学有了突飞猛进的发展 如 2000年6月26日 人类基因组序列工作框架草图测绘完成 四 生物化学与其他学科的关系 绪论 1 促进对人或动物致病机理的认识 提高对疾病的正确诊断 从医学方面讲 人或动物的病理状态常常是由于细胞中化学成份的变化 从而引起功能的紊乱 血液中脂类物质含量增高是心血管疾病的特征之一 如冠心病 血管栓塞引起脑溢血 脑血栓等症状 血红蛋白一级结构的改变可以溶血 如人被毒蛇咬伤后致人于丧命 是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶 使血细胞溶血所致等 许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测定 五 生物化学地位作用 绪论 2 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分离 纯化所得并用于预防 治疗和诊断疾病的生化基本物质 这些药物的特点是来自生物体 基本生化成份即氨基酸 肽 蛋白质 酶与辅酶 多糖 粘多糖类 脂质 核酸及其降解产物 这些物质成分均具有生物活性或生理功能 毒副作用极小 药效高而被服用者接受 如细胞色素c用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病 注射用的纯ATP可以直接供给机体能量 蛋氨酸可防治肝炎 肝坏死和脂肪肝 谷氨酸可用于防治肝昏迷 神经衰弱和癫痫 五 生物化学地位作用 绪论 3 农业生产的基础研究依赖于生物化学的理论和方法 高产农作物新品种的培育和开发依赖于生物化学的基本原理和技术方法 我国是农业大国 农业总产值占国民经济总产值40 农产品产量每年以4 幅度增加 而农产品加工附加值很小 德国农产品产值与附加值之比为1 2 3 美国为1 1 8 日本1 2 2 而我国仅1 0 5 与发达国家相比相差较大 大量农产品只作为廉价原料提供给国外 然后再买回别人的产品 五 生物化学地位作用 绪论 4 生化理论和方法有利于推动着我国农副产品的加工产业 生物农业产业化是提高农业综合生产能力 促进农民增收的重要途径 依靠现代生物技术 推动种植业和养殖业的变革 实现农产品优质 高产 抗逆等目标 生物良种 生物肥料 生物农药 生物饲料和可降解地膜等的应用 将大幅减少化学农药 化学废料对农田 环境的污染 推进农业可持续发展 家畜屠宰血 骨头 肉类和蔬菜加工的脚料都可加工成药品或食品添加剂 若农副产品深加工带来的附加值能达到国外发达国家的一半 不仅可以使农业利税增加2个百分点 而且将帮助大量农民从事高技术含量的劳动 五 生物化学地位作用 绪论 5 研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业的基础 氨基酸 酶 含遗传工程酶 抗生素 植物生长激素 维生素C等也可通过微生物发酵手段进行生产 发酵产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物化学理论和技术 此外 研究微生物新陈代谢过程及其调节控制对于选育高产优质的菌株 筛选最佳发酵理化因子及提高发酵效率具有指导意义 五 生物化学地位作用 绪论 6 生物化学理论和方法对改善人类生存环境具有特殊的意义 高新技术产品不断涌现但也给人类居住的环境产生巨大的污染 严重危害人类的生存 如三废的处理 水质的净化等 如筛选良好的微生物菌株进行转化 或微生物发酵产物进行对 三废