生物化学绪论药学方向.ppt

生物化学 1 生物化学的涵义 生物体的化学组成 物质代谢及其调节 遗传信息传递及其调控2 生物化学的发展简史3 生物化学与药学科学4 生物化学的发展趋势 绪论 内容提纲 什么是生物化学 简单说 生物化学是生命的化学 生物化学是用化学的理论和方法作为主要手段 研究生物体的化学组成 如糖 脂类 蛋白质和核酸 性质及其生命活动的变化规律 生命活动如 生长 生殖 代谢 运动等 的一门科学 即运用化学的原理和方法 来探究生命现象的本质 化学键 化学元素组成 化学反应 氧化还原 水解 中和等溶解 沉淀 过滤 透析 层析 电泳 蒸馏 分馏等酸碱指示剂 滴定 色谱 紫外光吸收 催化剂等化学学科 有机化学 无机化学 分析化学 实验化学 分子化学 物理化学 生物化学等等 1 化学的理论和方法有哪些 2 生物化学的研究对象 生命 我们所处在的地球充满着无数的生物 从最简单的病毒到菌藻树草 从鱼虫鸟兽到最复杂的人类 处处都可以觉察到生命的活动 人类 3 生物体的化学组成 自然界所有的生命物体都由三类物质组成水 无机离子和生物大分子 返回 地球上的生物形形色色 千姿百态 不同的生物 其形态 生理特征和对环境的适应能力各不相同 都经历着生长 发育 衰老 死亡的变化 都具有繁殖后代的能力 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 4 生物体的化学变化 学科交叉 融合 二 生物化学的研究内容 生物化学内容 糖类脂类蛋白质酶核酸激素维生素 糖代谢脂代谢生物氧化氨基酸代谢核苷酸代谢DNA复制转录翻译 神经传导肌肉收缩 功能生物化学 动态生物化学 静态生物化学 分子生物学 生物大分子 由某些结构单位按一定顺序和方式连接而形成的多聚体 具有信息功能 也称为生物信息分子 2 生物化学发展简史 第一阶段 18世纪中叶 清朝乾隆年间 出现萌芽重点研究生物体组成 第二阶段 20世纪初期 蓬勃发展时期弄清新陈代谢第三阶段 50年代以来 分子生物学蓬勃发展 生物化学发展简史 静态生物化学 动态生物化学 功能生物化学 1897年发现引起发酵的物质是酶 从而把酵母细胞的生命活力与酶的化学作用联系起来 建立了酶化学 静态生物化学 20世纪之前 EduardBuchner 毕希纳 德国生物化学家 1860 1917 TheNobelPrizeinChemistry1907 发现无细胞发酵现象 第一阶段 动态生物化学 20世纪初 中叶 TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1922 OttoMeyerhof迈耶霍夫 1884 1951 G Embden O Meyerhof和J K Parnas阐明了糖酵解 又称这途径为Embden Meyerhof Parnas途径 简称EMP途径 第二阶段 动态生物化学 20世纪初 中叶 TheNobelPrizeinChemistry1946 JBSumner 萨姆纳 1887 1955 美国生物化学家 1926年首次得到脲酶结晶 显微镜下的胰蛋白酶 动态生物化学 20世纪初 中叶 TheNobelPrizeinChemistry1946 JNorthrop 诺思罗普 1891 1987 美国生物化学家 1929年分离和提纯了胃蛋白酶 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶等 和萨姆纳证明了酶是一种具有催化作用的蛋白质 动态生物化学 20世纪初 中叶 1930年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径 1937年又提出了三羧酸循环理论 并解释了机体内所需能量的产生过程和糖 脂肪 蛋白质的相互联系及相互转变机理 HansKrebs 1900 1981 德裔英国生物化学家 TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1953 动态生物化学 20世纪初 中叶 TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1953 FritzLipmann 1899 1986 德裔美国生物化学家 1945年发现并分离出辅酶A 证明其对生理代谢的重要性 TheNobelPrizeinChemistry1958 TheNobelPrizeinChemistry1980 PaulBerg 1926 WalterGilbert 1932 FrederickSanger 1918 40年代测定出牛胰岛素分子中全部氨基酸的排列顺序 并证明了其内部氨基酸的结合方式 设计出一种测定脱氧核糖核酸 DNA 内核苷酸排列顺序的方法 动态生物化学 20世纪初 中叶 LinusPauling量子化学家 1901 1994 动态生物化学 20世纪初 中叶 40年代中期以后提出纤维状蛋白质的螺旋结构 及蛋白质是具有多肽链结构的物质 打开了通往蛋白质与DNA分子奥秘的大门 两次荣获诺贝尔奖金 1954年化学奖 1962年和平奖 功能生物化学 20世纪中叶以后 FHCCrick 1916 2004 JamesDWatson 1928 1958年提出了 中心法则 为分子生物学奠定了基础 1953年提出DNA双螺旋结构 标志着遗传学完成了由 经典 向 分子 时代的过渡 TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962 MauriceWilkins 1916 2004 第三阶段 1965年9月17日 中国首次人工合成胰岛素 这也是世界上第一个蛋白质的全合成 功能生物化学 20世纪中叶以后 ThomasR Cech 1947 功能生物化学 20世纪中叶以后 发现RNA的生物催化作用而获奖 SidneyAltman 1939 1978年和1981年奥尔特曼与切赫分别发现了核糖核酸 RNA 自身具有的生物催化作用 这项研究不仅为探索RNA的复制能力提供了线索 而且说明了最早的生命物质是同时具有生物催化功能和遗传功能的RNA 打破了蛋白质是生物起源的定论 TheNobelPrizeinChemistry1989 穆利斯 1945 KaryB Mullis美国生物化学家 科学家已经成功地用PCR方法对一个2000万年前被埋在琥珀中的昆虫的遗传物质进行了扩增 功能生物化学 20世纪中叶以后 建立了 聚合酶链反应 PCR 方法 是分子生物学里程碑式的发明 由此获得1993年诺贝尔化学奖 功能生物化学 20世纪中叶以后 1997 2苏格兰Wilmut绵羊 多利 的克隆为发育生物学研究开拓了更广阔的空间 功能生物化学 20世纪中叶以后 美 英 日 德 法 中六国参与的国际人类基因组计划 2003年完成 人类基因组计划 1984年开始讨论1990启动2000序列框架图完成 1995完成原核生物Hemophilusluenzae的基因组测序1996完成啤酒酵母的基因组测序1997完成大肠杆菌的基因组测序2000人类基因组序列框架 中国完成1 2000拟南芥基因组序列 第一个高等植物 2002水稻基因组序列框架图 中国独立完成 2003中国家蚕基因组序列框架图 人类基因组计划实施以来的成就 人类基因组计划中国协调人杨焕明 水稻基因组 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 我国生物化学家的贡献 1965年我国在世界上首先用人工方法合成有生物活性的结晶牛胰岛素 1971年用X射线衍射测定了牛胰岛素的空间结构1979年我国用人工方法合成酵母丙氨酸转运核糖核酸 蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的 生物化学与药学科学 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 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 生化药物在制药行业和医药上占有重要地位 如氨基酸 核苷酸 所谓基因营养物 SOD 紫杉醇等已经应用于临床治疗 绪论 3 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 转人生长素基因的小鼠 右 4 分子生物学与生物技术的迅速发展为重组生物药物发展奠定基础 三 生物化学与药学科学 一 药学生物化学 生物化学作为药学的基础学科 二 药学 实验医学的发展 使以化学模式为主体的药学迅速转向生物学和化学相结合的新模式 三 生化研究对药物化学研究减少盲目性 提高新药发现率 四 近代药理学 生化药理学 分子药理学 五 生化代谢与调控理论及研究手段是生物药剂学的重要基础 六 生物化学与制药工业生产实践密切相关1 生物化学的实验方法 技术在制药工业中广泛应用 比如分离天然生物药物和中草药 2 药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理 3 以生物化学 微生物学和分子生物学为基础发展起来的生物工程制药工业已经成为制药工业的一个新门类 四 生物化学发展趋势 蛋白质降解机制发育进程