生物化学课件chapter-1-绪论.ppt

2020 3 28 1 生物化学Biochemistry 主讲 童富淡教授电话 86843193 O E mail fdtong 2020 3 28 2 第一章绪论 1 1生物化学的概念 1 2生物化学的发展史 1 3生物化学与现代工业 1 4生物化学的学习策略 2020 3 28 3 生物化学的概念 什么是生物化学 研究生命的化学运用现代科学技术和方法从分子水平探讨生命现象的化学本质 生命活动过程中化学变化规律的科学 研究方法主要采用化学 物理学和生物学的理论和方法 与数学 物理学 生理学 细胞生物学 遗传学等学科相联系和交叉 2020 3 28 4 生物化学的分类 根据研究对象分为 动物生物化学 植物生物化学 微生物生物化学等 根据研究内容分为 医学生化 农业生化 工业生化 环境生化 食品生化和营养生化等 2020 3 28 5 生物化学的研究内容 研究生物体内各种化合物的组成 结构 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 2020 3 28 6 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 代谢的调节 2020 3 28 7 原子 分子 基本生物分子 生物大分子 超分子复合物 细胞器 细胞 组织 器官 生物界 生物个体 生命的起源与进化 2020 3 28 8 原核细胞 2020 3 28 9 真核生物细胞 2020 3 28 10 生物体的组成 2020 3 28 11 物质代谢与能量代谢 中间代谢 intermediarymetabolism 细胞中的物质代谢与能量代谢 也就是细胞中进行的化学过程 合成代谢 anabolism 将小分子的前体 precursor 经过特定的代谢途径构建成较大的分子 并且消耗能量 分解代谢 catabolism 将较大的分子经过特定的代谢途径 分解成小的分子并且释放出能量 物质代谢与能量代谢相伴随 而ATP 三磷酸腺苷 是能量转换和传递的中间体 2020 3 28 12 生物化学研究目的 在认识自然的基础上改造自然 进而提高人类生产水平 改善生活质量 生物化学领域的重大问题 如遗传工程 光合作用 生物固氮 酶的应用 代谢调控等 2020 3 28 13 生物化学的发展首先起源于法国 由法国传之德国 再由德国传至美国和英国 20世纪由上述国家流入其他各国 大约在两个世纪过程中 经过许多杰出的生物学和生物化学工作者的辛勤劳动 生物化学已成为独立完整的新科学 生物化学在生命科学中的位置越来越重要 生物化学的理论和技术已介入生物科学所有的领域之中 生物化学还将继续发展下去 这有赖于今人和后人所做出的巨大努力和贡献 现代生物化学 2020 3 28 14 生物化学与其它学科的联系 生物化学是一门交叉学科 从有机化学 生物物理学 营养学 生理学 微生物学 遗传学 细胞生物学等发展起来 并促进了这些学科的发展 生物化学也是一门独立科学 主要研究生物分子的结构 反应 如酶和生物催化过程 代谢途径及其控制 生命信息传递等过程的化学作用机理 生物化学是揭示生物分子作用本质的一门科学 2020 3 28 15 生物化学 边缘学科 基础性 生物学的主干课程之一 交叉性 渗透到生物工程 医学 三理一化 营养学 农学等各学科 发展性 分子结构生物学 分子生理学 分子遗传学 分子免疫学 分子病毒学 分子发育生物学 分子神经生物学 分子育种学 分子药理学等新学科 2020 3 28 16 近代生物化学的发展 2020 3 28 17 生物化学的研究热点 生物大分子的结构与功能基因表达的调控生物膜结构与功能基因组学蛋白组学糖组学代谢组学 2020 3 28 18 基因组学 人类基因组计划 humangenomeproject HGP 历经10年 在本世纪初宣布完成 已绘制40多种生物的基因组图谱 基因组的研究进入功能基因组 functionalgenomics 阶段 即确定基因结构与功能的应用阶段 人类基因组解读为疾病的诊断 防治和新药研发提供了有力的武器 2020 3 28 19 蛋白质组学 蛋白质组学 proteomics 作为后基因组时代生命科学的新研究领域正在崛起 综合2D 凝胶电泳 计算机图象分析 质谱 氨基酸测序和生物信息学一系列精细技术 高通量 综合定量和鉴定蛋白质 建立蛋白质组的生物信息数据库 为重大病症的发生提供新预警和诊断标志 并为新药开发提供新的思路 2020 3 28 20 大肠杆菌中的蛋白质组 2020 3 28 21 生物化学的发展简史 建立时期 18世纪 20世纪初 研究了脂类 糖类 氨基酸和核酸 酵母发酵中的 可溶性催化剂 酶的概念等 快速发展 20世纪初 20世纪下叶 必需氨基酸 维生素 多种激素的发现 酶的蛋白质本质揭示 主要物质代谢途径的确定等 分子生物学的崛起 20世纪下叶 从分子水平解释生命现象 2020 3 28 22 生物化学发展简史 国内生物化学发展概况国际生物化学发展概况 2020 3 28 23 国内生物化学发展概况 中国古代生物化学的渊源中国近代生物化学的出现中国近代生物化学的发展 2020 3 28 24 中国古代生物化学的渊源 公元前22世纪的夏代的酿酒 杜康 公元前12世纪 周礼 的发酵制酱 公元前4世纪 庄子 记载 瘿病 即现代的地方性甲状腺肿病 公元4世纪 晋朝葛洪的 肘后百一 以含碘丰富的海藻来治疗 瘿病 2020 3 28 25 北魏贾思勰 齐民要术 卷八利用曲的滤液进行酿造 公元1897年德国人布希纳 EduardBuchner 才发现酵母菌滤液的发酵作用 比我国晚1353年 唐代孙思邈 581 682 用米糠熬成的粥来治疗脚气病 用猪肝治疗 雀目 中国古代生物化学的渊源 2020 3 28 26 明代李时珍 1518 1593 长期亲自上山采药 著成 本草纲目 共载药物1880种 公元1637年 明末宋应星的 天工开物 甘嗜 记载了甘蔗的栽培技术 制糖设备和工艺过程 具有相当高的科学价值 其中用石灰澄清法处理蔗汁的工艺 迄今仍为世界公认的最经济的方法 中国古代生物化学的渊源 2020 3 28 27 中国近代生物化学的出现 萌芽期 1917 1924 吴宪 生物化学家 营养学家 1893 1959 开设 生理化学 成立生物化学科 DepartmentofBiochemistry 发育期 1925 1936 蛋白质变性学说 营养学 免疫化学 临床生物化学 药物化学等 苦争期 1937 1949 郑集 生物化学家 营养学家 1900 ALaboratoryManualofBiochemistry 实用营养学 第一次全国营养会议 中国营养学会 首任理事长 2020 3 28 28 中国现代生物化学的发展 1950年 中国科学院生理生化研究所成立 王应睐 1907 2001 1958 1984任中国科学院上海生物化学研究所所长 1965年 人工合成牛胰岛素 insulin 生物化学研究所 有机化学研究所 北京大学协作完成 1981年 人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸 tRNAAla 上海生物化学研究所 细胞研究所 有机化学研究所 生物物理研究所 北京大学生物系和上海试剂二厂协作完成 2020 3 28 29 国际生物化学发展 18世纪生物化学的萌芽19世纪生物化学的雏形20世纪生物化学的发展 2020 3 28 30 国际生物化学的发展概况 2020 3 28 31 2020 3 28 32 2020 3 28 33 2020 3 28 34 2020 3 28 35 2020 3 28 36 2020 3 28 37 2020 3 28 38 2020 3 28 39 2020 3 28 40 2020 3 28 41 2020 3 28 42 1953年Watson和Crick描绘出了DNA的双螺旋结构模型 生命科学从此进入了分子生物学新时代 悼念克里克 2020 3 28 43 分子生物学的产生与发展 2020 3 28 44 分子生物学的重要事件 50年代 蛋白质 螺旋结构的发现 1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型 分子生物学的里程碑 中心法则的提出 遗传密码的破译 70年代 DNA重组技术 基因工程 基因诊断 基因治疗的发展 80年代 PCR技术 核酶 ribozyme 等 90年代 人类基因组计划 约3 0 109碱基 2 3万个基因 后基因组时代 蛋白质组学 生物信息学 2020 3 28 45 基因工程的建立 20世纪70年代建立的基因工程 geneengineering 在体外按人类的需要进行基因重组和基因改造 通过各类基因载体进行基因转移 打破了基因重组和基因转移的物种界限 2020 3 28 46 2020 3 28 47 2020 3 28 48 基因工程的拓展 基因工程 geneengineering 基础研究使基因工程在理论和技术上日趋成熟 应用范围不断拓展 产生了许多新的研究领域 极大地丰富了生物科学理论 推动了生物技术产业的发展 基因组学 genomics 蛋白质组学 proteomics 生物信息学 bioinformatics 转基因动植物 transgenicanimalsandplants 生物芯片 biochips 基因治疗 genetherapy 2020 3 28 49 生物化学的前景和现状 分子生物学从根本上改变了生命科学的面貌 极大地丰富和扩展了生物化学的内涵 一方面 经典的生物化学原理不断得到验证 另一方面 人们对生命的化学过程的认识不断更新和深化 现代生物化学已经从各个方面融入了生命科学发展的主流 其研究主要集中在以下几个方面 生物大分子的结构 功能与相互作用基因组学与蛋白质组学基因表达的调节细胞信号的传导生物工程学 2020 3 28 50 生物化学与现代工业 生物化学对轻化工业的渗透酶及其应用 2020 3 28 51 生物化学对轻化工业的渗透 蛋白质 酶 糖 脂肪 核酸等生物分子的研究成果及应用使传统食品 医药工业发生了根本性的变化 许多酶 粗酶 正逐步应用于皮革 纺织 日用化工 原料化工 酿造等轻化工工业 利用生物化学手段不断研制高效性 常效性新药 如基因工程和蛋白质工程可以用细菌来生产胰岛素 生长素 干扰素等重要药物 2020 3 28 52 酶的应用 酶 含酶的细胞 作为一种生物催化剂 具有专一性强 催化效率高 反应条件温和等特点 在各领域得到了广泛的应用 1969年日本的千畑一郎在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL 氨基酸生产L 氨基酸 将酶或细胞固定于载体上 生物反应器 Bioreactor酶反应器 就较易做到生产的程序化 自动化 2020 3 28 53 生物化学的学习策略 生物学特点 特点一 与数理化不同 生物学为实验科学 不存在因果定量关系 即不可能通过公式或定理推出一个准确的结论 特点二 生物界没有绝对 几乎所有的结论都可以被一些例外打破 生物多样性 2020 3 28 54 生物化学的学习策略 生物化学课程的特点 知识密集 信息量大分子水平 内容复杂涉及面广 记忆性强联系密切 灵活多变 2020 3 28 55 生物化学的学习策略 生物化学学习的方法 通常认为生物化学难学 其实不然 只要师生共同努力 教与学齐驱并驾 同步思维 同步运动 辅以必要的习题演练 自绘代谢网络图 就一定会从无知到有知 从知之较少到知之较多 以至达到融会贯通 炉火纯青的境地 教学结合 教学相长专心听讲 及时复习精炼概念 把握规律加强联系 突出整体进入状态 择重记忆 2020 3 28 56 两个基本问题 国家为什么创办大学 国民为什么争读大学 2020 3 28 57 目的与目标 目的 提高全民素质 造福人类公民具备较强的生活能力和生存能力目标 强国富民 国泰民安建立正确的人生观 道德观 价值观 科学的思维方法 掌握相关学科的基本理论和基本技能 2020 3 28 58 永远的真理 书到用时方恨少 2020 3 28 59 生物化学 第一章绪论第二章糖类的化学第三章脂类与生物膜第四章蛋白质化学第五章核酸的化学第六章酶 维生素和辅酶第七章生物氧化第八章糖代谢第九章脂类的代谢第十章核酸与核苷酸代谢第十一章蛋白质与氨基酸代谢第十二章物质代谢的调节控制 2020 3 28 60 主要参考书 王镜岩 朱