生物化学 绪论(药学本科09)

1、生物化学绪论Introduction to Biochemistry 李 凌 博士、副教授南方医科大学基因工程研究所生物化学与分子生物学教研室绪 论一、什么是生物化学？二、为什么学生物化学？三、学什么内容？四、怎么学？生物化学Biochemistry (Biological chemistry)主要运用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体（化学组成及化学变化）的一门学科在分子水平探索生命现象的本质生命的化学生化分子生物学molecular biology研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及其调控的一门学科。分子免疫学分子遗传学分子肿瘤学分子药理学分子病理学分子生物学分子微生物学生物化

2、学发展史1. 叙述生物化学（18世纪19世纪末 ）2. 动态生物化学（20世纪初20世纪中叶 ）3. 分子生物学（20世纪中叶以后 ）埃米尔 费舍尔（Emil Fischer）德国著名化学家Fischer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1. 叙述生物化学阶段德国化学家恩斯特霍普-席勒（Ernst Hoppe-Seyler）首次从血液中分离出血红蛋白并制成了结晶，是第一个获得蛋白质结晶的人。1877年，霍普-席勒创立了德文生理化学杂志（Zeitschrift fr Physiologisch

3、e Chemie）。这时，生物化学从生理学分出作为一门新的独立学科诞生。1. 叙述生物化学阶段1868年，瑞士青年学者、霍普-席勒的学生弗里德利克米歇尔（Friedrick Miescher）从伤口敷料的脓血球中发现“核素”（“核酸”的早期命名）。1. 叙述生物化学阶段1830年路易斯巴斯德（Louis Pasteur）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发酵（葡萄糖转变成乙醇和二氧化碳）。2. 动态生物化学阶段1897年，爱德尔德布希奈（Eduard Buchner）（诺贝尔奖，1907）和汉斯布希奈（Hans Buchner）两兄弟实验证明，无细胞的酵母提取液仍可催化生醇发酵反应，使巴斯德关

4、于“只有活的酵母细胞才能进行发酵”的认识前进了一步。詹姆斯 萨姆奈（James B Sumner）（诺贝尔奖，1946）1926年第一个成功地制备了尿素酶（urease）结晶，并首次证明酶是蛋白质。2. 动态生物化学阶段汉斯 克雷勃斯（Hans A. Krebs） 英国生化学家2. 动态生物化学阶段1932年，克雷勃斯和库尔特汉瑟雷特(Kurt Henseleit)发现了尿素循环反应途径。1937年，克雷勃斯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。于1953年获诺贝尔奖。 李纳斯 鲍林Linus Pauling美国 1951年，Li

5、nus Pauling（诺贝尔奖，1954）和Robert B. Corey采用X射线衍射技术研究蛋白质结晶，发现了蛋白质分子的二级结构形式-螺旋。3. 分子生物学阶段弗利德里克 桑格Frederick Sanger英国3. 分子生物学阶段1953年，Sanger采用化学方法完成了胰岛素序列分析（诺贝尔奖，1958）。詹姆斯沃森（James D. Watson） 美国DNA双螺旋结构模型，1953年 弗朗西斯克里克（Francis H. Crick） 英国诺贝尔奖，1962年Paul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 1973年，Paul Berg、Herbert

6、 Boyer和Stanley Cohen首次在体外将重组的DNA分子形成无性繁殖系DNA“克隆” （诺贝尔奖，1980）。重组DNA技术克隆羊多莉 克隆是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破，反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。 克隆人耳鼠 I.Wilmut英国人类基因组计划（HGP）组学(-omics)基因组学(genomics)蛋白质组学(proteomics)转录组学(transcriptomics)RNA组学(RNomics)代谢组学(metabolomics)糖组学(glycomics)利用人体皮肤细胞“仿制”出胚胎干细胞（2007年世界十大科技进展） 美国威斯康星大

7、学麦迪逊分校一个研究小组：成纤维细胞日本京都大学一个研究小组：面部皮肤细胞基因重新编排技术：向皮肤细胞中植入一组4个基因，通过基因重新编排，使皮肤细胞具备胚胎干细胞的功能。我国古代对生物化学发展作出的重要贡献夏禹时代（4000多年前）酿酒用曲（酶）；公元前12世纪的商周时期可制造酱、醋；公元前2世纪（汉朝）能制作豆腐；晋朝（公元4世纪）用含碘的海藻治疗甲状腺肿；唐朝初（公元7世纪）孙思邈用含维生素B1的中草药和米糠治疗脚气病；明朝（公元14世纪）李时珍的本草纲目中记载了400余种包括代谢产物与分泌物的动物药。我国生物化学的开拓者吴宪教授蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述性丛书Advanc

8、es in Protein Chemistry第47卷（1995年）发表了美国哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈J. T. Eddsall的文章“吴宪与第一个蛋白质变性理论（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”，对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。该卷还重新刊登了吴宪教授六十四年前关于蛋白质变性的论文。一篇在1931年发表的论文居然在1995年仍然值得在第一流的丛书上重新全文刊登，不能不说是国际科学界的一件极为罕见的大事。1965年9月17日，人工合成胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白质的全

9、合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。 一、生物分子的结构与功能二、物质代谢及其调节三、基因信息传递及其调控生物化学的主要内容1. 生物分子的概念2. 生物分子的结构一、生物分子的结构与功能生物分子：由C、H、O、N等组成的有机化合物 如：糖类、脂类、蛋白质、核酸和维生素等。生物大分子(biomacromolecule)：分子量较大，结构复杂， 包括：聚糖类、聚脂类、蛋白质和核酸等生物信息分子(informational biomolecule) ：结构蕴藏信息，包括：聚糖类、蛋白质和核酸

10、等在生物信息大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白质和核酸。所以，蛋白质和核酸是生命活动的最重要物质基础。 生物大分子 核酸 蛋白质 聚糖 结构单位 核苷酸 氨基酸 单糖 连接键 3,5 -磷酸二酯键 肽键 糖苷键 游离末端 5磷酸，3羟基 氨基端，羧基端 非还原端，还原端 多聚体合成方向 53 NC 非还原端还原端 三种生物大分子结构特点1. 新陈代谢的概念2. 物质代谢概况二、物质代谢及其调节糖脂类Pr.H2O维生素无机盐 消化吸收简单物质合成复杂物质 分解简单物质废物排泄（CO2、H2O、脲)物质代谢能量代谢合成分解转变调节生成贮存释放转化生命现象(开始)(中间)(终末)生物体的新陈代谢合成

11、代谢（同化作用）分解代谢（异化作用）生物小分子合成生物大分子需要能量释放能量生物大分子分解为生物小分子能量代谢物质代谢物质代谢与能量代谢的统一，二者相辅相成。1. 基因的概念2. 基因信息的传递3. 基因活性的影响因素三、基因信息传递及其调控1. 基因 (gene) 的概念合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核苷酸序列。一般是DNA序列（或RNA病毒中的RNA）。具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。2. 中心法则3. 基因活性的影响因素DNA复制偶尔会出现差错；在内、外环境因素的作用下，DNA也会发生损伤。如果发生的差错或损伤不能得以矫正或修复，破坏了基因组的稳定性，就会引起基因变异

12、或突变（mutation）。基因（DNA）序列变异或突变属于一种遗传变化（genetic change），可引起基因表达活性改变。 （1）基因（遗传）变化(2) 表观遗传变化表观遗传变化（epigenetic change）只有基因表达模式改变，而无基因（DNA）序列变化。 最常见的表观遗传变化有DNA甲基化、组蛋白乙酰化等化学修饰。这些变化可改变相关的基因活性，影响生物化学代谢。 学习内容一、生命的分子基础（22） 1.糖2 2.脂类2 3.蛋白质6 4.核酸4 5. 酶与维生素6 6. 激素2学习内容二、物质代谢与能量转换（26+12） 8.糖代谢6 7.生物氧化4 9.脂类代谢6 10.

13、蛋白质分解代谢4 11.核酸代谢：分解代谢核苷酸代谢2 合成代谢DNA、RNA(复制4、转录2+调控2) * 蛋白质生物合成：翻译4 12.代谢调控4 学习内容三、 药学生化（6） 13. 药物在体内的转运和代谢变化2 14. 生物药物2 15. 药物研究的生物化学基础2学习方法 记住概况 掌握重点 前后联系查锡良 . 生物化学.人民卫生出版社. 2009 （第7版）贾弘褆. 生物化学.人民卫生出版社. 2005年（八年制）赵宝昌. 生物化学. 高等教育出版社. 2008 （第2版）（医学类）王镜岩. 生物化学. 高等教育出版社. 2002（第3版）（综合大学） 生命的化学（中国生物化学与分子生物学学会主办）医学分子生物学杂志Annual Review of Biochemistry（生物化学年鉴, 美）Trends in Biochemical Sciences (简称TIBS，美)参 考 书参 考 书Nelson DL, Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2004Murray R