生物化学-食品老师讲第一章绪论

1、生 物 化 学Biochemistry食品学院曹栋生物化学研究的内容生物化学与其它学科的关系生物化学的学习目的和方法生物化学学科的发展史（自学为主）第一章 绪论(Introduction)生物化学是研究生物体的化学组成和它在生命过程中的化学变化规律的一门科学。生物化学是运用化学的原理和方法研究生命活动化学本质的学科，是从分子水平来研究生物体内基本物质的化学组成、结构、生理功能及在生命活动中这些物质的化学变化的规律的一门科学。生物化学是一门生物学与化学相结合的基础学科。生物化学是生命的化学，一、生物化学研究的内容对象：生物体研究手段：应用物理、化学、生物学的理论和方法内容：生物体的化学组成 生物

2、物质的化学变化规律构成生物体的各种物质是怎样表现出生命活动现象的生物化学的主要内容（1）研究构成生物体的基本物质的结构和性质。（2）研究生物活动的各种物质化学变化过程。（3）研究机体的各种化学变化与生理机能的相互关系。生物体的化学组成 四类基本生物大分子： 多糖(polysaccharides） 由单糖组成 脂类 (lipids) 由甘油、脂肪酸、磷酸、含氮 碱 等组成 蛋白质(proteins) 由氨基酸（20种）组成 核酸(nucleic acid) 由核苷酸组成，而核苷酸又由 碱基、戊 糖、磷酸组成 三大活性物质：酶(enzymes) 维生素(vitamins) 激素(hormones)

3、生物化学按其内容可分为：静态生化: 研究构成生物体的各种物质（糖、脂、(Static part ) 蛋白质、核酸、酶、维生素等）的组 成、结构、性质及生物学功能。动态生化： 研究生物体中各种物质的化学变化(Dynamic part ) 及与外界进行物质交换和能量交换 的规律即物质代谢与能量代谢。功能生化： 研究重要生命物质（蛋白质、核酸） ( functional ） 结构与功能的关系，以及环境对机体 代谢的影响，从分子水平来阐明生命现象 的机制和规律（也称机能生物化）动物生化植物生化微生物生化生物化学工业生化农业生化医学生化食品生化1、生物化学是分子水平的生物学人们对生物体（生命现象）的认识

4、是从宏观到微观，从形态、结构到生理功能；从观察生物体的形态，到对组成细胞物质的分子结构进行研究。二、生物化学与其他学科的关系2、生物化学是现代生物学科的基础和前沿 生物化学是各生物学科的基础探讨各种生命现象，包括生长、繁殖、遗传、变异、生理、病理、生命起源和进化等，必须借助于生物化学的理论和方法。生物化学是现代生物学科的前沿生物学科的进一步发展和取得更大的进展、突破，在很大程度上依赖于生物化学研究进展和所取得的成就。3、生物化学与现代工业密切相关医药工业：各种试剂盒用于疾病诊断和从动、 植物和微生物中分离提取药物。 如激素。 发酵工业：利用微生物的新陈代谢生产各类产 品，如酒精，氨基酸，抗菌素

5、，酶 等。食品工业：许多食品和食品添加剂的生产。 生物化学在生产和生活中的作用主要体现在以下三个方面：生化知识的应用。 发病机理的认识、药物的筛选微生物通过代谢调控生产发酵产品生化技术的应用。生化分离技术、酶法分析技术等生化产品的应用。最突出的当首推酶制剂的应用此外，许多食品添加剂等1、生化是各门生物科学的基础2、生化是食品等学科的一门重要的专业基础课。(食品的原料是生物体，它们的食用对象人也是生物体）三、学习生物化学的目的糖类 脂类 生物化学 蛋白质 核酸 维生素 激素在体内的代谢过程结构功能性质1、建立起以生物功能为轴心的思维体系四、学习生物化学的方法2、注意学习技巧 由表及里，循序渐进，

6、课前预习，课后复习 根据研究内容，本课程可分为以下几部分：重要生物分子的结构和功能：着重介绍蛋白质、核酸、酶、维生素等的组成、结构与功能。重点阐述生物分子具有哪些基本的结构?哪些重要的理化性质?以及结构与功能有什么关系等问题，同时要随时将它们进行比较。这样既便于理解，也有利于记忆。物质代谢及其调节：主要介绍糖代谢、脂类代谢、能量代谢、蛋白质及氨基酸代谢、核酸及核苷酸代谢、以及各种物质代谢的联系和调节规律。此部分内容是传统生物化学的核心内容。学习这部分内容时，应注重学习各种物质代谢的基本途径，特别是糖代谢途径、三羧酸循环途径、糖异生途径和酮体代谢途径；各代谢途径的关键酶及生理意义；各代谢途径的主

7、要调节环节及相互联系；代谢异常与临床疾病的关系等问题。在理顺本课程的基本框架后，就应全面、系统、准确地掌握教材的基本内容，并且找出共性，抓住规律。 懂得记忆法 学习生物化学时，学生反映最多的问题是记不住学过的内容。关于此类问题：首先分清楚那些需要记忆，那些根本就不需要记忆。如氨基酸的三字母和单字母符号是需要记的，而许多生物分子的结构式并不需要记；其次明白理解是记忆之母，因此对各章内容，必须先对有关原理理解透，然后再去记忆；第三，记忆要讲究技巧。 勤于动手，联系实际 这是由“学懂”通向“会做”的桥梁和提高考生在考试中的实践能力的重要保证。平时多做习题，多做实验，是你掌握本学科，取得比较理想的考试

8、成绩的一个很重要的保证。 充分利用网络资源 网上有各种免费的教学资源，有条件的同学可经常去浏览，跟踪最新的进展。也可以去一些BBS站点，与网友一起交流学习的体会和对一些热点问题进行讨论。 对学习生物化学课程的要求：全面理解，重点记忆，前后联系，来回复习。 生物化学是十九世纪末随着医学、发酵工业的发展而逐渐形成的一门独立的学科。它与化学、有机化学的发展密切相关，涉及农业、工业、医药、国防等各个方面。五、生物化学学科的形成和发展生物化学的发展*(以自学为主） 1 静态生物化学时期（二十世纪二十年代以前） 2 动态生物化学时期（二十世纪前半叶） 3 机能生物化学及分子生物学时期（二十世纪五十年代以后

9、）人们就有自发的利用生物化学规律，但对本质没有认识。如：公元前22世纪用谷物酿酒 公元前12世纪学会制酱、制饴 公元前7世纪用车前子、杏仁治疗脚气 病，用猪肝治疗夜盲症等史前期18世纪（启蒙期）法国化学家拉瓦锡(Lavoisier)研究燃烧和呼吸，被认为是现代生物化学研究的开端。 拉瓦锡通过研究推翻了燃素说，并指出呼吸是不发光的燃烧，其本质是氧化作用。瑞典化学家舍勒(Scheele)分离并研究了酒石酸、柠檬酸、苹果酸、尿酸、乳酸、甘油等生物体中的有机物。 自然科学取得了重大发展，物理学、化学的发展极大地推动生物化学的发展。当时的研究中心在德国。德国化学家李比希(Liebig)是生理化学和碳水化

10、合物化学的创始人之一，研究了大量的有机分子和生物组织提取物，并首次提出了“新陈代谢”这个学术名词。1903年生物化学学科正式成立19世纪（发展期）1877年，德国医生霍佩-赛勒(Hoppe-Seyler)首次提出“Biochemie”这个名词，译为英文是“Biochemistry”汉译为生物化学，并创办了生理化学杂志，将生理化学（生物化学）建成一门独立的学科，首次从生物学、医学、化学中分离出来。霍佩-赛勒还首创了“蛋白质”一词，并得到了血红蛋白结晶。霍佩-赛勒的学生米歇尔(Miescher)研究了病理液体和脓细胞，并从脓细胞的细胞核中分离得到了脱氧核糖核蛋白。19世纪50年代，巴斯德(Past

11、eur)证明了酒精发酵是由微生物引起的，排除了发酵自生论。1897年布赫纳(Bchner)兄弟利用无细胞酵母汁液发酵蔗糖产生酒精的研究，是生化发展早期的一个重要里程碑，他不仅结束了酒精发酵机理持续了半个世纪的大论战，而且将酶学和代谢联系起来。20世纪上半叶 进入20世纪后，生物化学研究得到了迅速的发展，德、美、英、法都建立了生化学术中心。 20世纪上半叶在蛋白质、酶、维生素、激素和物质代谢及生物氧化方面都有很大的进展。 霍普金斯(Hopkins)，剑桥大学生物化学教授，先后发现了维生素、色氨酸和谷胱甘肽，创建了剑桥普通生物化学学派和中心。1926年，美国的色姆纳(Sumner)得到了脲酶结晶，

12、证明了酶的本质是蛋白质。1937年，英国生物化学家克雷布斯(Krebs)发现并阐明了三羧酸循环。此外，脂肪酸氧化降解途径、糖酵解途径等基本生物化学途径也都在20世纪30年代前后陆续阐明。20世纪下半叶 整个生物化学的领域向广度和深度发展，分子生物学的出现和生物工程的兴起是这个时期最引人注目的成就。1944年，加拿大细菌学家艾弗里(Avery)完成了肺炎球菌转化试验，证明了DNA是遗传物质。50年前后，英国物理学家威尔金斯(Wilkins)完成了DNA的X-射线衍射 研究。在此基础上，1953年，沃森(Watson)和克里克(Crick)建立起DNA双螺旋结构 模型，开辟了分子生物学的新纪元。英

13、国生物化学家桑格(Sanger)经过10年研究，发明了测定蛋白质分子中氨基酸序列的方法，并于1955年确定了牛胰岛素的一级结构 ，这是第一个被阐明结构的蛋白质，开创了蛋白质序列分析的先河。1960年，雅各布(Jacob)和莫诺(Monod)提出了在原核生物中普遍存在的基因调控的操纵子结构模型。1965年，美国生物化学家尼伦伯格(Nirenberg)破译出三联体遗传密码。霍利(Holly)阐明了酵母丙氨酸tRNA 的核苷酸排列顺序，后来又证明了所有的tRNA都有着相似的结构。60年代末，DNA限制性内切酶和DNA连接酶被陆续发现，为研究核酸分子的结构和功能找到了自由切割和重组的工具，为70年代初

14、重组DNA技术（基因工程）的出现奠定了基础。1977年，桑格设计出一种测定DNA分子中核苷酸序列的方法，并测定了由5375个核苷酸组成的174 DNA的一级结构。这种DNA序列分析法至今仍被广泛的使用。进入80年代以来，各国政府对生物技术倍加重视，分子生物学研究成了最受青睐的学术领域之一。包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程在内的生物工程得到了前所未有的发展，并已经在农业、医药、轻工等行业得到广泛的应用。1984年，科勒(Kohler)和米尔斯坦(Milstein)等人由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量蛋白质的检测技术而获得了诺贝尔奖。1993年，美国科学家穆里斯(Mullis)由于发

15、明了PCR聚合酶链反应仪而获得诺贝尔奖。PCR法通过DNA变性、退火、延伸三个步骤的反复循环，可以实现微量的目的基因在短时间内扩增100万倍以上。目前PCR已经成为分子生物学研究人员不可缺少的工具。 2000年，在许多国家分子生物学家的共同努力下，拟就了人类基因组草图，宣告人类基因组计划(HGP)的初步完成。 总之，20世纪下半叶以来，生物化学和分子生物学的发展一日千里，进入21世纪后，该学科必定得到更大发展，为人类创造财富和幸福我国生物化学的发展情况我国的现代生物化学研究起步较晚，由留美、德、法、英等学者，开始主要有吴宪教授，王英睐，曹天钦，邹承鲁等教授。 吴宪于本世纪20年代从美国回国后担

16、任了私立北京协和医学院生物化学教授,是我国生物化学研究的开端。在他的领导下完成了蛋白质变性理论、血液的生化检测研究、免疫化学研究、素食营养研究、内分泌研究等等，在生化方面做出了要贡献。 1965年，中科院上海生化所汪猷和北京大学邢其毅教授合作，在世界上率先通过化学方法完成了具有完全生物活性的结晶牛胰岛素的人工合成；1983年，他们采用有机合成和酶促合成相结合的方法，完成了酵母丙氨酸转运核糖核酸的人工全合成。 此外，我国在酶的作用机理、血红蛋白变异、生物膜结构功能等方面都做出了国际水平的研究成果。2000年，我国作为人类基因组计划的参与国同美、英、法、日等国家共同发布了人类基因组的草图。在21世

17、纪这个生物化学和分子生物学大发展的新时期，我国必须加大发展步伐，才能与国际学术研究前沿接轨。中、美、日、德、法、英等国科学家和美国塞莱拉公司2001年2月日联合公布了人类基因组图谱及对它的初步分析结果。这一重大成果标志着生命科学又向纵深迈进一步。六、生命科学正在走向纵深 过去年来，科学家们已绘制出余种物种的基因组图谱。据预测，在未来至年里，科学家还将解读大量生物的遗传密码 ，与此同时，基因组研究重点将进入确定基因结构与功能等应用研究阶段，生命科学因此将迎来新的大发展。人类基因组计划的最大影响，将体现在与人们生活息息相关的医疗保健领域。基因诊断、基因疗法和基因药物等的开发，有可能成为未来医学发展

18、的重要分支。 一些专家认为，生物技术是继信息技术之后推动生产力发展的又一重要力量。 据统计，信息技术对世界经济的贡献率达，而生物技术对经济发展的推动作用将不亚于信息技术。 年，世界生物技术产品的销售额为亿美元。估计到年，这一数字可能达.万亿美元。1、大分子结构与功能的关系2、生物膜结构与功能3、机体自身调控的分子机理4、生化技术的创新与发明七、21世纪生物化学发展趋势教材王淼、吕晓玲主编，【食品生物化学】，中国轻工业出版社，2009主要参考书1、王镜岩、朱圣庚、徐长法主编生物化学，第三版，2004，高等教育出版社2、周爱儒主编，生物化学第六版，2004，人民卫生出版社3、郑集等主编，普通生物化学，第三版， 1998，高等教育出版社4、魏述众主编生物化学（适用于工业发酵专业）1996，中国轻工业出版社5、张洪渊，万海清主编，生物化学（工科类专业适用）2001，化学工业出版社6、欧伶、俞建英、金新根主编应用生物化学2002，化学工业出版社教材出版中心7、