第一章-生物化学导论(绪论)课件

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基础生物化学

黄卓列朱利泉主编中国农业出版社参考书目参考书目：基础生物化学第二版主编吴显荣中国农业出版社生物化学主编沈同王镜岩高等教育出版社出版电子教案：实验及答疑地点：实验大楼六楼东侧生化教研室电话：68250794

主讲教师：胡奎电话：68250794(o)68250857(h)email:hukui@课程学时安排（54）第一章生物化学导论2第二章蛋白质化学7第三章核酸的结构与功能7第四章酶7第五章维生素与辅酶53第六章糖类化合物代谢7第七章生物氧化和氧化磷酸化3第八章脂类代谢3第九章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢3第十章核酸的酶促降解及核苷酸代谢3第十一章核酸的生物合成3第十二章蛋白质的生物合成3第十三章代谢调控3第十四章DNA重组技术的基本原理

0生命大分子生物代谢能量的产生和储藏及大分子前体的生物合成遗传信息的存储传递和表达

主要内容:介绍生物化学的概念、研究内容、学科发展历史和前景及其与其它科学的关系。对本课程的内容、进度和要求作具体安排。返回第一章生物化学导论（绪论）化学生物学生物化学Biochemistry生物化学－－－生命的化学－－－一门边缘学科WhatisBiochemistryBiochemistrySeekstoExplainLifeinChemicalTermsChemicalprocessesassociatedwithlivingthings.Biochemistrymaybedefinedasthestudyofthemolecularbasisoflife.生物化学是运用化学原理和方法，研究生物体的物质组成和遵循化学规律所发生的一系列化学变化，进而深入揭示生命现象本质的一门科学，有生命的化学之称Return生物化学的研究范围大致可包括下列几个方面：1、生物体是由哪些物质组成的？它们的结构和性质如何？1903年提出Biochemistry，生物化学才成为一门独立的学科，在此之前，分别由有机化学和生理学分别研究。静态生物化学时期（二十世纪二十年代以前）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、无机离子和生物分子生物分子/BiologicalMolecules生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。生物分子的主要类型包括：Saccharide(糖)、lipids(脂)、NucleicAcids(核酸)、protein(蛋白质)维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。生命的物质组成肽核苷多聚糖磷脂酸氨基酸含N碱核糖葡萄糖脂肪酸甘油胆碱基本生物分子4种生物大分子蛋白质核苷酸多糖脂类多酶复合体染色体生物膜细胞器细胞组织器官生物体动物植物微生物4种生物高分子2、这些物质在生物体内发生什么变化？是怎样变化的？变化过程中能量是怎样转变的？也就是说这些物质在生物体内是怎样进行物质和能量代谢的?新陈代谢同化作用assimilation环境生物小分子吸能反应异化作用dissimilation环境小分子分解代谢体内生物大分子放能反应合成代谢大分子机体能量代谢物质代谢动态生物化学时期（二十世纪前半叶）3、这些物质的结构、代谢和生物功能及复杂的生命现象（如生长、生殖、遗传、运动等）之间有什么关系？复杂的生命现象是如何有条不紊进行？是受到怎么样的精确调控的？物质代谢是如何相互联系的?机能生物化学及分子生物学时期（二十世纪五十年代以后）分子生物学概念及研究内容广义:研究蛋白质及核酸等生物大分子结构、构象和功能，也就是从分子水平阐明生命现象的规律和本质的科学。

狭义:偏重于核酸(或基因)的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。生命的奥秘是什么？生命的特征具有复制的能力具有催化的能力具有突变的能力新陈代谢由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有不断自我更新、繁殖后代以及对外界产生反应的能力。生命的基本单位：细胞生命体必要的要素：1所有的独立的生命体都有一个界面与外界分隔；在地球的生命体中这个界面就是生物膜原核生物的简单质膜和真核生物的内膜系统都是由脂质双分子层构成膜在生物体中的重要作用膜的研究膜生化生命是物质的实体！2所有的的生命体都有一个遗传信息系统：生物体能不断地繁殖下一代，使生命得以延续，遗传物质必须稳定并能复制和传递；生物的某些性状会发生变异；没有变异，生物就不可能进化。遗传物质必须允许发生变化。DNA（和RNA）担当了地球生命体的遗传物质，这和它的理化性质分不开，核酸的研究成为现代分子生物学研究的主要内容。DNA的双螺旋结构1953年，Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构。细胞中的DNA分子几乎都是由两条多聚脱氧核苷酸链构成的。DNA的二级结构就是指两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。划时代的里程碑，现代生物科学的奠基石。3所有的独立的生命体都有蛋白质的合成系统：蛋白质是生物体生物功能的执行者。没有蛋白质也就没有生命4所有的的生命体都有能量的获得方式（系统）类病毒---病毒---枝原体、衣原体---立克次氏体—细菌原核生物---酵母真核生物—苔蘚原生动物---植物动物哪些可以称为独立的生命体？研究领域的细化动物生化（zoic~）、植物生化（botanic~）、微生物生化（microbial~）、普通生化（general~）进化生化（Evolutional~）或比较生化（Comparative~）生理化学（physiological~）医学生化（medicinal~）、农业生化（agricultural~）、工业生化（industrial~）、Cellular~细胞生物化学、Functional~机能生化,功能生化、Marine~海洋生物化学、Molecular~分子生物化学、Radiation~辐射生物化学。Return生物化学与有关科学的关系包含、交叉、基础、延伸化学（chemistry）生理学(physiology)遗传学(genetics)生态学(ecology)细胞生物学(cytobiology)微生物学(microbiology)分类学(taxolgy)Return

其它物理学、数学及信息学等学科在现代的生物化学研究中发挥着重要作用“生化是在生理学的基础上发展起来的一门科学。生化的研究工作离不开生理学，生理学的研究也不能脱离生物化学。生物化学在以上学科的基础上于20世纪诞生和成熟，它的成熟以及从中所衍生出来的分子生物学，导致了生物学在20世纪的分子革命。生物化学的日新月异，不仅促使细胞生物学、遗传学、发育生物学、神经生物学等生命科学分支进入分子水平，冠以“分子”之姓，而且使动物、植物、微生物、人体、医学、工、农业等生物相关的领域也附以“生物化学”之名使之显示了切实的作用；同时为物理学化学、数学、计算机科学、信息科学、材料科学、国防科学等其它学科的发展带来发勃勃生机，大有促进整个自然科学发展、技术进步之势、乃至科学家们预测：21世纪将是生物科学的世纪。这些使得“生物化学”术语成为了现代生命科学的共同语言，并使得生物化学成为了生物专业学生最为重要的必修课程之一。这就决定了《生物化学》是一门生命科学有关专业（包括生物学、医学和农学等）学生的必修性主干专业基础课，在校期间打下良好的生物化学基础对这些专业学生的未来学习和工作将影响深远，所以是一门必须学好的生命科学关键课程。”生物化学发展历程（一）静态生物化学阶段大约从十八世纪中叶到二十世纪初，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，发现了生物体主要由糖类、脂类、蛋白质和核酸四大类有机物质组成。（二）动态生物化学阶段大约从二十世纪初到二十世纪五十年代，此阶段主要是对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。其中主要有：1.英国科学家Krebs1932年发现了尿素合成的鸟氨酸循环；1937年发现的三羧酸循环；2.1940年德国科学家Embden和Meyerhof提出的糖酵解途径。（三）分子生物学阶段近20多年来，特别是进入80年代世界新的工业革命浪潮以来，各国政府对生物技术和新材料都倍加重视，分子生物学研究成了最受青睐的学术领域之一。酶工程、遗传工程、细胞工程、生物工程都得到了迅速发展。其中，DNA重组技术已成为当代最突出的科学成就之一。从1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为标志，生物化学的研究进入分子生物学阶段。1970年发现了DNA限制性内切酶；1972年DNA重组技术的建立；1978年DNA双脱氧测序法的成功；1990年人类基因组计划的实施；2001年完成,进入后基因组时代。RootsofBiochemistryWohler'ssynthesisofureaBuchners'fermentationofsugarfromyeastextractsSumner'scrystallizationofureaseWatsonandCrick'sstructureofDNA1835JonsBerzeliuswritesapaperonchemicalcatalysis,usesamylaseasanexample.1859CharlesDarwinpublishesOntheOriginofSpecies.1860LouisPasteurrecognizesthatfermationwascatalyzedbyenzymes,buthebelievestheyarepartofthe"essence"ofyeast.1865GregorMendelpublisheshistheoryofgenetics.1869FredrickmeischerdiscoverseDNAincellnuclei.1897EduardandHansBuchnerextractsmaterielfomyeastthatcatalyzestheconversionofglucosetoalcohol.1900GregorMendel'sworkongeneticsisrediscovered.1914FritzLipmannelucidatestheroleofATPinenergymetabolism.1926JamesSumnerobtainscrystallinejackbeanureaseanddemostratesthatitisaprotein.1926ThomasHuntMorganwritesTheTheoryoftheGene.1934ArnoldBeckmandevelopesthefirstpHmeter.1937HansKrebsdiscoversthecitricacidcycle(TCAcycle).1941GeorgeBeadle&Edwardtatumproposetheone-gene,one-enzymehypothesis.1944OswaldAvery,ColinMacLeod,andMaclynMcCarthyusechemicalmethodstoestablishthatDNAisthegeneticmaterial.1950EdwinChargaffpublishesobservationthatA=T,G=C(Chargaff'srules).1952LinusPaulingandRobertCoreyproposethea-helixandtheb-pleatedsheetstructuresforproteins.1952AlfredHersheyandMarthaChaseprovideadditionalsupportforDNAasgeneticmaterial.

1953JamesWatsonandFrancesCrickputforththedoublehelixmodelDNA.1953FredrickSangerdeterminesthefirstaminoacidsequenceofaprotein(insulin).1956EarlSutherlandisolatescyclicAMP.1957MatthewMeselsonandFranklinStahlcarryoutexperimenttodemonstratesemiconservativeDNAreplication.1960JohnKendrewandMaxPertuzobtainthefirstthreedimensionalstructureofproteins(hemoglobinandmyoglobin).1960JeraldHuritzandSamuelWeissdiscoverRNApolymerase.1961FrancoisJacobandJaquesMonodpropoundtheoperonmodelofgenecontrol.1963Allostericmodelforinhibitionofenzymes(Jean-pierrreChanguex,F.jacob,andJ.Monod).1964Acrylamidegelelectrophoresisofproteinsisdeveloped.1965MarshalNirenberg,H.GobindKhorana,andseveroOchoacompletetheelucidationofthegeneticcode.19653-Dmodeloffirstenzyme(lysozymebyDavidPhillips.1965RobertHolleydeterminesthestructureofatransfer-RNA.1965JeromeVinograddiscoverssuperhelicaltwisting.1968MarkPtashneandWalterGilbertidentifythefirstrepressorgenes.1969PaulaDeLuciaandJohnCairnsisolateamutantofE.colicalledpolA1.1969Firstsynthesisofanenzyme(ribonuclease).1970HamiltonSmithdiscoversrestrictionendonucleases.1970HowardteminandDavidBaltimorediscoverreversetranscriptase.1973StanleyCohenandHerbertBoyerpreparerecombinantDNA.1974Sung-HouKim,etal.producethefirstX-raystructureoftransferRNA.1977CesarMilsteindiscovershowtoproducemonoclonalantibodies.1977AllanMaxamandWaltergibertdevelopachemistryforsequencingDNA.1977FredrickSanger,S.NicklenandA.R.CoulsondevelopachemistryforsequencingDNA.1977PhillipSharpandRichardRobertsdiscoverintons(interveningsequences).1982Firstx-raystructureofamembraneproteinReturn生物化学的应用简介1.作为其它生命科学的理论基础对各种生命现象和生物生产过程进行机理和本质解释2.作为方法与工具直接应用于生产过程生物产品生产制备提取加工等3生物操作技术进行创造和改造生物生物化学的最终目的是了解、控制生命过程，为人类的健康与工农业生产服务。