生物化学：第一章 绪论

生物化学

第一章绪论一、生物化学（Biochemistry）的概念

生物化学以生物体为研究对象。研究生物体的化学组成及其在生命活动过程中化学变化规律的一门科学。二、生物化学的任务

从分子水平上研究生物体内基本物质的化学组成、结构与生物学功能，以及在生命活动中这些物质所进行的化学变化的规律及其与生理功能之间关系的一门科学。

又称为“生命的化学”。其中：

研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能以及基因的结构、表达与调控的内容称为分子生物学（molecularbiology）。分子生物学是生物化学的重要组成部分，是生物化学的前沿。

三、现代生物化学的研究内容2、物质代谢及其调节（动态生物化学）3、遗传信息传递及其调控（分子生物学阶段）1、生物体的化学组成（静态生物化学）研究生物体内各种化合物的结构、化学性质和功能（主要有糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶、维生素和激素等）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。静态生物化学动态生物化学分子生物学阶段研究生物体遗传信息的传递、表达及调控。细胞水平亚细胞大分子单体分子四、生物化学的发展简史------生物化学是一门既古老又年轻的学科。第一阶段

18世纪70年代以后，随着近代化学和生理学的发展，生物化学学科开始形成。1770-1774年，英国J.Priestly（普里斯特利）发现了氧气，并指出动物消耗氧而植物产生氧；1770-1786年，瑞典人C.W.Scheele（舍勒）分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等；1779-1796年，荷兰人J.Ingenbousz证明在光照条件下绿色植物吸收CO2

并放出O2；1828年，Wohler合成了有机物---尿素。1877年，Hoppe-Seyler（霍佩-塞勒，德）首次提出了“Biochemie”这个名词，1903年Neuberg（纽伯格）提出了英文“Biochemistry”，生物化学作为一门新兴学科诞生；1897年，Buchner（毕希纳）证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵。

这个阶段，生物化学的主要工作是分离和鉴定了各种氨基酸、羧酸、糖类，发现了核酸，开始进行酶学研究。第二阶段 从20世纪初到20世纪40年代，随着分析鉴定技术的进步，尤其是放射性同位素技术的应用，生物化学进入动态生物化学的时期。1926年，美国化学家J.B.Sumner首次得到脲酶结晶；

1929年，J.Northrop（诺斯罗普）分离并提纯了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质。

1930年和1937年，英生化学家A.Krebs分别提出了尿素循环和三羧酸循环；

1945年，发现并分离了辅酶A，证明了它对代谢的重要性。

这个阶段，基本上阐明了酶的化学本质以及能量代谢有关的物质代谢途径。。第三阶段

1950年以来，借助于各种理化技术，对蛋白质、酶、核酸等生物大分子进行化学组成、序列、空间结构及其生物学功能的研究，并发展到人工合成，创立了基因工程。

1950年，Pauling提出蛋白质二级结构的α-螺旋；1953年，Watson&Crick提出了DNA的双螺旋结构模型；随后于1958年，Crick提出了遗传的“中心法则”；1953及1975年，Sanger分别研究出蛋白质序列和核酸序列的测定方法；1961年，Jacob&Monod提出了操纵子学说；1965年，Holly（霍利）排出酵母tRNAAla

的一级结构；1966年，Nirenberg&Khorana（尼伦伯格和霍拉纳）破译了遗传密码；1970年，Temin和Baltimore（泰明和巴尔的摩）发现逆向转录酶；1972年～1973年，Berg（伯格）等成功地进行了DNA体外重组；Boyer（博耶）等在E.coli中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基因。1975年,Southern发明了凝胶电泳分离DNA片段的印迹法；1979年，Solomon和（博德默）最先提出至少200个限制性片段长度多态性可作为连接人的整个基因组图谱之基础；1981年，Cech（切赫）发现了有催化功能的RNA---核酶；1985年，Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)；Smith等报导了DNA测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法。1985年5月，美国SantaCruz和R.Sinsheimer（圣克鲁斯和辛色默）提出人类基因组研究计划，1986年8月美国科学院生命科学委员会确定由BruceAlberts（布鲁斯艾伯茨）负责的15人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府1987年正式开始起动这一计划;1994年，日本科学家在《NatureGenetics》上发表了水稻基因组遗传图，Wilson等用3年时间完成了线虫（C.elegans）3号染色体连续的2.2Mb的测定，预示着百万碱基规模的DNA序列测定时代的到来;1997年，Wilmut（威尔穆特）等首次不经过受精，用成年母羊体细胞的遗传物质，成功地获得克隆羊——多莉（Dolly）1998年，Renard（雷纳）等用体细胞操作获得克隆牛，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；Venter（文特尔）对人类基因组计划提出新的战略—全基因组随机测序;1999年，GünterBlobel（君特布洛贝尔）因发现了细胞中蛋白质有其内在的运输和定位信号，并具体显示了这种信号发送过程中的分子状态，获诺贝尔生理学奖;2001年，Hartwell（赫特维尔）因发现和研究细胞周期分裂基因；Nurse和Hunt分别发现调节细胞周期的关键分子周期蛋白依赖性激酶（CDKs）及调节CDKs功能的因子周期蛋白，获诺贝尔生理学奖;2002年，美国科学家约翰·芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特·维特里希。他们发明了对生物大分子进行识别和结构分析的方法--质谱分析法和核磁共振技术，共同分享获诺贝尔化学奖。

2003年，美国科学家彼得·阿格雷（PeterAgre）和罗德里克·麦金农（RoderckMackinnon）在细胞膜通道领域做出了“开创性贡献”而获诺贝尔化学奖，发现细胞膜水通道蛋白并描述特征；阐述了钾离子通道结构及功能机制。2004年，以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯因发现泛素调节的蛋白质降解而获诺贝尔化学奖。2006年，美国科学家罗杰·科恩伯格因在“真核转录的分子基础”研究领域做出贡献而获诺贝尔化学奖，揭示了真核生物体内的细胞如何利用基因内存储的信息生产蛋白质。

2008年，日本科学家下村修、美国科学家马丁·沙尔菲和美籍华裔科学家钱永健三位科学家因在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出贡献而获得的诺贝尔化学奖。

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。蛋白质二级结构的α-螺旋杨焕明教授一直从事基因组科学的研究。他主持完成的“人类基因组计划—中国卷”使中国成为这一被称为“二十世纪登月计划”的宏伟项目的成员国，得到了各国领导人和国际科学界的高度赞扬。杨焕明教授及其团队所承担的人类基因组、水稻基因组以及家猪、家鸡、家蚕基因组等重大项目使我国的基因组研究得以跻身于世界前沿。五、生物化学与药学科学的联系

药学生物化学是研究与药学科学相关的生物化学理论、原理与技术及其在药学研究、药物生产、药物质量控制与药物临床应用的基础学科。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在制药工业中广泛应用。

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。1、通过对DNA序列的了解，深入研究影响个体发育和整个生物体特定序列表达规律——即功能基因组学。

该项研究研究全部的基因中在不同生长发育期内，同时有多少基因协同表达，搞清适应于某一时期的全套基因表达谱（geneexpressionpattern）。六、生物化学的发展趋势2、以特定基因组在特定条件下所表达的全部蛋白质为研究对象，研究细胞内蛋白质及其动态变化规律—蛋白质组学

对蛋白质动态性、时空性、可调节性