第00章 绪论.ppt

1、生物化学,张汝民 E-mail: TelBiochemistry,浙江农林大学,Introduction,绪 论,概 念,生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。,第一节,生命,一、生命的定义,自我复制(self-replication) 自我装配(self-assemble) 自我调节(self-regulation),一个边界 一套执行机构 一套遗传机构,人与其他生物最大的区别是什么？ 形态、语言、感情、知觉,知 认识自己、认识世界的动机与实践 世界是什么样？为什么是这样？,世界是什么

2、样的？,天文学、地理学、动物学、植物学、人类学 进一步缩小分析 生理学、细胞学,进入分子原子领域,“看不见了” 如何研究呢？ 化学、物理学的研究方法与手段 分离（有时需分解更小分子）、纯化、化学物理分析（分子量、元素组成）,源自20/juang/BCbasics/Cellxx.htm#Cell0102,细胞是生物体的基本结构单元,细胞的基本构成,二、生命的的共同“语言”化学,著名的诺贝尔奖获得者亚瑟肯伯格（Arthur Kornberg）在哈佛大学医学院建校100周年时说：“所有的生命体都有一个共同的语言，这个语言就是化学。”,DNA是生命体的“共同语言”,

3、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,生命体的元素组成,在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现。 第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。 第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。 第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。 第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。,生物分子,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

4、。 生物分子的主要类型包括：多糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子。 维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。 七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧。,Protein,DNA,RNA,Nucleic Acid,Polysaccharides（多糖）,lipids,是研究生命化学的科学，它在分子水平探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节及其在生命活动中的作用。,二. 生物化学及其研究内容,简单的说，生物化学就是生命的化学。,什么是生物化学（biochemistry）？,第二节,发展简史,1.中国：古代4200年前已开始造酒、酿醋、做豆腐,2.世界：生化是在物理、化

5、学、生物学、医学有了一 定发展才出现的,3.生化发展史： （1）静态生化：18世纪下半叶开始，主要工作： 组成、结构、生理功能 （2）动态生化：1930年后研究代谢过程 （3）50年代后：分子 生物学、蛋白质、核酸、 DNA双螺旋模型分子遗传学,萌芽时期(18世纪下半叶19世纪初)：,(1) 静态生物化学的发展,Scheele(舍勒 ):瑞典化学家，分离得到甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸、酒石酸等。,Carl Wilhelm Scheele (1742-1786),Lavosier(拉互锡)：法国化学家；科学实验发现，有机体的呼吸和蜡烛的燃烧同样是碳氢化合物的氧化，氧化过程中，氧消耗了，水和

6、CO2产生了。被称为：“化学史上一大发现，也是生化史上一大发现。”把动物的呼吸比作蜡烛燃烧！（只是动物体内的燃烧是缓慢的和不发光的燃烧）。,Liebig李比希：农业化学奠基人。1803年1873年 生理化学、碳水化合物化学创始人之一。23岁建立起李比希实验室（法国吉森大学）创刊了李比希年刊。首次提出“新陈代谢”一词，发现马尿酸。,Justus von Liebig(1803 - 1873),德国医生Hoppe-Seyler(霍佩-赛勒) 以研究生理学（即生物化学）而著名，获得纯卵磷脂，血红素。 1877年，首次提出“Biochemistry （生物化学）”一词，首创“Protein（蛋白质）”

7、一词。创办生理化学杂志。,Hoppe-Seyler（1825-1895）,霍佩-赛勒学生1 瑞士籍研究生米舍尔，1868年从脓cell中分离出nuclein核素（即核酸）。,F.Miescher（18441895）,霍佩-赛勒学生2 德国的科塞尔发现核素是蛋白质和核酸的复合物。科塞尔因其在核酸化学领域的开创性工作，荣获1910年的诺贝尔生理学或医学奖。,A.Kossel （ 18531927）,1911年，科塞尔的学生，俄裔美国化学家列文（P.A.T.Levine,18691940）对核酸做了进一步的研究。他证明核酸所含的糖类由5个碳原子组成，并将这种糖类命名为核糖。 1934年，列文发现核酸

8、可被分解成含有一个嘌呤、一个核糖或脱氧核糖和一个磷酸的片段，这样的组合叫核苷酸。他认为核酸是由五碳糖与磷酸基团组成的长链，每一个五碳糖上再接一个碱基。,英国生物化学家托德（A.R.Todd）成功地合成了核苷酸，并于1955年成功合成了二核苷酸。托德因其在核苷酸合成以及核苷酸辅酶方面的贡献而获得1957年诺贝尔化学奖。,(2) 动态生物化学阶段,奠基时期(19世纪20世纪)：,美国科学家萨姆纳 ，1926年得到脲酶的结晶（刀豆中提取），证明了酶的化学本质是蛋白质。,JB Sumner (1887-1955),克雷布斯，德裔英国人，1937年发现了尿素循环和三羧酸循环。1953年获诺贝尔医学奖。,

9、H.A.Krebs (19001981),卡尔文及其同时用来研究光合藻类CO2固定的仪器装置,Calvin:美国人,美国生物化学家卡尔文在50年代中后期发现了有关植物光合作用的“卡尔文循环”，即植物的叶绿体如何通过光合作用把二氧化碳转化为机体内的碳水化合物的循环过程。首次揭示了自然界最基本的生命过程，对生命起源的研究具有重要意义。卡尔文获得了1961年诺贝尔化学奖。,威尔施泰特：德国犹太人,研究叶绿素和其它植物色素的结构，获1915年诺贝尔奖。20世纪20年代提出：酶的本质不是蛋白质，1930年证明他的说法有误。后认为酶的本质是蛋白质（现在又发现有的酶不是蛋白质）。,Richard Wills

10、tatter （1872-1942）,50年代后：分子 生物学、蛋白质、核酸、 DNA双螺旋模型分子遗传学,生化在几十年中飞速发展，在较短年代里集中着大量科学发现。其中很多都称的上是人类认识自然界的里程碑，有划时代的意义。有相当数量的科学家因此获得,诺贝尔奖,(3) 功能生物化学阶段,詹姆斯沃森（James D. Watson）,1953年 Watson（美）与 Crick（英）提出DNA分子的双螺旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖。,弗朗西斯克里克（Francis H. Crick）,1969-1972, Arber(瑞士),Smith(美)与Nathans(美)在核酸限制酶的分离与应用方面

11、做出突出贡献,1978年共获诺贝尔奖。,1972 Berg（美）在基因工程基础研究方面作出了杰出成果，获1980年诺贝尔奖。 1973 Cohen等（美）用核酸限制性内切酶EcoR1，首次基因重组成功。,Hamilton O. Smith,Daniel Nathans,Werner Arber,Paul Berg,Herbert Boyer,Stanley Cohen,2001 Venter（美）等报道完成了人类基因组草图测序。,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Advances 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