生物化学第一章-绪论-最新

1、生物化学(Biochemistry),生物化学教材,生物化学（第一版），王允祥、李峰等，华中科技大学版社。 普通生物化学（第四版），郑集，陈均辉，高等教育出版社。 生物化学（ 上下册）（ 第三版） 王镜岩、 朱圣庚、 徐长法，高等教育出版社。 Molecular Biology， Robert F.Weaver, 科学出版社，2002，影印版。,第一章 绪 论,第一节、生物化学的基本含义 第二节、生物化学的研究内容 第三节、生物化学的发展简史 第四节、生物化学的应用和展望,第一节 生物化学的基本含义,传统定义：利用化学的理论和方法研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的科学，即生命的化

2、学。 现代定义：是在分子水平上研究生物体的化学本质及生命活动过程中化学变化规律的科学。,第二节 生物化学的研究内容,一、研究生物体内物质的化学组成、结构、性质与功能。,二、研究生物体物质代谢与能量转变之间的关系。 三、研究生物体遗传的物质基础，基因信息传递、表达及其调控规律。,生物化学的分类,根据研究对象不同：动物生化、植物生化、微生物生化和病毒生化等。 根据研究目不同：农业生化、 工业生化、医用生化、药物 生化等。,第三节 生物化学发展简史,一、准备和酝酿阶段（4000多年前）。 公元前22世纪 夏禹时代 酿酒 公元前12世纪 商周时代 制酱、制醋 公元前6世纪 瘿病（地方性甲状腺肿） 公元

3、四世纪 葛洪 海藻治疗瘿病 唐代孙思邈 米糠熬粥治疗脚气病、猪肝治疗雀目 明代李时珍 本草纲目,二、描述的或有机生物化学发展时期（17701903，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、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成。 1828年 维勒在实验室将无机氰酸钠合成为有机尿素； 1842年 李比希首次提出新陈代谢的概念； 1849年 巴斯德开始发酵的研究； 1877年 霍佩.赛勒首次提出“Biochemie”； 1897年 布赫纳兄弟-蔗糖酵母发酵实验等。,三、动态的或生理生物化学发展时期（19031950，动态生物化学阶

4、段）大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。此阶段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。物质代谢途径及动态平衡、能量转化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、抗生素等的代谢。 1905年 哈登和杨发现酶和辅酶； 1926年 萨姆纳（sumner）首次从刀豆中获得脲酶结晶； 1955年 桑格尔（Sanger）完成牛胰岛素氨基酸组成分析； 1932年，英国科学家克雷布斯（Krebs）发现尿素合成的鸟氨酸循环； 1937年，Krebs提出三羧酸循环的基本代谢途径； 1940年，德国科学家埃姆登（Embden）和梅耶霍夫（Meyerhof）提出了糖酵解代

5、谢途径等。,四、分子的或综合生物化学发展时期（1950至今，机能生物化学）这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。如生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理等。 1868年 米歇尔（Miescher）发现核蛋白； 1928年 格里菲斯（Griffith）肺炎双球菌转化实验； 1944年 艾弗里（Avery）等人首次证明DNA是遗传物质； 1950年 查伽夫（Chargaff）证明A=T G=C； 1953年，沃森（Watson）和克里克（Crick）提出DNA的双螺旋结构模型，生物化学的发展进入分子生物学阶段； 1966年 遗传密码破译；

6、,1955年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构（1958奖）； 1971年 遗传中心法则（Crick)； 1960年 贾克柏（Jacob）和莫诺（Monod）创立操纵子学说； 1980年，桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列的方法（1980奖）； 1982年 切赫（Cech）发现核酶； 1982年 Palmiter 转基因技术； 1984年，化学奖，梅里菲尔德（Bruce Merrifield）（美国），建立和发展蛋白质化学合成方法； 1990年 人类基因组计划； 1993年 1.Rechard J.Roberts(美)等，发现断裂基因； 2Karg B.

7、Mallis(美)发明PCR方法； 3Michaet Smith(加拿大)建立DNA合成用与定点诱变研究 1994年 Alfred G. Giillman（美）等，发现G蛋白及基因在细胞内信号转导的作用。 1997年Wilmut 克隆技术,生物化学发展简史,静态生物化学（20世纪之前）,弗雷德里希米歇尔(1853-1927) Friedrich Miescher,霍佩-赛勒(1825-1895) FelixHoppe-Seyler德国,1877提出生物化学这个名词,分离出nuclein(脱氧核糖核蛋白),1897年发现引起发酵的物质是酶，从而把酵母细胞的生命活力与酶的化学作用联系起来，建立了酶

8、化学。,静态生物化学（20世纪之前）,Eduard Buchner(毕希纳) 德国生物化学家(1860-1917),The Nobel Prize in Chemistry 1907,发现无细胞发酵现象,动态生物化学(20世纪初-中叶),The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1922,Otto Meyerhof迈耶霍夫(1884-1951),G.Embden，O.Meyerhof和J.K.Parnas阐明了糖酵解，又称这途径为Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径,动态生物化学(20世纪初-中叶),The Nobel Pr

9、ize in Chemistry 1946,J B Sumner (萨姆纳) (18871955)美国生物化学家,1926年首次得到脲酶结晶,显微镜下的胰蛋白酶,动态生物化学(20世纪初-中叶),The Nobel Prize in Chemistry 1946,J Northrop(诺思罗普) (18911987)美国生物化学家,1929年分离和提纯了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等，和萨姆纳证明了酶是一种具有催化作用的蛋白质。,动态生物化学(20世纪初-中叶),1930年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径. 1937年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

10、白质的相互联系及相互转变机理。,Hans Krebs （19001981） 德裔英国生物化学家,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953,动态生物化学(20世纪初-中叶),The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953,Fritz Lipmann(18991986) 德裔美国生物化学家,1945年发现并分离出辅酶A，证明其对生理代谢的重要性,The Nobel Prize in Chemistry 1958,The Nobel Prize in Chemistry 1980,Paul Berg (

11、1926-),Walter Gilbert (1932-),Frederick Sanger (1918-),40年代测定出牛胰岛素分子中全部氨基酸的排列顺序，并证明了其内部氨基酸的结合方式,设计出一种 测定脱氧核糖核酸(DNA)内核苷酸排列顺序的方法,动态生物化学(20世纪初中叶),Linus Pauling 量子化学家 （1901-1994）,动态生物化学(20世纪初中叶),40年代中期以后提出纤维状蛋白质的螺旋结构，及蛋白质是具有多肽链结构的物质，打开了通往蛋白质与DNA分子奥秘的大门。,两次荣获诺贝尔奖金（1954年化学奖， 1962年和平奖）,功能生物化学（20世纪中叶以后）,F H

12、 C Crick (1916-2004),James D Watson (1928 - ),1958年提出了“中心法则”，为分子生物学奠定了基础。,1953年提出DNA双螺旋结构，标志着遗传学完成了由“经典”向“分子”时代的过渡。,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962,Maurice Wilkins (1916- 2004）,功能生物化学（20世纪中叶以后）,Marshall W. Nirenberg (1927-),The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968,第一次用实验解答了遗传密码，

13、并证明了本丙氨酸的密码子是UUU.,Robert W. Holley (1922-1993),H. Gobind Khorana (1922-),阐明遗传密码及其在蛋白质合成中的作用,1965年9月17日，中国首次人工合成胰岛素。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。,功能生物化学（20世纪中叶以后）,Thomas R. Cech(1947-),功能生物化学（20世纪中叶以后）,发现RNA的生物催化作用而获奖,SidneyAltman(1939-),1978年和1981年奥尔特曼与切赫分别发现了核糖核酸(RNA)自身具有的生物催化作用,这项研究不仅为探索RNA的复制能力提供了线索，而且说明了最早的

14、生命物质是同时具有生物催化功能和遗传功能的RNA，打破了蛋白质是生物起源的定论。,The Nobel Prize in Chemistry 1989,穆利斯(1945) Kary B. Mullis美国生物化学家,科学家已经成功地用PCR方法对一个2000万年前被埋在琥珀中的昆虫的遗传物质进行了扩增。,功能生物化学（20世纪中叶以后）,建立了“聚合酶链反应”(PCR)方法，是分子生物学里程碑式的发明，由此获得1993年诺贝尔化学奖。,功能生物化学（20世纪中叶以后）,1997. 2 苏格兰威尔穆特 （Wilmut） 绵羊“多利”的克隆，为发育生物学研究开拓了更广阔的空间,功能生物化学（20世纪

15、中叶以后）,美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划-HGP(2003年完成),2001 文特尔（Venter）（美）等报道完成了人类基因组草图测序。,人类基因组计划的产生与“肿瘤计划”的搁浅是分不开的。美国从70年代起启动了“肿瘤计划”，但是，不惜血本的投入换来的是令人失望的结果。人们渐渐认识到，包括癌症在内的各种人类疾病都与基因直接或间接相关。测出基因的碱基序列，则是基因研究的基础。这时，科学家们面临两种选择：要么“零敲碎打”地从人类基因组中分离和研究出几个肿瘤基因，要么对人类基因组进行全测序。1986年3月，杜伯克在美国科学杂志上发表了一篇题为癌症研究的转折点：测序人类基因组的

16、文章，这篇短文后来被称为人类基因组计划的“标书”。杜伯克说，正确的选择是对人类基因组进行全测序，这样大的项目也应当由世界各国的科学家携手完成。,人类基因组计划产生的背景,人类基因组的基本数据,人类基因组包含31.647亿碱基对（A, C , G, T）。 平均每基因碱基数为3000，最大的dystrophin基因含240万碱基。 基因总数为22.5万，远低于原估计的8万14万。 不同个体间的碱基顺序有99.9%相同。 已发现的基因中约有一半功能未知。,人类基因组的功能区,人类基因组中的蛋白质编码区不足2%。 人类基因组中不编码蛋白质的重复顺序（“junk DNA”)超过50%。 重复顺序可能没

17、有直接的功能，但参与染色体的结构形成和动态变化。在进化过程中，这些重复顺序还与基因组重排、新基因产生、已有基因修饰和重排有关。 人类基因组中的重复顺序（50%）明显高于拟南芥（11%）、线虫（7%）和果蝇（3%）。,已测序的生物,HGP对人类的影响,人类基因组计划与“蔓哈顿”原子弹计划、“阿波罗”登月计划，并称为自然科学史上的三大计划，但是人类基因组计划对人类自身的影响将远远超过另两项计划。因为人类基因蕴涵有人类生、老、病、死的绝大多数遗传信息，破译它将为疾病的诊断、新药物的研究开发和新的疾病治疗方法的探索带来革命性的变革，所以解码人类基因组又被喻为生物的“圣杯” 。 但是，科学是一柄双刃剑，

18、科学既可以为人类造福，也可能为人类带来灾难，尤其象人类基因组计划这样对人类本身影响重大的科学项目，已经比任何科学研究计划引出了更多对法律、伦理、国家安全的挑战。,HGP将给人类带来的好处,将带动一场医学革命 用基因图谱看病 基因药物治病 基因检测预防隐患 基因治疗疾病,获取了操纵生命的工具 控制生命的孕育优生优育 延长人的寿命 选择最佳生活环境,得以进行精确的个体鉴定 基因身份证 生物考古,将带来巨大的商机 生物制药 器官培植,HGP 可能给人类带来的隐患,遗传信息的私有性和隐私权。 遗传差异的心理影响、描述方法和歧视问题。 生育问题：信息告知和生育决定。 临床：医学教育、遗传检测、公共限制、

19、社会风险、复杂疾病基因检测的不确定性、使用高级基 因组技术的公平性、 疾病与健康的概念、人类尊严。 相关商品的专利、版权、商业秘密。,我国生物科学家吴宪20世纪20年代初回国后在协和医科大学生化系与汪猷、张昌颖等人一道完成了蛋白质变性理论、血液生化检测和免疫化学等一系列有重大影响的研究，成为我国生物化学界的先驱。20世纪60年代、70年代和80年代，我国科学家相继实现了人工全合成有生物学活性的结晶牛胰岛素，解出了三方二锌猪胰岛素的晶体结构，采用有机合成与酶促相结合的方法完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成，在酶学研究、蛋白质结构及生物膜结构与功能等方面都有世所瞩目的建树。,我国生物化学的开

20、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的大事。,三、生物化学与有关科学,1、化学：生物化学是介于生物学和化学的一门边缘学科。 2、生理学：与生理学是特别密切的姊妹学科，植物的生命中包括许多方面，其中有机物代谢是重要的方面，这既是属于生物化学的内容也属于生理学的内容。 3、遗传学：现已知核酸是一切生物遗传信息载体，而遗传信息的表