生物化学绪论.ppt

第一章第一章 绪绪 论论 应李强应李强 科研楼科研楼C-616C-616eMail:yingliqiangyahoo.eMail:生物化学的概念生物化学的概念 生物化学是介于生物与化学之间的学科，是利用化学的理论和生物化学是介于生物与化学之间的学科，是利用化学的理论和方法研究生物的一门学科。方法研究生物的一门学科。有生命的化学之称。有生命的化学之称。其任务是阐述构成生物体的基本物质（生物大分子其任务是阐述构成生物体的基本物质（生物大分子糖类、脂类、糖类、脂类、蛋白质、核酸）的结构、性质及功能；生命活动（如生长、生殖、蛋白质、核酸）的结构、性质及功能；生命活动（如生长、生殖、代谢、运动等）过程的变化规律（物质代谢和能量代谢）。代谢、运动等）过程的变化规律（物质代谢和能量代谢）。1903 1903年提出年提出BiochemistryBiochemistry，生物化学才成为一门独立的学科，生物化学才成为一门独立的学科，在此之前，由有机化学和生理学分别研究。在此之前，由有机化学和生理学分别研究。分子生物学分子生物学（Molecular BiologyMolecular Biology）概念概念广义广义:研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能，也就是从研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能，也就是从分子水平阐明生命现象和生物学规分子水平阐明生命现象和生物学规律。律。狭义狭义:偏重于核酸偏重于核酸(或基因或基因)的分子生物学，主要研究基因或的分子生物学，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。程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。（上世纪（上世纪7070年代形成较完整的学科）年代形成较完整的学科）第一节第一节 生物化学发展简史生物化学发展简史1、初期阶段、初期阶段:（二十世纪初以前，静态生物化学时期）（二十世纪初以前，静态生物化学时期）2、发展阶段、发展阶段:（二十世纪前半叶，动态生物化学时期）（二十世纪前半叶，动态生物化学时期）3、机能生物化学及分子生物学时期：（二十世纪五十年、机能生物化学及分子生物学时期：（二十世纪五十年代以后）代以后）1、初期阶段、初期阶段1818世纪中，世纪中，ScheeleScheele 研究生物组织的组成。研究生物组织的组成。1818世纪末，世纪末，LavoisierLavoisier 研究生物呼吸代谢。研究生物呼吸代谢。18281828年，年，WohlerWohler(德德)从无机盐合成了尿素从无机盐合成了尿素。18651865年，年，MendelMendel发现发现“遗传因子遗传因子”。1869186918691869年年,发现了不溶于稀酸的沉淀物发现了不溶于稀酸的沉淀物,并在所并在所有细胞的核里都找到了此物质有细胞的核里都找到了此物质,故命名核质故命名核质(NucleinNuclein)。1889188918891889年年,核质改名为核质改名为“核酸核酸”,并且已经认识并且已经认识到到“核质核质”乃乃“核酸核酸”与蛋白质的复合体。与蛋白质的复合体。2 2、发展阶段、发展阶段19031903年年 NeubergNeuberg 首次使用首次使用“BiochemistryBiochemistry”。19101910年，年，MorganMorgan发表发表“染色体理论染色体理论”。19261926年年 SumnerSumner结晶得到了脲酶结晶得到了脲酶,证明酶就是蛋白质证明酶就是蛋白质19351935年年 SchneiderSchneider将同位素应用于代谢的研究将同位素应用于代谢的研究19441944年年 AveryAvery等人证明遗传信息是核酸等人证明遗传信息是核酸19531953年年 SangerSanger胰岛素氨基酸的序列测定胰岛素氨基酸的序列测定19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA双螺旋模型；双螺旋模型；1957195719571957年年,用密度梯度超离心法用密度梯度超离心法,证实半保留复制证实半保留复制假说。假说。19701970年年 发现了发现了DNADNA限制性内切酶限制性内切酶 19721972年年 DNADNA重组技术的建立重组技术的建立 19781978年年 DNADNA双脱氧测序法的建立双脱氧测序法的建立19901990年年 人类基因组计划的实施人类基因组计划的实施20032003年人类基因组计划宣告完成测序任务。年人类基因组计划宣告完成测序任务。3 3、分子生物学时期、分子生物学时期4、人类基因组计划(human genome project,HGP)n是由是由美国美国科学家于科学家于19851985年率先提出，于年率先提出，于19901990年年正式启动的。正式启动的。n美国、美国、英国英国、法兰西共和国、法兰西共和国、德意志联邦共和德意志联邦共和国国、日本国国和我国科学家共同参与了这一价、日本国国和我国科学家共同参与了这一价值达值达3030亿美元的人类基因组计划。亿美元的人类基因组计划。n这一计划旨在为由这一计划旨在为由碱基碱基构成的人类基因组精确构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因测序，发现所有人类基因,并搞清其在并搞清其在染色体染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。上的位置，破译人类全部遗传信息。n与曼哈顿原子弹计划和与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划阿波罗计划并称为三大并称为三大科学计划。科学计划。人类基因组计划与后基因组研究人类基因组计划与后基因组研究1 1人人类类基基因因组组计计划划的的主主要要内内容容：遗遗传传图图分分析析；物物理理图图分分析析；转转录录图图分分析析；基基因因组组序序列列测定；测定；资料的储存与利用。资料的储存与利用。2 2后后基基因因组组研研究究：功功能能基基因因组组学学；蛋蛋白白质质组学等。组学等。n基因组基因组(genome)(genome)是指细胞或生物体的一套完整的是指细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基单倍体遗传物质，是所有染色体上全部基因和基因间的因间的DNADNA的总和。的总和。n基因组是一个十分稳定的体系。同一种系不同个基因组是一个十分稳定的体系。同一种系不同个体之间的染色体数目是相同的，各染色体上有相体之间的染色体数目是相同的，各染色体上有相同数量的基因和基因分布，也有基本相同的核苷同数量的基因和基因分布，也有基本相同的核苷酸顺序，即基因组是一个相对静态的概念。酸顺序，即基因组是一个相对静态的概念。n一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不一个有机体从它的发生、发展到衰老、死亡，不同细胞、组织和器官的基因组是基本稳定不变的。同细胞、组织和器官的基因组是基本稳定不变的。基因组包含的遗传信息经转录产生基因组包含的遗传信息经转录产生mRNAmRNA，不同细，不同细胞在不同生理或病理状态下转录子组包含的胞在不同生理或病理状态下转录子组包含的mRNAmRNA的种类不完全相同。的种类不完全相同。一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的类的mRNAmRNA称为转录子组称为转录子组(transcriptometranscriptome)。mRNAmRNA经翻译产生蛋白质，不同细胞在不经翻译产生蛋白质，不同细胞在不同生理或病理状态下所表达的蛋白质的同生理或病理状态下所表达的蛋白质的种类也不完全相同。种类也不完全相同。一个细胞在特定生理或病理状态下表达的一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的蛋白质称为蛋白质组所有种类的蛋白质称为蛋白质组(proteome)(proteome)蛋白质组学蛋白质组学n蛋白质组学蛋白质组学这个概念最早是在这个概念最早是在19951995年提出的，它年提出的，它在本质上指的是在大规模水平上研究在本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质蛋白质的特的特征。征。n包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等。蛋白相互作用等。n由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞细胞代代谢等过程的整体而全面的认识。谢等过程的整体而全面的认识。5 5、我国在生化方面取得的重要成就、我国在生化方面取得的重要成就19651965年结晶牛胰岛素人工合成，是世界上公认的年结晶牛胰岛素人工合成，是世界上公认的第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成。第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成。猪胰岛素猪胰岛素X X射线晶体射线晶体0.25nm0.25nm及及0.18nm0.18nm的分析研究，的分析研究，表明我国生物大分子的表明我国生物大分子的X X射线晶体结构分子跨入了射线晶体结构分子跨入了世界先进行列。世界先进行列。19811981年又首先人工合成了具有生物活性的酵母年又首先人工合成了具有生物活性的酵母tRNAtRNAAlaAla。第二节、生物化学的研究内容第二节、生物化学的研究内容1 生物大分子的结构与功能（生物大分子的结构与功能（蛋白质，核酸和酶蛋白质，核酸和酶）（一）生物体的组成物质：（一）生物体的组成物质：复杂性复杂性 组成物质多；分子大；空间结构复杂。组成物质多；分子大；空间结构复杂。规律性规律性 元素元素构件小分子构件小分子聚合物（生物大分子）；聚合物（生物大分子）；结构与功能相适应。结构与功能相适应。复杂性复杂性 1.1.多步化学反应构成代谢途径；多步化学反应构成代谢途径；2.2.多条代谢途径相互交织成网；多条代谢途径相互交织成网；3.3.物质代谢和能量代谢相互交织；物质代谢和能量代谢相互交织；4.4.调节控制有条不紊。调节控制有条不紊。规律性规律性 1.1.反应类型不多；反应类型不多；2.2.反应机理符合有机化学理论；反应机理符合有机化学理论；3.3.调节控制与生物学功能相适应。调节控制与生物学功能相适应。2 2 物质代谢及其调节物质代谢及其调节（动态生物化学）（动态生物化学）代谢途径的类型：（a）多种游离酶构成的代谢途径；（b）多酶复合体构成的代谢途径；（c）膜结合酶构成的代谢途径。3 3 遗传信息的传递及其调控遗传信息的传递及其调控nDNA RNA DNA RNA 蛋白质（基因表达）；蛋白质（基因表达）；nHGPHGP，基因克隆，基因表达调控，基因诊断和基因克隆，基因表达调控，基因诊断和治疗等。治疗等。第三节第三节 生物化学与医学生物化学与医学n致病机理的研究，疾病的诊断与治疗致病机理的研究，疾病的诊断与治疗 n糖尿病（糖尿病（diabetes mellitusdiabetes mellitus）简写作简写作DMDM，是是一种全方位的代谢病，即不仅影响到糖的代谢，一种全方位的代谢病，即不仅影响到糖的代谢，也影响到脂肪代谢、蛋白质代谢甚至水、盐代也影响到脂肪代谢、蛋白质代谢甚至水、盐代谢、酸硷平衡，涉及到人体的各个系统。谢、酸硷平衡，涉及到人体的各个系统。n糖尿病又是一种常见病、多发病，因此为了防糖尿病又是一种常见病、多发病，因此为了防治这种对社会和个人都有很大不利影响的疾病，治这种对社会和个人都有很大不利影响的疾病，对其生化背景应有一深入的了解。对其生化背景应有一深入的了解。n酶活力的变化在时相上常出现在组织形态学改酶活力的变化在时相上常出现在组织形态学改变之前。变之前。n临床上测定酶活力可以为机体的状况、病临床上测定酶活力可以为机体的状况、病变的部位及程度提供可靠的信息和证据。变的部位及程度提供可靠的信息和证据。n为估价治疗效果和预后提供有价值的资料。为估价治疗效果和预后提供有价值的资料。n目前用于临床诊断的酶已超过目前用于临床诊断的酶已超过6060种，其中种，其中3030多多种在临床上应用比较成熟和广泛。种在临床上应用比较成熟和广泛。n基因诊断基因诊断n指用分子生物学的技术，对患者或受检者的某指用分子生物学的技术，对患者或受检者的某一特定基因和（或）其转录物进行检测和分析，一特定基因和（或）其转录物进行检测和分析，从而对相应的疾病（包括遗传病、恶性肿瘤、从而对相应的疾病（包括遗传病、恶性肿瘤、感染性疾病等）进行诊断。感染性疾病等）进行诊断。本学期讲授内容 绪论绪论第一章：蛋白质的结构与功能第一章：蛋白质的结构与功能第二章：核酸的结构与功能第二章：核酸的结构与功能第三章：酶第三章：酶第四章：生化实验技术第四章：生化实验技术 生物大分子的生物大分子的结构与功能结构与功能 第五章：糖代谢第五章：糖代谢第六章：脂类代谢第六章：脂类代谢第七章：生物氧化第七章：生物氧化第八章：氨基酸代谢第八章：氨基酸代谢第九章：核苷酸代谢第九章：核苷酸代谢第十章：代谢总论第十章：代谢总论第十一章：血液的生物化学第十一章：血液的生物化学第十二章：肝的生物化学第十二章：肝的生物化学物质代谢物质代谢及其调节及其调节第十三章：第十三章：DNA复制复制第十四章：第十四章：RNA生物合成生物合成第十五章：蛋白质的生物合成第十五章：蛋白质的生物合成第十六章：基因表达调控第十六章：基因表达调控第十七章：基因重组和基因工程第十七章：基因重组和基因工程第十八章：细胞信号转导第十八章：细胞信号转导第十九章：癌基因和抑癌基因第十九章：癌基因和抑癌基因遗传信息的遗传信息的传递和表达传递和表达