生物化学-生物化学的应用与发展前景.ppt

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1、Biochemistry第一章 绪 论v生物化学的定义生物化学的定义v生物化学的研究内容生物化学的研究内容v生物化学发展简史生物化学发展简史v生物化学的应用与发展前景生物化学的应用与发展前景主要内容主要内容ChemistryBiologyBiochemistry一、生物化学的定义一、生物化学的定义生物化学的定义生物化学的定义 生生物物化化学学（BiochemistryBiochemistry）是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物的的化化学学组组成成、生生命命物物质质各各组组分分的的结结构构和和性性质质、及及它它们们在在生生命命过过程中的变化规律的一门科学。程中的变化规律的一门科学。生物

2、化学的含义我们可以归纳为两条生物化学的含义我们可以归纳为两条 1生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉 和渗透产生了崭新的学科生物化学。和渗透产生了崭新的学科生物化学。和渗透产生了崭新的学科生物化学。和渗透产生了崭新的学科生物化学。2生命的本质是化学反应，是更高级的化学反应，生命的本质是化学反应，是更高级的化学反应，要更好地研究生命的本质就必须运用化学的理论、要更好地研究生命的本质就必须运用化学的理论、观点和方法来研究生命，由此产生了生物化学。观点和方法来研究生命，

3、由此产生了生物化学。生物化学的定义生物化学的定义二二.生物化学的内容生物化学的内容1构成生物体的物质基础构成生物体的物质基础(静态生物化学静态生物化学)生物体是由物质组成的，构成生物体的主要元素有生物体是由物质组成的，构成生物体的主要元素有C、O、H、N、P、S、Cl、Mg、K、Na、Ca、Fe、Cu、Mo、Al等。上述化学元素在体内可构成两大类化学物质等。上述化学元素在体内可构成两大类化学物质 第一类第一类 水及无机盐类水及无机盐类 第二类第二类 碳氢化合物（生物有机化合物）碳氢化合物（生物有机化合物）生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。包括：生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。包括

4、：（1）由氨基酸为基本单位的蛋白质及多肽。由氨基酸为基本单位的蛋白质及多肽。（2）由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。（3）糖类及其衍生物。糖类及其衍生物。（4）脂类及其衍生物。脂类及其衍生物。（5）维生素、激素维生素、激素 及其其他生物有机化合物。及其其他生物有机化合物。2 2 2 2生物体的新陈代谢运动生物体的新陈代谢运动生物体的新陈代谢运动生物体的新陈代谢运动 新陈代谢是生物体与外界环境进行物质交换与能量交换的过程。新陈代谢是生物体与外界环境进行物质交换与能量交换的过程。分成两个阶段进行研究：分成两个阶段进行研究：同化作用：同化作用：生

5、物机体吸收外物加工转化构成自身，是一个合成生物机体吸收外物加工转化构成自身，是一个合成 的过程。的过程。异化作用：异化作用：分解排泄的过程，是一个分解的过程。分解排泄的过程，是一个分解的过程。机体内的代谢反应相互联系、协同制约组成许多代谢途径和机体内的代谢反应相互联系、协同制约组成许多代谢途径和网络，在严密精巧的调控下，有条不紊地进行。网络，在严密精巧的调控下，有条不紊地进行。代谢调控代谢调控是近代是近代生物化学研究的一个重要方面。活细胞内的数万个反应能在同一生物化学研究的一个重要方面。活细胞内的数万个反应能在同一时间互不干扰、互相配合、有条不紊地在各自代谢途径中进行，时间互不干扰、互相配合、

6、有条不紊地在各自代谢途径中进行，而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地合乎生物体的各而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地合乎生物体的各种需要。种需要。生物体这种高度自动调控机制对于代谢的正常进生物体这种高度自动调控机制对于代谢的正常进行十分重要，行十分重要，是近代生物化学研究的是近代生物化学研究的重点课题重点课题。3 3 生物体的信息代谢生物体的信息代谢 除了物质代谢和能量代谢以外，信息代谢也是生物除了物质代谢和能量代谢以外，信息代谢也是生物化学研究的核心内容。生命现象得以延续不断地进行就化学研究的核心内容。生命现象得以延续不断地进行就在于生命体能够自我复制。在于生命体能够自我复制。

7、一方面生命体可以进行繁殖以产生相同的后代。另一方面生命体可以进行繁殖以产生相同的后代。另一方面，多细胞生物在细胞分裂过程中也维持了相似的一方面，多细胞生物在细胞分裂过程中也维持了相似的基本组成。生命体可以在细胞间和世代间保证准确的信基本组成。生命体可以在细胞间和世代间保证准确的信息复制和信息传递。息复制和信息传递。核酸是遗传信息的携带者，生物体内遗传信息传递核酸是遗传信息的携带者，生物体内遗传信息传递的主要通路是由的主要通路是由DNADNA的复制和的复制和RNARNA的转录以及蛋白质的生的转录以及蛋白质的生物合成构成的。物合成构成的。二、二、生物化学的内容生物化学的内容代谢与能量代谢与能量代谢

8、与能量代谢与能量糖类化学糖类化学糖类化学糖类化学脂类化学脂类化学脂类化学脂类化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学核酸化学核酸化学核酸化学核酸化学酶学酶学酶学酶学糖类代谢糖类代谢糖类代谢糖类代谢脂类代谢脂类代谢脂类代谢脂类代谢蛋白质代谢蛋白质代谢蛋白质代谢蛋白质代谢核酸代谢核酸代谢核酸代谢核酸代谢代谢调节代谢调节代谢调节代谢调节蛋白质的降解蛋白质的降解蛋白质的降解蛋白质的降解氨基酸代谢氨基酸代谢氨基酸代谢氨基酸代谢蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成核酸的降解核酸的降解核酸的降解核酸的降解核苷酸代谢核苷酸代谢核苷酸代谢核苷酸代谢核酸的生物合成核酸的生物合成核酸

9、的生物合成核酸的生物合成三、生物化学的发展简史三、生物化学的发展简史第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段 萌萌萌萌芽芽芽芽时时时时期期期期(18(18世世世世纪纪纪纪下下下下半半半半叶叶叶叶1919世世世世纪纪纪纪初初初初)-)-静静静静态态态态生物化学阶段生物化学阶段生物化学阶段生物化学阶段v1785 年年法法国国著著名名化化学学家家Lavoisier 证证明明，动动物物呼呼吸吸是是体体内内缓缓慢慢和和不不发发光光的的燃燃烧烧。在在呼呼吸吸过过程程中中，吸吸进进的的氧氧气气被被消消耗耗，呼呼出出的的是是二二氧氧化化碳碳，同同时时放放出出热热能能，在在呼呼吸吸过过程程中中有有氧氧化化作用。这是生物

10、氧化与能量代谢研究的开端。作用。这是生物氧化与能量代谢研究的开端。v1770-1786年年，瑞瑞典典人人分分离离了了甘甘油油、柠柠檬檬酸酸、苹苹果果酸酸、乳乳酸、尿酸等酸、尿酸等v1779-1796年年，荷荷兰兰人人J.Ingenbousz证证明明在在光光照照条条件件下下绿色植物吸收绿色植物吸收CO2 并放出并放出O2。v1828年年，Wohler合合成成了了有有机机物物尿尿素素，从从而而打打破破了了有有机机物物只只能靠生物产生的观点，给能靠生物产生的观点，给“生机论生机论”以重大打击。以重大打击。v1877年年，Hoppe-Seyler首首先先使使用用“Biochemistry”，生生物物化

11、学作为一门新兴学科诞生。化学作为一门新兴学科诞生。v1897年年，Buchner证证实实不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液也也能能使使糖糖发发酵，引进了生物催化剂的概念。酵，引进了生物催化剂的概念。第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段奠基时期奠基时期奠基时期奠基时期(19(19世纪世纪世纪世纪2020世纪世纪世纪世纪)-)-动态生物化学阶段动态生物化学阶段动态生物化学阶段动态生物化学阶段 科科科科学学学学家家家家对对对对生生生生物物物物物物物物质质质质代代代代谢谢谢谢、平平平平衡衡衡衡等等等等进进进进行行行行了了了了广广广广泛泛泛泛深深深深入入入入的的的的研研研研究究究究，基基基基本本本本阐

12、阐阐阐明明明明了了了了酶酶酶酶的的的的化化化化学学学学本本本本质质质质以以以以及及及及与与与与能能能能量量量量代代代代谢有关的物质代谢途径。谢有关的物质代谢途径。谢有关的物质代谢途径。谢有关的物质代谢途径。vv19261926年，美国化学家年，美国化学家年，美国化学家年，美国化学家J.B.SumnerJ.B.Sumner首次得到脲酶结晶首次得到脲酶结晶首次得到脲酶结晶首次得到脲酶结晶vv1912-19331912-1933，生生生生物物物物氧氧氧氧化化化化得得得得到到到到了了了了卓卓卓卓有有有有成成成成效效效效的的的的研研研研究究究究，Embden:Embden:德德德德国国国国生生生生物物物

13、物化化化化学学学学家家家家，在在在在糖糖糖糖代代代代谢谢谢谢、脂脂脂脂代代代代谢谢谢谢及及及及肝肝肝肝脏脏脏脏合合合合成成成成氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸方方方方面面面面做做做做出出出出了了了了巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。vv3030年年年年代代代代，陆陆陆陆续续续续得得得得到到到到了了了了胃胃胃胃蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶、胰胰胰胰蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶、胰胰胰胰凝凝凝凝乳乳乳乳蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶，从而进一步证明酶是蛋白质从而进一步证明酶是蛋白质从而进一步证明酶是蛋白

14、质从而进一步证明酶是蛋白质vv3030年代，英生化学家年代，英生化学家年代，英生化学家年代，英生化学家A.KrebsA.Krebs提出尿素循环和三羧酸循环提出尿素循环和三羧酸循环提出尿素循环和三羧酸循环提出尿素循环和三羧酸循环vv在在在在1940 1940 年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂径

15、：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂肪代谢和光合磷酸化等。肪代谢和光合磷酸化等。肪代谢和光合磷酸化等。肪代谢和光合磷酸化等。第三阶段第三阶段大发展时期大发展时期(1950-至今至今)-机能生物化学阶段机能生物化学阶段 科科学学家家对对生生物物的的研研究究已已从从整整体体水水平平逐逐步步深深入入到到细细胞胞、亚亚细细胞胞、分分子子水水平平。伴伴随随实实验验手手段段、技技术术的的不不断断改改进进，使使得得对对生生物物大大分分子子结结构构及及功功能能的的研研究究也也更加深入。更加深入。v1950年，年，Pauling提出蛋白质二级结构的提出蛋白质二级结构的a-螺旋螺旋v1953年，年，

16、Watson&Crick提出了提出了DNA的双螺旋模型的双螺旋模型v1958年，年，Crick提出提出“中心法则中心法则”v1953及及1975年年，Sanger分分别别研研究究出出蛋蛋白白质质序序列列和和核核酸酸序序列列的测定方法的测定方法v1961年，年，Jacob&Monod 提出了操纵子学说提出了操纵子学说v19701970年年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore几几乎乎同同时时发发现现逆逆向向转转录录酶酶，证证实实了了Temin Temin 19641964年年提提出出的的“前前病病毒毒假假说说”，阐阐明明在在劳劳氏氏肉肉瘤瘤病病毒毒（RSVRSV）感感染染

17、以以后后，首首先先产产生生含含RNARNA病病毒毒基基因因组组全全部部遗遗传传信信息息的的DNADNA前前病病毒毒，而而子子代代病病毒毒的的RNARNA则则是是以以前病毒的前病毒的DNADNA为模板进行合成。为模板进行合成。v19721972年年19731973年年，BergBerg等等成成功功地地进进行行了了DNADNA体体外外重重组组；CohenCohen创创建建了了分分子子克克隆隆技技术术，在在体体外外构构建建成成具具有有生生物物学学功功能能的的细细菌菌质质粒粒，开开创创了了基基因因工工程程新新纪纪元元。在在此此同同时时，BoyerBoyer等等在在E.coliE.coli中中成成功功表

18、表达达了了人人工工合合成成的的生生长长激激素素释释放抑制因子基因放抑制因子基因v19751975年，年，SouthernSouthern发明了凝胶电泳分离发明了凝胶电泳分离DNADNA片段的印迹法；片段的印迹法；v19791979年年，SolomonSolomon和和BodmerBodmer最最先先提提出出至至少少200200个个限限制制性性片片段段长长度度多多态态性性（RELPRELP）可可作作为为连连接接人人的的整整个个基基因因组组图图谱谱之基础之基础;v19831983年年Karry Karry MullisMullis等等发发明明了了聚聚合合酶酶链链式式反反应应（PCRPCR）；Smi

19、thSmith等等报报导导了了DNADNA测测序序中中应应用用荧荧光光标标记记取取代代同同位位素素标标记记的方法。的方法。v19851985年年 5 5月月，美美 国国 Santa Santa CruzCruz加加 州州 大大 学学 校校 长长 R.R.SinsheimerSinsheimer提提出出人人类类基基因因组组研研究究计计划划，19861986年年8 8月月美美国国科科学学院院生生命命科科学学委委员员会会确确定定由由Bruce Bruce AlbertsAlberts负负责责的的1515人人小小组组起起草草确确定定这这个个提提议议的的报报告告，联联邦邦政政府府19871987年年正正

20、式式开始起动这一计划开始起动这一计划;v19941994年年，日日本本科科学学家家在在Nature Nature GeneticsGenetics上上发发表表了了水水稻稻基基因因组组遗遗传传图图，WilsonWilson等等用用3 3年年时时间间完完成成了了线线虫虫（C.elegansC.elegans）3 3号号染染色色体体连连续续的的2.2 2.2 MbMb的的测测定定，预预示示着着百万碱基规模的百万碱基规模的DNADNA序列测定时代的到来序列测定时代的到来;v1998年年，Renard等等 用用 体体 细细 胞胞 操操 作作 获获 得得 克克 隆隆 牛牛 Marguerife，再再次次证

21、证明明从从体体细细胞胞可可克克隆隆出出遗遗传传上上完完全全相相同同的的哺哺乳乳动动物物；Gene Bank公公布布最最新新人人的的“基基因因图图谱谱98”，代代表表了了30181条条基基因因定定位位的的信信息息；Venter对对人人类类基基因因组组计计划划提提出出新新的的战战略略全全基基因因组组随随机机测测序序，毛毛细细血管电泳测序仪启动血管电泳测序仪启动;从从从从以以以以上上上上所所所所述述述述的的的的生生生生物物物物化化化化学学学学的的的的发发发发展展展展中中中中，可可可可以以以以看看看看出出出出20202020世世世世纪纪纪纪50505050年年年年代代代代以以以以来来来来是是是是以以以

22、以核核核核酸酸酸酸的的的的研研研研究究究究为为为为核核核核心心心心，带带带带动动动动着着着着分分分分子子子子生生生生物物物物学学学学向向向向纵纵纵纵深深深深发发发发展展展展，如如如如50505050年年年年代代代代的的的的双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋结结结结构构构构，60606060年年年年代代代代的的的的操操操操纵纵纵纵子子子子学学学学说说说说，70707070年年年年代代代代的的的的DNADNADNADNA重重重重组组组组，80808080年年年年代代代代的的的的PCRPCRPCRPCR技技技技术术术术，90909090年年年年代代代代的的的的DNADNADNADNA测测测测序序序序都都都都具

23、具具具有有有有里里里里程程程程碑碑碑碑的的的的意意意意义义义义，将将将将生生生生命命命命科科科科学学学学带带带带向向向向一一一一个个个个由由由由宏宏宏宏观观观观到到到到微微微微观观观观再再再再到到到到宏宏宏宏观观观观，由由由由分分分分析析析析到到到到综综综综合合合合的的的的时时时时代代代代；现现现现代代代代生生生生物物物物化化化化学学学学正正正正在在在在进进进进一一一一步步步步发发发发展展展展，其其其其基基基基本本本本理理理理论论论论和和和和实实实实验验验验方方方方法法法法均均均均已已已已渗渗渗渗透透透透到到到到科科科科学学学学各各各各个个个个领领领领域域域域，无论在哪个方面都在不断取得重大进

24、展。无论在哪个方面都在不断取得重大进展。无论在哪个方面都在不断取得重大进展。无论在哪个方面都在不断取得重大进展。生物化学与诺贝尔奖生物化学与诺贝尔奖1890-1902 Fischer(德)首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的“锁匙”学说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺贝尔奖。生物化学的创始人：埃米尔生物化学的创始人：埃米尔费舍尔费舍尔我国生物化学的开拓者吴宪我国生物化学的开拓者吴宪吴宪教授吴宪教授四、生物化学的应用与发展前景四、生物化学的应用与发展前景 农业上的应用农业上的应用 工业上的应用工业上的应用 医学上的应用医学上的应用课程安排课程安排生物大分子的组成与结构

25、生物大分子的组成与结构生物能学生物能学 2代谢调控代谢调控13生物氧化生物氧化 4蛋白质2糖1脂类1核酸 2酶和辅酶 6糖代谢脂类代谢氨基酸代谢绪绪 论论 1学时学时Biochemistry成绩分布卷面成绩70%实验成绩30%周五下午1点（4、5、7周）9430实验室生物化学的参考书目生物化学的参考书目1 1、王镜岩等主编的、王镜岩等主编的生物化学生物化学，高等教育出，高等教育出版社出版，第三板；版社出版，第三板；2 2、阎隆飞，李明启、阎隆飞，李明启.基础生物化学基础生物化学，中国农业，中国农业出版社出版社3 3、沈同沈同生物化学生物化学上、下上、下4 4、吴显荣、吴显荣.基础生物化学基础生物化学(第二版第二版)，中国农业，中国农业出版社，出版社，200020005 5、张洪渊主编的、张洪渊主编的生物化学教程生物化学教程，四川大学，四川大学出版社出版出版社出版