1-绪论(生物化学)

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1、药学院药物科学系药学院药物科学系郑郑 静静概念 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。第一节第一节生命生命一、生命的定义一、生命的定义n自我复制自我复制(self-replication)n自我装配自我装配(self-assemble)n自我调节自我调节(self-regulation)n一个边界一个边界n一套执行机构一套执行机构n一套遗传机构一套遗传机构细胞是生物体的基本结构单元细胞是生物体的基本结构单元 细细胞胞的的基基本本构构成成二、二、生命的的共同生命的的共同“语言语言”化学化学 :著名的诺贝尔奖获得者亚

2、瑟著名的诺贝尔奖获得者亚瑟肯伯格肯伯格（Arthur Kornberg）在哈佛大学医学院建校）在哈佛大学医学院建校100周年时说：周年时说：“所有的有生命体都有一个共所有的有生命体都有一个共同的语言，这个语言就是化学。同的语言，这个语言就是化学。” :DNA是生命体的是生命体的“共同语言共同语言” 生物体的化学组成生物体的化学组成n自然界自然界所有的所有的生命物生命物体都由体都由三类物三类物质组成质组成水、无水、无机离子机离子和生物和生物分子分子生命体的元素组成生命体的元素组成在地球上存在的在地球上存在的9292种天然元素中，只有种天然元素中，只有2828种元素种元素在生物体内被发现在生物体内

3、被发现第一类元素：包括第一类元素：包括C C、H H、O O和和N N四种元素四种元素，是组成是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的总质量的99%99%以上。以上。第二类元素：包括第二类元素：包括S S、P P、ClCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg。这类元素也是组成生命体的基本元素。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括第三类元素：包括FeFe、CuCu、CoCo、MnMn和和ZnZn。是生物是生物体内存在的主要少量元素。体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括第四类元素：包括AlAl、AsAs、B B、BrB

4、r、CrCr、F F、GaGa、I I、MoMo、SeSe、SiSi等等。生物分子生物分子n生物分子是生物体和生命现象的结构基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础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。对象。n生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子核酸和蛋白质等生物大分子n维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。等。n七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、七大营养要素：水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧蛋白质、维生素、氧第二节第二节发展简史发展简史1780-1789 Lav

5、oisier（法）（法）研究研究“生物体内的燃烧生物体内的燃烧”，指出此类指出此类“燃烧燃烧”耗氧并耗氧并排出二氧化碳。后人称他排出二氧化碳。后人称他是生物化学之父。是生物化学之父。1830-1842 Liebig（德）将食物（德）将食物分为糖、脂、蛋白质类，提出分为糖、脂、蛋白质类，提出“代谢代谢”一词，证明动物体温形一词，证明动物体温形成是食物在体内成是食物在体内“燃烧燃烧”的缘故。的缘故。最先写出两本最先写出两本生物化学生物化学相关专著。相关专著。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（Emil Fischer）18901902 Fischer（德）首次证明（德）首次

6、证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，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提出并验证了酶催化作用的“锁锁-匙匙”学说；合成了糖及嘌呤。学说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺年获诺贝尔奖。贝尔奖。汉斯汉斯克雷勃斯（克雷勃斯（Hans A. Krebs） 1937年年 Krebs（英）发（英）发现三羧酸循环，现三羧酸循环，1953年年获诺贝尔奖。获诺贝尔奖。 李纳斯李纳斯鲍林（鲍林（Linus Pauling） 1949 Pauling（美）指出镰（美）指出镰刀形红细胞性贫血是一种分刀形红细胞性贫血是一种分子病，并于子病，并于1951年提出蛋白年提出蛋白质存在二级结构。质存在二级结

7、构。 1954年获年获诺贝尔奖诺贝尔奖詹姆斯詹姆斯沃森（沃森（James D. Watson）1953年年 Watson（美）与（美）与 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的双螺旋结分子的双螺旋结构模型，构模型，1962年共获诺贝尔奖。年共获诺贝尔奖。 弗朗西斯弗朗西斯克里克（克里克（Francis H. Crick）1969-1972, Arber(瑞士瑞士),Smith(美美)与与Nathans(美美)在核酸限制酶的在核酸限制酶的分离与应用方面做出突出贡献分离与应用方面做出突出贡献,1978年共获诺贝尔奖。年共获诺贝尔奖。 1972 Berg（美）在基因工程（美）在基因工程基础研究方

8、面作出了杰出成果，基础研究方面作出了杰出成果，获获1980年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。1973 Cohen等（美）用核酸等（美）用核酸限制性内切酶限制性内切酶EcoR1，首次基，首次基因重组成功。因重组成功。Hamilton O. Smith Daniel Nathans Werner Arber Paul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 2001 Venter（美）等报道完成了人类基因组草图测序。（美）等报道完成了人类基因组草图测序。我国生物化学家的贡献我国生物化学家的贡献1965年我国在世界上首先用人工方法合成有年我国在世界上首先用人工方法合成有生物活性的结晶牛

9、胰岛素。生物活性的结晶牛胰岛素。1971年用年用X射线衍射测定了牛胰岛素的空间射线衍射测定了牛胰岛素的空间结构结构1979年我国用人工方法合成酵母丙氨酸转运年我国用人工方法合成酵母丙氨酸转运核糖核酸。核糖核酸。蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的。蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的。我国生物化学的开拓者吴宪吴宪教授蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述性丛书性丛书Advances in Protein Chemistry第第47卷（卷（1995年）发表了美国哈佛大学教授、蛋年）发表了美国哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈白质研究的老前辈J. T.

10、Eddsall的文章的文章“吴宪与吴宪与第一个蛋白质变性理论（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，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年发表的论文居然在1995年仍然值得在第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

11、大事。科学界的一件极为罕见的大事。1940 我国生物化学家刘思我国生物化学家刘思职发现抗体、抗原反应存在职发现抗体、抗原反应存在定量关系。定量关系。刘思职刘思职人类基因组计划中国协调人杨焕明人类基因组计划中国协调人杨焕明 生物化学的重要成就生物化学的重要成就20世纪世纪50年代年代1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型分子生物学的里程碑。分子生物学的里程碑。 1958年年Watson和和Crick提出分子遗传的提出分子遗传的中心法则中心法则。20世纪世纪70年代年代20世纪世纪80年代年代 1981 年，年，Cech在四膜虫中发现有催化功能的在四膜

12、虫中发现有催化功能的RNA（核酶核酶，Ribozyme）。）。 1972年，年，Berg 等完成了世界上首次等完成了世界上首次DNA体外重组实验，体外重组实验，1973年，年，Cohen 等等成功进行了另一个体外重组实验，成功进行了另一个体外重组实验， 从而从而诞生了一门崭新的技术诞生了一门崭新的技术基因工程基因工程。20世纪世纪90年代年代 “人类基因组计划人类基因组计划”1990年年10月启动，耗资月启动，耗资30亿亿美元，被誉为是生命科学领域的阿波罗登月计划。美元，被誉为是生命科学领域的阿波罗登月计划。 1997年，英国罗斯林研究所首次用体细胞年，英国罗斯林研究所首次用体细胞“克隆克隆”

13、培育法获得绵羊培育法获得绵羊多利多利。 1998年，美科学家成功地在体年，美科学家成功地在体外培养和增殖了人体胚胎外培养和增殖了人体胚胎干细胞干细胞。干细胞研究因此被美国干细胞研究因此被美国科学科学杂杂志评为志评为1999年度世界十大科学成就年度世界十大科学成就之冠。之冠。 21世纪世纪 2000年，六国科学家绘制完成人年，六国科学家绘制完成人类基因组类基因组“工作框架图工作框架图”，2001年公布年公布了了人类基因组图谱人类基因组图谱及初步分析结果。及初步分析结果。2004年发现年发现“垃圾垃圾DNA”不是不是“垃圾垃圾”。 2002年，发现年，发现小分子核糖核酸小分子核糖核酸 （micro

14、RNA），破译老鼠基因组。），破译老鼠基因组。 针对多项针对多项疾病疾病展开研究并取得较大展开研究并取得较大 进展，如精神病、进展，如精神病、SARS、肿瘤、禽流、肿瘤、禽流 感。感。 干扰素干扰素1980年，由美国生物化学家博耶和科恩创建的基因工程公司，1981年，用酵母菌生产干扰素获得成功。过去，用白细胞生产干扰素，每个细胞最多只能产生1001000个干扰素分子；而用基因工程技术改造的大肠杆菌发酵生产，在12天内，每个菌体能产生20万个干扰素分子。 21世纪我国本土将诞生诺贝尔奖获得者世纪我国本土将诞生诺贝尔奖获得者预测预测变现实，有待努力，让我们为此共勉变现实，有待努力，让我们为此共勉

15、新华社北京新华社北京2002年年4月月11日日电电 中科院院长路甬祥在中科院院长路甬祥在“中国中国近现代科技回顾与展望国际学术研讨会近现代科技回顾与展望国际学术研讨会”上作大会报告时上作大会报告时说：说：“通过创造性的工作，通过创造性的工作，21世纪的中国科学家和工程师世纪的中国科学家和工程师将比将比20世纪为世界科学做出大得多的贡献，在中国本土上世纪为世界科学做出大得多的贡献，在中国本土上产生诺贝尔奖将不再是问题，中国将涌现出一批无愧于产生诺贝尔奖将不再是问题，中国将涌现出一批无愧于21世纪的世界级科学大师和工程技术大师。世纪的世界级科学大师和工程技术大师。”（记者李斌）（记者李斌）新华社香

16、港新华社香港2002年年月日月日电电 诺贝尔奖得主杨振宁教诺贝尔奖得主杨振宁教授今天在这里表示对中国未来的科技发展很有信心，他认授今天在这里表示对中国未来的科技发展很有信心，他认为在未来中国很可能会出现获得诺贝尔奖的科技人才。为在未来中国很可能会出现获得诺贝尔奖的科技人才。（记者丛亚平）（记者丛亚平）第三节第三节内容内容生物学生物学动物学动物学植物学植物学微生物学微生物学化学化学生物学生物学生物化学生物化学生物化学的生物化学的概念概念n生物化学主要是应用化学的理论和方生物化学主要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。化学本质。生物化学的基

17、本内容包括：生物化学的基本内容包括：n发现和阐明构成生命物体的分子基础发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组成、结构和性质；生物分子的化学组成、结构和性质；n生物分子的结构、功能与生命现象的生物分子的结构、功能与生命现象的关系；关系；n生物分子在生物机体中的相互作用及生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。其变化规律。生命的化生命的化学，化学学，化学的生命的生命内容：n生物大分子的结构与功能：蛋白质、核酸化学、酶、维生物大分子的结构与功能：蛋白质、核酸化学、酶、维生素与微量元素生素与微量元素n物质代谢：糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧化、物质代谢：糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生

18、物氧化、代谢调节代谢调节n遗传信息的传递规律：遗传信息的传递规律：DNA复制、复制、RNA转录、蛋白质转录、蛋白质生物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学生物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学n器官生化（重要组织器官的代谢特点）器官生化（重要组织器官的代谢特点）:肝胆、血液、肝胆、血液、结缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学结缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学n专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物信息专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物信息学学生物化学内容生物化学内容n糖类糖类n脂类脂类n蛋白质蛋白质n酶酶n核酸核酸n激素激素n维生素维生素n糖代谢糖代谢n脂代谢脂代

19、谢n生物氧化生物氧化n氨基酸代谢氨基酸代谢n核苷酸代谢核苷酸代谢nDNA复制复制n转录转录n翻译翻译神经传导神经传导肌肉收缩肌肉收缩功能生化功能生化动态生化动态生化静态生化静态生化分子生物学分子生物学生物化学的研究内容生物化学的研究内容静态生物化学静态生物化学 构成生物体的生物分子的化学组成、结构、理化性质、构成生物体的生物分子的化学组成、结构、理化性质、生物功能及结构与功能的关系。生物功能及结构与功能的关系。 动态生物化学动态生物化学 物质代谢的体内动态过程及在代谢过程中能量的转物质代谢的体内动态过程及在代谢过程中能量的转换和代谢调节规律。换和代谢调节规律。功能生物化学功能生物化学 研究代谢

20、反应与生理功能的关系。研究代谢反应与生理功能的关系。静态生物化学的发展阶段静态生物化学的发展阶段 从从19世纪末到世纪末到20世纪世纪30年代，描述有机年代，描述有机生物化学的发展。生物化学的发展。 这个时期的生物化学更多地这个时期的生物化学更多地依附于有机化学，依附于有机化学， 大量工作围绕生命的存在方大量工作围绕生命的存在方式式“蛋白质蛋白质”进行。进行。 动态生物化学的发展阶段动态生物化学的发展阶段 约在约在20世纪世纪30到到50年代，描述生理生物年代，描述生理生物化学的发展，主要研究生物体内物质的变化，化学的发展，主要研究生物体内物质的变化，即即代谢途径代谢途径。 19世纪中叶，生物

21、学积累了若干有关血世纪中叶，生物学积累了若干有关血液循环和消化、吸收的知识，生物化学开始液循环和消化、吸收的知识，生物化学开始探索生理功能的化学过程，从而派生出了生探索生理功能的化学过程，从而派生出了生理生物化学。理生物化学。功能生物化学的发展阶段功能生物化学的发展阶段 从从20世纪世纪50年代开始，描述分年代开始，描述分 子或综合生物化学的发展，子或综合生物化学的发展， 主要研主要研 究生物大分子的究生物大分子的结构结构与与功能功能。 由于各种现代化技术和设备的发明和发展，由于各种现代化技术和设备的发明和发展，生物化学的进展更集中地反映在蛋白质、酶和核生物化学的进展更集中地反映在蛋白质、酶和

22、核酸等生物大分子的研究上，酸等生物大分子的研究上，使生命起源研究进入使生命起源研究进入了新的发展时期。了新的发展时期。二、生物化学的研究对象二、生物化学的研究对象 微生物生化微生物生化 植物生化植物生化生物体生物体 动物生化动物生化 人体生化人体生化生物大分子基本特征生物大分子基本特征n生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。又称为生物大分子。n生物信息大分子具有如下特征：生物信息大分子具有如下特征：（1 1）由结构小分子结构单元组成）由结构小分子结构单元组成. .（2 2

23、）顺序排列。）顺序排列。（3 3）结构复杂：线性信息，三维信息）结构复杂：线性信息，三维信息n生物大分子的一级结构：构成生物分子的结生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞大，结构复杂的线性分子或环状分子。通常大，结构复杂的线性分子或环状分子。通常将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。为一级结构。生物大分子的立体结构生物大分子的立体结构n生物大分子在线性或环生物大分子在线性或环状结构基础上，通过分状结构基础上，通过分子内或分子之间的基团子内或分子之间的基团（包括极性、非极

24、性和（包括极性、非极性和带电荷基团）相互作用，带电荷基团）相互作用，可以进一步形成非常复可以进一步形成非常复杂的立体结构。例如盘杂的立体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片绕成螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，层状。有的以线状存在，而有的则形成球状等。而有的则形成球状等。生物化学与药学科学生物化学与药学科学生理学有机化学生物化学分子生物学医学学科药学学科新药研究开发生物制药化学制药基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程药理学药物化学生物药剂学中药学诊断医学预防医学.生物化学与药学科学生物化学与药学科学（一）生物化学是药学的基础学科（一）生物化学是药学的基础学科 （二）生物化学与制药工业生产实践密

25、切相关（二）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生物化学的实验方法在制药工业中广泛应用。应用。 2. 药品生产中无菌操作多利用了生物化学药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。的基本原理。 3. 以生物化学、微生物学和分子生物学为以生物化学、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。工业的一个新门类。第四节第四节生化魅力生化魅力所有生物学科都不是孤立的，而是相互联系、相互所有生物学科都不是孤立的，而是相互联系、相互补充、相互渗透，其基础就是补充、相互渗透，其基础就是“

26、生命的化学语言生命的化学语言”。换而言之，生物化学是联系生物学科之间的桥梁。换而言之，生物化学是联系生物学科之间的桥梁。有用有用可实现许多个人愿望。可实现许多个人愿望。有趣有趣可成名可成名20世纪世纪Nobel生理学、化学奖中半数以上在生物化学生理学、化学奖中半数以上在生物化学领域取得重大突破领域取得重大突破可获利可获利无形资产无形资产有形资产有形资产第五节第五节学习方法学习方法学习方法学习方法抓住特点、记住要点抓住特点、记住要点纲目清楚、多而不乱纲目清楚、多而不乱循序渐进、前后联系循序渐进、前后联系适当归纳对比适当归纳对比一条主线：生命的化学、化学的生命一条主线：生命的化学、化学的生命一个中

27、心：认识生命、改造生命一个中心：认识生命、改造生命万能方法：理解记忆万能方法：理解记忆参考书nBerg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND：Biochemistry (5th ed). WH Freeman & Co. New York, 2002nNelson DL, Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2000nMurray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW: Harpers Biochemistry. (25

28、th ed).北京北京: :科学出版科学出版社社. .2000nLodish H, Baltimore D, Berk A, Zipursky SL et al: Molecular Cell Biology (4th ed)., Scientific America Books, WH Freeman & Co., New York., 2000 nKarp G: Cell and Molecular Biology Concepts and experiments (3rd ed). John Wiley & Sons, New York. 2002n吴梧桐主编，吴梧桐主编，生物化学生物化

29、学(第第6版版) 。 人民卫生出版社人民卫生出版社n沈同、王镜岩主编，沈同、王镜岩主编，生物化学生物化学。高等教育出版社出版。高等教育出版社出版n童坦君童坦君: 生物化学生物化学。北京。北京: 北京大学医学出版社北京大学医学出版社.2003。n周爱儒周爱儒:生物化学生物化学“ (第第5、6版版)。北京。北京:人民卫生出版社人民卫生出版社. n生命的化学生命的化学（中国生物化学与分子生物学学会主办，上（中国生物化学与分子生物学学会主办，上海）海）n国外医学国外医学 分子生物学分册分子生物学分册（武汉）（武汉） nAnnual Review of Biochemistry（生物化学年鉴生物化学年鉴, 美）美）nTrends in Biochemical Sciences (简称简称TIBS，美，美)参考书