生物化学绪论药学本科09

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1、生物化学绪论Introduction to Biochemistry 李李李李 凌凌凌凌 博士、副教授博士、副教授博士、副教授博士、副教授南方医科大学基因工程研究所南方医科大学基因工程研究所生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室绪绪 论论一、一、什么是什么是生物化学？生物化学？二、二、为什么为什么学生物化学？学生物化学？三、三、学什么学什么内容？内容？四、四、怎么学怎么学？生物化学生物化学wBiochemistry(Biological chemistry)w主主要要运运用用化化学学的的原原理理和和方方法法，从从分分子子水水平平来来研研究究生生物物体体（化学组成及化学变化）（化学

2、组成及化学变化）的一门学科的一门学科w在分子水平探索生命现象的本质在分子水平探索生命现象的本质w生命的化学生命的化学w生化生化分子生物学分子生物学wmolecular biologyw研研究究核核酸酸、蛋蛋白白质质等等生生物物大大分分子子的的结结构构、功功能能及其调控的一门学科。及其调控的一门学科。分子分子免疫学免疫学分子分子遗传学遗传学分子分子肿瘤学肿瘤学分子分子药理学药理学分子分子病理学病理学分子生物学分子生物学分子分子微生物学微生物学生物化学发展史生物化学发展史1.叙述生物化学叙述生物化学（18世纪世纪19世纪末世纪末）2.动态生物化学动态生物化学（20世纪初世纪初20世纪中叶世纪中叶）

3、3.分子生物学分子生物学（20世纪中叶以后世纪中叶以后）埃米尔埃米尔 费舍尔（费舍尔（Emil Fischer）德国著名化学家德国著名化学家Fischer首首次次证证明明了了蛋蛋白白质质是是多多肽肽；发发现现酶酶的的专专一一性性，提提出出并并验验证证了了酶酶催催化化作作用用的的“锁锁-匙匙”学学说说；合合成成了了糖糖及及嘌嘌呤。呤。1902年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。生物化学的创始人生物化学的创始人生物化学的创始人生物化学的创始人1.叙述生物化学阶段叙述生物化学阶段德德 国国 化化 学学 家家恩恩斯斯特特霍霍普普-席席勒勒（Ernst Hoppe-Seyler）首首次次从从血血液液中中分分离离

4、出出血血红红蛋蛋白白并并制制成了结晶，是第一个获得蛋白质结晶的人。成了结晶，是第一个获得蛋白质结晶的人。1877年年，霍霍普普-席席勒勒创创立立了了德德文文生生理理化化学学杂杂志志（Zeitschrift fr Physiologische Chemie）。）。这这时时，生生物物化化学学从从生生理理学学分分出出作作为为一一门门新新的的独独立立学科诞生学科诞生。1.叙述生物化学阶段叙述生物化学阶段1868年年，瑞瑞士士青青年年学学者者、霍霍普普-席席勒勒的的学学生生 弗弗 里里 德德 利利 克克 米米 歇歇 尔尔（Friedrick Miescher）从从伤伤口口敷敷料料的的脓脓血血球球中中发发

5、现现“核核素素”（“核酸核酸”的早期命名）。的早期命名）。1.叙述生物化学阶段叙述生物化学阶段1830年年路路易易斯斯巴巴斯斯德德（Louis Pasteur）首首先先证证明明，只只有有活活的的酵酵母母细细胞胞才才能能进进行行发发酵酵（葡葡萄萄糖糖转转变变成成乙乙醇和二氧化碳）。醇和二氧化碳）。2.动态生物化学阶段动态生物化学阶段1897年年，爱爱 德德 尔尔 德德 布布 希希 奈奈（Eduard Buchner）（诺诺贝贝尔尔奖奖，1907）和和汉汉斯斯布布希希奈奈（Hans Buchner）两两兄兄弟弟实实验验证证明明，无无细细胞胞的的酵酵母母提提取取液液仍仍可可催催化化生生醇醇发发酵酵反

6、反应应，使使巴巴斯斯德德关关于于“只只有有活活的的酵酵母母细细胞才能进行发酵胞才能进行发酵”的认识前进了一步。的认识前进了一步。詹詹姆姆斯斯 萨萨姆姆奈奈（James B Sumner）（诺诺贝贝尔尔奖奖，1946）1926年年第第一一个个成成功功地地制制备备了了尿尿素素酶酶（urease）结结晶晶，并并首首次次证证明明酶酶是蛋白质。是蛋白质。2.动态生物化学阶段动态生物化学阶段汉斯汉斯 克雷勃斯克雷勃斯（Hans A.Krebs）英国生化学家英国生化学家2.动态生物化学阶段动态生物化学阶段1932年年，克克雷雷勃勃斯斯和和库库尔尔特特汉汉瑟瑟雷雷特特(Kurt Henseleit)发发现现了

7、了尿尿素素循循环环反反应途径。应途径。1937年年，克克雷雷勃勃斯斯又又提提出出了了三三羧羧酸酸循循环环理理论论，并并解解释释了了机机体体内内所所需需能能量量的的产产生生过过程程和和糖糖、脂脂肪肪、蛋蛋白白质质的的相相互互联联系系及及相相互互转转变变机机理理。于于1953年年获获诺诺贝贝尔尔奖。奖。李纳斯李纳斯 鲍林鲍林Linus Pauling美国美国 1951年年，Linus Pauling（诺诺贝贝尔尔奖奖，1954）和和Robert B.Corey采采用用X射射线线衍衍射射技技术术研研究究蛋蛋白白质质结结晶晶，发发现现了了蛋蛋白白质质分分子子的的二二级级结结构构形形式式-螺螺旋。旋。3

8、.分子生物学阶段分子生物学阶段弗利德里克弗利德里克 桑桑格格Frederick Sanger英国英国3.分子生物学阶段分子生物学阶段1953年年，Sanger采采用用化化学学方方法法完完成成了了胰胰岛岛素素序序列列 分分 析析（诺诺 贝贝 尔尔 奖奖，1958）。）。詹姆斯詹姆斯沃森（沃森（James D.Watson）美国美国DNA双螺旋结构模型，双螺旋结构模型，1953年年 弗朗西斯弗朗西斯克里克（克里克（Francis H.Crick）英国英国诺贝尔奖，诺贝尔奖，1962年年Paul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 1973年年，Paul Berg、Her

9、bert Boyer和和Stanley Cohen首首次次在在体体外外将将重重组组的的DNA分分子子形形成成无无性性繁繁殖殖系系DNA“克隆克隆”（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1980）。）。重组重组DNA技术技术克隆羊多莉克隆羊多莉 克隆是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破，反映克隆是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破，反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。克隆人耳鼠克隆人耳鼠 I.Wilmut英国英国人类基因组计划人类基因组计划（HGP）组学组学(-omics)w基因组学基因组学(genomics)w蛋白质组学蛋白质组学(prot

10、eomics)w转录组学转录组学(transcriptomics)wRNA组学组学(RNomics)w代谢组学代谢组学(metabolomics)w糖组学糖组学(glycomics)利用人体皮肤细胞利用人体皮肤细胞“仿制仿制”出胚胎干细胞出胚胎干细胞（2007年世界十大科技进展）年世界十大科技进展）w美国威斯康星大学麦迪逊分校一个研究小组：成纤维细胞w日本京都大学一个研究小组：面部皮肤细胞w基因重新编排技术：向皮肤细胞中植入一组4个基因，通过基因重新编排，使皮肤细胞具备胚胎干细胞的功能。我国古代对生物化学发展作出的重要贡献我国古代对生物化学发展作出的重要贡献w夏禹时代（夏禹时代（4000400

11、0多年前）酿酒用曲（酶）；多年前）酿酒用曲（酶）；w公元前公元前1212世纪的商周时期可制造酱、醋；世纪的商周时期可制造酱、醋；w公元前公元前2 2世纪（汉朝）能制作豆腐；世纪（汉朝）能制作豆腐；w晋朝（公元晋朝（公元4 4世纪）用含碘的海藻治疗甲状腺肿；世纪）用含碘的海藻治疗甲状腺肿；w唐朝初（公元唐朝初（公元7 7世纪）孙思邈用含维生素世纪）孙思邈用含维生素B B1 1的中草的中草药和米糠治疗脚气病；药和米糠治疗脚气病；w明朝（公元明朝（公元1414世纪）李时珍的本草纲目中记载了世纪）李时珍的本草纲目中记载了400400余种包括代谢产物与分泌物的动物药。余种包括代谢产物与分泌物的动物药。我

12、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蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述性丛书述性丛书Advances in Protein Chemistry第第47卷（卷（1995年）发表了美国年）发表了美国哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈J.T.Eddsall的文章的文章“吴宪与第一个蛋白质变性吴宪与第一个蛋白质变性理论（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。对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。该卷

13、还重新刊登了吴宪教授六十四年前关于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。一篇在蛋白质变性的论文。一篇在1931年发表的论年发表的论文居然在文居然在1995年仍然值得在第一流的丛书上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。件极为罕见的大事。1965年年9月月17日，人工合成日，人工合成胰岛素在中国首次发现。胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研学高峰，为祖国在基础

14、研究方面争得的一项世界冠究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。合成蛋白质的时代。一、生物分子的结构与功能一、生物分子的结构与功能二、物质代谢及其调节二、物质代谢及其调节三、基因信息传递及其调控三、基因信息传递及其调控生物化学的主要内容生物化学的主要内容1.生物分子的概念生物分子的概念2.生物分子的结构生物分子的结构一、生物分子的结构与功能一、生物分子的结构与功能w生物分子：生物分子：由由C、H、O、N等组成的有机化合物等组成的有机化合物 如：如：糖类、脂类、蛋白质、核酸和维生素糖类、脂类、蛋白质、核酸和维

15、生素等。等。w生物大分子生物大分子(biomacromolecule)：分子量较大，结构复杂，分子量较大，结构复杂，包括：包括：聚糖类、聚糖类、聚脂类聚脂类、蛋白质和核酸、蛋白质和核酸等等w生物信息分子生物信息分子(informational biomolecule)：结构蕴藏信息，：结构蕴藏信息，包括：包括：聚糖类、蛋白质和核酸聚糖类、蛋白质和核酸等等w在生物信息大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白在生物信息大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白质和核酸。所以，质和核酸。所以，蛋白质和核酸蛋白质和核酸蛋白质和核酸蛋白质和核酸是生命活动的最重是生命活动的最重要物质基础。要物质基础。生物大分子生物大分

16、子生物大分子生物大分子 核酸核酸核酸核酸 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 聚糖聚糖聚糖聚糖 结构单位结构单位结构单位结构单位 核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 单糖单糖单糖单糖 连接键连接键连接键连接键 3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键 肽键肽键肽键肽键 糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键 游离末端游离末端游离末端游离末端 55磷酸，磷酸，磷酸，磷酸，33羟基羟基羟基羟基 氨基端，羧基端氨基端，羧基端氨基端，羧基端氨基端，羧基端 非还原端，还原端非还原端，还原端非还原端，还原端非还原端，还原端 多聚体合成方向多聚体合成方向多聚体合成方向多聚体合成方向 53 NC 53

17、 NC 非还原端非还原端非还原端非还原端还原端还原端还原端还原端 三种生物大分子结构特点三种生物大分子结构特点1.新陈代谢的概念新陈代谢的概念2.物质代谢概况物质代谢概况二、物质代谢及其调节二、物质代谢及其调节糖糖脂类脂类Pr.H2O维生素维生素无机盐无机盐 消化消化吸收吸收简单物质简单物质合合成成复杂物质复杂物质 分分解解简单物质简单物质废物废物排泄排泄（CO2、H2O、脲、脲)物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢合成合成分解分解转变转变调节调节生成生成贮存贮存释放释放转化转化生生命命现现象象(开始开始)(中间中间)(终末终末)生物体的新陈代谢合成合成代谢代谢（同同化作用）化作用）分解分解代谢代

18、谢（异异化作用）化作用）生物小分子合成生物大分子生物小分子合成生物大分子需要能量需要能量需要能量需要能量释放能量释放能量释放能量释放能量生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子能量代谢能量代谢能量代谢能量代谢物质物质物质物质代谢代谢代谢代谢物质代谢与能量代谢的统一，二者相辅相成。物质代谢与能量代谢的统一，二者相辅相成。1.基因的概念基因的概念2.基因信息的传递基因信息的传递3.基因活性的影响因素基因活性的影响因素三、基因信息传递及其调控三、基因信息传递及其调控1.基因基因(gene)的概念的概念w合成有功能的合成有功能的蛋白质多肽链蛋白质多肽链或或RNA所必需的全部核苷酸所必需的全

19、部核苷酸序列。序列。w一般是一般是DNA序列序列（或（或RNA病毒中的病毒中的RNA）。）。w具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。2.中心法则中心法则3.基因活性的影响因素基因活性的影响因素wDNA复复制制偶偶尔尔会会出出现现差差错错；在在内内、外外环环境境因因素素的的作作用用下下，DNA也也会会发发生生损损伤伤。如如果果发发生生的的差差错错或或损损伤伤不不能能得得以以矫矫正正或或修修复复，破破坏坏了了基基因因组组的的稳稳定定性性，就就会会引起引起基因变异基因变异或突变（或突变（mutation）。）。w基基因因（DNA）序序列列变变异异或或突突变变属属

20、于于一一种种遗遗传传变变化化（genetic change），可引起基因表达活性改变。），可引起基因表达活性改变。（1 1）基因（遗传）变化）基因（遗传）变化(2)(2)表观遗传变化表观遗传变化w表观遗传变化（表观遗传变化（epigenetic change）只有基因表达模式）只有基因表达模式改变，而改变，而无基因（无基因（DNA）序列变化）序列变化。w最常见的表观遗传变化有最常见的表观遗传变化有DNA甲基化、组蛋白乙酰化甲基化、组蛋白乙酰化等等化学修饰。化学修饰。w这些变化可改变相关的基因活性，影响生物化学这些变化可改变相关的基因活性，影响生物化学代谢。代谢。学习内容学习内容一、生命的分子基

21、础一、生命的分子基础（22）1.糖糖2 2.脂类脂类2 3.蛋白质蛋白质6 4.核酸核酸4 5.酶与维生素酶与维生素6 6.激素激素2学习内容学习内容二、物质代谢与能量转换二、物质代谢与能量转换（26+12）8.糖代谢糖代谢6 7.生物氧化生物氧化4 9.脂类代谢脂类代谢6 10.蛋白质分解代谢蛋白质分解代谢4 11.核酸代谢核酸代谢：分解代谢：分解代谢核苷酸代谢核苷酸代谢2 合成代谢合成代谢DNA、RNA(复制复制4、转录、转录2+调控调控2)*蛋白质生物合成蛋白质生物合成：翻译：翻译4 12.代谢调控代谢调控4 学习内容学习内容三、三、药学生化药学生化（6）13.药物在体内的转运和代谢变化

22、药物在体内的转运和代谢变化2 14.生物药物生物药物2 15.药物研究的生物化学基础药物研究的生物化学基础2学习方法学习方法 记住概况记住概况 掌握重点掌握重点 前后联系前后联系w查锡良.生物化学生物化学.人人民民卫卫生出版社生出版社.2009（第（第7版版）w贾弘褆贾弘褆.生物化学生物化学.人人民民卫卫生出版社生出版社.2005年（八年制）年（八年制）w赵宝昌赵宝昌.生物化学生物化学.高高等等教教育出版社育出版社.2008（第（第2版版）（医学类）医学类）w王镜岩王镜岩.生物化学生物化学.高高等等教教育出版社育出版社.2002（第（第3版）版）（综合大学）综合大学）w生命的化学生命的化学（中

23、国生物化学与分子生物学学会主办）（中国生物化学与分子生物学学会主办）w医学分子生物学杂志医学分子生物学杂志wAnnual Review of Biochemistry（生物化学年鉴生物化学年鉴,美）美）wTrends in Biochemical Sciences(简称简称TIBS，美，美)参参 考考 书书参参 考考 书书wNelson DL,Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2004wMurray RK,Granner DK,Mayes PA,Rodwell VW:Harpers Biochemistry.(26th ed).科学出版社科学出版社.2006wJia Hongti.Textbook of Biochemistry.人民卫生出版社人民卫生出版社.2007 wQushen.Biochemistry and molecular biology 人民卫生出人民卫生出版社版社.2007 wZhao Baochang.科学科学出版社出版社.2009