生物化学生物化学的应用与发展前景

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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ChemistryBiologyBiochemistry生物化学的定义生物化学的定义生物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 1 2 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，由此产生

2、了生物化学。 生物化学的定义生物化学的定义1 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 C、OO、 HH、 NN、 P P、 S S、 ClCl、 MgMg、 KK、 NaNa、 CaCa、 FeFe、 CuCu、 MoMo、 AlAl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

3、物。包括：生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。包括：（1 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 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 3） 糖类及其衍生物。糖类及其衍生物。 （4 4） 脂类及其衍生物。脂类及其衍生物。 （5 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。 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：生物机

4、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、有

5、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

6、。 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。v 1785 年法国著名化学家年法国著名化学家Lavo

7、isier 证明，动物呼吸是体内证明，动物呼吸是体内缓慢和不发光的燃烧。在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，缓慢和不发光的燃烧。在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化作用。这是生物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。v 1770-1786年，瑞典人年，瑞典人C.W.Scheele分离了甘油、柠檬酸、分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等苹果酸、乳酸、尿酸等v 1779-1796年，荷兰人年，荷兰人J.Ingenbousz证明在光照条件下证明在光照条件下绿色植物吸收绿色植物吸

8、收CO2 并放出并放出O2 。v 1828年，年， Wohler合成了有机物尿素，从而打破了有机物只合成了有机物尿素，从而打破了有机物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。v 1877年，年，Hoppe-Seyler首先使用首先使用“Biochemistry”，生物，生物化学作为一门新兴学科诞生。化学作为一门新兴学科诞生。v 1897年，年， Buchner证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，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

9、化学阶段机能生物化学阶段 科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的不断改进，使得对生物大分子结构及功能的研究也不断改进，使得对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。更加深入。v 1950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v 1953年，年，Watson & Crick提出了提出了DNA的双螺旋模型的双螺旋模型v 1958年，年，Crick提出提出“中心法则中心法则”v 1953及及1975年，年，Sanger分别研究出蛋白质序列

10、和核酸序列分别研究出蛋白质序列和核酸序列的测定方法的测定方法v 1961年，年，Jacob & Monod 提出了操纵子学说提出了操纵子学说v 19701970年，年，TeminTemin和和BaltimoreBaltimore几乎同时发现逆向转录酶，几乎同时发现逆向转录酶，证实了证实了Temin 1964Temin 1964年提出的年提出的“前病毒假说前病毒假说”，阐明在劳，阐明在劳氏肉瘤病毒（氏肉瘤病毒（RSVRSV）感染以后，首先产生含）感染以后，首先产生含RNARNA病毒基因病毒基因组全部遗传信息的组全部遗传信息的DNADNA前病毒，而子代病毒的前病毒，而子代病毒的RNARNA则是以则

11、是以前病毒的前病毒的DNADNA为模板进行合成。为模板进行合成。 v 19721972年年19731973年，年， BergBerg等成功地进行了等成功地进行了DNADNA体外重组；体外重组； CohenCohen创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，功能的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，BoyerBoyer等在等在E.coliE.coli中成功表达了人工合成的生长激素释中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基因放抑制因子基因v 19751975年，年，SouthernSouthern发

12、明了凝胶电泳分离发明了凝胶电泳分离DNADNA片段的印迹片段的印迹法；法；v 19791979年，年，SolomonSolomon和和BodmerBodmer最先提出至少最先提出至少200200个限制性片个限制性片段长度多态性（段长度多态性（RELPRELP）可作为连接人的整个基因组图谱）可作为连接人的整个基因组图谱之基础之基础; ; v 19831983年年Karry MullisKarry Mullis等发明了聚合酶链式反应（等发明了聚合酶链式反应（PCRPCR）；）；SmithSmith等报导了等报导了DNADNA测序中应用荧光标记取代同位素标记测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法。的

13、方法。v 19851985年年5 5月，美国月，美国Santa CruzSanta Cruz加州大学校长加州大学校长R. R. SinsheimerSinsheimer提出人类基因组研究计划，提出人类基因组研究计划，19861986年年8 8月美国月美国科学院生命科学委员会确定由科学院生命科学委员会确定由Bruce AlbertsBruce Alberts负责的负责的1515人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府19871987年正式年正式开始起动这一计划开始起动这一计划; ;v 19941994年，日本科学家在年，日本科学家在Nature Genetic

14、sNature Genetics上发表了上发表了水稻基因组遗传图，水稻基因组遗传图，WilsonWilson等用等用3 3年时间完成了线虫年时间完成了线虫（C.elegansC.elegans）3 3号染色体连续的号染色体连续的2.2 Mb2.2 Mb的测定，预示着的测定，预示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; ;v 1998年，年，Renard等用体细胞操作获得克隆牛等用体细胞操作获得克隆牛Marguerife，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；相同的哺乳动物；Gene Bank公布最新人的公布

15、最新人的“基因图谱基因图谱98”，代表了，代表了30181条基因定位的信息；条基因定位的信息；Venter对人类对人类基因组计划提出新的战略基因组计划提出新的战略全基因组随机测序，毛细全基因组随机测序，毛细血管电泳测序仪启动血管电泳测序仪启动; 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 课程安排课程安排生物大分子的组成与结

16、构生物大分子的组成与结构生物能学生物能学 2 2代谢调控代谢调控 1313生物氧化生物氧化 4 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 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