生物化學1-緒論(修改)

1、生物化學 徐徐 琴琴 1. 生命生命科學科學在在20世紀取得了飛速的發(fā)展世紀取得了飛速的發(fā)展2. 當前自然科學的帶頭學科正開始從物當前自然科學的帶頭學科正開始從物 理科學向生命科學轉(zhuǎn)移。理科學向生命科學轉(zhuǎn)移。3. 社會的可持續(xù)發(fā)展需要生命科學作為社會的可持續(xù)發(fā)展需要生命科學作為 21世紀的帶頭學科世紀的帶頭學科 人口膨脹人口膨脹 糧食短缺糧食短缺 疾病危害疾病危害 環(huán)境污染環(huán)境污染 能源危機能源危機 資源匱乏資源匱乏 物種滅絕物種滅絕在人滿為患的日本在人滿為患的日本 健 康 OMP ？（？（Osteoblasts Milk Protein）其生化指標包括分子量與其生化指標包括分子量與IGF-1

2、完全一樣，完全一樣，學名是類胰島素樣生長因?qū)W名是類胰島素樣生長因子，是一種激素類蛋白，是子，是一種激素類蛋白，是國 際 公 認 的國 際 公 認 的 致 癌 物 質(zhì)致 癌 物 質(zhì) 。主要成分：松果體素（褪黑素）它是人腦和動物腦中的松果腺自然分泌的一種激素。當這種激素在體內(nèi)含量下降時，表現(xiàn)為睡眠不佳，適時補充褪黑素可起到改善睡眠的作用尋找新的替代品！尋找新的替代品！生物能源生物能源很多不起眼的生物，很可能就是藥物、材料等的寶貴資源。圖為墨西哥荒原中的仙人掌仙人掌類類植物。 一個 20 米直徑的水池年產(chǎn) 4 噸藻類，加工后可得相當于3000 升柴油的燃料。 一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于 50 噸石油

3、的燃料。圖為生長在淡水和海水中的一種硅藻 環(huán) 境 這是最早一份關于環(huán)境對生物種群影響的研究 工業(yè)化前英國鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)； 工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因為黑煙污染了環(huán)境，黑色蛾子更易藏身。 工人正在向被石油污染的海灘噴灑營養(yǎng)液，促使吃石油的細菌長起來。一、生物化學的重要性 生物化學的最終目的是控制生命過程為人類的健康與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。 A.戰(zhàn)勝生理疾病 疾病的診斷與病理分析、新藥物的開發(fā)設計、各類保健品開發(fā)、基因療法、器官克隆等 B. 農(nóng)業(yè)豐產(chǎn) 轉(zhuǎn)基因技術進行育種、生物病蟲害防止、利用代謝調(diào)控技術保證產(chǎn)品儲存等、高級動植物品種的克隆技術 C.生物工

4、程技術與產(chǎn)品 生物化學中酶、代謝調(diào)控等手段被廣泛用于食品加工、釀造、新材料、新能源的開發(fā)與研制等工業(yè)領域，同時應用生化技術進行工業(yè)污染的治理也以其成本低、效率高、無毒害等優(yōu)勢越來越得到大家的重視。 D .其他 如DNA指紋技術 控制生命過程為人類的健康與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務。(用之不慎后患無窮)大型化學工業(yè)公司向生命科學工業(yè)轉(zhuǎn)軌。大型化學工業(yè)公司向生命科學工業(yè)轉(zhuǎn)軌。1998年4月，杜邦公司宣布改組成三個實業(yè)單位，由生命科學領頭。1998年5月，該公司又宣布放棄能源公司Conaco，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和食品部門也出現(xiàn)了向生物技術和制藥合并的趨勢。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)和食品部門也出現(xiàn)了向生物技術和制藥合并的趨勢。 Gen

5、zyme Transgenics Genzyme Transgenics 公司培養(yǎng)出的基因工程羊能以公司培養(yǎng)出的基因工程羊能以較高的產(chǎn)量生產(chǎn)抗凝血酶較高的產(chǎn)量生產(chǎn)抗凝血酶IIIIII，一群羊的酶產(chǎn)量相當于，一群羊的酶產(chǎn)量相當于投資投資1.151.15億美元工廠的產(chǎn)量億美元工廠的產(chǎn)量能源、采礦和環(huán)境工業(yè)也已在分子水平上向基因組研究匯合能源、采礦和環(huán)境工業(yè)也已在分子水平上向基因組研究匯合 生物化學生物化學 = = 生物生物 + + 化學化學生物化學的涵義生物化學的涵義 一、生物化學的涵義 生物化學是研究生命現(xiàn)象的一門學科，生物化學是研究生命現(xiàn)象的一門學科，它主要用化它主要用化學的理論和方法研究生物

6、體的化學組成以及生命活動過學的理論和方法研究生物體的化學組成以及生命活動過程中的一切化學變化程中的一切化學變化，從而揭示生命的奧秘。，從而揭示生命的奧秘。 ？ 化學生物學是利用化學的理論、研究方法和手段來探索生物、醫(yī)學問題的科學。這種理解與生物化學和分子生物學的含義有較大的重疊，它強調(diào)的是化學與生物學的交叉與融合。 相互作用、組裝和過程生物催化劑和生物轉(zhuǎn)化組合化學生物模擬分析技術生物大分子有機化學有機化學物理化學物理化學無機化學無機化學分析化學分析化學高分子化學高分子化學生物學生物學動物學動物學植植物物學學微生物學微生物學化學化學生物學生物學生物化學生物化學生物化學與普通化學的區(qū)別 結結構構

7、化化學學反反應應 特特殊殊處處 普普通通化化學學 結結構構簡簡單單 條條件件多多樣樣 生生物物化化學學 結結構構極極為為復復雜雜多多樣樣 常常溫溫常常壓壓酶酶催催化化 反反應應自自我我調(diào)調(diào)節(jié)節(jié) 能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化、傳傳遞遞反反應應 自自身身復復制制的的特特殊殊反反應應 極極為為細細致致準準確確 特特殊殊的的生生物物功功能能 二、生物化學的主要研究內(nèi)容研究內(nèi)容 = 化學組成 + 化學變化化學組成：構成生物體的基本物質(zhì) 糖、脂、蛋白質(zhì)、核酸 及起調(diào)節(jié)作用的化學物質(zhì) 酶、維生素、激素 的結構、性質(zhì)、功能化學變化：化學變化： 構成生物體的基本物質(zhì)在體內(nèi)的合成與分解（物質(zhì)代謝）； 能量的產(chǎn)生與利用（能量代

8、謝）； 遺傳信息的傳遞與表達。1研究組成生物體的基本物質(zhì)（糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸）以及對體內(nèi)的化學反應起催化和調(diào)節(jié)作用的生物活性物質(zhì)(酶、維生素、激素)的結構、性質(zhì)和功能。 2研究糖類、脂類、蛋白質(zhì)和核酸在生命活動過程中進行的化學變化，也就是新陳代謝，以及代謝過程中能量的轉(zhuǎn)換和代謝調(diào)節(jié)。 3研究遺傳信息的傳遞和表達。 研究內(nèi)容20世紀初，生物化學成為一門獨立的學科。 1903年德國Neuberg（紐伯格）提出了“Biochemistry”。 三、生物化學的起源與發(fā)展三、生物化學的起源與發(fā)展 1 靜態(tài)生物化學時期（二十世紀二十年代以前） 2 動態(tài)生物化學時期（二十世紀前半葉） 3 機能生物化學

9、及分子生物學時期（二十世紀五十年代以后）（一）十八世紀（一）十八世紀法 化學家 Lavoisier 動物體的發(fā)熱由于機體內(nèi)物質(zhì)的氧化，氧是氧化的要素，熱分散在體內(nèi)形成體溫。Lavoisier和Laplace （法 數(shù)學家天文學家） 研究動物的呼吸作用初步奠定了分解代謝與呼吸化學的基礎有機物 + O2CO2 + H2O + Q有機物（一）十九世紀（一）十九世紀 德國化學家 Liebig：進一步闡明了發(fā)熱觀點，將食物分為糖、脂類、蛋白質(zhì)，奠定了營養(yǎng)學的基礎；他也首先對代謝下了定義。 德國化學家 Hoppe-Seyler：第一次提出“生理化學”；第一次分離和結晶了血紅蛋白；第一次制得純卵磷脂。 Ho

10、ppe-Seylers z. physiol.chem. 1928年 德國 Whler NH4CNOCO(NH2)2氰酸銨，無機化合物尿素，有機化合物推翻了“生機論”19世紀中期 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 法國微生物學家 Pasteur 德國化學家 Liebig 德國有機化學家 Fischer : 生化之父，首先提出酶的專一性及酶的“鎖-鑰”學說以及酶的作用機理。（二）二十世紀的前五十年（二）二十世紀的前五十年 20世紀的前30年：生理學、化學。 營養(yǎng)學的真正的黃金時代。 20年代，1926年美國Sumner從刀豆中得到脲酶的結晶。 30年代，1933-1936年Krebs提出

11、了著名的尿素循環(huán)和 三羧酸循環(huán)，闡明了生物體的中間代謝途徑。40年代前后，能量代謝，生物能量學。 20世紀中期生物化學成為一門獨立和成熟的學科 。（三）分子生物學的出現(xiàn)（三）分子生物學的出現(xiàn) 1950年 美國 Pauling等 蛋白質(zhì)的二級結構-螺旋 1955年 英國 Sanger 胰島素一級結構的測定 1953年 美國 Watson和英國 Crick DNA雙螺旋結構 DNA雙螺旋結構的提出使生物化學發(fā)展到一個新的階段-分子生物學階段 1962James Watson (34y)Francis Crick (46y)Maurice Wilkins (46y）DNA Double Helix

12、model 這以后，核酸的研究進展很快，在核酸一級結構測定和核酸人工合成方面取得顯著成果。 60年代，1961年法國Jacob和Monod 操縱子模型70年代，進入生物工程的研究?；蚬こ?、蛋白質(zhì)工程、酶工程、細胞工程、發(fā)酵工程等。 第一個基因工程的產(chǎn)物為somatostatin（生長激素抑制素）。 90年代，1990年啟動了人類基因組計劃。 20世紀末和21世紀初，隨著人類基因組全序列測定的基本完成，生命科學進入了后基因組時代，產(chǎn)生了功能基因組學、蛋白質(zhì)組學、結構基因組學等。 國內(nèi)生物化學發(fā)展情況國內(nèi)生物化學發(fā)展情況 生物化學家和營養(yǎng)學家吳憲 20世紀20年代后期建立了制備血濾液的方法以及測

13、定血糖的方法（Folin-Wu法） 20世紀30年代，1931年蛋白質(zhì)變性理論 在免疫化學方面，首先使用定量分析的方法研究抗原抗體反應2項突出成果項突出成果 1965年合成了具有生物活性的牛胰島素 1981年合成了具有生物活性的酵母丙氨酸t(yī)RNA 最近二、三十年生物工程 目前已能用基因工程的方法生產(chǎn)許多產(chǎn)品如乙型肝炎疫苗、SOD（超氧化物歧化酶）、人生長激素、各種干擾素、各種白細胞介素等等。 我國于1993年啟動人類基因組計劃 按研究對象分類有：動物生化、植物生化、微生物生化、醫(yī)學生化、農(nóng)業(yè)生化和工業(yè)生化等等。如果研究對象不限于上述幾種，而是一般生物，則稱普通生物化學。如果以生物的不同進化階段

14、的化學特征為研究對象，則稱進化生物化學或比較生物化學。四、四、生物化學的分類生物化學的分類 教材：生物化學簡明教程 教學內(nèi)容與學時安排教學內(nèi)容與學時安排序序號號章目名稱章目名稱學時學時分配分配序序號號章目名稱章目名稱學時學時分配分配1緒論17生物氧化及光合作用22細胞與生物膜38脂類代謝23蛋白質(zhì)化學49核酸代謝24核酸化學410蛋白質(zhì)代謝35酶學411復習及考試26糖代謝512五、生物化學的學習方法五、生物化學的學習方法生化與化學，特別是有機化學密切相關，但性質(zhì)及特點有所不同。生物化學反應的特點：1、是在生物體內(nèi)進行，是有生命的化學反應。2、幾乎所有體內(nèi)的化學反應都需各自的酶作催化劑?，F(xiàn)己鑒

15、定出的酶有3000種以上，反應條件溫和3040、中性。3、體內(nèi)每一反應不是孤立的，而是相互約束、相互牽制。4、隨時間和空間而變。生命體內(nèi)的組成和功能隨生物的進化、生命的延續(xù)、空間的位置而改變，形成不同層次層次的組成、性能和化學反應體系。生物化學的特點及學習方法生物化學的特點及學習方法基本概念基本反應體系基本生命物質(zhì)的性質(zhì)、結構及功能基本反應機理四、學習方法四、學習方法 對學習生物化學課程的要求；全面理解，重點記憶，前后聯(lián)系，來回復習。 Just do as a proverb says:I hear, and I forget,I see, and I remember,I do, and I understand. 參考書：參考書： 1. J.M.Berg等編等編 Biochemistry，5e