生物化學(xué) 緒論(藥學(xué)本科09)

1、生物化學(xué)緒論Introduction to Biochemistry 李 凌 博士、副教授南方醫(yī)科大學(xué)基因工程研究所生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室緒 論一、什么是生物化學(xué)？二、為什么學(xué)生物化學(xué)？三、學(xué)什么內(nèi)容？四、怎么學(xué)？生物化學(xué)Biochemistry (Biological chemistry)主要運(yùn)用化學(xué)的原理和方法，從分子水平來研究生物體（化學(xué)組成及化學(xué)變化）的一門學(xué)科在分子水平探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)生命的化學(xué)生化分子生物學(xué)molecular biology研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及其調(diào)控的一門學(xué)科。分子免疫學(xué)分子遺傳學(xué)分子腫瘤學(xué)分子藥理學(xué)分子病理學(xué)分子生物學(xué)分子微生物學(xué)生物化

2、學(xué)發(fā)展史1. 敘述生物化學(xué)（18世紀(jì)19世紀(jì)末 ）2. 動態(tài)生物化學(xué)（20世紀(jì)初20世紀(jì)中葉 ）3. 分子生物學(xué)（20世紀(jì)中葉以后 ）埃米爾 費(fèi)舍爾（Emil Fischer）德國著名化學(xué)家Fischer首次證明了蛋白質(zhì)是多肽；發(fā)現(xiàn)酶的專一性，提出并驗證了酶催化作用的“鎖-匙”學(xué)說；合成了糖及嘌呤。 1902年獲諾貝爾獎。 生物化學(xué)的創(chuàng)始人1. 敘述生物化學(xué)階段德國化學(xué)家恩斯特霍普-席勒（Ernst Hoppe-Seyler）首次從血液中分離出血紅蛋白并制成了結(jié)晶，是第一個獲得蛋白質(zhì)結(jié)晶的人。1877年，霍普-席勒創(chuàng)立了德文生理化學(xué)雜志（Zeitschrift fr Physiologisch

3、e Chemie）。這時，生物化學(xué)從生理學(xué)分出作為一門新的獨立學(xué)科誕生。1. 敘述生物化學(xué)階段1868年，瑞士青年學(xué)者、霍普-席勒的學(xué)生弗里德利克米歇爾（Friedrick Miescher）從傷口敷料的膿血球中發(fā)現(xiàn)“核素”（“核酸”的早期命名）。1. 敘述生物化學(xué)階段1830年路易斯巴斯德（Louis Pasteur）首先證明，只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵（葡萄糖轉(zhuǎn)變成乙醇和二氧化碳）。2. 動態(tài)生物化學(xué)階段1897年，愛德爾德布希奈（Eduard Buchner）（諾貝爾獎，1907）和漢斯布希奈（Hans Buchner）兩兄弟實驗證明，無細(xì)胞的酵母提取液仍可催化生醇發(fā)酵反應(yīng)，使巴斯德關(guān)

4、于“只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵”的認(rèn)識前進(jìn)了一步。詹姆斯 薩姆奈（James B Sumner）（諾貝爾獎，1946）1926年第一個成功地制備了尿素酶（urease）結(jié)晶，并首次證明酶是蛋白質(zhì)。2. 動態(tài)生物化學(xué)階段漢斯 克雷勃斯（Hans A. Krebs） 英國生化學(xué)家2. 動態(tài)生物化學(xué)階段1932年，克雷勃斯和庫爾特漢瑟雷特(Kurt Henseleit)發(fā)現(xiàn)了尿素循環(huán)反應(yīng)途徑。1937年，克雷勃斯又提出了三羧酸循環(huán)理論，并解釋了機(jī)體內(nèi)所需能量的產(chǎn)生過程和糖、脂肪、 蛋白質(zhì)的相互聯(lián)系及相互轉(zhuǎn)變機(jī)理。于1953年獲諾貝爾獎。 李納斯 鮑林Linus Pauling美國 1951年，Li

5、nus Pauling（諾貝爾獎，1954）和Robert B. Corey采用X射線衍射技術(shù)研究蛋白質(zhì)結(jié)晶，發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)形式-螺旋。3. 分子生物學(xué)階段弗利德里克 桑格Frederick Sanger英國3. 分子生物學(xué)階段1953年，Sanger采用化學(xué)方法完成了胰島素序列分析（諾貝爾獎，1958）。詹姆斯沃森（James D. Watson） 美國DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，1953年 弗朗西斯克里克（Francis H. Crick） 英國諾貝爾獎，1962年P(guān)aul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 1973年，Paul Berg、Herbert

6、 Boyer和Stanley Cohen首次在體外將重組的DNA分子形成無性繁殖系DNA“克隆” （諾貝爾獎，1980）。重組DNA技術(shù)克隆羊多莉 克隆是人類在生物科學(xué)領(lǐng)域取得的一項重大技術(shù)突破，反映了細(xì)胞核分化技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)和控制技術(shù)的進(jìn)步。 克隆人耳鼠 I.Wilmut英國人類基因組計劃（HGP）組學(xué)(-omics)基因組學(xué)(genomics)蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)RNA組學(xué)(RNomics)代謝組學(xué)(metabolomics)糖組學(xué)(glycomics)利用人體皮膚細(xì)胞“仿制”出胚胎干細(xì)胞（2007年世界十大科技進(jìn)展） 美國威斯康星大

7、學(xué)麥迪遜分校一個研究小組：成纖維細(xì)胞日本京都大學(xué)一個研究小組：面部皮膚細(xì)胞基因重新編排技術(shù)：向皮膚細(xì)胞中植入一組4個基因，通過基因重新編排，使皮膚細(xì)胞具備胚胎干細(xì)胞的功能。我國古代對生物化學(xué)發(fā)展作出的重要貢獻(xiàn)夏禹時代（4000多年前）釀酒用曲（酶）；公元前12世紀(jì)的商周時期可制造醬、醋；公元前2世紀(jì)（漢朝）能制作豆腐；晉朝（公元4世紀(jì)）用含碘的海藻治療甲狀腺腫；唐朝初（公元7世紀(jì)）孫思邈用含維生素B1的中草藥和米糠治療腳氣??；明朝（公元14世紀(jì)）李時珍的本草綱目中記載了400余種包括代謝產(chǎn)物與分泌物的動物藥。我國生物化學(xué)的開拓者吳憲教授蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域內(nèi)國際上最具有權(quán)威性的綜述性叢書Advanc

8、es in Protein Chemistry第47卷（1995年）發(fā)表了美國哈佛大學(xué)教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩J. T. Eddsall的文章“吳憲與第一個蛋白質(zhì)變性理論（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”，對吳憲教授的學(xué)術(shù)成就給予了極高的評價。該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關(guān)于蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在1931年發(fā)表的論文居然在1995年仍然值得在第一流的叢書上重新全文刊登，不能不說是國際科學(xué)界的一件極為罕見的大事。1965年9月17日，人工合成胰島素在中國首次發(fā)現(xiàn)。這也是世界上第一個蛋白質(zhì)的全

9、合成。這是我國科技人員在奮力攀登世界科學(xué)高峰，為祖國在基礎(chǔ)研究方面爭得的一項世界冠軍。這一成果促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展，開辟了人工合成蛋白質(zhì)的時代。 一、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能二、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)三、基因信息傳遞及其調(diào)控生物化學(xué)的主要內(nèi)容1. 生物分子的概念2. 生物分子的結(jié)構(gòu)一、生物分子的結(jié)構(gòu)與功能生物分子：由C、H、O、N等組成的有機(jī)化合物 如：糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸和維生素等。生物大分子(biomacromolecule)：分子量較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 包括：聚糖類、聚脂類、蛋白質(zhì)和核酸等生物信息分子(informational biomolecule) ：結(jié)構(gòu)蘊(yùn)藏信息，包括：聚糖類、蛋白質(zhì)和核酸

10、等在生物信息大分子中，生命信息的傳遞有賴于蛋白質(zhì)和核酸。所以，蛋白質(zhì)和核酸是生命活動的最重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 生物大分子 核酸 蛋白質(zhì) 聚糖 結(jié)構(gòu)單位 核苷酸 氨基酸 單糖 連接鍵 3,5 -磷酸二酯鍵 肽鍵 糖苷鍵 游離末端 5磷酸，3羥基 氨基端，羧基端 非還原端，還原端 多聚體合成方向 53 NC 非還原端還原端 三種生物大分子結(jié)構(gòu)特點1. 新陳代謝的概念2. 物質(zhì)代謝概況二、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)糖脂類Pr.H2O維生素?zé)o機(jī)鹽 消化吸收簡單物質(zhì)合成復(fù)雜物質(zhì) 分解簡單物質(zhì)廢物排泄（CO2、H2O、脲)物質(zhì)代謝能量代謝合成分解轉(zhuǎn)變調(diào)節(jié)生成貯存釋放轉(zhuǎn)化生命現(xiàn)象(開始)(中間)(終末)生物體的新陳代謝合成

11、代謝（同化作用）分解代謝（異化作用）生物小分子合成生物大分子需要能量釋放能量生物大分子分解為生物小分子能量代謝物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝與能量代謝的統(tǒng)一，二者相輔相成。1. 基因的概念2. 基因信息的傳遞3. 基因活性的影響因素三、基因信息傳遞及其調(diào)控1. 基因 (gene) 的概念合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所必需的全部核苷酸序列。一般是DNA序列（或RNA病毒中的RNA）。具有編碼一定生物功能分子的核苷酸序列。2. 中心法則3. 基因活性的影響因素DNA復(fù)制偶爾會出現(xiàn)差錯；在內(nèi)、外環(huán)境因素的作用下，DNA也會發(fā)生損傷。如果發(fā)生的差錯或損傷不能得以矯正或修復(fù)，破壞了基因組的穩(wěn)定性，就會引起基因變異

12、或突變（mutation）?；颍―NA）序列變異或突變屬于一種遺傳變化（genetic change），可引起基因表達(dá)活性改變。 （1）基因（遺傳）變化(2) 表觀遺傳變化表觀遺傳變化（epigenetic change）只有基因表達(dá)模式改變，而無基因（DNA）序列變化。 最常見的表觀遺傳變化有DNA甲基化、組蛋白乙酰化等化學(xué)修飾。這些變化可改變相關(guān)的基因活性，影響生物化學(xué)代謝。 學(xué)習(xí)內(nèi)容一、生命的分子基礎(chǔ)（22） 1.糖2 2.脂類2 3.蛋白質(zhì)6 4.核酸4 5. 酶與維生素6 6. 激素2學(xué)習(xí)內(nèi)容二、物質(zhì)代謝與能量轉(zhuǎn)換（26+12） 8.糖代謝6 7.生物氧化4 9.脂類代謝6 10.

13、蛋白質(zhì)分解代謝4 11.核酸代謝：分解代謝核苷酸代謝2 合成代謝DNA、RNA(復(fù)制4、轉(zhuǎn)錄2+調(diào)控2) * 蛋白質(zhì)生物合成：翻譯4 12.代謝調(diào)控4 學(xué)習(xí)內(nèi)容三、 藥學(xué)生化（6） 13. 藥物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝變化2 14. 生物藥物2 15. 藥物研究的生物化學(xué)基礎(chǔ)2學(xué)習(xí)方法 記住概況 掌握重點 前后聯(lián)系查錫良 . 生物化學(xué).人民衛(wèi)生出版社. 2009 （第7版）賈弘褆. 生物化學(xué).人民衛(wèi)生出版社. 2005年（八年制）趙寶昌. 生物化學(xué). 高等教育出版社. 2008 （第2版）（醫(yī)學(xué)類）王鏡巖. 生物化學(xué). 高等教育出版社. 2002（第3版）（綜合大學(xué)） 生命的化學(xué)（中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)會主辦）醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志Annual Review of Biochemistry（生物化學(xué)年鑒, 美）Trends in Biochemical Sciences (簡稱TIBS，美)參 考 書參 考 書Nelson DL, Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2004Murray R