生物化學(xué)緒論課件

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二十一世紀(jì)—生命科學(xué)世紀(jì)一、生物化學(xué)的定義二、生物化學(xué)的研究?jī)?nèi)容三、生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史四、生物化學(xué)的成就五、學(xué)習(xí)生物化學(xué)的必要性六、生物化學(xué)課程與學(xué)習(xí)二、生物化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容生物分子和結(jié)構(gòu)與功能：探討生物體的物質(zhì)組成以及分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)：物質(zhì)代謝的規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化及其調(diào)節(jié)控制基因信息傳遞規(guī)律及其調(diào)控：DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯等通常將生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及其代謝調(diào)控的研究稱為分子生物學(xué)從分子水平研究遺傳學(xué)，并運(yùn)用這些規(guī)律去改造自然，稱基因工程

生物化學(xué)(Biochemistry、BiologicalChemistry、ChemistryofLife、PhysiologicalChemistry)

研究生物體的化學(xué)組成和生命過(guò)程中的化學(xué)變化規(guī)律分子生物學(xué)(MolecularBiology)

研究生物大分子(核酸/蛋白)結(jié)構(gòu)功能及其之間的關(guān)系,對(duì)生物化學(xué)過(guò)程的調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)與功能(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯遺傳信息)之間的關(guān)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)(Biochemistry&MolecularBiology)生物分子：無(wú)機(jī)小分子（H2O、CO2、Ca2+、Mg2+等）代謝中間物（丙酮酸、檸檬酸、蘋果酸等）構(gòu)件分子（氨基酸、核苷酸、單糖等）生物大分子（核酸、蛋白質(zhì)、脂類、多糖等）超分子（核糖體、酶復(fù)合體、微管等）細(xì)胞器（細(xì)胞核、線粒體、高爾基體等）生物化學(xué)的分類根據(jù)對(duì)象

人、動(dòng)物、植物、微生物根據(jù)生物的進(jìn)化程度原核生物(Prokaryote）真核生物(Eukaryote)根據(jù)應(yīng)用目的醫(yī)學(xué)(藥學(xué))生化、營(yíng)養(yǎng)生化等三、生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

起源于18世紀(jì)晚期，19世紀(jì)逐步發(fā)展，到20世紀(jì)初期發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科，20世紀(jì)50年代以后隨著生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究及分子生物學(xué)的興起，生物化學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期。三、生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史20世紀(jì)的前30年：生理學(xué)、化學(xué)

營(yíng)養(yǎng)學(xué)的真正的黃金時(shí)代20年代：1926年美國(guó)Sumner從刀豆中得到脲酶的結(jié)晶

30年代：1933～1936年Krebs提出了著名的尿素循環(huán)和三羧酸循環(huán)

40年代前后：能量代謝，生物能學(xué)

20世紀(jì)中期生物化學(xué)成為一門獨(dú)立和成熟的學(xué)科快速發(fā)展階段：20世紀(jì)初~下葉。必需氨基酸、維生素的發(fā)現(xiàn)；酶的蛋白質(zhì)本質(zhì)揭示；多種激素的發(fā)現(xiàn)；主要物質(zhì)代謝途徑的確定。

分子生物學(xué)的崛起階段：

20世紀(jì)下葉~至今

分子生物學(xué)的出現(xiàn)基因工程與代謝調(diào)節(jié)1950年美國(guó)Pauling等蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)——α-螺旋1955年英國(guó)Sanger胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

1953年美國(guó)Watson和英國(guó)CrickDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出使生物化學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的階段——分子生物學(xué)階段,這以后，核酸的研究進(jìn)展很快，在核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定和核酸人工合成方面取得顯著成果。60年代1961年法國(guó)Jacob和Monod操縱子模型70年代進(jìn)入生物工程的研究

基因工程、蛋白質(zhì)工程、酶工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等。第一個(gè)基因工程的產(chǎn)物為somatostatin90年代1990年啟動(dòng)了人類基因組計(jì)劃。

20世紀(jì)末和21世紀(jì)初，隨著人類基因組全序列測(cè)定的基本完成，生命科學(xué)進(jìn)入了后基因組時(shí)代，產(chǎn)生了功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)等

80年代：發(fā)現(xiàn)了核酶（ribozyme）

PCR技術(shù)的發(fā)明

90年代：開(kāi)始了人類基因組計(jì)劃(humangenomeproject，HGP)，約

2.6×109堿基、10萬(wàn)個(gè)基因(實(shí)際3-4

萬(wàn)個(gè)）四、生物化學(xué)的成就1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式1958年，分子遺傳的中心法則1970年，基因工程方法的建立1981年，發(fā)現(xiàn)有催化功能的RNA（Ribozyme）1985年，人類基因組作圖和測(cè)序計(jì)劃1997年，第一只克隆羊誕生1999年，干細(xì)胞的研究位列當(dāng)年科技重大突破2002年，RNAi榮登重大科技突破榜首J.D.Watson和F.H.C.Crick（1953年）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型分子遺傳的中心法則

中心法則(centraldogma)是指遺傳信息的流向所遵循的法則。Crick提出，在DNA分子可以自我復(fù)制（replication）傳給子代的基礎(chǔ)上，遺傳信息可以從DNA傳遞給RNA（稱為轉(zhuǎn)錄transcription）再?gòu)腞NA傳遞給蛋白質(zhì)（稱為翻譯translation），這是遺產(chǎn)信息流所遵循的中心法則。Temin又證實(shí)RNA也可以是遺傳信息的攜帶者，即DNA以RNA為模板反向轉(zhuǎn)錄合成，再推動(dòng)RNA的合成及蛋白質(zhì)的合成。返回基因工程方法的建立

1970年，Temin和Baltimore從雞肉瘤病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。Smith和Wilcox在E.coli中發(fā)現(xiàn)芽豆類限制性內(nèi)切酶,由此為基因工程方法的建立打下了基礎(chǔ)。返回Ribozyme

1978年，Altman在提純RNAase時(shí)發(fā)現(xiàn)，此酶由蛋白質(zhì)和一個(gè)RNA片段組成，單獨(dú)的RNA能完成對(duì)前體tRNA的剪切，而單獨(dú)的蛋白質(zhì)卻無(wú)此能力。1981年，Cech在研究四膜蟲(chóng)前體rRNA的加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有蛋白質(zhì)存在的情況下，一段RNA序列（IVS）能進(jìn)行自動(dòng)剪切，生成L-19IVS。后者在離體條件下能催化五聚胞嘧啶核苷酸的合成。由此提出了具有催化功能的核酸（Ribozyme）的概念。Ribozyme的提出為解決人類的起源問(wèn)題提供了一種新的假說(shuō)，為此，Cech與Altman共同獲得了1989年化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。返回人類基因組計(jì)劃順利完成

2000年6月26日，參與人類基因組計(jì)劃的各國(guó)科學(xué)家，同時(shí)向全世界宣布人類基因組“工作框架圖”繪制完成。2004年10月21日出版的《自然》雜志公布了人類基因組最精確的序列（包含有28.5億個(gè)堿基對(duì)），同時(shí)澄清人類基因組只有2到2.5萬(wàn)個(gè)基因（而不是原來(lái)的10萬(wàn)個(gè)基因）這篇文章標(biāo)志著人類基因組計(jì)劃又邁出了里程碑意義的一步。人類基因組計(jì)劃的應(yīng)用前景將揭示生命世界的一些重大奧秘，如生命起源，生物進(jìn)化等將應(yīng)用于疾病的診斷和治療，將改變21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)將大大促進(jìn)生命科學(xué)工業(yè)的發(fā)展，特別是基因制藥工業(yè)的發(fā)展

克隆羊誕生

1997年2月23日，英國(guó)羅斯林研究所宣布，他們成功創(chuàng)造了世界上第一個(gè)克隆羊多莉。它的意義在于，人類已能用高度分化的乳腺細(xì)胞作為核供體，通過(guò)無(wú)性繁殖方法，復(fù)制出與核供體完全一致的新個(gè)體。返回1999年干細(xì)胞的研究工作位列年度科學(xué)技術(shù)重大突破首位

干細(xì)胞（stemcell）是一類既有自我更新能力，又有多分化潛能的細(xì)胞。干細(xì)胞的研究一方面可以揭示許多有關(guān)細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的基礎(chǔ)理論難題；另一方面可望將其用于創(chuàng)傷修復(fù)，神經(jīng)再生和抗衰老等臨床醫(yī)學(xué)研究。返回2002年RNAi榮登重大科技突破榜首

RNA曾被認(rèn)為是一種缺乏活力的生物分子，但最近一系列發(fā)現(xiàn)表明，一種稱作小RNA的RNA分子參與著多項(xiàng)細(xì)胞控制工作，能夠關(guān)閉基因或改變它們的表達(dá)水平。這一現(xiàn)象稱為核糖核酸介入（RNAi），它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護(hù)機(jī)制。小RNA的這種功能有可能使21世紀(jì)的醫(yī)藥研究產(chǎn)生革命性的變化。2006年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)我國(guó)生物化學(xué)發(fā)展

20世紀(jì)20年代后期建立了制備血濾液的方法以及測(cè)定血糖的方法（Folin-Wu法）

20世紀(jì)30年代，1931年蛋白質(zhì)變性理論

1965年全合成結(jié)晶牛胰島素；是世界上公認(rèn)的第一個(gè)具有全部生物活性的蛋白質(zhì)人工合成

1981年又首先人工合成了具有生物活性的酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸(tRNAAla)

80年代后的生物工程

吳憲教授的工作五、為什么要學(xué)習(xí)生物化學(xué)？化學(xué)與生命科學(xué)的交叉

化學(xué)生物學(xué)的內(nèi)涵：

采用化學(xué)手段研究生物問(wèn)題采用生物手段研究化學(xué)問(wèn)題

Bio-X研究中心

生物化學(xué)與生活息息相關(guān)營(yíng)養(yǎng)生化：保健品醫(yī)學(xué)生化：疾病診斷培養(yǎng)復(fù)合型人才的需要既懂化學(xué)又懂生物切入點(diǎn)：樣品制備、生物分析等生物化學(xué)是學(xué)習(xí)生命科學(xué)的基礎(chǔ)生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等為什么要學(xué)習(xí)生物化學(xué)？我們能做什么？生命科學(xué)研究中的化學(xué)問(wèn)題生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系代謝途徑及中間產(chǎn)物生命科學(xué)研究的分析方法新的方法往往會(huì)帶來(lái)生命科學(xué)的飛躍式發(fā)展1929年A.哈登（英），馮·奧伊勒–歇爾平（瑞典）闡明糖發(fā)酵過(guò)程和酶的作用1946年J.B.薩姆納（美）、J.H.諾思羅普，W.M.斯坦利（美）分離提純酶和病毒蛋白質(zhì)1958年F.桑格（英）胰島素結(jié)構(gòu)研究1981年福井謙一（日）、R.霍夫曼（英）確定核酸堿基排列順序1984年R.B.梅里菲爾德（美）開(kāi)發(fā)了極簡(jiǎn)便的肽合成法

與生物化學(xué)相關(guān)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

1989年S.奧爾特曼，T.R.切赫（美）RNA自身具有酶的催化功能1993年K.B.穆利斯（美）發(fā)明“聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”法M.史密斯（加拿大）開(kāi)創(chuàng)“寡聚核苷酸基定點(diǎn)誘變”法1997年P(guān).B.博耶（美）、J.E.沃克爾（英）、J.C.斯科（丹麥）發(fā)現(xiàn)人體細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)儲(chǔ)藏轉(zhuǎn)移能量的離子傳輸酶

“據(jù)統(tǒng)計(jì),90年代的化學(xué)以及醫(yī)學(xué)/生理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的工作40%都可以歸屬于生物化學(xué)的范疇”2002年約翰·芬恩（美）、田中耕一（日）發(fā)明了生物大分子的質(zhì)譜分析法庫(kù)爾特·維特里希（瑞士）發(fā)明了對(duì)生物大分子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析的方法2003年彼得·阿格雷（美）、羅德里克·麥金農(nóng)（美）在細(xì)胞膜通道方面做出的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)。2004年阿龍-西查諾瓦、阿弗拉姆-赫爾什科（以）和伊爾溫-羅斯（美）泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解2006年羅杰科恩伯格(美)闡明了真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄的具體機(jī)理2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)“在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白方面做出貢獻(xiàn)”下村修(日本)馬丁沙爾菲(美國(guó))

哥倫比亞大學(xué)錢永健(美國(guó))加州大學(xué)圣地亞哥分校

展示了綠色熒光蛋白作為發(fā)光的遺傳標(biāo)簽的作用

1962年首次從水母中發(fā)現(xiàn)了熒光蛋白

改造綠色熒光蛋白取得多項(xiàng)成果2009年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)“核糖體結(jié)構(gòu)和功能的研究”耶魯大學(xué)劍橋大學(xué)MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室以色列魏茨曼科學(xué)研究所文卡特拉曼·拉馬克里希南

托馬斯·施泰茨

阿達(dá)·約納特六、生物化學(xué)課程與學(xué)習(xí)第七章核酸化學(xué)第八章糖代謝第九章脂代謝第十章氨基酸代謝第十一章核酸的生物合成第十二章蛋白質(zhì)的生物合成第一章緒論第二章蛋白質(zhì)化學(xué)第三章酶第四章糖類化學(xué)第五章脂類化學(xué)第六章維生素和輔酶靜態(tài)生物化學(xué)動(dòng)態(tài)生物化學(xué)第十三章生物化學(xué)研究進(jìn)展課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)與安排內(nèi)容多復(fù)雜而繁瑣

按生物分子的功能分類（不同于化學(xué)的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)分類）理論性強(qiáng)、概念多且前后交錯(cuò)

隨時(shí)消化／溫故知新及時(shí)