1-緒論(生物化學(xué))

生物化學(xué)藥學(xué)院藥物科學(xué)系鄭靜概念

生物化學(xué)是用化學(xué)的原理和方法，從分子水平來(lái)研究生物體的化學(xué)組成，及其在體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)變規(guī)律從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門(mén)科學(xué)。第一節(jié)生命一、生命的定義自我復(fù)制(self-replication)自我裝配(self-assemble)自我調(diào)節(jié)(self-regulation)一個(gè)邊界一套執(zhí)行機(jī)構(gòu)一套遺傳機(jī)構(gòu)細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單元

細(xì)

胞

的

基

本

構(gòu)

成二、生命的的共同“語(yǔ)言”——化學(xué)著名的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者亞瑟·肯伯格（ArthurKornberg）在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院建校100周年時(shí)說(shuō)：“所有的有生命體都有一個(gè)共同的語(yǔ)言，這個(gè)語(yǔ)言就是化學(xué)?！盌NA是生命體的“共同語(yǔ)言”

生物體的化學(xué)組成自然界所有的生命物體都由三類(lèi)物質(zhì)組成水、無(wú)機(jī)離子和生物分子生命體的元素組成在地球上存在的92種天然元素中，只有28種元素在生物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)第一類(lèi)元素：包括C、H、O和N四種元素，是組成生命體最基本的元素。這四種元素約占了生物體總質(zhì)量的99%以上。第二類(lèi)元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。這類(lèi)元素也是組成生命體的基本元素。第三類(lèi)元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物體內(nèi)存在的主要少量元素。第四類(lèi)元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。生物分子生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能基礎(chǔ)，是生物化學(xué)研究的基本對(duì)象。生物分子的主要類(lèi)型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等。七大營(yíng)養(yǎng)要素：水、無(wú)機(jī)鹽、糖、脂、蛋白質(zhì)、維生素、氧第二節(jié)發(fā)展簡(jiǎn)史1780-1789Lavoisier（法）研究“生物體內(nèi)的燃燒”，指出此類(lèi)“燃燒”耗氧并排出二氧化碳。后人稱(chēng)他是生物化學(xué)之父。1830-1842Liebig（德）將食物分為糖、脂、蛋白質(zhì)類(lèi)，提出“代謝”一詞，證明動(dòng)物體溫形成是食物在體內(nèi)“燃燒”的緣故。最先寫(xiě)出兩本生物化學(xué)相關(guān)專(zhuān)著。生物化學(xué)的創(chuàng)始人埃米爾·費(fèi)舍爾（EmilFischer）1890－1902Fischer（德）首次證明了蛋白質(zhì)是多肽；發(fā)現(xiàn)酶的專(zhuān)一性，提出并驗(yàn)證了酶催化作用的“鎖-匙”學(xué)說(shuō)；合成了糖及嘌呤。1902年獲諾貝爾獎(jiǎng)。漢斯·克雷勃斯（HansA.Krebs）1937年

Krebs（英）發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)，1953年獲諾貝爾獎(jiǎng)。李納斯·鮑林（LinusPauling）1949Pauling（美）指出鐮刀形紅細(xì)胞性貧血是一種分子病，并于1951年提出蛋白質(zhì)存在二級(jí)結(jié)構(gòu)。1954年獲諾貝爾獎(jiǎng)?wù)材匪埂の稚↗amesD.Watson）1953年Watson（美）與Crick（英）提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，1962年共獲諾貝爾獎(jiǎng)。弗朗西斯·克里克（FrancisH.Crick）1969-1972,Arber(瑞士),Smith(美)與Nathans(美)在核酸限制酶的分離與應(yīng)用方面做出突出貢獻(xiàn),1978年共獲諾貝爾獎(jiǎng)。1972Berg（美）在基因工程基礎(chǔ)研究方面作出了杰出成果，獲1980年諾貝爾獎(jiǎng)。1973Cohen等（美）用核酸限制性內(nèi)切酶EcoR1，首次基因重組成功。HamiltonO.SmithDanielNathansWernerArberPaulBergHerbertBoyerStanleyCohen2001Venter（美）等報(bào)道完成了人類(lèi)基因組草圖測(cè)序。我國(guó)生物化學(xué)家的貢獻(xiàn)1965年我國(guó)在世界上首先用人工方法合成有生物活性的結(jié)晶牛胰島素。1971年用X射線衍射測(cè)定了牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)1979年我國(guó)用人工方法合成酵母丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸。蛋白質(zhì)變性的理論是我國(guó)科學(xué)家吳憲創(chuàng)立的。我國(guó)生物化學(xué)的開(kāi)拓者——吳憲教授蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域內(nèi)國(guó)際上最具有權(quán)威性的綜述性叢書(shū)《AdvancesinProteinChemistry》第47卷（1995年）發(fā)表了美國(guó)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(gè)蛋白質(zhì)變性理論（1931）HsienWuandthefirstTheoryofProteinDenaturation(1931)”，對(duì)吳憲教授的學(xué)術(shù)成就給予了極高的評(píng)價(jià)。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(shū)上重新全文刊登，不能不說(shuō)是國(guó)際科學(xué)界的一件極為罕見(jiàn)的大事。1940我國(guó)生物化學(xué)家劉思職發(fā)現(xiàn)抗體、抗原反應(yīng)存在定量關(guān)系。劉思職人類(lèi)基因組計(jì)劃中國(guó)協(xié)調(diào)人楊煥明◆生物化學(xué)的重要成就20世紀(jì)50年代1953年Watson和Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型——分子生物學(xué)的里程碑。

1958年Watson和Crick提出分子遺傳的中心法則。20世紀(jì)70年代20世紀(jì)80年代1981年，Cech在四膜蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)有催化功能的RNA（核酶，Ribozyme）。1972年，Berg等完成了世界上首次DNA體外重組實(shí)驗(yàn)，1973年，Cohen等成功進(jìn)行了另一個(gè)體外重組實(shí)驗(yàn)，從而誕生了一門(mén)嶄新的技術(shù)——基因工程。20世紀(jì)90年代“人類(lèi)基因組計(jì)劃”1990年10月啟動(dòng)，耗資30億美元，被譽(yù)為是生命科學(xué)領(lǐng)域的阿波羅登月計(jì)劃。

1997年，英國(guó)羅斯林研究所首次用體細(xì)胞“克隆”培育法獲得綿羊——多利。

1998年，美科學(xué)家成功地在體外培養(yǎng)和增殖了人體胚胎干細(xì)胞。干細(xì)胞研究因此被美國(guó)《科學(xué)》雜志評(píng)為1999年度世界十大科學(xué)成就之冠。21世紀(jì)2000年，六國(guó)科學(xué)家繪制完成人類(lèi)基因組“工作框架圖”，2001年公布了人類(lèi)基因組圖譜及初步分析結(jié)果。2004年發(fā)現(xiàn)“垃圾DNA”不是“垃圾”。

2002年，發(fā)現(xiàn)小分子核糖核酸（microRNA），破譯老鼠基因組。針對(duì)多項(xiàng)疾病展開(kāi)研究并取得較大進(jìn)展，如精神病、SARS、腫瘤、禽流感。

干擾素1980年，由美國(guó)生物化學(xué)家博耶和科恩創(chuàng)建的基因工程公司，1981年，用酵母菌生產(chǎn)干擾素獲得成功。過(guò)去，用白細(xì)胞生產(chǎn)干擾素，每個(gè)細(xì)胞最多只能產(chǎn)生100～1000個(gè)干擾素分子；而用基因工程技術(shù)改造的大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)，在1～2天內(nèi)，每個(gè)菌體能產(chǎn)生20萬(wàn)個(gè)干擾素分子。

21世紀(jì)我國(guó)本土將誕生諾貝爾獎(jiǎng)獲得者

預(yù)測(cè)變現(xiàn)實(shí)，有待努力，讓我們?yōu)榇斯裁阈氯A社北京2002年4月11日電中科院院長(zhǎng)路甬祥在“中國(guó)近現(xiàn)代科技回顧與展望國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)”上作大會(huì)報(bào)告時(shí)說(shuō)：“通過(guò)創(chuàng)造性的工作，21世紀(jì)的中國(guó)科學(xué)家和工程師將比20世紀(jì)為世界科學(xué)做出大得多的貢獻(xiàn)，在中國(guó)本土上產(chǎn)生諾貝爾獎(jiǎng)將不再是問(wèn)題，中國(guó)將涌現(xiàn)出一批無(wú)愧于21世紀(jì)的世界級(jí)科學(xué)大師和工程技術(shù)大師?！保ㄓ浾呃畋螅┬氯A社香港2002年４月１６日電諾貝爾獎(jiǎng)得主楊振寧教授今天在這里表示對(duì)中國(guó)未來(lái)的科技發(fā)展很有信心，他認(rèn)為在未來(lái)中國(guó)很可能會(huì)出現(xiàn)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科技人才。（記者叢亞平）第三節(jié)內(nèi)容生物學(xué)動(dòng)物學(xué)植物學(xué)微生物學(xué)化學(xué)生物學(xué)生物化學(xué)生物化學(xué)的概念生物化學(xué)主要是應(yīng)用化學(xué)的理論和方法來(lái)研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。生物化學(xué)的基本內(nèi)容包括：發(fā)現(xiàn)和闡明構(gòu)成生命物體的分子基礎(chǔ)

生物分子的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；生物分子的結(jié)構(gòu)、功能與生命現(xiàn)象的關(guān)系；生物分子在生物機(jī)體中的相互作用及其變化規(guī)律。生命的化學(xué)，化學(xué)的生命內(nèi)容：生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能：蛋白質(zhì)、核酸化學(xué)、酶、維生素與微量元素物質(zhì)代謝：糖、脂、氨基酸、核苷酸代謝，生物氧化、代謝調(diào)節(jié)遺傳信息的傳遞規(guī)律：DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)生物合成、基因表達(dá)調(diào)控、基因工程、基因組學(xué)器官生化（重要組織器官的代謝特點(diǎn)）:肝膽、血液、結(jié)締組織骨牙、感覺(jué)系統(tǒng)化學(xué)、神經(jīng)系統(tǒng)化學(xué)專(zhuān)題：細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控與腫瘤、生物信息學(xué)生物化學(xué)內(nèi)容糖類(lèi)脂類(lèi)蛋白質(zhì)酶核酸激素維生素糖代謝脂代謝生物氧化氨基酸代謝核苷酸代謝DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄翻譯神經(jīng)傳導(dǎo)肌肉收縮…功能生化動(dòng)態(tài)生化靜態(tài)生化分子生物學(xué)生物化學(xué)的研究?jī)?nèi)容靜態(tài)生物化學(xué)構(gòu)成生物體的生物分子的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、生物功能及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。動(dòng)態(tài)生物化學(xué)物質(zhì)代謝的體內(nèi)動(dòng)態(tài)過(guò)程及在代謝過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)換和代謝調(diào)節(jié)規(guī)律。功能生物化學(xué)研究代謝反應(yīng)與生理功能的關(guān)系。靜態(tài)生物化學(xué)的發(fā)展階段

從19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代，描述有機(jī)生物化學(xué)的發(fā)展。這個(gè)時(shí)期的生物化學(xué)更多地依附于有機(jī)化學(xué)，大量工作圍繞生命的存在方式——“蛋白質(zhì)”進(jìn)行。

動(dòng)態(tài)生物化學(xué)的發(fā)展階段

約在20世紀(jì)30到50年代，描述生理生物化學(xué)的發(fā)展，主要研究生物體內(nèi)物質(zhì)的變化，即代謝途徑。

19世紀(jì)中葉，生物學(xué)積累了若干有關(guān)血液循環(huán)和消化、吸收的知識(shí)，生物化學(xué)開(kāi)始探索生理功能的化學(xué)過(guò)程，從而派生出了生理生物化學(xué)。功能生物化學(xué)的發(fā)展階段

從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，描述分子或綜合生物化學(xué)的發(fā)展，主要研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。由于各種現(xiàn)代化技術(shù)和設(shè)備的發(fā)明和發(fā)展，生物化學(xué)的進(jìn)展更集中地反映在蛋白質(zhì)、酶和核酸等生物大分子的研究上，使生命起源研究進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期。二、生物化學(xué)的研究對(duì)象

微生物生化

植物生化生物體

動(dòng)物生化人體生化生物大分子基本特征生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白質(zhì)四類(lèi)物質(zhì)，分子量一般都很大，所以又稱(chēng)為生物大分子。生物信息大分子具有如下特征：（1）由結(jié)構(gòu)小分子結(jié)構(gòu)單元組成.（2）順序排列。（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜：線性信息，三維信息生物大分子的一級(jí)結(jié)構(gòu)：構(gòu)成生物分子的結(jié)構(gòu)單元分子按不同的排列組合，形成數(shù)量龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的線性分子或環(huán)狀分子。通常將只涉及結(jié)構(gòu)單元的排列順序的結(jié)構(gòu)類(lèi)型稱(chēng)為一級(jí)結(jié)構(gòu)。生物大分子的立體結(jié)構(gòu)生物大分子在線性或環(huán)狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)分子內(nèi)或分子之間的基團(tuán)（包括極性、非極性和帶電荷基團(tuán)）相互作用，可以進(jìn)一步形成非常復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。例如盤(pán)繞成螺旋形，折疊成片層狀。有的以線狀存在，而有的則形成球狀等。生物化學(xué)與藥學(xué)科學(xué)生物化學(xué)與藥學(xué)科學(xué)（一）生物化學(xué)是藥學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科（二）生物化學(xué)與制藥工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)

1.生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法在制藥工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

2.藥品生產(chǎn)中無(wú)菌操作多利用了生物化學(xué)的基本原理。

3.以生物化學(xué)、微生物學(xué)和分子生物學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的生物工程制藥工業(yè)已經(jīng)成為制藥工業(yè)的一個(gè)新門(mén)類(lèi)。第四節(jié)生化魅力所有生物學(xué)科都不是孤立的，而是相互聯(lián)系、相互補(bǔ)充、相互滲透，其基礎(chǔ)就是“生命的化學(xué)語(yǔ)言”。換而言之，生物化學(xué)是聯(lián)系生物學(xué)科之間的橋梁。有用可實(shí)現(xiàn)許多個(gè)人愿望。有趣可成名20世紀(jì)Nobel生理學(xué)、化學(xué)獎(jiǎng)中半數(shù)以上在生物化學(xué)領(lǐng)域取得重大突破可獲利無(wú)形資產(chǎn)有形資產(chǎn)第五節(jié)學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法抓住特點(diǎn)、記住要點(diǎn)綱目清楚、多而不亂循序漸進(jìn)、前后聯(lián)系適當(dāng)歸納對(duì)比一條主線：生命的化學(xué)、化學(xué)的生命一個(gè)中心：認(rèn)識(shí)生命、改造生命萬(wàn)能方法：理解＋記憶參考書(shū)B(niǎo)ergJM,TymoczkoJL,StryerL,ClarkeND：Biochemistry(5thed).WHFreeman&Co.NewYork,2002NelsonDL,CoxMM：LehningerPrinciplesofBiochemistry，WorthPublishers，NewYork，2000Murray