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1、生物化学Biochemistry 绪绪 论论 本本 章章 提提 纲：纲： 一、一、生物化学研究对象及内容生物化学研究对象及内容二、生物化学发展简史及现状二、生物化学发展简史及现状三、近代生物化学的发展趋势三、近代生物化学的发展趋势四、四、生物化学知识的应用生物化学知识的应用五生物化学与分子生物学同有关学五生物化学与分子生物学同有关学 科的关系科的关系六六课程特点及学习与安排课程特点及学习与安排七学习方法七学习方法一、一、生物化学研究对象及内容生物化学研究对象及内容 生物化学生物化学:n生物化学生物化学是在分子水平上阐明生命现象的科学。它是一门主要运用化学的原理、技术和方法，也结合其它学科的原理
2、与技术研究生命现象的科学，也就是研究生命活研究生命活动化学变化的学科，动化学变化的学科，即即生命的化学，是生命科学领域重要的基础学科，它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。n近年来，它的飞速发展推动了整个生命科学和医学向分子水平纵深发展。生物化学研究领域中的生物大分子-核酸和蛋白质是生命活动的最基本物质，研究这两类生物信息大分子的结构、功能及其在遗传信息传递中的作用已成为当前新兴学科-分子生物学的主要任务之一。是否应将分子生物学作为一门独立的基础课程设置，值得探讨。n研究对象：有生命的生物体研究对象：有生命的生物体( (动物、动物、植物、微生物植物、微生物) )。n主要任务：主要任务
3、：阐述构成生物体基本物质阐述构成生物体基本物质( (糖、脂肪、糖、脂肪、蛋白质、核酸等蛋白质、核酸等) )的结构、组成、性的结构、组成、性质；质；生物分子的结构、功能与生命现象生物分子的结构、功能与生命现象的关系；的关系；生物分子在生物机体中的相互作用生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。及其变化规律。n是生命的化学是生命的化学n用化学研究生命用化学研究生命n阐明生命本质阐明生命本质生物学生物学动物学动物学植物学植物学微生物学微生物学化学化学生物学生物学生物化学生物化学分子生物学分子生物学生物化学的地位生物化学的地位 1、研究生物体内物质的组成、结构和性质、研究生物体内物质的组成、结构和
4、性质 高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质，如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物。 生生物体物体细细胞胞有有机机成分成分无机无机成分成分脂肪脂肪碳水化碳水化合物合物核酸核酸水水无机盐无机盐蛋白质蛋白质动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞细胞膜细胞膜细胞质细胞质线粒体线粒体 高尔基体高尔基体细胞核细胞核内质网内质网溶酶体溶酶体细胞壁细胞壁叶绿体叶绿体有色体有色体白色体白色体液体液体晶体晶体分泌物分泌物吞噬吞噬中心体中心体胞饮胞饮细胞膜细胞膜 丙酮酸氧化丙酮酸氧化 三羧酸循环三羧酸循环 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 糖酵解糖酵解 糖异生糖异生
5、细胞是生命体的基本单位细胞是生命体的基本单位溶酶体线粒体核糖体中心体高尔基体细胞质核 仁核 膜细胞核核糖体细胞膜生命体的元素组成生命体的元素组成组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的存在的9292种天然元素中，只有种天然元素中，只有2828种元素在生物种元素在生物体内被发现体内被发现第一类元素：包括第一类元素：包括C C、H H、O O和和N N四种元素四种元素，是组是组成成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的物体总质量的99%99%以上。以上。第二类元素：包括第二类元素：包括S S、P P、C
6、lCl、CaCa、K K、NaNa和和MgMg。这类元素也是组成生命体的基本元素。这类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素：包括第三类元素：包括FeFe、CuCu、CoCo、MnMn和和ZnZn。是是生物体内存在的主要少量元素。生物体内存在的主要少量元素。第四类元素：包括第四类元素：包括AlAl、AsAs、B B、BrBr、CrCr、F F、GaGa、I I、MoMo、SeSe、SiSi等等。生物体的化学组成生物体的化学组成v自然界自然界所有的所有的生命物生命物体都由体都由三类物三类物质组成质组成水、无水、无机离子机离子和生物和生物分子分子n除了水和无机盐，活细胞主要由各种有机物构成：除了
7、水和无机盐，活细胞主要由各种有机物构成： 1 1）生物大分子：）生物大分子： 蛋白质蛋白质( (proteinprotein) )、 核酸核酸 ( (nucleic acidnucleic acid) )、 多糖多糖( (carbohydratecarbohydrate) )、 脂肪脂肪( (lipidslipids) ) 及其复合物及其复合物 2 2）小分子有机物：）小分子有机物： 维生素维生素(vitamin)(vitamin)、 激素激素(hormones)(hormones)、 氨基酸氨基酸(amino)(amino)、 核苷酸核苷酸(nucleotide)(nucleotide)、
8、脂肪酸脂肪酸(fatty acid)(fatty acid)2 2、研究生物体中新陈代谢过程、研究生物体中新陈代谢过程 n 合成代谢合成代谢（同化作用）：生物小分子（同化作用）：生物小分子合成为生物大分子，合成为生物大分子，需要能量需要能量；n 分解代谢分解代谢（异化作用）：生物大分子（异化作用）：生物大分子分解为生物小分子，分解为生物小分子，放出能量。放出能量。n 物质代谢与能量代谢相伴相随物质代谢与能量代谢相伴相随 新陈代谢的概念新陈代谢的概念 新陈代谢新陈代谢（metabolism）是生命最基本的特征之一，是生命最基本的特征之一，泛指生物与周围环境进行泛指生物与周围环境进行物质交换物质交
9、换、能量交换能量交换和和信息交换信息交换的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质的过程。生物一方面不断地从周围环境中摄取能量和物质，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化，通过一系列生物反应转变成自身组织成分，即所谓同化作用（作用（assimilation）；）；另一方面，将原有的组成成份经另一方面，将原有的组成成份经过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体过一系列的生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外，即所谓异化作用（外，即所谓异化作用（dissimilation ），），通过上述过程不通过上述过程不断地进行自我更新。断地进行自我更新。 特点：特异、有序、
10、高度适应和灵敏调节、代谢途特点：特异、有序、高度适应和灵敏调节、代谢途径逐步进行径逐步进行新陈代谢的概念及内涵新陈代谢的概念及内涵 小分子小分子 大分子大分子合成代谢合成代谢（同化作用）（同化作用） 需要能量需要能量 释放能量释放能量分解代谢分解代谢（异化作用）（异化作用） 大分子大分子 小分子小分子物物质质代代谢谢能能量量代代谢谢新新陈陈代代谢谢信信息息交交换换生生物物界界能能量量传传递递及及转转化化总总过过程程太太 阳阳电子传递电子传递合成合成分解分解电子传递电子传递光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用生生命命现现象象自自养养细细胞胞异异养养细细胞胞ATPADP(CH2O)+O2(CO2)+H
11、2OATPADP（光光 能）能）（电电 能）能）（化化 学学 能）能）（化化 学学 能）能）（电电 能）能）（化化 学学 能）能）生物合成生物合成机机 械械 功功主动运输主动运输生物发光生物发光生物发电生物发电生物发热生物发热3、研究遗传信息的表达研究遗传信息的表达 4 4、研究物质代谢的调控、研究物质代谢的调控生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢生物机体的新陈代谢是一个完整的整体，机体代谢的协调配合，关键在于它存在有精密的调节机制。的协调配合，关键在于它存在有精密的调节机制。代谢的调节使生物机体能适应其内、外复杂的变化代谢的调节使生物机体能适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。这
12、种精密的调节机制是生物环境，从而得以生存。这种精密的调节机制是生物在长期演化中获得的。在长期演化中获得的。生物界代谢的调节，可分为4个水平：酶水平调节、细胞水平调节、激素水平调节、神经水平调节。代谢调节的不同水平：代谢调节的不同水平： 1) 酶水平调节酶水平调节 2） 细胞水平调节细胞水平调节 3） 激素水平调节激素水平调节 4） 神经水平调节神经水平调节单单细细胞胞生生物物植植物物动动物物（一）酶水平调节一）酶水平调节1. 酶活性的调节酶活性的调节（1）别构调节作用）别构调节作用一般为寡聚酶，由催化亚基和调节亚基组成，别构效应物与调节亚基结合，引起酶分子的构象发生变化，从而改变酶的活性。酶促
13、反应的前馈和反馈调节酶促反应的前馈和反馈调节（反馈调节包括正反馈和负反馈）。(2) 酶原的激活等酶原的激活等（3）共价修饰调节作用）共价修饰调节作用不同类型的可逆共价修饰作用：磷酸化/脱磷酸化；乙酰化/脱乙酰化；腺苷酸化/脱腺苷酸化；尿苷酸化/脱尿苷酸化；ADP-核糖基化；甲基化/脱甲基化；S-S/SH相互转变。 共价修饰调节对调节信号有放大作用。如磷酸化酶激活的级联反应。（1）原核生物基因表达调节）原核生物基因表达调节19601961年，J. Monod 和 F. Jacob 提出乳糖操纵子模型（lac operon model）。酶合成的诱导作用降解物的阻遏作用酶合成的阻遏作用（2）真核生
14、物基因表达的调控）真核生物基因表达的调控为多级调控方式：转录前水平调控、转录水平上的调控、转录后水平的调控、翻译水平调控、翻译后水平调控。2. 基因表达的调节基因表达的调节酶生物合成在转录水平和翻译水平受到调节。ayzopi结构基因结构基因控制位点控制位点调节基因调节基因乳糖操纵子乳糖操纵子ayzopioCAP与cAMP形成复合物，结合在lac operon的启动基因上，促进转录的进行。cAMP-CAP是正调控因子，阻遏蛋白是负调控因子。ABCDEopLatrpRtrpPtrpO trpE trpD trpC trpB trpAE. coli 色氨酸操纵子模型Trp合成途径还存在色氨酸操纵子中
15、衰减子衰减子所引起的衰减调节。（二）酶在细胞内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节）二）酶在细胞内的集中存在与隔离分布（细胞水平调节） 代谢酶类区域化具有的生理意义即是实现代谢调控的一个原始方式。 酶活性调节酶活性调节细胞水平调节细胞水平调节 酶含量调节酶含量调节( (基因表达的调控基因表达的调控) ) 以酶区域化分布为基础的调以酶区域化分布为基础的调节节 （三）激素对代谢的调节三）激素对代谢的调节动物激素动物激素4类：类：氨基酸及其衍生物、肽及蛋白质、固醇类、脂肪酸衍生物。植物激素植物激素5类类：生长素、赤霉素类、激动素类、脱落酸、乙烯。蛋白质肽类激素与类固醇激素的作用机制。（四）神经系统对代
16、谢的调节四）神经系统对代谢的调节 此外，涉及到细胞信号转导此外，涉及到细胞信号转导、生生物分子的结构与功能物分子的结构与功能、遗传与繁殖遗传与繁殖目前已知，细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，以保证细胞能够对内、外环境的变化及时作出反应，使细胞内所有的化学变化均以合乎生物体自身需要的方式进行。根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观点 ，要想了解细胞及亚细胞的结构和功能，必先了解构成细胞及亚细胞的生物分子的结构和功能。因此，研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。 十九世纪中叶到二十世纪初，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，发现了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成 。 二、生物化学发展简史及现状二、生物化学发展简史及现状有机化学的发展有机化学的发展 简单的说, 有机化学就是H, C, N, O的化学。 其发展是必然的, 因为人对生命物质的兴趣要比对非生命物质更浓。化学分析的
