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1、生物化学绪论Introduction to Biochemistry 一、一、什么是什么是生物化学？生物化学？二、二、为什么为什么学生物化学？学生物化学？三、三、学什么学什么内容？内容？四、四、怎么学怎么学？w Biochemistry(Biological chemistry)w 主要运用主要运用化学化学的原理和方法，从的原理和方法，从分子水平分子水平来研究来研究生物体生物体（化学组成及化学变化）（化学组成及化学变化）的一门学科的一门学科w 在分子水平探索生命现象的本质在分子水平探索生命现象的本质w 生命的化学生命的化学w 生化生化w molecular biologyw 研究核酸、蛋白质等
2、生物大分子的结构、功能研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及其调控的一门学科。及其调控的一门学科。分子分子免疫学免疫学分子分子遗传学遗传学分子分子肿瘤学肿瘤学分子分子药理学药理学分子分子病理学病理学分子分子微生物学微生物学1.叙述生物化学叙述生物化学（18世纪世纪19世纪末世纪末）2.动态生物化学动态生物化学（20世纪初世纪初20世纪中叶世纪中叶）3.分子生物学分子生物学（20世纪中叶以后世纪中叶以后）埃米尔埃米尔 费舍尔（费舍尔（Emil Fischer）德国著名化学家德国著名化学家Fischer首次证明了蛋白质是首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提多肽；发现酶的专一性，提出并验证
3、了酶催化作用的出并验证了酶催化作用的“锁锁-匙匙”学说；合成了糖及学说；合成了糖及嘌呤。嘌呤。1902年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。1.叙述生物化学阶段叙述生物化学阶段德国化学家德国化学家恩斯特恩斯特霍普霍普-席勒（席勒（Ernst Hoppe-Seyler）首次从血液中分离出血红蛋白并制首次从血液中分离出血红蛋白并制成了结晶，是第一个获得蛋白质结晶的人。成了结晶，是第一个获得蛋白质结晶的人。1877年，霍普年，霍普-席勒创立了德文席勒创立了德文生理化学杂志生理化学杂志（Zeitschrift fr Physiologische Chemie）。）。这时，这时，生物化学从生理学分出作为一门新的独
4、立生物化学从生理学分出作为一门新的独立学科诞生学科诞生。1.叙述生物化学阶段叙述生物化学阶段1868年，瑞士青年学者、霍普年，瑞士青年学者、霍普-席勒的席勒的学生学生弗里 德 利 克弗里 德 利 克 米 歇 尔（米 歇 尔（Friedrick Miescher）从伤口敷料的脓血球中发现从伤口敷料的脓血球中发现“核核素素”（“核酸核酸”的早期命名）。的早期命名）。1.叙述生物化学阶段叙述生物化学阶段1830年路易斯年路易斯巴斯德巴斯德（Louis Pasteur）首先证明，）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发酵（葡萄糖转变成乙醇和只有活的酵母细胞才能进行发酵（葡萄糖转变成乙醇和二氧化碳）。二氧
5、化碳）。2.动态生物化学阶段动态生物化学阶段1897年，爱德尔德年，爱德尔德布希奈布希奈（Eduard Buchner）（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1907）和汉斯）和汉斯布希奈（布希奈（Hans Buchner）两兄弟实验证明，无细胞的酵母提取液仍可催化生醇两兄弟实验证明，无细胞的酵母提取液仍可催化生醇发酵反应，使巴斯德关于发酵反应，使巴斯德关于“只有活的酵母细胞才能进只有活的酵母细胞才能进行发酵行发酵”的认识前进了一步。的认识前进了一步。詹姆斯詹姆斯 萨姆奈萨姆奈（James B Sumner）（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1946）1926年第一个成功地制年第一个成功地制备了尿素酶（备了尿素酶（u
6、rease）结晶，并首次证明酶）结晶，并首次证明酶是蛋白质。是蛋白质。2.动态生物化学阶段动态生物化学阶段汉斯汉斯 克雷勃斯克雷勃斯（Hans A.Krebs）英国生化学家英国生化学家2.动态生物化学阶段动态生物化学阶段1932年，克雷勃斯和库尔特年，克雷勃斯和库尔特汉瑟雷汉瑟雷特特(Kurt Henseleit)发现了尿素循环反应发现了尿素循环反应途径。途径。1937年，克雷勃斯又提出了三羧酸年，克雷勃斯又提出了三羧酸循环理论，并解释了机体内所需能量的循环理论，并解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、产生过程和糖、脂肪、蛋白质的相互联蛋白质的相互联系及相互转变机理。于系及相互转变机理。于
7、1953年获诺贝尔年获诺贝尔奖。奖。李纳斯李纳斯 鲍林鲍林Linus Pauling美国美国 1951年，年，Linus Pauling（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1954）和）和Robert B.Corey采用采用X射射线衍射技术研究蛋白质结晶，发现线衍射技术研究蛋白质结晶，发现了蛋白质分子的二级结构形式了蛋白质分子的二级结构形式-螺螺旋。旋。3.分子生物学阶段分子生物学阶段弗利德里克弗利德里克 桑格桑格Frederick Sanger英国英国3.分子生物学阶段分子生物学阶段1953年，年，Sanger采用采用化学方法完成了胰岛素序化学方法完成了胰岛素序列 分 析（诺 贝 尔 奖，列 分 析（诺
8、 贝 尔 奖，1958）。）。詹姆斯詹姆斯沃森（沃森（James D.Watson）美国美国弗朗西斯弗朗西斯克里克（克里克（Francis H.Crick）英国英国诺贝尔奖，诺贝尔奖，1962年年Paul BergHerbert Boyer Stanley Cohen 1973年，年，Paul Berg、Herbert Boyer和和Stanley Cohen首次在体外将重组的首次在体外将重组的DNA分子形成无性繁殖分子形成无性繁殖系系DNA“克隆克隆”（诺贝尔奖，（诺贝尔奖，1980）。）。克隆羊多莉克隆羊多莉 克隆是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破，反映克隆是人类在生物科学领域取得
9、的一项重大技术突破，反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。克隆人耳鼠克隆人耳鼠I.Wilmut英国英国组学组学w 基因组学基因组学(genomics)w 蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)w 转录组学转录组学(transcriptomics)w RNA组学组学(RNomics)w 代谢组学代谢组学(metabolomics)w 糖组学糖组学(glycomics)利用人体皮肤细胞利用人体皮肤细胞“仿制仿制”出胚胎干细胞出胚胎干细胞（2007年世界十大科技进展）年世界十大科技进展）w 美国威斯康星大学麦迪逊分校一个研究小组：成纤维细胞
10、w 日本京都大学一个研究小组：面部皮肤细胞w 基因重新编排技术：向皮肤细胞中植入一组4个基因，通过基因重新编排，使皮肤细胞具备胚胎干细胞的功能。我国古代对生物化学发展作出的重要贡献我国古代对生物化学发展作出的重要贡献w 夏禹时代（夏禹时代（40004000多年前）酿酒用曲（酶）；多年前）酿酒用曲（酶）；w 公元前公元前1212世纪的商周时期可制造酱、醋；世纪的商周时期可制造酱、醋；w 公元前公元前2 2世纪（汉朝）能制作豆腐；世纪（汉朝）能制作豆腐；w 晋朝（公元晋朝（公元4 4世纪）用含碘的海藻治疗甲状腺肿；世纪）用含碘的海藻治疗甲状腺肿；w 唐朝初（公元唐朝初（公元7 7世纪）孙思邈用含维
11、生素世纪）孙思邈用含维生素B B1 1的中草的中草药和米糠治疗脚气病；药和米糠治疗脚气病；w 明朝（公元明朝（公元1414世纪）李时珍的本草纲目中记载了世纪）李时珍的本草纲目中记载了400400余种包括代谢产物与分泌物的动物药。余种包括代谢产物与分泌物的动物药。我国生物化学的开拓者吴宪吴宪教授蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述性丛书述性丛书Advances in Protein Chemistry第第47卷（卷（1995年）发表了美国年）发表了美国哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈J.T.Eddsall的文章的文章“吴宪
12、与第一个蛋白质变性吴宪与第一个蛋白质变性理论（理论（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”，对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。该卷还重新刊登了吴宪教授六十四年前关于该卷还重新刊登了吴宪教授六十四年前关于蛋白质变性的论文。一篇在蛋白质变性的论文。一篇在1931年发表的年发表的论文居然在论文居然在1995年仍然值得在第一流的丛年仍然值得在第一流的丛书上重新全文刊登，不能不说是国际科学界书上重新全文刊登，不能不说是国际科学界的一件极为罕见的大事。的一件极为罕见的大事。
13、1965年年9月月17日，人工合成日，人工合成胰岛素在中国首次发现。胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。合成蛋白质的时代。一、生物分子的结构与功能一、生物分子的结构与功能二、物质代谢及其调节二、物质代谢及其调节三、基因信息传递及其调控三、基因信息传递及其调控1.生物分子的概念生物分子的概
14、念2.生物分子的结构生物分子的结构w 生物分子：生物分子：由由C、H、O、N等组成的有机化合物等组成的有机化合物 如：如：糖类、脂类、蛋白质、核酸和维生素糖类、脂类、蛋白质、核酸和维生素等。等。w 生物大分子生物大分子(biomacromolecule)：分子量较大，结构复杂，分子量较大，结构复杂，包括：包括：聚糖类、聚糖类、聚脂类聚脂类、蛋白质和核酸、蛋白质和核酸等等w 生物信息分子生物信息分子(informational biomolecule)：结构蕴藏信息，：结构蕴藏信息，包括：包括：聚糖类、蛋白质和核酸聚糖类、蛋白质和核酸等等w 在生物信息大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白在生物信息
15、大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白质和核酸。所以，质和核酸。所以，是生命活动的最重是生命活动的最重要物质基础。要物质基础。1.新陈代谢的概念新陈代谢的概念2.物质代谢概况物质代谢概况糖糖脂类脂类Pr.H2O维生素维生素无机盐无机盐 消化消化吸收吸收简单物质简单物质合成合成复杂物质复杂物质 分解分解简单物质简单物质废物废物排泄排泄（CO2、H2O、脲、脲)物质代谢物质代谢能量代谢能量代谢合成合成分解分解转变转变调节调节生成生成贮存贮存释放释放转化转化生命现象生命现象(开始开始)(中间中间)(终末终末)合成合成代谢代谢（同同化作用）化作用）分解分解代谢代谢（异异化作用）化作用）生物小分子合成生物大
16、分子生物小分子合成生物大分子生物大分子分解为生物小分子生物大分子分解为生物小分子物质代谢与能量代谢的统一，二者相辅相成。物质代谢与能量代谢的统一，二者相辅相成。1.基因的概念基因的概念2.基因信息的传递基因信息的传递3.基因活性的影响因素基因活性的影响因素w 合成有功能的合成有功能的蛋白质多肽链蛋白质多肽链或或RNA所必需的全部核苷酸所必需的全部核苷酸序列。序列。w 一般是一般是DNA序列序列（或（或RNA病毒中的病毒中的RNA）。）。w 具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。3.基因活性的影响因素基因活性的影响因素w DNA复制偶尔会出现差错；在内、外环境因素的作复制偶尔会出现差错；在内、外环境因素的作用下，用下，DNA也会发生损伤。如果发生的差错或损伤也会发生损伤。如果发生的差错或损伤不能得以矫正或修复，破坏了基因组的稳定性，就会不能得以矫正或修复，破坏了基因组的稳定性，就会引起引起基因变异基因变异或突变（或突变（mutation）。）。w 基因（基因（DNA）序列变异序列变异或突变属于一种遗传变化或突变属于一种遗传变化（genetic cha
