生物化学 绪论(药学本科09).ppt

生物化学绪论Introduction to Biochemistry,李 凌 博士、副教授,南方医科大学基因工程研究所生物化学与分子生物学教研室,绪 论,一、什么是生物化学？二、为什么学生物化学？三、学什么内容？四、怎么学？,生物化学,Biochemistry(Biological chemistry)主要运用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体（化学组成及化学变化）的一门学科在分子水平探索生命现象的本质生命的化学生化,分子生物学,molecular biology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。,生物化学发展史,1.叙述生物化学（18世纪19世纪末）2.动态生物化学（20世纪初20世纪中叶）3.分子生物学（20世纪中叶以后）,埃米尔 费舍尔（Emil Fischer）德国著名化学家,Fischer首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的“锁-匙”学说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺贝尔奖。生物化学的创始人,1.叙述生物化学阶段,德国化学家恩斯特霍普-席勒（Ernst Hoppe-Seyler）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。1877年，霍普-席勒创立了德文生理化学杂志（Zeitschrift fr Physiologische Chemie）。这时，生物化学从生理学分出作为一门新的独立学科诞生。,1.叙述生物化学阶段,1868年，瑞士青年学者、霍普-席勒的学生弗里德利克米歇尔（Friedrick Miescher）从伤口敷料的脓血球中发现“核素”（“核酸”的早期命名）。,1.叙述生物化学阶段,1830年路易斯巴斯德（Louis Pasteur）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二氧化碳）。,2.动态生物化学阶段,1897年，爱德尔德布希奈（Eduard Buchner）（诺贝尔奖，1907）和汉斯布希奈（Hans Buchner）两兄弟实验证明，无细胞的酵母提取液仍可催化生醇发酵反应，使巴斯德关于“只有活的酵母细胞才能进行发酵”的认识前进了一步。,詹姆斯 萨姆奈（James B Sumner）（诺贝尔奖，1946）1926年第一个成功地制备了尿素酶（urease）结晶，并首次证明酶是蛋白质。,2.动态生物化学阶段,汉斯 克雷勃斯（Hans A.Krebs）英国生化学家,2.动态生物化学阶段,1932年，克雷勃斯和库尔特汉瑟雷特(Kurt Henseleit)发现了尿素循环反应途径。1937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产生过程和糖、脂肪、蛋白质的相互联系及相互转变机理。于1953年获诺贝尔奖。,李纳斯 鲍林Linus Pauling美国,1951年，Linus Pauling（诺贝尔奖，1954）和Robert B.Corey采用X射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-螺旋。,3.分子生物学阶段,弗利德里克 桑格Frederick Sanger英国,3.分子生物学阶段,1953年，Sanger采用化学方法完成了胰岛素序列分析（诺贝尔奖，1958）。,詹姆斯沃森（James D.Watson）美国,DNA双螺旋结构模型，1953年,弗朗西斯克里克（Francis H.Crick）英国,诺贝尔奖，1962年,Paul Berg,Herbert Boyer,Stanley Cohen,1973年，Paul Berg、Herbert Boyer和Stanley Cohen首次在体外将重组的DNA分子形成无性繁殖系DNA“克隆”（诺贝尔奖，1980）。,重组DNA技术,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,I.Wilmut英国,人类基因组计划（HGP）,组学(-omics),基因组学(genomics)蛋白质组学(proteomics)转录组学(transcriptomics)RNA组学(RNomics)代谢组学(metabolomics)糖组学(glycomics),利用人体皮肤细胞“仿制”出胚胎干细胞（2007年世界十大科技进展）,美国威斯康星大学麦迪逊分校一个研究小组：成纤维细胞日本京都大学一个研究小组：面部皮肤细胞基因重新编排技术：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夏禹时代（4000多年前）酿酒用曲（酶）；公元前12世纪的商周时期可制造酱、醋；公元前2世纪（汉朝）能制作豆腐；晋朝（公元4世纪）用含碘的海藻治疗甲状腺肿；唐朝初（公元7世纪）孙思邈用含维生素B1的中草药和米糠治疗脚气病；明朝（公元14世纪）李时珍的本草纲目中记载了400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教授,蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的综述性丛书Advances in Protein Chemistry第47卷（1995年）发表了美国哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈J.T.Eddsall的文章“吴宪与第一个蛋白质变性理论（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。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1931年发表的论文居然在1995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的一件极为罕见的大事。,1965年9月17日，人工合成胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。,一、生物分子的结构与功能二、物质代谢及其调节三、基因信息传递及其调控,生物化学的主要内容,1.生物分子的概念2.生物分子的结构,一、生物分子的结构与功能,生物分子：由C、H、O、N等组成的有机化合物 如：糖类、脂类、蛋白质、核酸和维生素等。生物大分子(biomacromolecule)：分子量较大，结构复杂，包括：聚糖类、聚脂类、蛋白质和核酸等生物信息分子(informational biomolecule)：结构蕴藏信息，包括：聚糖类、蛋白质和核酸等,在生物信息大分子中，生命信息的传递有赖于蛋白质和核酸。所以，蛋白质和核酸是生命活动的最重要物质基础。,生物大分子 核酸 蛋白质 聚糖 结构单位 核苷酸 氨基酸 单糖 连接键 3,5-磷酸二酯键 肽键 糖苷键 游离末端 5磷酸，3羟基 氨基端，羧基端 非还原端，还原端 多聚体合成方向 53 NC 非还原端还原端,三种生物大分子结构特点,1.新陈代谢的概念2.物质代谢概况,二、物质代谢及其调节,糖脂类Pr.H2O维生素无机盐,消化,吸收,简单物质,合成,复杂物质,分解,简单物质,废物,排泄（CO2、H2O、脲),物质代谢能量代谢,合成分解转变调节,生成贮存释放转化,生命现象,(开始),(中间),(终末),生物体的新陈代谢,合成代谢（同化作用）,分解代谢（异化作用）,生物小分子合成生物大分子,需要能量,释放能量,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。,1.基因的概念2.基因信息的传递3.基因活性的影响因素,三、基因信息传递及其调控,1.基因(gene)的概念合成有功能的蛋白质多肽链或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）。具有编码一定生物功能分子的核苷酸序列。,2.中心法则,3.基因活性的影响因素,DNA复制偶尔会出现差错；在内、外环境因素的作用下，DNA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，就会引起基因变异或突变（mutation）。基因（DNA）序列变异或突变属于一种遗传变化（genetic change），可引起基因表达活性改变。,（1）基因（遗传）变化,(2)表观遗传变化,表观遗传变化（epigenetic change）只有基因表达模式改变，而无基因（DNA）序列变化。最常见的表观遗传变化有DNA甲基化、组蛋白乙酰化等化学修饰。这些变化可改变相关的基因活性，影响生物化学代谢。,学习内容,一、生命的分子基础（22）1.糖2 2.脂类2 3.蛋白质6 4.核酸4 5.酶与维生素6 6.激素2,学习内容,二、物质代谢与能量转换（26+12）8.糖代谢6 7.生物氧化4 9.脂类代谢6 10.蛋白质分解代谢4 11.核酸代谢：分解代谢核苷酸代谢2 合成代谢DNA、RNA(复制4、转录2+调控2)*蛋白质生物合成：翻译4 12.代谢调控4,学习内容,三、药学生化（6）13.药物在体内的转运和代谢变化2 14.生物药物2 15.药物研究的生物化学基础2,学习方法,记住概况 掌握重点 前后联系,查锡良.生物化学.人民卫生出版社.2009（第7版）贾弘褆.生物化学.人民卫生出版社.2005年（八年制）赵宝昌.生物化学.高等教育出版社.2008（第2版）（医学类）王镜岩.生物化学.高等教育出版社.2002（第3版）（综合大学）生命的化学（中国生物化学与分子生物学学会主办）医学分子生物学杂志Annual Review of Biochemistry（生物化学年鉴,美）Trends in Biochemical Sciences(简称TIBS，美),参 考 书,参 考 书,Nelson DL,Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2004Murray RK,Granner DK,Mayes PA,Rodwell VW:Harpers Biochemistry.(26th ed).科学出版社.2006Jia Hongti.Textbook of Biochemistry.人民卫生出版社.2007 Qushen.Biochemistry and molecular biology 人民卫生出版社.2007 Zhao Baochang.科学出版社.2009,