生物化学-生物化学的应用与发展前景.ppt

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1、基 础 生 物 化 学,Biochemistry,第一章 绪 论,生物化学的定义生物化学的研究内容生物化学发展简史生物化学的应用与发展前景,主要内容,Chemistry,Biology,Biochemistry,一、生物化学的定义,生物化学的定义,生物化学（Biochemistry）是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物的化学组成、生命物质各组分的结构和性质、及它们在生命过程中的变化规律的一门科学。,生物化学的含义我们可以归纳为两条 1生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉 和渗透产生了崭新的学科生物化学。2生命的本质是化学反应，是更高级的化学反应，要更好地研究生命的本质就必须运用化

2、学的理论、观点和方法来研究生命，由此产生了生物化学。,生物化学的定义,二.生物化学的内容,1构成生物体的物质基础(静态生物化学)生物体是由物质组成的，构成生物体的主要元素有C、O、H、N、P、S、Cl、Mg、K、Na、Ca、Fe、Cu、Mo、Al等。上述化学元素在体内可构成两大类化学物质 第一类 水及无机盐类 第二类 碳氢化合物（生物有机化合物）生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。包括：（1）由氨基酸为基本单位的蛋白质及多肽。（2）由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。（3）糖类及其衍生物。（4）脂类及其衍生物。（5）维生素、激素 及其其他生物有机化合物。,2生物体的新陈代谢运动 新

3、陈代谢是生物体与外界环境进行物质交换与能量交换的过程。分成两个阶段进行研究：同化作用：生物机体吸收外物加工转化构成自身，是一个合成 的过程。异化作用：分解排泄的过程，是一个分解的过程。机体内的代谢反应相互联系、协同制约组成许多代谢途径和网络，在严密精巧的调控下，有条不紊地进行。代谢调控是近代生物化学研究的一个重要方面。活细胞内的数万个反应能在同一时间互不干扰、互相配合、有条不紊地在各自代谢途径中进行，而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地合乎生物体的各种需要。生物体这种高度自动调控机制对于代谢的正常进行十分重要，是近代生物化学研究的重点课题。,3 生物体的信息代谢 除了物质代谢和能量代谢以

4、外，信息代谢也是生物化学研究的核心内容。生命现象得以延续不断地进行就在于生命体能够自我复制。一方面生命体可以进行繁殖以产生相同的后代。另一方面，多细胞生物在细胞分裂过程中也维持了相似的基本组成。生命体可以在细胞间和世代间保证准确的信息复制和信息传递。核酸是遗传信息的携带者，生物体内遗传信息传递的主要通路是由DNA的复制和RNA的转录以及蛋白质的生物合成构成的。,二、生物化学的内容,代谢与能量,糖类化学脂类化学蛋白质化学核酸化学酶学,静态生物化学,动态生物化学,糖类代谢脂类代谢蛋白质代谢核酸代谢,代谢调节,三、生物化学的发展简史,第一阶段 萌芽时期(18世纪下半叶19世纪初)-静态生物化学阶段,

5、1785 年法国著名化学家Lavoisier 证明，动物呼吸是体内缓慢和不发光的燃烧。在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化作用。这是生物氧化与能量代谢研究的开端。1770-1786年，瑞典人分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等1779-1796年，荷兰人J.Ingenbousz证明在光照条件下绿色植物吸收CO2 并放出O2。,1828年，Wohler合成了有机物尿素，从而打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。1877年，Hoppe-Seyler首先使用“Biochemistry”，生物化学作为一门新兴学科诞生。1897年，B

6、uchner证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，引进了生物催化剂的概念。,第二阶段奠基时期(19世纪20世纪)-动态生物化学阶段 科学家对生物物质代谢、平衡等进行了广泛深入的研究，基本阐明了酶的化学本质以及与能量代谢有关的物质代谢途径。,1926年，美国化学家J.B.Sumner首次得到脲酶结晶,1912-1933，生物氧化得到了卓有成效的研究，Embden:德国生物化学家，在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。30年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质,30年代，英生化学家A.Krebs提出尿素循环和三羧酸循环在

7、1940 年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂肪代谢和光合磷酸化等。,第三阶段大发展时期(1950-至今)-机能生物化学阶段 科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的不断改进，使得对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。,1950年，Pauling提出蛋白质二级结构的a-螺旋1953年，Watson&Crick提出了DNA的双螺旋模型,1958年，Crick提出“中心法则”1953及1975年，Sanger分别研究出蛋白质序列和核酸序列的测定方法1961年，Jacob&Monod 提出了操

8、纵子学说,1970年，Temin和Baltimore几乎同时发现逆向转录酶，证实了Temin 1964年提出的“前病毒假说”，阐明在劳氏肉瘤病毒（RSV）感染以后，首先产生含RNA病毒基因组全部遗传信息的DNA前病毒，而子代病毒的RNA则是以前病毒的DNA为模板进行合成。1972年1973年，Berg等成功地进行了DNA体外重组；Cohen创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，Boyer等在E.coli中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基因,1975年，Southern发明了凝胶电泳分离DNA片段的印迹法；1979年，Solomon和

9、Bodmer最先提出至少200个限制性片段长度多态性（RELP）可作为连接人的整个基因组图谱之基础;1983年Karry Mullis等发明了聚合酶链式反应（PCR）；Smith等报导了DNA测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法。,1985年5月，美国Santa Cruz加州大学校长R.Sinsheimer提出人类基因组研究计划，1986年8月美国科学院生命科学委员会确定由Bruce Alberts负责的15人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府1987年正式开始起动这一计划;1994年，日本科学家在Nature Genetics上发表了水稻基因组遗传图，Wilson等用3年时间完成了线虫（

10、C.elegans）3号染色体连续的2.2 Mb的测定，预示着百万碱基规模的DNA序列测定时代的到来;,1998年，Renard等用体细胞操作获得克隆牛Marguerife，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；Gene Bank公布最新人的“基因图谱98”，代表了30181条基因定位的信息；Venter对人类基因组计划提出新的战略全基因组随机测序，毛细血管电泳测序仪启动;,从以上所述的生物化学的发展中，可以看出20世纪50年代以来是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学向纵深发展，如50年代的双螺旋结构，60年代的操纵子学说，70年代的DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的D

11、NA测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代；现代生物化学正在进一步发展，其基本理论和实验方法均已渗透到科学各个领域，无论在哪个方面都在不断取得重大进展。,生物化学与诺贝尔奖,1890-1902 Fischer(德)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：埃米尔费舍尔,我国生物化学的开拓者吴宪,吴宪教授,四、生物化学的应用与发展前景 农业上的应用 工业上的应用 医学上的应用,课程安排,生物大分子的组成与结构,生物能学 2,代谢调控 13,生物氧化 4,蛋白质2糖1脂类1核酸 2酶和辅酶 6,糖代谢脂类代谢氨基酸代谢,绪 论 1学时,Biochemistry,成绩分布,卷面成绩70%,实验成绩30%,周五下午1点（4、5、7周）9430实验室,生物化学的参考书目1、王镜岩等主编的生物化学，高等教育出版社出版，第三板；2、阎隆飞，李明启.基础生物化学，中国农业出版社3、沈同生物化学上、下4、吴显荣.基础生物化学(第二版)，中国农业出版社，20005、张洪渊主编的生物化学教程，四川大学出版社出版,