生物化学BiochemistrylecturenotesPPT课件

1、生物化学生物化学 是利用化学的原理与方法去探讨是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学。它是介于化学、生物学生命的一门科学。它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。及物理学之间的一门边缘学科。chapter 1 introduction please watch the film 863-program化学化学有机化学有机化学物理化学物理化学无机化学无机化学分析化学分析化学高分子化学高分子化学生物学生物学动物学动物学植植物物学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1. 生物化学的发展史生物化学的发展史 大约从十八世纪中叶到二十世纪初，主要大约从十八世纪中叶到二十世纪初

2、，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，发现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了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸糖、脂、蛋白质和核酸四大类四大类有机物质组成有机物质组成 。 1.1 1.1 静态生物化学阶段静态生物化学阶段 f.g.f.g.班廷班廷 j.j.r.j.j.r.麦克劳德麦克劳德the nobel prize in physiology or medicine 1923 for the discovery of insulin b.1891d. 1941frederick grant banting johnjames richard macleod toron

3、to university toronto universityb. 1876(in cluny, scotland)d. 1935 1923年发现胰岛素年发现胰岛素l大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。此阶大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。此阶段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。l其中主要的有：其中主要的有： 1932年，英国科学家年，英国科学家krebs 建立了尿素合成的鸟建立了尿素合成的鸟氨酸循环；氨酸循环；1937年，年，krebs又提出了各种化学物质的中心环又提出了各种化学物质的中心环节节三羧酸循环的基本代谢途径；三羧酸循环的基本代谢

4、途径；1940年，德国科学家年，德国科学家embden和和meyerhof提出了提出了糖酵解代谢途径。糖酵解代谢途径。 f.a.李普曼（英国人）李普曼（英国人）发现发现高能磷酸高能磷酸结合在代谢中的重要性，发现结合在代谢中的重要性，发现辅酶辅酶a h.a.克雷布斯（英国人）克雷布斯（英国人）发现克雷布斯循环（发现克雷布斯循环（三羧酸循环三羧酸循环） hans adolf krebs united kingdom sheffield university b.1900(in hildesheim, germany)d.1981 fritz albert lipmann usa b.1899d.1

5、986 harvard medical school 1953年年 从从19531953年至今。以年至今。以19531953年，年，watson和和crick提出提出dnadna的双螺旋结构模型为标志，生物化学的双螺旋结构模型为标志，生物化学的发展进入分子生物学阶段。的发展进入分子生物学阶段。 这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。大分子的结构与其功能之间的关系。 1962james watson (34y)james watson (34y)francis crick (46y)francis crick (46y)mau

6、rice wilkins (46ymaurice wilkins (46ydna double helix model1983barbara mcclintockbarbara mcclintock (86y)dna transposable elememt 中国人工合成胰岛素科研小组与诺贝尔奖擦肩过中国人工合成胰岛素科研小组与诺贝尔奖擦肩过 诺贝尔奖最多诺贝尔奖最多只能发给三人只能发给三人的规定也使中国科的规定也使中国科学家与之擦肩而过。学家与之擦肩而过。 2020世纪世纪6060年代初，有资格参加生理学和医学年代初，有资格参加生理学和医学奖评选的瑞典卡罗琳斯卡医学院波隆贝克教授在澳奖评选的

7、瑞典卡罗琳斯卡医学院波隆贝克教授在澳大利亚工作。波隆贝克教授认为，这在当时是个重大利亚工作。波隆贝克教授认为，这在当时是个重大突破，具有划时代的意义。大突破，具有划时代的意义。 早在早在7070年代，就有人提名他们获得诺贝尔奖。年代，就有人提名他们获得诺贝尔奖。瑞典方面也愿意把奖发给中国的科学家。但是中国瑞典方面也愿意把奖发给中国的科学家。但是中国方面提出的得奖者名单是方面提出的得奖者名单是一个小组，有一个小组，有1414个人个人。这这是不符合诺贝尔奖最多只能发给三人的评选规定的。是不符合诺贝尔奖最多只能发给三人的评选规定的。瑞典方面就此和中国方面有过交涉，但是中方不肯瑞典方面就此和中国方面有

8、过交涉，但是中方不肯更改名单。一直到更改名单。一直到8080年代初，评委们还讨论过这个年代初，评委们还讨论过这个成果，都是因为这个问题被卡住了。成果，都是因为这个问题被卡住了。 年月年月，我国在世界上首次人工合成了结晶牛，我国在世界上首次人工合成了结晶牛胰岛素胰岛素，它是第一个全合，它是第一个全合成的、与天然产物性质完全相同的、有生物活性的蛋白质。成的、与天然产物性质完全相同的、有生物活性的蛋白质。自自年开始至年完成的酵母丙氨酸转移核糖核酸的全合成年开始至年完成的酵母丙氨酸转移核糖核酸的全合成是继胰是继胰岛素全合成以后我国自然科学基础研究中又一成就，是我国生物化学及有机岛素全合成以后我国自然科

9、学基础研究中又一成就，是我国生物化学及有机化学研究史上又一项崭新的科研成果，年中国科学院正式下达任务，化学研究史上又一项崭新的科研成果，年中国科学院正式下达任务，把把“人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸”列为重大科研项目，组织了中国科列为重大科研项目，组织了中国科学院上海生物化学研究所、上海细胞研究所、上海有机化学研究所、生物物学院上海生物化学研究所、上海细胞研究所、上海有机化学研究所、生物物理研究所、北京大学、上海化学试剂二厂等单位，前后余位科技人员理研究所、北京大学、上海化学试剂二厂等单位，前后余位科技人员从事这项研究。从事这项研究。在在40年代，年代，王应睐主要

10、从事酶化学与营养代谢研究，在维生素、血红蛋白、琥珀王应睐主要从事酶化学与营养代谢研究，在维生素、血红蛋白、琥珀酸脱氢酶等领域取得了重大成绩。酸脱氢酶等领域取得了重大成绩。发现琥珀脱氢酶的酶朊与发现琥珀脱氢酶的酶朊与fad 以共价键结以共价键结合，并受底物与磷酸盐等物激活，这项工作是该酶研究的重要突破。合，并受底物与磷酸盐等物激活，这项工作是该酶研究的重要突破。 利用基因工程和细胞工程方法定向培育植物新品种是一种利用基因工程和细胞工程方法定向培育植物新品种是一种新的育种技术。我国科学家采用基因导入和整合方法将抗虫基因新的育种技术。我国科学家采用基因导入和整合方法将抗虫基因导入棉花，获得了抗虫植株

11、，对棉花的大敌棉蛉虫的抗虫效果十导入棉花，获得了抗虫植株，对棉花的大敌棉蛉虫的抗虫效果十分显著。分显著。 抗黄矮病、赤霉病、白粉病转基因小麦和抗青枯病跨入抗黄矮病、赤霉病、白粉病转基因小麦和抗青枯病跨入21世纪，生命科学和信息科学正在成为最活跃、发展最迅速、影响世纪，生命科学和信息科学正在成为最活跃、发展最迅速、影响最广泛的科技领域。以基因工程和细胞工程为核心的现代生物技最广泛的科技领域。以基因工程和细胞工程为核心的现代生物技术经过最近术经过最近10年的发展，对人类社会和经济发展正在发生划时代年的发展，对人类社会和经济发展正在发生划时代的影响，尤其是人类基因组工程对于推动生命科学、医学以及制的

12、影响，尤其是人类基因组工程对于推动生命科学、医学以及制药产业等的发展，具有极其重要的意义。药产业等的发展，具有极其重要的意义。 我国生物技术的研发起步较晚，但一开始就受到党和国家的我国生物技术的研发起步较晚，但一开始就受到党和国家的高度重视，在我国高度重视，在我国863高技术发展计划的组织和推动下，我国的高技术发展计划的组织和推动下，我国的生物技术的研究和开发取得了举世瞩目的成就。生物技术的研究和开发取得了举世瞩目的成就。 1999年已有年已有18种种基因工程药物基因工程药物和疫苗批准进行商业化生产，和疫苗批准进行商业化生产，奠定了我国生物高技术产业的基础，又有奠定了我国生物高技术产业的基础，

13、又有30多种基因工程药物处多种基因工程药物处于临床试验阶段。于临床试验阶段。 在在农业生物技术农业生物技术方面：早在方面：早在1990年我国就培育出第一例转基年我国就培育出第一例转基因家畜；因家畜；1993年转基因抗病毒烟草进行大田试验；年转基因抗病毒烟草进行大田试验；1997年转基因年转基因耐贮存番茄获准进行商品化；到耐贮存番茄获准进行商品化；到1999年共有年共有6种转基因作物投放种转基因作物投放市场；现在我国科学家研发的转基因抗虫棉花种植面积达市场；现在我国科学家研发的转基因抗虫棉花种植面积达600万万亩以上；亩以上；1999年获得的胚胎移植高产奶牛母犊年获得的胚胎移植高产奶牛母犊320

14、头。但是，与头。但是，与发达国家相比，我国的生物技术还有较大的差距，创新不足，生发达国家相比，我国的生物技术还有较大的差距，创新不足，生产的下游技术落后，急需提高。产的下游技术落后，急需提高。 基因工程药物从无到有，为我国生物高技术产业的形成和发基因工程药物从无到有，为我国生物高技术产业的形成和发展奠定了基础。基因工程乙肝疫苗、展奠定了基础。基因工程乙肝疫苗、干扰素等基因工程疫苗和干扰素等基因工程疫苗和基因工程多肽药物及蛋白质工程药物相继研制成功。种基因工基因工程多肽药物及蛋白质工程药物相继研制成功。种基因工程药物获批准上市，十多种药物和疫苗进入中试开发阶段。生物程药物获批准上市，十多种药物和

15、疫苗进入中试开发阶段。生物高技术产业的基础已初步建立。高技术产业的基础已初步建立。 在生物领域，植物基因图谱研究、两系法杂交水稻技术、动在生物领域，植物基因图谱研究、两系法杂交水稻技术、动植物转基因技术、基因工程药物和疫苗等技术的突破，使我国生植物转基因技术、基因工程药物和疫苗等技术的突破，使我国生物技术的面貌发生了实质性变化，总体研究水平已接近发达国家，物技术的面貌发生了实质性变化，总体研究水平已接近发达国家，某些生物高技术产业有可能提前形成。我国在国际上率先建成了某些生物高技术产业有可能提前形成。我国在国际上率先建成了水稻基因组水稻基因组bacbac全库，目前已建成了由全库，目前已建成了由

16、4.34.3亿个核甘酸组成的水稻亿个核甘酸组成的水稻全部全部1212条染色体的骨架元件，它们覆盖了水稻全部基因组的条染色体的骨架元件，它们覆盖了水稻全部基因组的98%98%。预计预计20002000年前，将完全突破水稻基因图谱的研究，为定向培养水年前，将完全突破水稻基因图谱的研究，为定向培养水稻新品种奠定理论和技术基础。稻新品种奠定理论和技术基础。 2.1 生命定义生命定义 生理学定义生理学定义 具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功能的系统。但某些细菌却生长、生殖和反应性等功能的系统。但某些细菌却不呼吸。不呼吸。2.2 生命的构成生命的构成

17、 19世纪世纪30年代，德国植物学家施莱登首先指年代，德国植物学家施莱登首先指出，所有植物体都是由细胞构成的。他的这个出，所有植物体都是由细胞构成的。他的这个观点被德国动物学家施旺在动物组织和细胞研观点被德国动物学家施旺在动物组织和细胞研究中证实，所有动物也是由细胞构成的。究中证实，所有动物也是由细胞构成的。 施旺指出：施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在动物体内。排列在动物体内。”在此基础上他们创立了细在此基础上他们创立了细胞学说。胞学说。2.3 生物体的化学组成生物体的化学组成

18、v自然界所有自然界所有的生命物体的生命物体都由三类物都由三类物质组成水、质组成水、无机离子和无机离子和生物分子生物分子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。但在地球上存在的组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的92种天然元素中，只有种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现种元素在生物体内被发现第一类元素：第一类元素：包括包括c、h、o和和n四种元素，是组成生四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的的99%以上。以上。第二类元素：第二类元素：包括包括s、p、cl、ca、k、na和和mg。这

19、。这类元素也是组成生命体的基本元素。类元素也是组成生命体的基本元素。第三类元素第三类元素：包括包括fe、cu、co、mn和和zn。是生物体。是生物体内存在的主要少量元素。内存在的主要少量元素。第四类元素：第四类元素：包括包括al、as、b、br、cr、f、ga、i、mo、se、si等。等。 生物分子生物分子v 生物分子是生物体和生命现象的结构基础生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。和功能基础，是生物化学研究的基本对象。v 生物分子的主要类型包括：生物分子的主要类型包括：v 糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子v 维生素、辅酶、激

20、素、核苷酸和氨基酸等。维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。3. 生物大分子基本特征生物大分子基本特征n生物分子中最重要的是生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋糖、酯、核酸和蛋白质白质四类物质，分子量一般都很大，所以四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。又称为生物大分子。n生物大分子具有如下特征：生物大分子具有如下特征：l1 由结构比较简单的小分子所组成由结构比较简单的小分子所组成.l2 具有非常复杂的结构具有非常复杂的结构l3 生物分子的手性生物分子的手性生物大分子的立体结构生物大分子的立体结构n例如例如盘绕成螺旋形，盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有折叠成片层状。有的以线状存在，而

21、的以线状存在，而有的则形成球状等。有的则形成球状等。溶菌酶的分子结构溶菌酶的分子结构4. 生物化学研究的主要内容生物化学研究的主要内容4.1 生物体的物质组成生物体的物质组成 n高等生物体主要由高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有等组成，此外还含有一些低分子物质，如维生素、激素、氨基一些低分子物质，如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物。酸、多肽、核苷酸及一些分解产物。 4.2 物质代谢（新陈代谢）物质代谢（新陈代谢） n生物体与其外环境之间的物质交换过程生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物质代谢或新陈

22、代谢。就称为物质代谢或新陈代谢。 n物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：物质代谢的基本过程主要包括三大步骤： 消化、吸收消化、吸收中间代谢中间代谢排泄排泄4.3 细胞信号转导细胞信号转导 n目前已知，细胞内存在目前已知，细胞内存在多条信号转导途径多条信号转导途径，而，而这些途径之间通过一定的方式相互交织在一起，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从而构成了非常复杂的信号转导网络信号转导网络，以保证，以保证细胞能够对内、外环境的变化及时作出反应，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使细胞内所有的化学变化均以合乎生物体自身需要的

23、方式进行。需要的方式进行。 4.4 生物分子的结构与功能生物分子的结构与功能 根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观点点 ，要想了解细胞及亚细胞的结构和功能，必先了解，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，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。生物化学与分子生物学发展的方向。 人类基因组计划人类基因组计划（human genome project）：美国美国renato dulbecco在在1985年提出年提出,美国政府美国政府1990年年10 月正月正式启动式启动,耗资耗资30