生物化学绪论药学方向

1、n1.生物化学的涵义生物化学的涵义 生物体的化学组成生物体的化学组成 物质代谢及其调节物质代谢及其调节 遗传信息传递及其调控遗传信息传递及其调控n2.生物化学的发展简史生物化学的发展简史n3.生物化学与药学科学生物化学与药学科学n4.生物化学的发展趋势生物化学的发展趋势 绪绪 论论内容提纲内容提纲1什么是生物化学？什么是生物化学？ 简单说，简单说，生物化学是生命的化学生物化学是生命的化学。 生物化学生物化学是用化学的理论和方法作为是用化学的理论和方法作为主要手段，研究生物体的化学组成（如主要手段，研究生物体的化学组成（如糖、脂类、蛋白质和核酸糖、脂类、蛋白质和核酸)、性质及其生、性质及其生命活

2、动的变化规律（生命活动如：生长、命活动的变化规律（生命活动如：生长、生殖、代谢、运动等）生殖、代谢、运动等）的一门科学。的一门科学。即即 运用化学的原理和方法，来探究生命现象的本质运用化学的原理和方法，来探究生命现象的本质 n化学键、化学元素组成、化学反应、氧化还原、水解、中和等n溶解、沉淀、过滤、透析、层析、电泳、蒸馏、分馏等n酸碱指示剂、滴定、色谱、紫外光吸收、催化剂等n化学学科：有机化学、无机化学、分析化学、实验化学、分子化学、物理化学、生物化学等等。1、化学的理论和方法有哪些？、化学的理论和方法有哪些？2、生物化学的研究对象：生命、生物化学的研究对象：生命 我们所处在的地球我们所处在的

3、地球充满着无数的生物，充满着无数的生物，从最简单的病毒到从最简单的病毒到菌藻树草，从鱼虫菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人鸟兽到最复杂的人类，处处都可以觉类，处处都可以觉察到生命的活动。察到生命的活动。人类人类3.3.生物体的化学组成生物体的化学组成v自然界所自然界所有的生命有的生命物体都由物体都由三类物质三类物质组成水、组成水、无机离子无机离子和生物大和生物大分子。分子。返回4.生物体的化学变化二、生物化学的研究内容二、生物化学的研究内容生物化学内容生物化学内容n糖类糖类n脂类脂类n蛋白质蛋白质n酶酶n核酸核酸n激素激素n维生素维生素n糖代谢糖代谢n脂代谢脂代谢n生物氧化生物氧化n氨基酸代谢氨

4、基酸代谢n核苷酸代谢核苷酸代谢nDNA复制复制n转录转录n翻译翻译神经传导神经传导肌肉收缩肌肉收缩功能生物化学功能生物化学动态生物化学动态生物化学静态生物化学静态生物化学分子生物学分子生物学生物大分子：由某些结构单位按一定顺序和方式连接而形成的多聚体，具有信息功能，也称为生物信息分子。2 2、生物化学发展简史、生物化学发展简史第第一一阶段：阶段：18世纪中叶（清朝乾隆年间）出现萌芽世纪中叶（清朝乾隆年间）出现萌芽 重点研究生物体组成重点研究生物体组成第第二二阶段：阶段：20世纪初期，蓬勃发展时期世纪初期，蓬勃发展时期 弄清新陈代谢弄清新陈代谢第第三三阶段：阶段：50年代以来，分子生物学蓬勃发展

5、年代以来，分子生物学蓬勃发展 生物化学发展简史生物化学发展简史静态生物化学静态生物化学动态生物化学动态生物化学功能生物化学功能生物化学 1897年发现引起发酵的物质是年发现引起发酵的物质是酶，从而把酵母细胞的生命活力酶，从而把酵母细胞的生命活力与酶的化学作用联系起来，建立与酶的化学作用联系起来，建立了了酶化学酶化学。静态生物化学静态生物化学（20世纪之前）世纪之前）Eduard Buchner(毕希纳毕希纳)德国生物化学家德国生物化学家(1860-1917)The Nobel Prize in Chemistry 1907 发现无细胞发酵现象发现无细胞发酵现象第第一一阶段阶段动态生物化学动态生

6、物化学(20世纪初世纪初中叶中叶)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1922 Otto Meyerhof迈耶霍夫迈耶霍夫(1884-1951) G.Embden，O.Meyerhof和和J.K.Parnas阐明了阐明了糖酵解糖酵解，又称这，又称这途径为途径为Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称途径，简称EMP途径途径第第二二阶段阶段动态生物化学动态生物化学(20世纪初世纪初中叶中叶)The Nobel Prize in Chemistry 1946 J B Sumner (萨姆纳萨姆纳) (18871955)美国生物化学家美国

7、生物化学家 1926年首次得年首次得到到脲酶结晶脲酶结晶显微镜下的胰蛋白酶动态生物化学动态生物化学(20世纪初世纪初中叶中叶)The Nobel Prize in Chemistry 1946 J Northrop(诺思罗普诺思罗普)(18911987)美国生物化学家美国生物化学家 1929年分离和提纯了胃蛋年分离和提纯了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等，和萨姆纳证明了酶等，和萨姆纳证明了酶是一酶是一种具有催化作用的蛋白质种具有催化作用的蛋白质。动态生物化学动态生物化学(20世纪初世纪初中叶中叶) 1930年发现了哺乳动物体内年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径尿素合

8、成的途径. 1937年又提出了年又提出了三羧酸循环三羧酸循环理论理论.并解释了机体内所需能量的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、 蛋白质的蛋白质的相互联系及相互转变机理。相互联系及相互转变机理。Hans Krebs （19001981）德裔英国生物化学家德裔英国生物化学家The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953动态生物化学动态生物化学(20世纪初世纪初中叶中叶)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953Fritz Lipmann(18991986) 德裔美国生物化

9、学家德裔美国生物化学家1945年发现并分年发现并分离出离出辅酶辅酶A，证明，证明其对生理代谢的重其对生理代谢的重要性要性The Nobel Prize in Chemistry 1958 The Nobel Prize in Chemistry 1980 Paul Berg(1926-)Walter Gilbert(1932-)Frederick Sanger(1918-) 40年代年代测定出牛胰测定出牛胰岛素分子中全部氨基酸岛素分子中全部氨基酸的排列顺序的排列顺序，并证明了，并证明了其内部氨基酸的结合方其内部氨基酸的结合方式式 设计出一种设计出一种测定脱氧核糖核测定脱氧核糖核酸酸(DNA)内

10、核苷内核苷酸排列顺序的方酸排列顺序的方法法动态生物化学动态生物化学(20世纪初世纪初中叶中叶)Linus Pauling量子化学家 （1901-1994）动态生物化学动态生物化学(20世纪初世纪初中叶中叶) 40年代中期以后提出年代中期以后提出纤维纤维状蛋白质的螺旋结构状蛋白质的螺旋结构，及蛋白，及蛋白质是具有多肽链结构的物质，质是具有多肽链结构的物质，打开了通往蛋白质与打开了通往蛋白质与DNA分分子奥秘的大门。子奥秘的大门。两次荣获诺贝尔奖金（两次荣获诺贝尔奖金（1954年化学奖，年化学奖， 1962年和平奖）年和平奖） 功能生物化学（功能生物化学（20世纪中叶以后）世纪中叶以后）F H C

11、 Crick (1916-2004)James D Watson (1928 - ) 1958年提出了年提出了“中心法则中心法则”，为分子生物学奠为分子生物学奠定了基础。定了基础。1953年提出年提出DNA双螺双螺旋旋结构结构，标志着遗传，标志着遗传学完成了由学完成了由“经典经典”向向“分子分子”时代的过时代的过渡。渡。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962 Maurice Wilkins(1916- 2004）第第三三阶段阶段 19651965年年9 9月月1717日，中国首次人工合成胰岛素。这也是世界上第一个日，中国首次人工合成胰岛素。

12、这也是世界上第一个蛋白质的全合成。蛋白质的全合成。功能生物化学（功能生物化学（20世纪中叶以后）世纪中叶以后）Thomas R. Cech(1947-)功能生物化学（功能生物化学（20世纪中叶以后）世纪中叶以后）发现发现RNA的生物催化作用而获奖的生物催化作用而获奖. Sidney Altman(1939-) 1978年和年和1981年奥尔特曼与切赫分别发现了年奥尔特曼与切赫分别发现了核糖核酸核糖核酸(RNA)自身具有的生物催化作用自身具有的生物催化作用,这项这项研究不仅为探索研究不仅为探索RNA的复制能力提供了线索，的复制能力提供了线索，而且说明了最早的生命物质是同时具有生物催而且说明了最早

13、的生命物质是同时具有生物催化功能和遗传功能的化功能和遗传功能的RNA，打破了蛋白质是生，打破了蛋白质是生物起源的定论。物起源的定论。 The Nobel Prize in Chemistry 1989 穆利斯穆利斯(1945(1945) )Kary B. MullisKary B. Mullis美国生物化学家美国生物化学家 科学家已经成功地用科学家已经成功地用PCRPCR方方法对一个法对一个20002000万年前被埋在琥珀万年前被埋在琥珀中的昆虫的遗传物质进行了扩增。中的昆虫的遗传物质进行了扩增。功能生物化学（功能生物化学（20世纪中叶以后）世纪中叶以后）建立了建立了“聚合酶链反应聚合酶链反应

14、”(PCR)方法，是分子生物学里程碑式方法，是分子生物学里程碑式的发明，由此获得的发明，由此获得1993年诺贝年诺贝尔化学奖。尔化学奖。功能生物化学（功能生物化学（20世纪中叶以后）世纪中叶以后）1997. 2 苏格兰苏格兰 Wilmut 绵羊绵羊“多利多利”的克隆的克隆为发育生物学研究开拓为发育生物学研究开拓了更广阔的空间了更广阔的空间功能生物化学（功能生物化学（20世纪中叶以后）世纪中叶以后）美、英、日、德、法、中六美、英、日、德、法、中六国参与的国际国参与的国际人类基因组计人类基因组计划划(2003年完成年完成) 人类基因组计划人类基因组计划1984年开始讨论年开始讨论1990 启动启动

15、2000 序列框架图完成序列框架图完成1995 完成原核生物完成原核生物Hemophilus luenzae的基因组测序的基因组测序1996 完成啤酒酵母的基因组测序完成啤酒酵母的基因组测序1997 完成大肠杆菌的基因组测序完成大肠杆菌的基因组测序 2000 人类基因组序列框架（中国完成人类基因组序列框架（中国完成1%）2000 拟南芥基因组序列（第一个高等植物）拟南芥基因组序列（第一个高等植物）2002 水稻基因组序列框架图（中国独立完成）水稻基因组序列框架图（中国独立完成）2003 中国家蚕基因组序列框架图中国家蚕基因组序列框架图人类基因组计划实施以来的成就人类基因组计划实施以来的成就人类

16、基因组计划中国协调人杨焕明人类基因组计划中国协调人杨焕明水稻基因组水稻基因组绪绪 论论 从以上所述的生物化学的发展中，可以看出从以上所述的生物化学的发展中，可以看出2020世纪世纪5050年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，如展，如5050年代的双螺旋结构，年代的双螺旋结构，6060年代的操纵子学说，年代的操纵子学说，7070年代年代的的DNADNA重组，重组，8080年代的年代的PCRPCR技术，技术，9090年代的年代的DNADNA测序都具有里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，程碑的意

17、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面都在不断取得重大进展. . 我国生物化学家的贡献我国生物化学家的贡献1965年我国在世界上首先用人工方法合成有年我国在世界上首先用人工方法合成有生物活性的结晶牛胰岛素。生物活性的结晶牛胰岛素。1971年用年用X射线衍射测定了牛胰岛素的空间射线衍射测定了牛胰岛素的空间结构结构1979年我国用人工方法合成酵母丙氨酸转运年我国用

18、人工方法合成酵母丙氨酸转运核糖核酸。核糖核酸。蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的。蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的。生物化学与药学科学生物化学与药学科学生理学有机化学生物化学分子生物学医学学科药学学科新药研究开发生物制药化学制药基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程药理学药物化学生物药剂学中药学诊断医学预防医学.绪绪 论论1.促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的正确诊断 从医学方面讲，人或动物的病理状态常常是由于细胞中从医学方面讲，人或动物的病理状态常常是由于细胞中化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂类物质含化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂类物质含量增高是心血

19、管疾病的特征之一（如冠心病、血管栓塞引起量增高是心血管疾病的特征之一（如冠心病、血管栓塞引起脑溢血、脑血栓等症状）；血红蛋白一级结构的改变可以溶脑溢血、脑血栓等症状）；血红蛋白一级结构的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命，是由于蛇毒液中含有磷血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命，是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血细胞溶血所致等，许多疾病的临床诊断愈来酸二酯酶，使血细胞溶血所致等，许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测定。愈多地依赖于生化指标的测定。 绪绪 论论2. 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分离、纯化生化药物是一类采用生化方法化

20、学合成从生物体分离、纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。这些药物的所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。这些药物的特点是来自生物体，基本生化成份即氨基酸、肽、蛋白质、酶与特点是来自生物体，基本生化成份即氨基酸、肽、蛋白质、酶与辅酶、多糖（粘多糖类）脂质、核酸及其降解产物。这些物质成辅酶、多糖（粘多糖类）脂质、核酸及其降解产物。这些物质成分均具有生物活性或生理功能，毒副作用极小，药效高而被服用分均具有生物活性或生理功能，毒副作用极小，药效高而被服用者接受。生化药物在制药行业和医药上占有重要地位。如氨基酸、者接受。生化药物在制药行业和医药上占有重要地位。如氨基酸、核苷酸（所谓

21、基因营养物）、核苷酸（所谓基因营养物）、SODSOD、 紫杉醇等已经应用于临床治紫杉醇等已经应用于临床治疗。疗。 绪绪 论论3.研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业的基础 氨基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长激素、氨基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长激素、维生素维生素C C等也可通过微生物发酵手段进行生产。发酵产物的提等也可通过微生物发酵手段进行生产。发酵产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物化学理论和技术。炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物化学理论和技术。此外，研究微生物新陈代谢过程及其调节控制对于选育高产优此外，研究微生物新陈代谢过程及其调节控制对于选育高产优质的菌株质的菌株筛选最佳发酵理化因子及提高发酵效率具有指导意筛选最佳发酵理化因子及提高发酵效率具有指导意义。义。 转人生长素基因的小鼠（右）转人生长素基因的小鼠（右）4.分子生物学与生物技术的迅速发展为重组生物药物发展奠定基础三、生物化学与药学科学三、生物化学与药学科学（一）药学生物化学：生物化学作为药学的基础学科（一）药学生物化学：生物化学作为药学的基础学科 （二）药学、实验医学的发展，使以化学模式为主体的药学迅速（二）药学、实验医学的发展，使以化学模式为主体的药学迅速 转向生物学和化学相结合的新模式转向生物学和化学相结合的新模式（三）生化研究