湖南农业大学生物化学-01-绪论

生物化学与分子生物学生物科学技术学院生物科学系

课程简介一、教材及参考书目二、教师三、基本要求

一、教材及参考书基础生物化学（第二版）郭蔼光，高等教育出版社，2009年生物化学（第三版）王镜岩、朱圣庚等主编，北京，高等教育出版社，2002年现代分子生物学（第四版）朱玉贤，李毅.高等教育出版社，2013年

二、主讲教师

三、基本要求但后果自负1、可以不来上课考试成绩=平时成绩×30%+卷面成绩×70%2、课堂基本纪律迟到、早退从后门进来吃零食不带皮、不带壳、不出声、不怕胖打瞌睡不打鼾聊天、接打手机不允许

第一章绪论

第一章绪论第一节生物化学基本概念第二节生物化学发展简史第三节生物化学的内容第四节生命系统

生物化学基本概念生物化学–Biochemistry–Biologicalchemistry–chemistryoflife

生物化学基本概念利用化学的理论和方法研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。发现和阐明构成生命物体的分子基础（生物分子的化学组成、结构、性质与功能）；静态生化生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律（分解与合成，相互转化与制约以及物质转化过程中伴随的能量转换等）。动态生化

分子生物学广义:研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能，也就是从分子水平阐明生命现象和生物学规律。狭义:偏重于核酸(或基因)的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。

第二节生物化学简史1、“生物化学之父”2、代谢的概念3、微生物学的奠基者4、酶作用的专一性5、三羧酸循环6、分子病7、DNA双螺旋结构模型8、基因工程基础研究9、人类基因组计划10、我国近代著名生物化学家

第二节生物化学简史1、“生物化学之父”1780-1789年，法国的Lavoisier（拉瓦锡）研究并指出“生物体内的燃烧”耗氧且排出CO2，被后人称为生物化学之父。

第二节生物化学简史2、代谢的概念1830-1842年，德国的Liebig（李比希）将食物分类为糖类、脂类和蛋白质，并提出了“代谢”一词，证明动物体温的形成源于食物在体内的“燃烧”。完成最先的两本“生物化学”相关专著。

第二节生物化学简史3、微生物学发展的奠基者巴斯德（1822-1895)，法国微生物学家、化学家，近代微生物学的奠基人。主要发现包括：（1）发酵是由微生物引起（2）每一种传染病都是由于微生物在生物体内的发展（3）首次制成狂犬疫苗。

第二节生物化学简史4、酶的专一性1890-1902年，德国的Fischer（费舍尔）发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的锁钥学说。1902年获诺贝尔奖。

第二节生物化学简史5、三羧酸循环1937年，英国的Krebs（克雷勃斯）发现三羧酸循环。1953年获诺贝尔奖。

第二节生物化学简史6、分子病美国化学家及和平主义者。1940年阐明了生物大分子中分子间力的特点。1949年他通过对镰刀状细胞贫血病的研究首先提出分子病的概念。1951年提出了蛋白质结构的α螺旋模型。1954年因他对化学键的研究并将其用于解释生物大分子的结构而获得诺贝尔化学奖。PaulingL.C.（1901‐1994）

第二节生物化学简史7、DNA双螺旋结构模型1953年，沃森和克里克在Wilkins完成的DNAX-射线衍射结果的基础上，推导出DNA分子的双螺旋结构模型。为阐明基因的本质、了解生物体遗传信息的流动作出了贡献。三人共获1962年诺贝尔生理学或医学奖。

第二节生物化学简史8、基因工程基础研究1969-1972年，瑞士的Arber，美国的Smith和Nathans在核酸限制性酶的分离与应用上做出了突出贡献。1978年分享诺贝尔奖。1972年，Berg用EcoRⅠ切割SV40DNA和λphageDNA，经过连接组成重组的DNA分子。Berg是第一个实现DNA重组的人。1980年获诺贝尔奖。1973年，美国的Cohen等运用核酸限制性内切酶EcoRI，首次成功实现基因重组。这是基因工程史上的第一个克隆化并取得成功的例子，这一年被定为基因工程诞生的元年。

第二节生物化学简史9、人类基因组计划2001年，美国Venter等宣布完成人类基因组序列测定的草图。塞雷拉基因组公司（CeleraGenomics）的创办人与前任总裁，此公司展开与人类基因组计划互相竞争、且具有商业目的之研究计划。文特尔目前是J.CraigVenterInstitute的主席，合伙建立了合成基因组公司（SyntheticGenomics）。

第二节生物化学简史“创造”生命“创造”生命

第二节生物化学简史“创造”生命Synthia的诞生

第二节生物化学简史“创造”生命基因组的构建在酵母中组装合成的山羊支原体基因组

第二节生物化学简史“创造”生命10、我国近代著名生物化学家1931年，我国生物化学家吴宪先生提出第一个蛋白质变性理论。1940年，我国生物化学家刘思职先生发现抗体-抗原反应的定量关系。1954年他主编了《生物化学大纲》，这是中国人自己编写第一部中文生物化学教科书。

第三节生物化学基本内容一、生物化学研究的基本内容二、生物化学学习的基本内容三、生物化学的重要性四、课程学时安排与学习方法

一、生物化学研究的基本内容1、发现和阐明构成生命物体的分子基础：生物分子的化学组成、结构和性质；2、生物分子的结构、功能与生命现象之间的关系；3、生物分子在生物体中的相互作用及变化规律。

二、生物化学学习的基本内容1、生物大分子的结构与功能：蛋白质、核酸、脂肪、糖、酶、维生素等2、物质的代谢：糖、脂肪、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧化、代谢调节3、遗传信息的传递规律：DNA复制、转录、蛋白质的生物合成、基因表达的调控、基因工程、基因组学，等等。

三、生物化学的重要性生命科学下属的12个二级学科植动生水生微生神遗发细生生生物物理生物物学经传育胞物物态学学学学生学生生化物学物学物物学理学学与学分子生物学生命科学各学科之间是相互关联、相互渗透、互为补充的，生物化学是联系生命科学各分支的纽带。

生物化学与其它学科的关系湖南农业大学朴诚奋勉求实创新

课程学时安排（68学时）第一章绪论2第二章核酸的结构与功能第三章蛋白质化学68生命大分子第四章酶学6第五章糖代谢8第六章生物氧化和氧化磷酸化第七章脂类代谢4生物代谢、能量的产生和储藏及大分子前4第八章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢4体的生物合成第九章核酸的酶促降解及核苷酸代谢2第十章核酸的生物合成868第十一章蛋白质的生物合成遗传信息的存储传递和表达第十二章代谢途径的相互联系和代谢调控第十三章基因工程2

四、Howtolearnbiochemistry

第四节生命系统一、生命中的化学元素二、生命系统的环境三、生命系统的结构基础——细胞四、生命科学研究中常用的模式生物

第四节、生命系统一、生命中的化学元素一、生命中的化学元素（一）生物体内的主要元素和微量元素（二）生物体内元素的特点（三）生物体内元素存在的形式

第四节、生命系统一、生命中的化学元素（一）主要元素和微量元素主要元素（基本元素）C、H、O、N、P、S、Ca、K、Na、Mg、Cl微量元素Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr、Si、V、F、B、Mo、Sn、Ni、Br

第四节、生命系统一、生命中的化学元素微量元素是生物体中含量极低但为生命活动所必需的元素，是酶的激活剂或是酶的辅因子。

第四节、生命系统一、生命中的化学元素（二）生物体内元素的特点(1)构成生物体的元素都是环境中存在的，且丰度较高；(2)绝大多数为轻元素；(3)生物体所必需的微量元素大多为过渡元素；(4)碳、氢、氧、氮具有易形成共价键的特点；(5)碳原子还可以和氧、氢、氮、磷和硫形成共价结合并把不同种类的功能基引入有机物分子结构中来；(6)碳、氢、氧等形成的许多有机化合物在生理温度(0－40℃)下具有流动性。

第四节、生命系统一、生命中的化学元素（三）生物体内元素存在的形式一、存在于无机物中水和无机盐二、存在于有机物中存在于糖类、脂质、蛋白质和核酸等生物分子中

第四节、生命系统二、生命系统的环境二、生命系统的环境（一）水是生命系统的环境基础（二）生命系统是一个缓冲系统

第四节、生命系统二、生命系统的环境（一）水是生命系统的环境基础1、水在生物体内的分布及存在形式2、水在生物体内的作用

第四节、生命系统二、生命系统的环境水在生物体内的分布及存在形式骨髓肌肉脑心脏肝脏皮肤血液227679707283器官74~84含水量（%）水存在的形式自由水以自由的形式存在，能自由流动，是较好的溶剂和运输工具。结合水与体内的蛋白质、粘多糖相结合，难以流动。

第四节、生命系统二、生命系统的环境水在生物体内的作用一、良好的溶剂，生物体内许多物质都能溶于水；二、直接参加水解、氧化还原反应；三、在体内起运输物质的作用；四、维持机体温度的稳定；五、润滑作用；六、对植物来说，水分能保持植物的固有姿态。

第四节、生命系统二、生命系统的环境（二）生命系统是一个缓冲系统1、缓冲溶液2、pH和生命

第四节、生命系统二、生命系统的环境缓冲溶液1、缓冲溶液是一种能在加入酸或碱时抵抗pH值改变的溶液；2、缓冲溶液用于许多需要准确控制pH值的生化实验中；3、缓冲溶液的pH值取决于溶液的pKa值及盐和酸的比例；4、缓冲溶液的缓冲范围在其pKa两侧1个pH单位亨德森‐哈塞尔巴尔赫方程pH=pKa+log[A-]或[HA][H+[H+受体]供体]pH=pKa+log

第四节、生命系统二、生命系统的环境生物化学研究中常用的缓冲溶液系统系统的组成甘氨酸-盐酸浓度mol/L缓冲范围(pH)0.052.2-3.63.0-6.63.6-5.85.8-8.04.9-8.27.1-8.99.2-10.8柠檬酸-柠檬酸钠0.1乙酸-乙酸钠0.2磷酸氢二钠-磷酸二氢钠0.5磷酸氢二钠-磷酸二氢钾0.05Tris-盐酸0.05碳酸钠-碳酸氢钠0.1

第四节、生命系统二、生命系统的环境pH和生命生物体中主要的缓冲体系系统解离反应pKa7.46.1H+++Pr-蛋白质HPr+HCO3-+HPO42-碳酸氢盐H2CO3HH2PO4-H+7.2磷酸盐

第四节、生命系统三、细胞三、生命系统的结构基础—细胞（一）生物分子与细胞（二）细胞的分类

第四节、生命系统三、细胞（一）生物分子与细胞大分子复合物生物大分子单体分子核苷酸氨基酸单糖细胞与细胞器染色体DNA细胞膜细胞壁蛋白质纤维素

第四节、生命系统三、细胞（二）细胞的分类1、原核细胞2、真核细胞

第四节、生命系统三、细胞1、原核细胞原核细胞是最简单、最小的细胞，如细菌。它的外部是一层起保护作用的细胞壁；在细胞壁内是一层细胞膜，也称为质膜；细胞膜内包裹着细胞质以及核也称为核质或拟核。

第四节、生命系统三、细胞2、真核细胞真核细胞区别于原核细胞的最主要特征是它们具有被双层膜所包裹的、有固定形状的、结构复杂的细胞核。它比原核细胞大得多，也复杂得多。它存在于所有植物、动物以及真菌之中。动、植物和真菌都是真核细胞构成的生物，简称真核生物。植物细胞动物细胞真核细胞与原核细胞的另一区别是它们具有被内部膜所包裹的细胞器。

第四节、生命系统三、细胞植物细胞光面内质网核仁细胞核粗面内质网质膜核糖体细胞骨架线粒体叶绿粒淀粉粒高尔基复合体类囊体细胞壁液胞相邻细胞壁胞间连丝乙醛酸循环体

第四节、生命系统三、细胞动物细胞核糖体过氧物酶体细胞骨架溶酶体运输泡高尔基复合体光面内质网核膜核仁细胞核粗面内质网质膜线粒体

第四节、生命系统三、细胞细胞核真核细胞的核中包含了几乎所有的细胞DNA核孔动物和植物细胞中，细胞核都被中内膜间有一层狭窄空间的双层膜所包裹；核仁在核的内部是核仁；两层膜上有许多核孔，通过这些小孔，各种物质可以在核与细胞质之间穿过。外膜核内进行DNA复制、RNA转录等生物化学反应

第四节、生命系统三、细胞线粒体电镜图线粒体是三羧酸循环、生物氧化、氧化磷酸化等生物化学反应的场所。0.5mDNA嵴基质核糖体内膜外膜示意图

第四节、生命系统三、细胞内质网核糖体核糖体内质网膜内质网腔大亚基小亚基粗面内质网光面内质网膜上散布着核糖体，主要功能是合成分泌型蛋白和膜蛋白。脂质合成的重要场所。

第四节、生命系统三、细胞高尔基体膜囊结构高尔基腔由大小不一，形态多变的膜囊体系组成。高尔基体是细胞内大分子转运的枢纽和集散地。

第四节、生命系统三、细胞溶酶体是细胞中由膜包裹的球状小泡，内含大量酸性水解酶，它们能水解消化细胞中不再需要的蛋白质、多糖和脂。清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老和死亡的细胞防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）作为细胞内的消化“器官”，提供营养

小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）

第四节、生命系统三、细胞叶绿体外膜内膜核糖体类囊体DNA1mm存在于藻类和绿色植物，是光合作用的场所。

第四节、生命系统三、细胞微管和微丝肌动蛋白纤维微管中等纤维

第四节、生命系统三、细胞微管和微丝微管是由微管蛋白构成的长纤维，它们的功能是维持细胞的形态。纤毛、鞭毛和纺锤体中均有微管存在，它们主要起到运动作用。细胞内存在依赖于微管的物质运输。微丝是细胞中细长的蛋白质纤维，其功能包括维持细胞形态，赋予质膜机械强度，以及参与细胞运动、胞质分裂、肌肉收缩等。中间纤维直径为10nm纤维,介于粗肌丝和细肌丝之间。几乎分布于所有动物细胞，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。

第四节、生命系统三、细胞细胞膜蛋白质脂分子脂双层含大量脂类、蛋白质的双分子层结构使细胞成型，有通透、屏蔽等作用。

第四节、生命系统四、模式生物四、生命科学研究中常用的模式生物（一）病毒（二）细菌（三）酵母菌（四）四膜虫（五）线虫（六）果蝇

第四节、生命系统四、模式生物（一）病毒病毒可提供一个简便的研究真核基因组的结构与调控原理的模型。对病毒基因结构和表达的研究阐明了真核基因表达调控的某些原理，如基因重叠、内含子的发现、转录后剪修、重复序列和增强子的存在等等，大大丰富了分子生物学的内容。多种病毒载体的出现，也为研究真核细胞基因表达提供了一个重要手段。

第四节、生命系统四、模式生物（二）细菌细菌是自由生活的单细胞生物，具有如下特点：1、生长快，个体小；2、易培养，易操作；3、代谢作用旺盛；4、基因结构比较清楚；5、具有游离的质粒；6、具有转座子；7、能受噬菌体的侵袭。

第四节、生命系统四、模式生物（三）酵母菌与细菌具有很多相似之处，如个体小，生长快，易培养，易操作等特点；它的基因结构也研究得比较清楚，仅次于大肠杆菌，是继续深入工作有用的信息库。酵母菌也有自身的转座子和游离的质粒，是基因工程的良好受体菌。酵母菌作为一种低等真核生物，具有许多特殊的性质，使之具有理论研究和实际应用的广泛前景

第四节、生命系统四、模式生物酵母的特殊性质1、酵母可在基本培养基上生长，并可方便通过改变物理或化