基础生物化学 绪论

基础生物化学绪论第1页/共45页个人简历：1985.09-1989.07：华中农业大学农学系，大学毕业

1989.09-1992.07：华中农业大学农学系，硕士

1996.12-2001.12：华中农业大学农学系，博士

1999.07-2000.07：大连外国语学院，进修日本语

2000.10-2001.10：日本东京大学农学生命科学研究科，访问学者

2005.11-2007.11：北海道农业研究中心，日本学术振兴会（JSPS)博士后研究员

2009.01-2009.04：日本北海道农业科学研究中心,客座研究员研究方向：植物耐逆境（低温、高温、铝毒）等种质资源的筛选与评价。植物逆境信号传导的分子机制。水稻细胞壁在耐逆性的作用机制。植物生理活性物质的开发与应用。科学研究：

主持或参加课题6项。发表论文37篇，SCI论文4篇。主编专著3本。

谢国生的基本情况第2页/共45页谢国生副教授于2005-2007年在日本北海道农业研究中心进行JSPS博士后研究期间，与实验室同事的合影。左后二为其合作导师北海道大学今井亮三教授。第3页/共45页谢国生副教授在日本北海道进行JSPS博士后研究工作。第4页/共45页第一章绪论（2学时）第一节生物化学的概念与研究内容第二节生物化学的发展历史、应用与地位第三节本课程的内容、要求和进度安排本章重点内容：生物化学的概念与发展历史。第5页/共45页第一节生物化学的概念与研究内容一、生物化学的概念二、生命的物质组成三、生物化学的研究内容第6页/共45页一.生物化学的概念运用化学的原理和方法，研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化，进而深入揭示生命活动的化学本质的一门科学。有“生命的化学”之称。根据研究对象不同，可分为：植物生物化学动物(人)生物化学微生物生物化学和病毒生物化学。根据研究的目的不一样，可分为：农业生物化学工业生物化学医用生物化学和药物生物化学第7页/共45页由C、H、O、N、P、S、Cl、Mg、Na、K等（占99%!)以及微量元素(1%)组成，基本分布在1-4周期（与月球上一样！)。基本元素组成小分子，进一步形成生命体的基本化学物质，组成生命体。生命也是一种化合物！也服从普遍的化学基本规律。所以，我们可以按照化学的原理、利用化学的研究方法探索生命的本质。二.生命的物质组成

1.构成生物的基本化学元素第8页/共45页2.生命的物质组成多酶复合体染色体生物膜

细胞器细胞组织器官

生物体（动物、植物、微生物）

蛋白质核酸多糖脂类4种生物大分子

寡肽

核苷

寡多糖

磷脂酸

4种中间生物分子

氨基酸（20种)

含N碱（5种）核糖（1种）葡萄糖（1种）脂肪酸（1种）甘油（1种）胆碱（1种）生物超分子基本生物分子

（30种）第9页/共45页

构成蛋白质的结构单元—氨基酸20种基本氨基酸:12个极性+8个非极性氨基酸碱性氨基酸(3个)酸性氨基酸(2个)第10页/共45页极性氨基酸(4个)特殊氨基酸(3个)第11页/共45页疏水性氨基酸(8个)第12页/共45页

构成核酸的结构单元—核苷酸碱基（5个）核糖（1个）第13页/共45页

构成多糖的结构单元—单糖葡萄糖（1个）第14页/共45页

构成脂类的结构单元—磷脂酸甘油、脂肪酸和胆碱甘油（1个）、硬脂酸（1个）和胆碱（1个）第15页/共45页1.静态生物化学：研究生物有机体的化学组成、结构、性质和功能

简单元素构成各种含碳有机化合物等生物小分子，组成基本生物分子，再合成生物大分子。研究生物大分子、基本生物分子和生物小分子的结构、性质和功能，称为静态生物化学。2.动态生物化学：研究生命现象的物质代谢、能量代谢与代谢调节糖、脂类、蛋白质、核酸等大生物分子在体内的分解、合成、转化以及转化过程中的能量转换问题。称为动态生物化学。三.生物化学的内容第16页/共45页三.生物化学的内容3.研究生物体的信息代谢。

核酸与蛋白质合成与调节，是分子生物学的基础。4.运用生物化学原理和方法，为农业、工业、医药卫生、环境保护等服务，开拓富有经济价值的生物资源（酶制剂、药品、食品添加剂、杀虫剂……）。第17页/共45页第二节生物化学的发展历史、应用与地位生物化学的发展历史我国科学家在生物化学领域的贡献三.生物化学的应用四.生物化学的学科地位第18页/共45页一.生物化学的发展历史1.静态生物化学时期(1770-1903年)

—准备和酝酿阶段。生命物质的化学组成与理化性质的描述。1775：Scheele生物体内各组织的化学组成1785：Lavoisier动物的呼吸1828:Wohler在实验室用化学方法将氰酸铵合成尿素1850:Bernard肝糖元转变成血糖1864:Seyler血红蛋白结晶1869:MiescherDNA的发现1897:Buchner从破醉的酵母细胞滤液仍能使糖发酵。开辟了离体方法进行生化研究的道路，也是酶学研究的开始，这是近代生物化学产生的标志和第一个里程碑。1903：Neuberg提出“生物化学”概念。第19页/共45页

营养学:发现了人类必需氨基酸,必需脂肪酸和多种维生素。内分泌学:发现了多种激素。1926年，Sumner脲酶结晶。1937年:KrebsTCA循环。1940年：Embden，Meyerhof，Parnas阐明了EMP途径。生物体内主要物质代谢途径与调控机理的阐明是生物化学的第二个里程碑。1951年，Pauling&Corey研究了多肽的二级结构。1960年，Micheali-Menten酶动力学。2.动态生物化学时期(1903年—1953年)

--建立与发展阶段

重要分子的发现和物质代谢途径的确定。第20页/共45页这是一个真正突飞猛进的年代,4000多种杂志,生物化学占领先地位,50年代以来诺贝尔奖：生理医学:1/2;化学奖1/3都是生物化学领域，说明现代科学是生命科学占领先地位,研究成果每8年增加一倍。这些研究成果与研究方法的不断创新有关(同位素、X-射线、电子显微镜、层析、电泳、超速离心以及全自动分析仪)。3.机能或分子生物化学时期(1953年以后)

——现代生物化学时期。核酸与蛋白质合成的遗传关系、人为干预生命过程。以DNA分子结构认识为标志。第21页/共45页1953年，Watson&CrickDNA的双螺旋结构1961年，Jacob&Monod,操纵子学说1973年，Berg,Boyer&Cohen创建了DNA克隆技术1985年，Saiki发明了PCR（聚合酶链式反应）1990-2003年，基因组测序。现代生物化学（分子生物学）的标志性事件第22页/共45页(1)深入发展阶段(1953-2000年):

——

分子生物学时期DNA双螺旋结构模型的建立遗传信息传递的中心法则的建立基因表达调控机理的研究单克隆抗体及基因工程抗体的研制细胞信号转导机理的研究DNA重组技术的兴起人类基因组研究第23页/共45页1997年Wilmut体细胞克隆羊（Dolly）第24页/共45页克隆羊的基本策略体细胞（芬兰母羊的乳腺细胞核）

未受精卵细胞（苏格兰黑面母羊）取核去核显微注射“授精卵”代理母亲移植克隆羊：多莉如何克隆大熊猫？第25页/共45页多莉羊2003年第26页/共45页TransgenicTobacco第27页/共45页TransgenicTomato第28页/共45页Bar-TransgenicHerbicideResistantRice第29页/共45页

转基因海带第30页/共45页转胃安素番茄转MT黄瓜高锌西洋番茄转虾青素胡萝卜痢疾疫苗土豆高铁青椒第31页/共45页（2）.黄金时期（2000年-）:

生物化学的展望：后基因组时代

新的学科不断涌现，发展前景广阔：结构基因组学，功能基因组学，蛋白组学，转录组学，糖组学，脂组学，代谢组学。第32页/共45页基因芯片技术第33页/共45页2D-PAGEPROTEAN1°:60gsample,20kV-hr2°:8.6x6.8cm,40min944spots1°:100gsample,50kV-hr2°:13.3x8.7cm,1hr1,287spots1°:150gsample,80kV-hr2°:18.3x19.3cm,5.5hr1,724spots第34页/共45页二、我国科学家在生物化学领域的贡献早期的生产实践1936年，吴宪提出了蛋白质变性的学说。1965年，人工合成具有生物活性的结晶胰岛素。1981年，人工合成酵母丙氨酰tRNA。参与了人类基因组计划（1%）首次完成了水稻基因组草图的绘制。第35页/共45页生化知识的应用解释各种生命现象和生物生产过程的机理和本质。生化技术的应用生物产品生产、制备、提取、加工等。生化产品的应用培育高产优质高抗的转基因动植物新品种。生产特殊的化学物质，新型的药物设计、疫苗和诊断盒、抗药性克服、光合特性改进、生物固N、污染防治和沙漠治理、石油利用等等。让生命活动向对人类有利的方向进行！三、生物化学的应用第36页/共45页四、生物化学与其它学科的关系生物化学是介于生物学与化学的一门边缘学科，与生物学的许多分支学科有密切的关系。基础科学

应用基础科学应用科学生物化学蛋白质化学生物技术[工程]生物化工核酸化学…

糖工程、蛋白质工程、基因工程代谢与调控生理学…...组织水平分子生物学分子遗传学分子生理学分子水平（细胞器）第37页/共45页第三节本课程的内容、要求和进度安排一、课程学时安排二、教学的方法三、学习的方法四、考试方法第38页/共45页一、课程学时安排第1章

绪论（2学时）第2章

核酸的结构与功能（8学时）第3章

蛋白质化学（10学时）第4章

酶（8学时）第5章糖类化学及其代谢（10学时）第6章生物氧化与氧化磷酸化（6学时）第7章脂类化学及其代谢（4学时）第8章蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢（4学时）第9章核酸的酶促降解及核苷酸的代谢（2学时）第10章核酸的生物合成（8学时）第11章蛋白质的生物合成（6学时）第12章细胞代谢网络和基因表达调控（4学时）第39页/共45页讲授：理论课