生物化学导论

生物化学导论第1页/共48页讲师：赵丹丹2授课教材李盛贤,刘松梅,赵丹丹.生物化学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005/2006第2页/共48页讲师：赵丹丹3习题册余琼,李盛贤,赵丹丹.新编生物化学辅导与习题精选.北京:化学工业出版社,2009.第3页/共48页讲师：赵丹丹4主要参考书沈同,王镜岩.(第2版),1990;王镜岩,朱圣庚,徐长法.(第3版),2002.北京:高等教育出版社第4页/共48页讲师：赵丹丹5DavidL.Nelson,MichaelM.Cox.LehningerPrinciplesofBiochemistry,4thed..NewYork:W.H.Freeman&Co.,2004.

主要参考书第5页/共48页讲师：赵丹丹6生化图书国内外种类繁多ReginaldH.Garrett,CharlesM.Grisham.Biochemistry(gravure),2thed..Beijing:HigherEducationPress,2002.周海梦等.Lehninger生物化学原理(第3版)(中文版).高等教育出版社,2005.

第6页/共48页讲师：赵丹丹7主要内容一、生物化学的涵义二、生物化学的研究内容三、生物化学的分类四、生物化学的发展简史和研究现状五、学好生物化学的重要性第7页/共48页讲师：赵丹丹8一、生物化学的涵义生物化学＝生命的化学，简称“生化”。“Biochemistry”“ChemistryofLife”?

Englishname《生物化学》与《生物学》&《化学》的关系？第8页/共48页讲师：赵丹丹91、《生物学》生物学与生命科学生物学是一门重要的自然科学的基础学科，它主要研究生物间内在联系，研究生命发生和发展现律的科学，研究生物的基本特征。生物的基本特征：结构严整（细胞是生物体的结构和功能的基本单位）、新陈代谢（新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础）、生长和发育、繁殖、遗传和变异、应激性、适应性第9页/共48页讲师：赵丹丹10生命多层次的现象整体（individual）器官（organ）组织（tissue）细胞（cell）分子（molecule）系统（system）第10页/共48页讲师：赵丹丹11真核细胞的结构第11页/共48页讲师：赵丹丹122、《化学》化学是一门重要的自然科学的基础学科，它主要是在原子和分子的水平上研究物质的组成、结构、性质及化学变化的规律。与有机化学关系密切（生物分子，Biomolecule）第12页/共48页讲师：赵丹丹13细胞分子组成的结构层次第13页/共48页讲师：赵丹丹14多样的生物享有共同的化学特征第14页/共48页讲师：赵丹丹153、生物化学的定义生物化学是应用物理、化学、生物学的理论和方法去研究生物体内各种物质的化学本质及其化学变化规律，通过对这些规律的了解，以期认识和阐明生命现象的本质，并将这些知识应用于工、农、医等实践领域，为人类的物质文明和精神文明建设服务。生物化学是研究生物体的化学及其化学变化规律的科学，它是生物学和化学相互渗透、相互交叉而产生的一门边缘学科。第15页/共48页讲师：赵丹丹16二、生物化学的研究内容深入了解组成生物体的物质以及生物体所产生的物质的化学组成、结构、性质和功能，对这些生物大分子进行深入细微的结构分析。研究这些物质在体内的化学变化，即新陈代谢过程。即这些物质在酶的催化下合成或分解的过程，即物质的运转和能量转移过程。在此基础上阐明各种生命现象如生长、生殖、运动、适应、遗传、变异的分子活动规律，并应用这些规律为工业，农业和生物学、医学实践服务。第16页/共48页讲师：赵丹丹17三、生物化学的分类根据研究对象的不同：动物生物化学植物生物化学普通生物化学微生物生物化学根据从分子水平深入到生命科学的不同领域：免疫生物化学、进化生物化学等根据在生产实践中的应用领域不同：工业生化、农业生化、医学生化、食品生化第17页/共48页讲师：赵丹丹18静态生物化学构成生物体的物质基础（五种碳氢化合物）动态生物化学生命物质在生物体中的运动规律功能生物化学生命物质的结构、功能与生命现象的关系

糖类及其衍生物脂类及其衍生物由氨基酸组成的蛋白质和多肽由含氮杂环化合物构成的核苷酸、核酸、血红素等维生素、激素和其它有机小分子根据研究内容的不同：第18页/共48页讲师：赵丹丹19课程目录Chapter

1CarbohydrateChapter2

Lipid&BiomembraneChapter3

ChemistryofProteinChapter4NucleicAcidChapter5EnzymeChapter6

Vitamin&CoenzymeChapter7

BiologicalOxidationChapter8CarbohydrateMetabolismChapter9

Lipid

MetabolismChapter10ProteinMetabolismChapter11NucleicAcidMetabolismChapter12BiosynthesisofProteinChapter13CellMetabolismandRegulationofGeneExpressionDynamicBiochemistryStaticBiochemistryBiomolecules第19页/共48页讲师：赵丹丹20四、生物化学的发展简史和研究现状生物化学的发展大体可分为三个阶段：静态描述性阶段——对生物体各组成进行分离、纯化、结构测定合成及理化性状的研究。动态生化阶段——研究生物体内代谢途径。机能生化阶段——研究生物大分子的结构和功能。第20页/共48页讲师：赵丹丹211、第一阶段：从19世纪末-20世纪30年代静态描述性阶段——对生物体各组成进行分离、纯化、结构测定合成及理化性状的研究。主要成就包括：

E.fischer测定很多糖和氨基酸的结构，提出蛋白质由肽键连接；

J.BSumner于1926年首次从刀豆中分离并制成脲酶结晶，证明它是蛋白质；食物分析和营养研究发现维生素和激素第21页/共48页讲师：赵丹丹222、第二阶段：1930-1950动态生化阶段——研究生物体内代谢途径。利用离体器官、组织切片、组织匀浆及精制的纯酶等方法，进一步研究生物体内各种组成物质的代谢变化，以及生物活性物质在代谢变化中的作用。主要成就包括：糖酵解和三羧酸循环途径(EMP-TCA)脂肪酸分解途径(β-氧化)氨基酸、嘌呤、嘧啶及脂肪酸等生物合成途径等。新技术的产生：同位素标记、电镜、X衍射、层析、电泳、超离心等第22页/共48页讲师：赵丹丹233、第三阶段：第20世纪50年代初-80年代机能生化阶段——研究生物大分子的结构和功能。主要成就包括：蛋白质方面：1953年Sanger首次测定牛胰岛素的化学结构；60年代测定了肌红蛋白、血红蛋白的立体结构。核酸方面：1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构；1958年Crick提出了中心法则；1961-1965年，Nirenbery破译全部遗传密码。第23页/共48页讲师：赵丹丹24其他方面：1960Jacob提出了操纵子模型等1961年Mitchell创立了化学渗透学说1964年Monod提出酶与蛋白质的变构效应1978年F.Sanger提出了末端终止法测定核苷酸顺序1982年T.R.Cech等在四膜虫中发现了具有催化活性的RNA—Ribozyme1997年英国I.Wilmut等运用羊的体细胞（乳腺细胞）克隆出了羊—克隆羊多莉。第24页/共48页讲师：赵丹丹254、生物化学研究的诺贝尔奖1902EmilFischer(sugarandpurinesyntheses).1907EduardBuchner(cell-freefermentation).1910AlbrechtKossel(cellchemistrymadethroughworkonproteins,includingthenucleicsubstances).1915RichardWillstätter(plantpigments). 1922ArchibaldV.Hill(productionofheatinthemuscle),OttoMeyerhof(fixedrelationshipbetweentheconsumptionofoxygenandthemetabolismoflacticacidinthemuscle)1923FrederickG.Banting,JohnMacleod(insulin).1927HeinrichWieland(bileacids).第25页/共48页讲师：赵丹丹26

1929ArthurHarden,HansvonEuler-Chelpin(fermentationofsugarandfermentativeenzymes).1929ChristiaanEijkman(antineuriticvitamin),SirFrederickHopkins(growth-stimulatingvitamins).1930HansFischer(haeminandchlorophyll).1931OttoWarburg(natureandmodeofactionoftherespiratoryenzyme).1937AlbertSzent-Györgyi(biologicalcombustion,vitaminCandthecatalysisoffumaricacid).1937NormanHaworth(carbohydratesandvitaminC),PaulKarrer(carotenoids,flavinsandvitaminsAandB2).第26页/共48页讲师：赵丹丹271939AdolfButenandt(sexhormones),LeopoldRuzicka(terpenes).1943HenrikDam,EdwardA.Doisy(vitaminK).1945SirAlexanderFleming,ErnstB.Chain,SirHowardFlorey(penicillin).1946JamesB.Sumner,JohnH.Northrop,WendellM.Stanley(enzymeandproteincystallization).1947CarlCori,GertyCori(catalyticconversionofglycogen),BernardoHoussay(hormoneoftheanteriorpituitary lobeinthemetabolismofsugar).1947SirRobertRobinson(alkaloids).1948ArneTiselius(electrophoresis,serumproteins).第27页/共48页讲师：赵丹丹281950EdwardC.Kendall,TadeusReichstein,PhilipS.Hench(hormonesoftheadrenalcortex).1952SelmanA.Waksman(streptomycin).1952ArcherJ.P.Martin,RichardL.M.Synge(partitionchromatography).1953HansKrebs(citricacidcycle),FritzLipmann(co-enzymeA).1953HermannStaudinger(macromolecularchemistry).1954LinusPauling(structureofcomplexsubstances).1955HugoTheorell(natureandmodeofactionofoxidation enzymes).1955VincentduVigneaud(biochemicallyimportantsulphurcompounds).第28页/共48页讲师：赵丹丹29

1957LordTodd(nucleotidesandnucleotideco-enzymes).1958GeorgeBeadle,EdwardTatum(genesactbyregulatingdefinitechemicalevents),JoshuaLederberg(geneticrecombinationandtheorganizationofthegeneticmaterialofbacteria).1958FrederickSanger(structureofproteins).1959SeveroOchoa,ArthurKornberg(biologicalsyn-

thesisofribonucleicacidanddeoxyribonucleicacid).1961MelvinCalvin(carbondioxideassimilationinplants).1962FrancisCrick,JamesWatson,MauriceWilkins(molecularstructureofnucleicacids).1962MaxF.Perutz,JohnC.Kendrew(structuresofglobularproteins).第29页/共48页讲师：赵丹丹301964KonradBloch,FeodorLynen(cholesterolandfattyacidmetabolism).1964DorothyCrowfootHodgkin(structuresofimportantbiochemicalsubstances).1965FrançoisJacob,AndréLwoff,JacquesMonod(geneticcontrolofenzymeandvirussynthesis).1968RobertW.Holley,H.GobindKhorana,MarshallW.Nirenberg(interpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis).1969MaxDelbrück,AlfredD.Hershey,SalvadorE.Luria(replicationmechanismandthegeneticstructureofviruses).1970LuisLeloir(sugarnucleotides).第30页/共48页讲师：赵丹丹311971EarlW.Sutherland,Jr(mechanismsoftheactionofhormones).1972GeraldM.Edelman,RodneyR.Porter(chemicalstructureofantibodies).1972ChristianAnfinsen(aminoacidsequenceandthebiologicallyactiveconformation),StanfordMoore,WilliamH.Stein(catalyticactivityoftheactivecentreoftheribonuclease).1975DavidBaltimore,RenatoDulbecco,HowardM.Temin(interactionbetweentumourvirusesandthegeneticmaterialofthecell).1975JohnCornforth(stereochemistryofenzyme-catalyzedreactions).第31页/共48页讲师：赵丹丹321977RogerGuillemin,AndrewV.Schally,RosalynYalow(peptidehormones)1978WernerArber,DanielNathans,HamiltonO.Smith(restrictionenzymes).1978PeterMitchell(chemiosmotictheoryofbiologicalenergytransfer).1980PaulBerg(recombinant-DNA),WalterGilbert,Frederick Sanger(nucleicacidsequencing).1982SuneK.Bergström,BengtI.Samuelsson,JohnR.Vane(prostaglandins).1982AaronKlug(structuralelucidationofbiologicallyimportantnucleicacid-proteincomplexes).第32页/共48页讲师：赵丹丹331983BarbaraMcClintock(mobilegeneticelements).1984BruceMerrifield(chemicalsynthesisofpolypeptidesand

polynucleotides).1985MichaelS.Brown,JosephL.Goldstein(regulationofcholesterolmetabolism).1986StanleyCohen,RitaLevi-Montalcini(growthfactors).1987SusumuTonegawa(generationofantibodydiversity)1988SirJamesW.Black,GertrudeB.Elion,GeorgeH.Hitchings(principlesfordrugtreatment).1988JohannDeisenhofer,RobertHuber,HartmutMichel(photosyntheticreactioncentre).1989J.MichaelBishop,HaroldE.Varmus(oncogenes).第33页/共48页讲师：赵丹丹341989SidneyAltman,ThomasR.Cech(catalyticpropertiesofRNA).1991ErwinNeher,BertSakmann(singleionchannels).1992EdmondH.Fischer,EdwinG.Krebs(reversibleproteinphosphorylation).1993RichardJ.Roberts,PhillipA.Sharp(splitgenes).1993KaryB.Mullis(polymerasechainreaction),MichaelSmith(site-directedmutagenesis).1994AlfredG.Gilman,MartinRodbell(G-proteins).1995EdwardB.Lewis,ChristianeNüsslein-Volhard,EricF.Wieschaus(geneticcontrolofearlyembryonicdevelopment).1997StanleyB.Prusiner(Prions).第34页/共48页讲师：赵丹丹351997PaulD.Boyer(synthesisofATP),JohnE.Walker,JensC.Skou(ion-transportingenzyme).1998RobertF.Furchgott,LouisJ.Ignarro,FeridMurad(nitricoxide).1999GünterBlobel(proteinlocalization).2000ArvidCarlsson,PaulGreengard,EricR.Kandel(signaltransductioninthenervoussystem).2001LelandH.Hartwell,TimHunt,SirPaulNurse(regulatorsofthecellcycle).2002SydneyBrenner,H.RobertHorvitz,JohnE.Sulston(regulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath).第35页/共48页讲师：赵丹丹362003PeterAgre,RoderickMacKinnon(channelsincellmembranes).2002JohnB.Fenn,KoichiTanaka,KurtWüthrich(structureanalysesofbiologicalmacromolecules).2004RichardAxel,LindaB.Buck(odorantreceptors).2004AaronCiechanover,AvramHershko,IrwinRose(ubiquitin-mediatedproteindegradation).2005YvesChauvin,RobertH.Grubbs(forthedevelopmentofthemetathesismethodinorganicsynthesis).2005BarryJ.MarshallJ,RobinWarren(fortheirdiscoveryofthebacteriumHelicobacterpylorianditsroleingastritisandpepticulcerdisease).第36页/共48页讲师：赵丹丹372006第37页/共48页讲师：赵丹丹382007第38页/共48页讲师：赵丹丹392008

第39页/共48页讲师：赵丹丹405、我国生物化学的主要成就吴宪教授的工作：现代临床血液化学分析（福林—吴方法）20世纪30年代，1931年蛋白质变性理论气体与电解质的平衡早在20世纪30年代就提出了蛋白质变性理论确定了抗体和抗原结合的定量关系中国现代最早的营养学专着——《营养概论》1965年上海生化所、上海有机所、北大联合首次分成了具有生物活性结晶牛胰岛素。1972年用X衍射研究了猪胰岛素的三维结构。80年代后的生物工程快速发展：克隆牛/猪。目前已能用基因工程的方法生产许多产品如乙型肝炎疫苗、SOD、人生长激素、各种干扰素、各种白细胞介素等等。第40页/共48页讲师：赵丹丹41五、学好生物化学的重要性你的专业你的现在你的未来第41页/共48页讲师：赵丹丹421、生物化学与其他学科的关系Organicchemistry,whichdescribesthepropertiesofbiomolecules.

Biophysics,whichappliesthetechniquesofphysicstostudythestructuresofbiomolecules.

Medicalresearch,whichincreasinglyseekstounderstanddiseasestatesinmolecularterms.

Nutrition,whichhasilluminatedmetabolismbydescribing