第1章生物化学绪论2012

生物化学Biochemistry主讲教师：李峰、王兴平美国康奈尔大学教授：中国高校必须教会学生提问中国学生不愿意提问博士生的素质决定研究机构的质量大学教师更重要的责任是帮助学生成长生物化学（Biochemistry)主要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，从分子水平阐明生命现象的化学本质。1.1生物化学的研究范围与内容生物化学分为静态生物化学、动态生物化学和信息生物化学三个部分

静态生物化学：生物大分子的结构、种类、性质与功能。动态生物化学：生物大分子的合成与分解。信息生物化学：遗传信息的储存和传递过程，以及细胞代谢与基因表达调控。

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。生物分子的主要类型包括：糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。生物大分子及其基本特征生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。生物大分子具有如下特征：生物大分子及其基本特征(1)由结构比较简单的小分子

结构单元分子所组成最重要的结构单元分子主要有以下几类:构成蛋白质的结构单元分子20种基本氨基酸构成核酸的结构单元分子构成脂的结构单元分子甘油、脂肪酸和胆碱构成糖的结构单元分子单糖(2)具有非常复杂的结构生物大分子的结构可分为两型种类：生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞大，结构复杂的线性分子或环状分子。通常将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。生物大分子的立体结构生物大分子在线性或环状结构基础上，通过分子内或分子之间的基团（包括极性、非极性和带电荷基团）相互作用，可以进一步形成非常复杂的立体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，而有的则形成球状等。(3)生物分子的手性构成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。例如，构成蛋白质的氨基酸都是L－型。构成多糖的葡萄糖都是D－型。1.2生物化学发展简史随着生产实践和科学实验的发展而发展我国古代人们早已具有一定的生物化学实践知识，对生物化学的发展作出了重大贡献。22thB.C.《战国策》有酿酒的记载；12thB.C.《周孔》有造酱的记载；597B.C.《左传》有麦曲（酵母）治疗腹疾的对话；4thA.D.海藻酒防治甲状腺肿大；7thA.D.用中药治疗脚气病（缺乏VitB1）,这比荷兰医生埃克曼（Eijkman）发现VitB1（1897年）早1千多年；7thA.D.孙思邈（581－682年）利用猪肝治疗雀目（夜盲症）近代生物化学的发展始于18世纪中叶的欧洲。

1903年纽伯格（Neuberg）提出了“生物化学”一词，从此生物化学成为一门单独的学科。20世纪20年代开始，生物化学进入一个迅猛发展的时期，取得了显著的成绩。（动态生化阶段）酶的化学本质是蛋白质（1926年）同位素示踪法，促进了生物体内的化学变化的研究。在中子和质子组成的原子核内，质子数相同，中子数不同的这一类原子称为同位素。会发生放射性衰变的同位素称为放射性同位素。进入20世纪50年代开始，生物化学取得了空前的发展。（结构与功能的关系）蛋白质一、二、三、四级结构的研究取得重大突破。1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构，标志分子生物学的诞生。（信息生物化学阶段）1953年，Waston（1928－）和Crick（1916－2004）提出DNA的右手双螺旋模型（doublehelixmodel），普遍被认为是分子生物学发展的主要历程碑。

1962年和Wilkins（1916－2004）共享诺贝尔生理医学奖。这四位中间，有一位女科学家，这位女科学家在1958年去世了，1962年他们得诺贝尔奖的时候，她已经去世了。她其实是在这里边作出贡献最大的一位科学家，也是受到最不公正待遇的一位。

她比FrancisCrick、JamesWatson和MauriceWilkins三人加起来都更理应获得诺贝尔奖，但诺贝尔奖不能给那些故去的人颁发，实在是个遗憾。

罗莎琳德·富兰克林（RosalindFranklin，1920－1958）

RosalindFranklin以炭的孔状结构为题（herthesisonholesincoal）完成了论文，并且于1945年从剑桥拿到了物理化学的博士学位（Ph.D.，PhilosophiaeDoctor）。在1939年下半年，当Rosalind还是Cambridge,NewnhamCollege(纽纳姆学院)的一名学习化学的19岁学生的时候，她就在她的练习簿上构思出了一个核酸在理论上的可能结构。

当Rosalind回到伦敦国王学院（King‘sCollege）时，她的老板兰德尔（JTRandall）希望她可以对DNA的结构进行研究。

NewnhamCollege,1871成立King‘sCollege，1441年由英国国王亨利六世创立

2.0nm小沟大沟1953年4月25日，《自然》杂志发表了Crick和Watson的论文（Nature,1953,Apr.25,P737），也同时发表了Wilkins和Franklin和他们的合作者分别写的两篇实验结果的论文。

20世纪50年代许多实验室对DNA的双螺旋结构模型进行验证。1956年A.Kornberg（科恩伯格）发现DNA聚合酶，可在体外复制DNA。1959年获诺贝尔生理学、医学奖。1958年Crick总结了当时分子生物学的成果，提出了“中心法则”（centraldogma）。1961年F.Jacob（雅各布）和J.L.Monod（莫诺）提出并证实了操纵子学说并假设了mRNA的功能。1965年获诺贝尔生理学、医学奖。1965年R.W.Holley（霍利）测定了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列；H.G.Khorana（科尔拉）第一个合成了核酸分子，并人工复制了酵母基因；1966年M.W.Nirenberg（伊润伯格）破译了遗传密码。他们三人共获1968年的诺贝尔生理学、医学奖。1970年H.M.Temin、D.Baltimore和R.Dulbecco(杜伯克)发现了在RNA肿瘤病毒中存在逆转录酶。1975年共获诺贝尔生理学、医学奖。

20世纪70年代前期诞生了DNA重组技术（DNArecombinanttechnology）。（DNA切割技术、分子克隆和快速测序）

人类基因组计划（HumanGenomeProject,HGP）开辟了生命科学新纪元

科学家发现，不论单基因病还是多基因病，在发病过程中实际上都涉及很多基因的作用。要搞清任何一种疾病发生的原因，必须从基因组层面上搞清涉及疾病的所有基因的变化规律，而不只是研究某个基因。由此孕育出人类基因组计划这一伟大的科学工程。该计划于1990年首先在美国启动，整个计划耗资30亿美元，预计在15年时间内完成，后有德、日、英、法、中等国家的科学家先后正式加入。我国的生物化学的发展起步较晚吴宪提出蛋白质变性学说，建立的无蛋白血滤液的制备和血糖测定方法，至今仍然有效；1965年，人工合成结晶牛胰岛素；1972年，研究猪胰岛素的结构；1981年，成功合成了酵母丙氨酸tRNA；1980S后期，通过遗传工程获得了干扰素，人生长素及乙型肝炎疫苗等的高效表达;1.3生物化学的应用与发展前景1.3.1生物化学的应用1.在农业生产中的应用在农业生产上，作物栽培、作物品种鉴定、遗传育种、土壤农业化学、豆科作物的共生固氮、植物的抗逆性、植物病虫害防治等学科都越来越多地应用生物化学作为理论基础。2.在工业生产中的应用某些轻工业生产中，如食品工业、发酵工业、制药工业、生物制品工业、皮革工业等都需要广泛地应用生物化学的基本理论及技术。2.在工业生产中的应用尤其是在发酵工业中，人们可以根据微生物合成某种产物的代谢规律、特别是它的代谢调节规律，通过控制反应条件，或者利用基因工程来改造微生物，构建新的工程菌种以突破其限制步骤的调控，大量生产所需要的生物产品。2.在工