生物化学 第一章：绪论

生物化学BIOCHEMISTRY第一章：绪论

一、生物化学的概念和任务二、生物化学与药学科学的关系三、发展中的生物化学四、参考文献生物化学(biochemistry)是生命的化学，是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的一门生物学与化学相结合的基础科学。分子水平一、生物化学的概念和任务

(一)

概念：生物化学(biochemistry)是生命的化学，是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化规律的一门科学。生物化学是从分子水平来研究生物体（人类，动物，植物和微生物等）内的基本物质的化学组成、结构以及生命活动中这些物质所进行的化学变化（代谢反应）的规律以及其与生理功能关系的一门科学，是一门生物学与化学相结合的基础学科（P1）。(二)

生物体的重要组成：蛋白质，核酸，糖类，无机盐，水，另外还有维生素和微量元素等。举例:1.硒：抗肿瘤，增加免疫力保健品北大富硒康，含硒盐

2.碘：碘缺乏可引起智商低下，发育迟缓-----呆小症含碘盐(全民补碘)。但碘容易挥发不耐高温。(三)

生物化学的任务1.

静态生化研究生物体基本物质的化学组成，结构，理化性质，生物学功能，以及结构与功能的关系。2.

动态生化研究物质代谢的体内动态过程，极其调节----如糖脂，蛋白质等在机体内的合成分解以及代谢的调节。3.

功能生化研究代谢反应与生理功能的关系，以了解生命现象的规律----水与电解质平衡;酸碱平衡;血液生化;肾脏生化;肝胆生化;骨牙与钙磷代谢等。对药学专业的学生来说，要求掌握静态生化与动态生化的内容，而功能生化是医学院学生的教学重点。4、遗传信息传递及其调节（分子生物学）生物化学的任务是研究生物体组成的物质性质，结构与功能以及这些物质在生命活动化学变化规律以及其与生理功能关系，从而阐明生命现象的本质，并把这些基础理论原理和方法运用于有关科学领域和生产实践，从而达到征服自然和改造自然的目的。二、生物化学与药学科学的关系

（P2）1.

生物化学是研究生物的组成结构和功能，其生命现象的本质，在分子水平上得到阐明------分子生物学。1)

分子生物学生命现象从分子水平上得以解释。2)

遗传的分子基础（分子遗传学）-----HGP(humangeneproject)3)

生物大分子结构与功能---生物大分子人工设计与合成（研发新药，特别是抗肿瘤药物）4)

生物膜的结构与功能---靶向药物2.

研究药物作用的分子机制以及药物在体内代谢转化和代谢动力学，其理论与技术手段与生物化学密切相关---生化药理学。3.

研究药物制剂与药物在体内的过程（包括吸收，分布，代谢，转化和排泄的关系），阐明药物剂型因素，生物因素与疗效之间的关系---生物药剂学。4.

生物工程制药工业---以生物化学微生物学和分子生物学为基础，发展起来的生物工程制药工业以成为制药工业的一个新门类。重要的重组药物，人胰岛素，人生长素，α，β，γ干扰素，IL-2，EPO。因此生物工程主要包括以下四个方面：基因工程，酶工程，细胞工程，发酵工程。5.

生物化学与中药现代化入世之后，中药，中成药立足国内外市场（药品，保健品），国家科技部2001年—2010年建立几个品牌中药产品。因为20世纪80年代以来，由于化学药品开发的难度增大，价格昂贵，毒副作用明显，环境污染严重，以及“回归自然”的浪潮的冲击的影响，人们对植物药的开发有了浓厚的兴趣。1994年10月美国批准了“饮食补充剂，健康教育法”，其中包括了植物提取物的使用的合法性，这样，中药以“饮食添加剂”的身份出现在美国市场。随后，美国的食品与药品管理局FDA制定了“植物药在美上市批准法”，编辑出版了包括300种药用植物的美国草药典，作为美国正式药典的补充。-----为植物药在美国的研究开发销售和使用提供法律依据和条件。

1997年，天津(天士力集团独家研制)生产的复方丹参滴丸第一个向美国FDA提出了药品临床实验申请(IND)并通过了FDA审核，成为我国第一个获准IND申请的复方中成药，中药产品终于在国际市场上结束了只能充当食品添加剂的角色的历史。《世界中成药市场“大蛋糕”，中国仅切3%----中药，“江湖地位”待稳固》

那么影响中药产业现代化以及中药走出国门与国际接轨的主要原因是什么呢？1.

质量---阻碍中药现代化的一个主要障碍是原材料质量问题，农药残留超标，重金属超标等。举例：德国施瓦贝公司为保证银杏叶质量近年直接投资在山东，江苏设立了银杏叶生产基地。

GAP：GoodAgriculturalPractise“药材生产质量管理规范”或“优良的种植管理规则”2.

研究开发的GLP和GCP（GoodLaboratoryPractise，GoodClinicPractise）3.

GMP（GoodManufacturePractise）认证---国家实施GMP认证后，中药生产企业的GMP认证就成为了一个很重要的先决条件。排除设备老化布局不合理，厂房陈旧等问题。4.

产品在国际市场上的竞争力---企业选择生产的产品本身是否具有竞争力。复方丹参滴丸成功通过俄罗斯卫生部处方药注册获准在俄罗斯上市，与俄罗斯目前治疗心血管病的同类药物相比具有疗效好，安全性高，质量可靠，速效和标本兼治疗的优点。目前，中药制剂是一个研究比较活跃的领域，中药注射剂，中药巴布剂，中药冻干剂以及中药缓释剂都得到了很快的发展。《中药戒毒药成为阿联酋的处方药》

中国医药报（2002年11月14日）报道中药制剂富康片成为中国在阿联酋获准的第一个中药戒毒药，用于临床治疗。

三、发展中的生物化学（P2-3）

生物化学经历100多年的发展其历程中由于2个重大突破而发展迅速。1.

对酶的化学本质及其催化作用理论的发现2.

核酸及其结构与功能研究的突破。1877年，德国医生霍佩-赛勒首次提出生物化学“biochemistry”或“biologicalchemistry”将其建立为一门独立的科学而著名。蛋白与功能研究1）1926年，Summer从刀豆中分离获得脲酶结晶，提出了酶的化学本质是蛋白质---酶的古老定义统治了半个多世纪。

2）艾贝尔获得牛胰岛素结晶，对蛋白质结构和功能的研究做出贡献。1937年，Krebs创立了三羧酸循环理论----物质代谢研究的基础。1944年，由肺炎双球菌实验得出DNA是细胞的基本遗传物质---美国生物学家麦卡蒂（Mcmarty）、麦克劳德（Macheod），加拿大细菌学家艾弗里（Avery）在纽约的洛克非勒研究所。---分子生物学的诞生。1953年，美国冷泉港实验室沃森和克里克（WatsonandCrick）提出了DNA双螺旋模型并由威尔金斯（Wilkins，新西兰出生的物理学家，）通过X-射线衍射技术证实，三人共获得1962年诺贝尔生理医学奖。-----分子生物学的新纪元。1973年Cohen建立了体外重组DNA的方法-----生物工程的诞生。1981年，西克（T.cech）发现四膜虫rRNA的自我拼接，从而打破了一切酶都是蛋白质的传统概念。1985年，PCR（polymerasechainreaction，多聚酶链反应）首次以文字形式出现------体外扩增目标基因的重要手段。1990年，生命科学领域的重大里程碑工程，即“人类基因组研究计划（humangeneproject---HGP）”正式启动。HGP：花费30亿美金，耗时15年（1990-2005）完成人类3*109

对（30亿对）碱基的排列顺序。

20世纪科技界三大重要事件：50年代的曼哈顿计划—原子弹；70年代阿波罗计划—登月；90年代的HGP---生命现象的解码。

抗白血病（CML）的药物，STI571蛋白激酶抑制剂，阻止蛋白质磷酸化达到治疗白血病的目的，此药于2001年经FDA批准上市，在中国的注册商标为“格列卫”。

3、中国的生物化学的发展

美国哈佛医学院的福林（Folin）与吴宪于1919-1920年首次用比色定量法测定血糖含量吴宪，1924-1942年任私立北京协和医学院生化教授，领导并完成蛋白质变性理论，血液的生物化学方法检查，免疫化学研究等---临床生化。

1965年一群从英国剑桥回国的人员在上海生物化学研究所有机所和北京大学等(汪猷、邹承鲁、刑其毅等)用化学方法成功合成具有生物学活性的蛋白质---结晶牛胰岛素。1983年又采用有机合成和酶促合成相结合的方法，完成酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。

20世纪初生化开始作为一门独立的学科。

20世纪20年代，证明酶的本质就是蛋白质。

生物化学发展史因此荣获了1946年诺贝尔化学奖！

1926年，美国生物化学家J·B·Sumner（1887～1955）首次提纯出脲酶，并证明了酶是一种蛋白质。

20世纪前半叶，主要物质代谢途径基本确定。生物化学发展史β-氧化

1904,F.Knoop鸟氨酸循环1932,H.A.KrebsandK.Henseleit糖代谢脂代谢氨基酸代谢三羧酸循环1937,H.A.Krebs最初的双螺旋模型1953,FranklinDNAX-射线衍射图(51号照片)生物化学发展史1953年DNA双螺旋结构模型的建立，标志着生物化学发展进入分子生物学时期。Waston,Crick,Wilkins三人共获1962年诺贝尔生理学或医学奖。

第三阶段：分子生物学

1955年英国生物化学家Sanger确定了牛胰岛素的一级结构。获1958年诺贝尔化学奖。生物化学发展史生物化学发展史1965年9月17日，在中国首次人工合成结晶牛胰岛素。

这也是世界上第一个蛋白质的全合成。开辟了人工合成蛋白质的新时代。1974年美国学者Jaenisch首次应用显微注射法获得转基因小鼠。

目前，转基因动植物已广泛应用于基础研究、疾病动物模型、药用蛋白质生产、农业等领域。1987年，世界上第一只商业化转基因绵羊在英国著名的罗斯林研究所诞生。她的乳汁可分泌α-抗胰蛋白酶，含量高达30毫克/升。

生物化学发展史70年代初重组DNA技术建立，使人们主动改造生物体成为可能。转基因动物

目前利用下列转基因动物可以生产出人类蛋白质药物：

牛：抗凝血酶、纤维蛋白原、人血清白蛋白、胶原蛋白、乳铁蛋白、糖基转移酶、蛋白C等；

山羊：抗凝血酶原、抗胰蛋白酶、血清白蛋白、组织纤溶原激活因子、单克隆抗体等；

绵羊：抗胰蛋白酶、凝血因子Ⅸ、蛋白C；

猪：凝血因子Ⅸ、蛋白C、纤维蛋白原、血红蛋白。经济效益

利用转基因动物生产1克蛋白质，成本只需0.02-0.5美元；而利用其它生产工艺则需要800-5000美元。1978年和1981年，美国化学家S·奥尔特曼（1939～）和T·切赫（1947～）分别在实验中发现：核糖核酸(RNA)具有生物催化作用，具有酶一样的活性。

奥尔特曼与切赫共获1989年诺贝尔化学奖

生物化学发展史80年代初，核酶的发现，增加了人们对生物催化剂的认识。1983年Mullis发明了聚合酶链反应技术（polymerasechainreaction,PCR）,使人们可以在体外高效率扩增DNA。生物化学发展史Mullis藉此获得1993年诺贝尔化学奖。五、参考文献

《人类基因又有多项惊人发现》

《超大