生物化学绪论

生物化学绪论

我强烈建议： 在学习这门课程的过程中无论何时遇到问题，务必与我联系，或者将你的反馈意见发到我的电子信箱——mayanling@nwu.edu.cn

某些规则或建议 课堂上关闭手机或者将其调到静音状态！做笔记不要太认真！课堂上集中听讲和理解！要么准时来，要么就别来！你可以在课堂上睡觉，但不要打鼾！考核成绩不理想，不要来求情！

在课堂上必须： 关掉手机或调到静音状态！违规者严惩不贷

学好生物化学的秘诀 正如一句谚语所说的：我听，我忘。我看，我记得。我做，我理解。

参考书目 • 教材： • 生物化学主编王镜岩等，高等教育出版社出版，2003年第三版（上册） • 参考书目： • 生物化学主编沈同，王镜岩. 高等教育出版社出版 • 《生物化学原理》（高等教育出版社杨荣武主编）

一些推荐的免费网络资源 www.sciencedaily.com www.worthpublishers.com/lehninger www.aw.com/mathews/ www.web-books.com/MoBio/ www.almaz.com/nobel www.indstate.edu/thcme/mwking/home.html www.wiley.com/college/voetfundamentals www.biointeractive.org

几本好的英文教材： (1) Lehninger—Principles of Biochemistry (2) Stryer—Biochemistry (3) Mathews—Biochemistry (4) Voet—Fundamentals of Biochemistry

2003年十大科技突破 Cracking Mental Illness Spontaneous Sperm and Egg Cells Breakthrough Cancer Therapies The Self-Reliant Y Chromosome Climate Change Impacts RNA Advances Zooming in on Single Molecules Left-Handed Materials Starbursts and Gamma Rays Severe acute respiratory syndrome (SARS)

2004年十大科技突破 Unmistakable proof of Martian water “Hobbit” fossils Cloned human embryos ? a new form of condensate “junk DNA” actually play an important role Astronomers discovered a pair of neutron stars locked in orbit of each other Naturalists tracking the fate of wild species worldwide new discoveries about how water molecules bind together and how electrons and protons dissolve in water. “a revolution in public health” techniques to identify genes in ocean water or in specimens recovered from deep underground.

2005年十大科技突破 Watching evolution in action Planetary Safaris A Rich Year for Plants The Nature of Neutron Stars Brain Wiring and Disease Where Did Earth Come From? Key Protein's Close-up Changing Climate of Climate Change? Cell Signaling Steps Up ITER Lands in France

2006年十大科技突破 The Poincare Conjecture Pulling DNA out of Fossils Shrinking Ice Sheets Fishy First Steps The Science of Invisibility Hope for Macular Degeneration Patients How Biodiversity Happens New Frontiers in Microscopy Making Memories New Class of Small RNAs

2007年十大科技突破 • 揭开人类基因组个体差异之谜 • 用皮肤细胞培育胚胎干细胞 • 宇宙射线或与黑洞有关 • 揭开β2-肾上腺素受体神秘面纱 • 硅有可能“退居二线” • 发现量子自旋霍尔效应 • T细胞通过不对称分裂具有两种功能 • 高能低耗化合物合成技术 • 发现人类大脑重要记忆中心 • 挑战人类智力的电脑程序

2008年十大科技突破 • 苹果应用程序商店 • Android平台 • USB 3.0标准 • 具备摄像功能的单反相机 • 忆阻器(Memristor) • 全球定位系统(GPS) • 闪存 • Speedo LZR泳衣 • 可食用芯片 • 柔性显示屏

生物化学引言 什么是生物化学? 生物（Bio）+化学（Chemistry） =生物化学（ Biochemistry）学习生物化学的目的：在分子水平上研究细胞的结构、组织和功能 (1)结构生物化学 (2) 代谢生物化学 (3) 分子生物学生物化学的发展史生物化学与其他学科的关系生物化学的应用

一、生物化学的定义 生物化学就是生命的化学，是研究生物体的化学组成和生命过程中的化学变化的科学。前者包括生物体内的各种化学物质的结构和功能，后者指生物体内的新陈代谢及其调控。可以说，生物化学研究的是生命现象的化学本质，一切与生命有关的化学现象都是生物化学的研究对象。

生物化学是生物学（或化学）的一个分支，是生命的化学，应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质的学科。生物化学是生物学（或化学）的一个分支，是生命的化学，应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质的学科。

生物化学的研究内容 （一）静态方面（molecular basis of life）：又称结构结构生物化学，主要研究生物化学大分子的结构、组成及功能；

生物小分子和生物大分子的关系 小分子大分子复合大分子单糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白质糖脂核苷酸核酸脂蛋白脂类（由小分子到大分子）

（二）动态方面（chemical change of life） 研究活细胞的新陈代谢；（三）基础分子生物学（information transfer of life）研究遗传信息的传递过程。

二、生物化学的发展史 —发展中的生物化学 1. 古代生物化学 2.生物化学的奠基时期 3.生物化学的成熟期 3.1 研究方法的改进 3.2 众多科学家的参与 4.现代生物化学 5.我国生物化学概况

1. 古代生物化学 • 我国古代劳动人民对生物化学的贡献 • 1、公元前15世纪，从出土文物的酒具、铜器来看，已能造酒，《尚书》记载中已有用“曲”酿酒。 • 2、公元12世纪 • 《周礼》记载有用“曲”制酱； • 《黄帝内经》记载有食物搭配膳食； • 唐朝《食疗本草素问》提出饮食治疗的思想； • 《左传》中记载用“曲”来治肠胃病。 • 3、公元前4世纪 • 《庄子》中记载以碘治瘿病（甲状腺肿），用猪肝治夜盲症（雀目）。 • 4.明朝李时珍《本草纲目》中记载了药用植物1800多种。

2.生物化学的奠基时期 2.1 生物化学的诞生现代自然科学是从18世纪下半叶开始发展，而生物化学是以18世纪随着化学、物理学特别是生理学的发展而逐渐形成一门学科。生物化学是一门年轻的学科，它诞生于19世纪末，20世纪初，即1903年，由德国的Neuberg 提出“生理化学”这个名词，（英文为Biochemistry 或 Biological Chemistry现译为“生物化学”，简称“生化” )。

2. 2 生物化学发展与起源 生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪初步发展，20世纪初才成为独立的学科。首先，起源于法国，由法国传之于德国，由德国而传到美国和英国。在20世纪后，再由上述国家流传于其他各国。大约在两世纪的时间中，经过很多杰出生化学者的辛勤研究，现己成为独立完整的生物化学学科。

2.3 生物化学发展重要记事 19世纪：（1）1842年德国化学家李比希（Liebig）提出“代谢”一词，指出：代谢是生命机体物质建设和破坏的化学过程。（2）1877年，德国化学家霍佩--赛勒（Hoppe—Seyler）第一次提出 “生物化学”一词。（3）1849年，法国微生物学家巴斯德（Pasteur）提出酵母中有“酵素”即现代所说的 “酶”。（4）1876年，Wilhelm Kuhne（屈内）给酵素定名为“酶” （Enzyme）。（5）1894年，费歇尔（Fischer）首先提出酶的专一性及酶作用的“锁一钥”学说。由于费歇尔是使生物化学成为独立学科的最有功劳的人物，因此，而被人们誉之为“生物化学之父”。

生物化学之父—费歇尔（Fischer） Fischer H.E. (1852-1919), 德国有机化学家， Fischer H.O.L之父。19世纪中叶最杰出的化学家之一。他阐明了很多自然产物的结构并合成了它们，还建立了所有己醛糖和戊醛糖的立体结构并阐明了酶活性的立体特异性。因在糖和嘌呤合成方面的突出贡献而获1902年度诺贝尔化学奖。 1894年，费歇尔（Fischer）首先提出酶的专一性及酶作用的“锁一钥”学说。埃米尔·费歇尔(Emil Fischer)在1902年前后发现了缬氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，1907年成功地用化学方法联接18个氨基酸，合成了多肽，并证明了尿酸、黄嘌呤、咖啡碱、可可碱和另一些含氮化合物都与嘌呤这一物质有关。他合成了苯肼，用来测定糖的结构和进行成分分析，确定了左旋糖苷、葡萄糖及其他许多糖的分子结构，并合成这些化合物。汉斯·费歇尔(Hans Fischer)证明了氯血红素结构并接近完成叶绿素的人工合成，还研究过胡萝卜素及卟啉。

2.3 生物化学发展重要记事 20世纪：（6）1926年，萨姻纳（Sumney）制成第一种酶的结晶：脲酶。（7）1937年，克雷布斯（A.Krebs）提出著名的三羧酸循环。（8）1950年，Waybuyg提出ATP是代谢能产生和利用的关键化含物。并提出呼吸链和氧化磷酸化理论。（9）1953年，桑格（Sanger）提出胰岛素分子由51个氨基酸组成。同时，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型；Crick又提出三联体密码。（10）1961年，莫诺(Mond)提出原核细胞基因的表达调控机制------乳酸操纵子学说。（11）1970年，特明（Temin）发现了逆转录酶。

生物化学中的关键技术 • 电泳（1923）生物大分子的分离、分析 • 超离心（1925）蛋白质、细胞亚器官的分离；分子量的确定 • 同位素标记（1934）物质代谢途径、生物大分子结构测定 • 层析（1944）生物大分子的分离纯化 • X-光衍射、NMR：生物大分子结构测定

生物化学重大发展年代表 1897年 Buchner 发现酵母细胞质能使糖发酵 1902年 Fischer 肽键理论 1926年 Sumner结晶得到了脲酶,证明酶就是蛋白质 1935年 Schneider将同位素应用于代谢的研究 1944年 Avery等人证明遗传信息在核酸上 1953年 Sanger的胰岛素氨基酸序列测定 Waston-Click提出DNA 双螺旋模型 1958年 Perutz等解明肌红蛋白的立体结构 1970年发现了DNA限制性内切酶 1972年 DNA重组技术的建立 1978年 DNA双脱氧测序法的成功 … 1990年人类基因组计划的实施,2001年完成,进入后基因组时代

4.现代生物化学 20世纪50年代以来，生物化学的发展集中体现在对蛋白质、酶、核酸等大分子化学组成、序列测定、空间结构及其与生物功能关系的研究，进而达到人工合成、模拟，创立了生物工程。1953年J.D.Watson和F．H．C. Crick提出DNA的双螺旋模型，1958年Crick又提出了“中心法则”，为遗传、免疫、，进化上的分子生物学奠定了基础。1964年瓦伦伯袼(M.W．Nirenberg)破译了遗传密码。生物化学在蛋白质、核酸、酶和代谢等方面己有理论方面的成就，而理论必然导致应用。生物化学在80年代己展开了生物工程或称为生物技术方面的崭新领域。生物工程主要包括遗传工程（基因工程）、蛋白质工程、酶工程，发酵工程、细胞工程等。

5.我国生物化学概况 解放前，我国早期的生物学家，在吴宪教授的领导下，完成了蛋白质变性理论、血液的生物化学检测研究、免疫化学研究、素食营养研究、内分秘研究等等，并在这些方面做出了重要贡献， 30年代，中国大部分留学生从国外回来，在生物化学领域作出了新的贡献。例如：从英国剑桥回国的王应眯、曹天钦、邹承鲁等，现在中国科学院上海生化研究所，他们与其他学者合作于1965年，成功地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，完成了酵母丙氨酸tRNA的人工台成。此外，我国在酶的作用机理、血红蛋白变异，生物膜结构与功能等方面都有具有国际水平的研究成果。

生物化学发展中几个重要的里程碑 Wohler合成尿素 “我得告诉你我不需要肾脏或一只动物就制备了尿素” Buchners利用酵母抽取物成功进行了糖发酵 Sumner获得脲酶结晶 Flemming发现染色体Mendel提出基因概念，并对基因定性。 Miescher分离核酸 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构基因组学和蛋白质组学

三、生物化学与其他生命科学的关系 • 1.生物化学与物理、化学的关系 • 化学和物理学科的理论和技术，为生物化学的研究提供了先进的方法和手段。 • 生物化学中提出的化学和物理问题，吸引了越来越多的化学家和物理学家的参与。返回

无机化学 有机化学化学分析化学物理化学高分子化学生物化学的衍生

植物学 动物学生物学微生物学生物化学生物学化学分子生物学化学生物学

化学生物学chemical biology • 生物有机化学 Bioorganic chemistry • 生物无机化学 Bioinorganic chemistry • 生物物理化学 Biophysical chemistry • 生物分析化学 Analytical biochemistry • 生物高分子化学 Biopolymer chemistry

2. 生物化学与其他生命科学的关系 2.1 生物化学是分子水平的生物学 2.2 生物化学是现代生命学科的基础和前沿

※生物化学是现代生物学科的基础和前沿 生物化学既是现代各门学科的基础，又是其发展的前沿。说它是基础，是由于生物科学发展到分子水平，必须借助与生物化学的理论和方法来探讨各种生命现象，包括生长、繁殖、遗传、变异、生殖、病理、生命起源和进化等。因此它是各学科的共同语言。

说它是前言，是因为各生物学科的进一步发展要取得更大的进展或突破，在很大程度上有赖于生物化学研究的进展而后所取得的成就，事实上，没有生物化学中对生物大分子（核酸和蛋白质）结构与功能的阐明，没有遗传密码以及信息传递途径的发现，就没有今天的分子生物学和分子遗传学。说它是前言，是因为各生物学科的进一步发展要取得更大的进展或突破，在很大程度上有赖于生物化学研究的进展而后所取得的成就，事实上，没有生物化学中对生物大分子（核酸和蛋白质）结构与功能的阐明，没有遗传密码以及信息传递途径的发现，就没有今天的分子生物学和分子遗传学。没有生物化学对限制性核酸内切酶的发现及纯化，就没有今天的生物工程。由此可见，生物化学在生物学科中占有重要的地位。

分子生物学生物工程molecular biology biotechnology • 基因工程 gene engineering • 发酵工程 ferment engineering • 酶工程 enzyme engineering • 细胞工程 cell engineering • 遗传工程 • genetic engineering • 抗体工程 • antibody engineering • 蛋白质工程 • protein engineering

生物化学与分子生物学关系最为密切。两者同在我国教委和科委颁布的一个二级学科中，称为“生物化学与分子生物学”，但两者还是有区别的。生物化学与分子生物学关系最为密切。两者同在我国教委和科委颁布的一个二级学科中，称为“生物化学与分子生物学”，但两者还是有区别的。生物化学是从化学角度研究生命现象的科学，它着重研究生物体内各种生物分子的结构、转变与新陈代谢。传统的生物化学的中心内容是代谢，包括糖类、脂类、氨基酸、核苷酸以及能量代谢等与生理功能的联系。分子生物学则着重阐明生命的本质——主要研究生物大分子核酸与蛋白质的结构与功能、生命信息的传递与控制。

《国际生物化学学会》与《中国生物化 学学会》现已改为《国际生物化学与分子生物学学会》与《中国生物化学与分子生物学学会》。

按照国家自然科学基金委员会的分类，生命科学包括：按照国家自然科学基金委员会的分类，生命科学包括： 1. 微生物2. 植物学3. 生态学4. 林学5. 生物化学与分子生物学6. 遗传学7. 细胞生物学与发育生物学8. 免疫学9. 神经科学与心理学 10. 生物物理学与生物医学工程11. 农学12. 畜牧兽医与水产学13. 动物学14. 生理学与病理学15. 预防医学与卫生学16. 临床医学基础学科17. 药物学与药理学18. 中医学与中药学

四、生物化学与现代工业 1.生物化学对现代化工、轻工、农业、食品、医药工业的渗透 2. 酶工程与自动化返回

生物化学的应用 农业：基因修饰的食品医学：基因治疗营养：抗肥胖临床化学：生化诊断药学：AZT 和伟哥（Viagra）毒物学：蓖麻毒素（Ricin）

生物化学 绪 论