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1、,生物化学,中南大学,生物科学与技术学院 生物化学系 唐建华,绪 论 Introduction,生物化学（Biochemistry),生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，生命活动过程中物质和能量代谢转变及其调节规律, 基因和细胞的信息传递规律等, 从而阐明生命现象本质的一门科学。 Biochemistry is the science concerned with the various molecules that occur in living cells and organisms and with their chemical reactions.,生物化学
2、是生物学的分支学科，研究所有的生命形式，人体是生物化学研究的重要对象，称为医学生物化学。 分子生物学(molecular biology)是生物化学的重要组成部分，是生物化学的前沿。,第一节 生物化学发展简史,现代生物化学开始于18世纪下半叶。 1770年舍勒从酒石里分离出酒石酸，还分析了苹果酸等。 1877年霍佩赛勒(Hoppe-Seyler，德国）首次提出“Biochemie”这个名词，1903年德国Neuberg（纽伯格）提出了英文“Biochemistry”。 他首创蛋白质(proteids)一词。 他的学生Albrecht Kossel从脓细胞核分离出腺嘌呤、胸腺嘧碇、胸腺核苷酸，获
3、1910年诺贝尔生理学或医学奖。,Hoppe-Seyler, Felix Freyburg/Unstrut 26.12.1825 Wasserburg, Germany 10.08.1895 M.D., 1851,一、叙述生物化学阶段 大约从十八世纪中叶到二十世纪初，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究。 发现了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成。 发现了人类必需氨基酸、必需脂肪酸及多种维生素； 在酶学方面，酶结晶获得成功 。,蛋白质、细胞及细胞核化学研究,Albrecht Kossel Germany （1853-1927） The Nobel Prize in Physi
4、ology or Medicine 1910in recognition of the contributions to our knowledge of cell chemistry made through his work on proteins, including the nucleic substances 首先分离出腺嘌呤、 胸腺嘧啶、和组氨酸。,二、动态生物化学阶段,大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。此阶段对各种化学物质的代谢途径有了一定的了解。 其中主要的有： Franz Knoop研究脂肪氧化，提出脂酸-氧化途径。 1932年，英国科学家Krebs 建立了尿素合成的鸟氨酸
5、循环 1937年，Krebs又提出了三羧酸循环的基本代谢途径； 1940年，德国科学家Embden和Meyerhof提出了糖酵解代谢途径。,Hans Adolf Krebs (1900-1981), German-born British biochemist,1953 Nobel Laureate in Medicine for his discovery of the Citric Acid (Krebs) Cycle.,三、分子生物学阶段 从1953年至今。 1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型为标志，生物化学的发展进入分子生物学阶段。 这一阶段的主要研究工作就
6、是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。,1953年James Watson（美国）和Francis Crick（英国）建立DNA双螺旋模型，开始从分子水平研究生命活动。,1970年以后，分子生物学理论体系和技术体系不断扩展，逆转录酶被发现，DNA序列测定方法的建立，具有酶活性RNA的发现，转基因动物、基因重组技术、基因治疗等的运用。,Introduction to Computational Biology,前基因组时代的“钓鱼”和后基因组时代的“捞鱼”,中国生物化学发展的历史与现状 美国哈佛医学院的福林(Folin)与吴宪于1919-1922年首次用比色定量方法测定血糖等。 吴宪回国
7、后1924-1942年担任私立北京协和医学院生物化学教授，兼生物化学系主任，完成了蛋白质变性理论。在生物化学方面做出了重要贡献。 任邦哲:密西根大学生物化学博士,在我校于1924成立生物化学教研室,中国异常Hb研究的创始人 。,我国近现代生物化学的主要创始人吴宪博士一家： 吴宪（前排右），中国近代生物化学的主要创始人。严彩韵（前排左），吴宪夫人，中国最早从事生物化学研究的女学者。长子吴瑞博士（左二）是国际知名的分子生物学家，兼任中国科学院上海细胞生物研究所、北京医科大学、中国协和医科大学名誉教授和北京大学生物系兼职教授，协助国内建立了生物工程技术中心。次子吴应博士（右二）是化学家。长女吴婉先和
8、次女吴婉莲均为理学硕士。三女吴婉明博士是放射科专家。（图片来源：吴瑞）,我国在生化方面取得的重要成就：,1965年邹承鲁等结晶牛胰岛素并人工合成，是世界上公认的第一个具有全部生物活性的蛋白质人工合成。,猪胰岛素X射线晶体0.25nm及0.18nm的分析研究，表明我国生物大分子的X射线晶体结构分子跨入了世界先进行列。,1981年又首先人工合成了具有生物活性的酵母tRNAAla。,生物体的化学组成,元素组成: 组成生物体的主要元素包括C、H、O、N 4种元素，约占生物体总质量的96%。 P、S、Ca等也是组成生命体的基本元素，约占3.35%。 微量元素包括I、Mo、Se、Si、Mn和Zn等,第二节
9、 当代生物化学研究的主要内容,一、生物分子的结构与功能,生物大分子的结构、功能及其之间的关系 生物大分子（macromolecule ），是由某些基本结构单位按一定顺序和方式连接所形成的多聚体(polymer)，分子量一般大于104。 macromolecule：A molecule having a molecular weight in the range of a few thousand to many millions，such as proteins, nucleic acids and polysaccharides.,生物大分子的基本特征: 1.生物大分子都是由结构单元分子所组
10、成。 蛋白质：20种基本氨基酸 核酸：核苷酸 脂类：甘油、脂肪酸、胆碱 糖类：单糖,2. 生物大分子都具有非常复杂的空间结构 一级结构：结构单元分子按不同的排列组合形成数量庞大、 结构复杂的线形或环形分子。 立体结构：分子内或分子间基团的相互作用形成复杂的立体结构生物分子具有复杂生理功能。,1. Small molecules,2. Macromolecules,3. Supramolecular structures,4. Subcellular organelles,5. Cell,weak,生物超分子（supramolecule）: 如多酶复合体, 血浆脂蛋白, 染色质, 细胞膜等,生物
11、体的分子组成规律,简单分子 生物大分子 生物超分子 亚细胞结构 细胞 组织 器官 人体,二、物质代谢（新陈代谢）及其调节 生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物质代谢或新陈代谢。 一个人在一生中与环境进行着大量的物质交换，据估计，以60岁计算，约相当于60 000kg水、10 000kg糖类、600kg蛋白质、以及1 000kg脂类。,物质代谢的基本过程主要包括三大步骤： 消化、吸收中间代谢排泄。 中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。,物质代谢由酶催化，酶结构和酶量的变化对物质代谢起重要调节作用。 代谢途径（metab
12、olic pathway): The sum of the enzyme-catalyzed reactions that occur in a living organism.,物质代谢及其调节,三、基因信息传递及其调控 着重研究DNA复制、RNA转录、蛋白质生物合成等基因信息传递过程的机制及基因表达时空调控的规律。 细胞信号转导 四、组织器官生化,第三节 生物化学与医学 生物化学已渗透到医学科学的各个领域。 例如：生理学、免疫学、遗传学、药理学及病理学等基础医学的研究均深入到分子水平，并应用生物化学的理论与技术解决各学科的问题 。 生物化学与临床医学的关系也很密切。近代医学的发展经常运用生
13、物化学的理论和技术诊断、治疗和预防疾病，而且许多疾病的发病机制也需要从分子水平加以探讨。,1893年艾克曼去荷属东印度（现为印度尼西亚）,生物反应器,学习生物化学的方法,课前预习 课后复习 必须掌握的五个基本原则 1、学会抽象思维与形象思维 2、理解与记忆并重，更着重对生化内容的理解 3、加强各章内容的前后联系与综合思考 4、在全面复习的基础上要抓住各章基本要求与重点、难点 5、理论与实验内容的有机结合 系统条理、循序渐进、分清主次、抓住重点、多做习题 生化教研室教学网页： 202.197.91.116,参考书目,生物化学 主编 沈同 王镜岩 生物化学 郑集主编 生物化学原理伦宁格，国际通用的最佳生化教材 （影印版）Principles of Biochemistry 哈珀生物化学（ Harpers Biochemistry, 英文影印版，第 25 版），科学出版社 生命的化学（杂志） J. Biology Chemistry （杂志）,生物化学考试方法,理论课: 闭卷, 80% 英文名词解释要求英文回答 实验课: 实验考试（设计、操作）,10% 实验报告,10%,
