生物化学1绪论.

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1、生物化学 崔 哲 生物化学(Biochemistry) 参考书: 生物化学（第三版）（上、下册），王镜岩、朱圣 庚、徐长法，高等教育出版社 普通生物化学（第四版），郑集、陈钧辉，高等教 育出版社 生物化学 (第二版)，澳P.W.库彻 G.B.罗尔斯顿 等著 ，姜招峰 等译，科学出版社 麦格劳希尔教育出版 集团 Biochemistry, 高等教育出版社(影印版),2002年, R.H.Garrett & C.M.Grisham *3 生 物 化 学 w绪 论 w第 一 章 蛋白质化学 w第 二 章 核酸的化学 w第 三 章 酶、维生素和辅酶 w第 四 章 生物氧化 w第 五 章 糖代谢 w第

2、六 章 脂类的代谢 w第 七 章 蛋白质与氨基酸分解代谢 w第 八 章 核酸与核苷酸代谢 w第 九 章 物质代谢的调节控制 w第 十 章 DNA的复制与修复 w第十一章 转录与基因表达调控 w第十二章 蛋白质的生物合成 绪 论 w生物化学的涵义及内容 w生物化学与药学科学 w生物化学学科的发展史 w生物化学的学习策略 1. 生物化学的涵义及内容 1. 1 生物化学的涵义 生物化学是关于生命的化学，是研究生物 体的化学组成，生物物质的结构与功能，生 命过程中物质与能量变化的规律，以及一切 生命现象的物质基础的科学。 w现代定义：运用现代科学技术和方法从分子 水平探讨生命现象的化学本质、生命活动过

3、 程中化学变化规律的科学。 w研究方法 主要采用化学、物理学和生物学的理论和 方法； 与数学、物理学、生理学、细胞生物学、 遗传学等学科相联系和交叉。 从学科范围上来讲，生物化学是由生物学 和化学交叉发展形成的边缘科学，是以化学方 法为主要手段来研究生物（生命活动）的一门 科学。 化学 生物学 生物化学 生物化学的定义中包含了几层意思： 1）生物体的化学组成：生物体的四大类 基本物质（糖、蛋白质、核酸、脂类）， 三大活性物质，以及各种有机小分子等等 。 2）结构与功能：生物分子的结构、功能 ，结构与功能的内在关系。 3）物质和能量的转化：生物体内大分 子、小分子之间的相互转化，以及伴 随的能量

4、变化。 4）一切生命现象的新陈代谢，包括： 生长、分化、运动、思维等；以及自我 复制如： 繁殖、遗传等。 生 物 化 学 的 研 究 内 容 研究生物体内各种化合物 的组成、结构、性质和功 能（主要有糖类、脂类、 蛋白质、核酸、酶、维生 素和激素） 研究构成生物体的基本物质 在生命活动中进行的化学变 化，即新陈代谢及代谢过程 中能量的转换和调节 静态生物化学 动态生物化学 1.2 生物化学的内容 1）生物体的化学组成 四类基本生物大分子： 糖 由单糖组成 脂类 由甘油、脂肪酸、磷酸、含氮碱等组成 蛋白质 由氨基酸（20种）组成 核酸 由核苷酸组成，而核苷酸又由碱基、戊糖、 磷酸组成 研究生物大

5、分子及其构成它们的前体小分子物质的结构、 性质、功能，以及结构与性质、功能之间的内在联系。 三大活性物质：酶、维生素、激素。 它们的结构、特性、作用方式和机理。 由于这部分内容研究的是生物分子的静态特征，被称为静态 生化。 2）新陈代谢的研究 事实上，生物分子在生物体内并不是静态的，而是在 时时刻刻的发生变化，包括： 生物大分子 小分子 小分子 小分子 体外物质 体内物质 从一种生物分子转化为另一种生物分子所经历的化学反应 过程称为代谢途径，这其中又伴随着能量的变化（放能和 需能）。生物体内各种不同的代谢途径构成复杂的代谢网 络，各种生物分子通过这张代谢网络进行相互转化。 降解 合成 转化 运

6、输 分泌 3）遗传的分子基础和代谢的调节控制 遗传的分子基础在内容上属于分子生物学，讲述的 是核酸和蛋白质的合成代谢，包括： DNA RNA 蛋白质 该法则是生物体传递并表达遗传信息的基础。 生物体内的代谢网络非常复杂，而生物体的各种反 应却能有条不紊的进行，这是受到精密的调节机制调控 的，其中包括细胞或酶水平的调节以及激素和神经系统 的调节。 2）和 3）这部分内容反映生物体内物质能量转化的动态 过程，被称为动态生化。 复 制 复 制 转录 逆转录 翻译 2. 生物化学与药学科学 生物化学是一门重要的医药学基础课程，也 是现在发展最快的学科之一，它从分子水平阐明 生命现象本质，是学习、认识疾

7、病，认识药物治 病原理不可缺少的基础。同时，生物化学基础研 究及其技术的发展与现代药学科学的发展具有越 来越来密切的联系，呈现了巨大的应用潜力。 生化往往是阐明机理，选择合理工艺途径， 提高产品质量，探索新工艺，研制新产品的理论 基础。 生物化学与药学科学 1.1 促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的正 确诊断 从医学方面讲，人或动物的病理状态常常是由于细 胞中化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂 类物质含量增高是心血管疾病的特征之一（如冠心病、 血管栓塞引起脑溢血、脑血栓等症状）；血红蛋白一级 结构的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命， 是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血

8、细胞溶血所致等 ，许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测 定。 1.2 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分离、 纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。这 些药物的特点是来自生物体，基本生化成份即氨基酸、肽、 蛋白质、酶与辅酶、多糖（粘多糖类）脂质、核酸及其降解 产物。这些物质成分均具有生物活性或生理功能，毒副作用 极小，药效高而被服用者接受。生化药物在制药行业和医药 上占有重要地位。如氨基酸、核苷酸（所谓基因营养物）、 SOD、 紫杉醇等已经应用于临床治疗。 1.3 研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业 的基础 氨

9、基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长激 素、维生素C等也可通过微生物发酵手段进行生产。发酵 产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物化学 理论和技术。此外，研究微生物新陈代谢过程及其调节控 制对于选育高产优质的菌株筛选最佳发酵理化因子及提 高发酵效率具有指导意义。 转人生长素基因的小鼠（右） 1.4 分子生物学与生物技术的迅速发展为重组生 物药物发展奠定基础 国际生物化学的发展概况 3. 生物化学的发展史 拉瓦锡（Lavoisier 17431794 ）法国化 学家，他在17801789年之间研究了“生物体 的燃烧”，指出此类燃烧并放出二氧化碳。后 人称之为生物化学之父 瑞典化学家

10、舍勒（C.W.Scheele， 1742-1786），舍勒和他的同事对生物体的 有机物质进行了详细的研究，确定了生物体 内的许多化学物质，如氨基酸和柠檬酸、苹 果酸等有机酸 。 3.1 18世纪（启蒙期） 3.2 19世纪（发展期） n1828年，德国化学家魏勒从无机物 氰酸铵合成尿素，是人工合成有机 物的创始人。 n德国化学家李比希(Liebig)是生理 化学和碳水化合物化学的创始人之 一，研究了大量的有机分子和生物 组织提取物，并于1842年首次提出 了“新陈代谢”这个学术名词。 n1877年，德国医生霍佩-赛勒(Hoppe- Seyler)首次提出“Biochemie”这个名词， 译为英

11、文是“Biochemistry”,汉译为生物 化学，并创办了生理化学杂志，将生理 化学（生物化学）建成一门独立的学科 ，首次从生物学、医学、化学中分离出 来。他还首创了“蛋白质”一词，并得到 了血红蛋白结晶。 n霍佩-赛勒的学生米歇尔(Miescher)研究 了病理液体和脓细胞，并从脓细胞的细 胞核中分离得到了脱氧核糖核蛋白。 生物化学的创始人埃米尔费舍尔（Emil Fischer） 18901902 Fischer（德）首次证 明了蛋白质是多肽；发现酶的专一 性，提出并验证了酶催化作用的“锁 -匙”学说；合成了糖及嘌呤。1902 年获诺贝尔奖。 n19世纪50年代，巴斯德(Pasteur)

12、证明了酒精发酵是由微生物引 起的，排除了发酵自生论。 n1897年布赫纳(Bchner) 利用无 细胞酵母汁液发酵蔗糖产生酒 精的研究，是生化发展早期的 一个重要里程碑，他不仅结束 了酒精发酵机理持续了半个世 纪的大论战，而且将酶学和代 谢等现代生化研究引入了一个 快速发展的新时期。 3.3 20世纪上半叶 进入20世纪后，生物化学研究得到了迅速的发 展，德、美、英、法都建立了生化学术中心。 20世 纪上半叶在蛋白质、酶、维生素、激素和物质代谢 及生物氧化方面都有很大的进展。 层析、电泳和超速离心机的应用使分离提纯快 速而精确；结构化学和X-射线晶体学在生物大分子 的结构研究中发挥了巨大的作用

13、；荧光分析和同位 素示踪显示了代谢过程和酶促反应机制；电镜也极 大地促进了生物化学的发展。 n霍普金斯(Hopkins)，剑桥大 学生物化学教授，先后发现 了维生素、色氨酸和谷胱甘 肽，创建了剑桥普通生物化 学学派和中心。 n1926年，美国的萨姆纳 (Sumner)得到了脲酶结晶，证 明了酶的本质是蛋白质。 n1937年，英国生物化学家克雷 布斯(Krebs)发现并阐明了三羧 酸循环。 n此外，脂肪酸氧化降解途径、 糖酵解途径等基本生物化学途 径也都在20世纪30年代前后陆 续阐明。 3.4 20世纪下半叶 整个生物化学的领域向广度和深度发展，分子生 物学的出现和生物工程的兴起是这个时期最引

14、人注目 的成就。 n1944年，加拿大细菌学家艾弗里(Avery)完成了肺炎 球菌转化实验，证明了DNA是遗传物质。 n50年前后，英国物理学家威尔金斯(Wilkins)完成了 DNA的X射线衍射研究。 n在此基础上，1953年，沃森(Watson)和克里克 (Crick)建立起DNA双螺旋结构模型，开辟了分子生 物学的新纪元。 弗兰克林 n英国生物化学家桑格(Sanger)经过 10年研究，发明了测定蛋白质分子 中氨基酸序列的方法，并于1955年 确定了牛胰岛素的一级结构，这是 第一个被阐明结构的蛋白质，开创 了蛋白质序列分析的先河。 n1960年，雅各布(Jacob)和莫诺 (Monod)

15、提出了在原核生物中普遍 存在的基因调控的操纵子结构模型 。 n1965年，美国生物化学家尼伦伯格 (Nirenberg)破译出三联体遗传密码。 n霍利(Holly)阐明了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸 排列顺序，后来又证明了所有的tRNA都有着 相似的结构。 n60年代末，DNA限制性内切酶和DNA连 接酶被陆续发现，为研究核酸分子的结 构和功能找到了自由切割和重组的工具 ，为70年代初重组DNA技术（基因工程 ）的出现奠定了基础。 n1977年，桑格设计出一种测定DNA分子 中核苷酸序列的方法，并测定了由5375 个核苷酸组成的174 DNA的一级结构 。这种DNA序列分析法至今仍被广泛的 使用

16、。 n进入80年代以来，各国政府对生物技术倍加重 视，分子生物学研究成了最受青睐的学术领域 之一。包括基因工程、细胞工程、酶工程和发 酵工程在内的生物工程得到了前所未有的发展 ，并已经在农业、医药、轻工等行业得到广泛 的应用。 n1984年，科勒(Kohler)和米尔斯坦(Milstein)等 人由于发展了单克隆抗体技术，完善了极微量 蛋白质的检测技术而获得了诺贝尔奖。 n1993年，美国科学家穆里斯 (Mullis)由于发明了PCR （聚合酶链反应）仪而获得诺 贝尔奖。PCR法通过 DNA变性、退火、延伸三个 步骤的反复循环，可以实 现微量的目的基因在短时间 内扩增100万倍以上。目 前PCR已经成为分子生物学 研究人员不可缺少的工具。 1997. 2 苏格兰 Wilmut 绵羊“多利”的克隆 为发育生物学研究开拓了更广阔的空间 美、英、日、德、法、中六国参与的国际 人类基因