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1、生 物 化 学,（Biochemistry）,授课人：钟德桥 职称：副教授 职务：江汉大学医学院- 医学实验教学中心副主任、 生物化学教研室主任 电话：027-62699099(小灵通) 电子邮件：.,绪 论,生物化学概念,生物化学就是研究生命的化学（化学分子、化学反应等）。 它是在分子水平上探讨生命的本质，即研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节、遗传信息的传递与表达等的科学。 #53. 生物化学的主要内容,对象和方法,研究对象： 主要在分子水平上研究生物体。 研究方法： 主要运用化学特别是有机化学的原理和方法，同时也涉及物理学、生物学、生理学等诸多学科。,生物化学是一门相对年青的科学，
2、但也是发展最快的科学之一。 我们在这里回顾它的历史，看看它的现在，展望它的未来，是很有必要的。,第一节,生 物 化 学 发 展 简 史,生物化学的起始研究虽然可上溯至18世纪，但直到20世记初才作为一门独立的学科。近50多年来又有许多重大的进展和突破，总的说，还是比较年青的学科。,本学科历史大致分三个阶段，但互有交叉：,一、叙述（静态）生物化学： 18世纪中叶至19世纪末 -研究生物体的分子结构与功能 二、 动态生物化学阶段 ：20世纪上半叶 -物质代谢与调节 三、分子生物学阶段： 20世记中叶至现在 -遗传信息的传递与表达 #53. 生物化学的主要内容,一、叙述（静态）生物化学阶段：,时间：
3、18世纪中叶至19世纪末及20世纪初。 内容：主要探讨生物体的化学组成、生命分子的种类及结构。,1829年将淀粉转化为葡萄糖(法国 盖吕萨克)。 1831年首先发现细胞核(英国 罗布朗)。 1835年提出化学反应中的催化和催化剂概念，证实催化现象在化学反应中是非常普遍的(瑞典 柏齐力阿斯)。 18481849年发现脂肪伯胺、仲胺、叔胺，其性质类似于氨，并从而证明氨的最简化学式。(法国 沃尔茨，德国 奥霍夫曼)。 18501855年发现肝脏有合成肝糖的功能，并分离出肝糖(法国 贝尔纳)。 1851年用甘油和脂肪酸合成油脂，发现酵母可转化醣为醇(法国 拜特洛)。,阅读材料,1857年证明乳酸发酵是
4、微生物引起的(法国 巴斯德)。 1866年发表植物杂交试验一文，提出遗传学的两个基本定律 (奥地利 孟德尔)。 1869年从绷带浓血中分离出去氧核糖核酸即DNA(瑞士 米歇)。 1877年，德国Hopp.Segler首次提出了“生物化学”术语。 他对生物组织进行了大量研究，第一个获得了蛋白质结晶。,阅读材料,1882年，德国Fischer确定了蛋白质是由氨基酸组成，并成功地用化学方法合成了由18个氨基酸组成的肽。他对酶也有祥细的研究，还首先确定了嘌呤和嘧啶的结构等。所以后人称之生物化学的奠基人。 18841885年，证实细胞核是遗传的基础(德国 赫脱维奇、斯特劳伯格、克里克尔、魏斯曼)。 18
5、90年人工合成葡萄糖，指出糖有D、L两种，生命组织中的都是D型。确定了嘌呤的结构(德国 埃费歇)。 1892年，发表有关烟草花叶病的论文，首次发现病毒(俄国 伊凡诺夫斯基)。 1897年，从磨碎的酵母中分离出一种酵素，开创了酶的研究(德国 布希纳)。,阅读材料,重点（第一阶段）：,1869年，瑞士外科医生Fridri Miescher从脓细胞核中首次分离出DNA。 1877年，德国Hopp Segler首次提出了“生物化学”术语。他对生物组织进行了大量研究，第一个获得了蛋白质结晶。 1882年，德国Fischer确定了蛋白质是由氨基酸组成，并成功地用化学方法合成了由18个氨基酸组成的肽。他对酶
6、也有祥细的研究，还首先确定了嘌呤和嘧啶的结构等。所以后人称之生物化学的奠基人。,总之，这段时期，主要是对生物组织进行化学分析，进而基本阐明了生物体的化学组成、生命分子的种类及结构。,二、 动态生物化学阶段,时间：20世纪上半叶 内容： 研究物质代谢过程与调节（调控）。特别是前者。,1897年，Buchner氏兄弟发现糖发酵转变为乙醇和C02可以不在“活生物体”作用下进行。此成为研究细胞内代谢过程序幕。 1905年英国科学家哈顿开始认识磷酸基在生物化学各领域中的重要作用。 1907年德国科学家艾费歇，经过五年研究，证明蛋白质是由简单的氨基酸相连而成，首次人工合成由十八个氨基酸组成的多肽，这是蛋白
7、质结构与合成的开始。 19091929年发现核糖(五碳糖)存在于某些核酸中，发现脱氧核糖，它存在于另一些核酸中，认识到核酸就分为核糖核酸和脱氧核糖核酸这两类(美籍俄国人 勒温)。,阅读材料,19101926年确定醣类具有五环糖和六环糖两种基本结构(英国 霍沃斯)。 1926年，Sumner首次证明酶的化学本质是蛋白质。 1926年首次制成结晶的尿素酶，开辟了酶化学发展的道路(美国 萨姆纳)。 1929年发现三磷酸腺苷(ATP)(德国 罗曼)。 1932年，Krebs提出鸟氨酸循环。 1935年首次提纯烟草花叶病毒，并获得病毒体的结晶体 (美国 斯坦来，英国 鲍登)。,阅读材料,1937年发现三
8、羧基循环即Krebs循环(英籍德国人 克勒勃斯)。 明确维生素参与辅酶部分而发挥生化功能(美国 爱尔维杰)。 1941年，发现三磷酸腺苷(ATP)的高能键在生物体碳水化合物代谢过程中所起的重要作用，认为ATP是生命体的能源(德国 弗李普曼)。 1944年用肺炎双球菌的转化实验，第一次证明了遗传的物质基础是脱氧核糖核酸(DNA)(加拿大 爱威瑞 . Oswald Avery.)。 1947年人工合成二磷酸腺甙(ADP)及三磷酸腺甙(ATP)(英国 托德)。 19471951年发现控制碳水化合物转为脂肪的乙酰辅酶A，是阐明人体中三羧酸循环化学机制的进展(美籍德国人 弗李普曼)。,阅读材料,重点（第
9、二阶段）：,1897年，Buchner氏兄弟发现糖发酵转变为乙醇和C02可以不在“活生物体”作用下进行。此成为研究细胞内代谢过程序幕。有人作过形象的描述“当CO2从波氏兄弟的试管中冒出时，历史宣告生物化学的诞生。” 1926年，Sumner首次证明酶的化学本质是蛋白质。 1932年，Krebs提出鸟氨酸循环。 1937年，Krebs公布了三羧酸循环的研究结果。 1940年，德国科学家公布了糖醇解途径。 随后，脂酸氧化途径和核苷酸代谢途径也相继被阐明。,总之，这个期间将生物体的物质代谢（如三大物质代谢、能量代谢等）的大部分化学反应过程基本阐明，同时进一步了解各种生物分子的组成、结构、功能及它们之
10、间的相互作用。,三、(现代)分子生物学阶段,时间：20世记中叶至现在。 内容：DNA双螺旋结构、遗传信息的传递与表达、细胞信息传递等。,分子生物学概念,分子生物学是从分子水平研究生命本质的科学。它主要是研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用。 它是生命科学中发展最快的，它的内容也越来越丰富，所以目前有将它单独作为一门学科（课）的现象，但从广义上说，它还是应属于生物化学。在医学院更是如此。,下面是分子生物学(早期)重点 （部分内容与遗传学交叉）,1865年孟德尔发现遗传分离规律、自由组合规律。 1929年摩尔根证明有基因存在。 1944年爱威瑞著名的“肺炎双球菌转
11、化实验”,证明核酸（DNA）决定遗传。 但DNA是如何决定遗传呢？多年一直悬而未决。,现代分子生物学的建立和发展阶段,这一阶段是从50年代初到至今，以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的里程碑，并开创了现代分子生物学基本理论建立和发展的黄金时代。,1.DNA双螺旋结构被发现,1953年4月25日，英国著名的自然杂志刊登了由Watson和Crick发表核酸的分子结构-DNA的一个模型的论文，首次从分子水平上揭开了遗传的秘密，目前，大多数人认为，这“标志着现代分子生物学的诞生”。 2000年末，由美国一个著名科学机构所做调查：什么是二十世纪最伟大的发
12、现 - 进化论、相对论、量子力学、高能物理、大陆板块及漂移学说 最后竟是这篇文章所揭示的DNA结构及功能。,DNA双螺旋发现的最深刻意义在于：确立了核酸作为信息分子的结构基础;提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式；从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。,1972年Berg将外源DNA（SV-40）与噬菌体P22DNA体外重组成功。 1977年Boyer等将人工合成的生长激素释放抑制因子基因在大肠杆菌中表达成功。 1981年Taniguchi用基因克隆技术制造出人类成纤维细胞干扰素。 1983年-Mullis发明“聚合酶链式
13、反应”（PCR） 1990年-2001年人类基因组计划基本完成。,2.DNA克隆使基因操作无所不能,3.基因组学说及其他组学的研究,1990年-2001年人类基因组计划基本完成。 人类基因组计划于20世纪80年代中期提出，1990年正式启动，原计划需15年左右，但随着技术手段的飞速发展，终于在2001年2月基本完成。这无疑是人类生命科学史上的一个重大里程碑。,基因组学 蛋白质组学 转录组(RNA组)学 代谢组学 糖组学 生物信息学,分子生物学可是考研的大热门！,目前，以生物化学（含分子生物学）为重要基础的生物信息学是最活跃、发展速度最快的学科之一，与电子信息学、新材料技术并列为现代三大高新科技
14、。,本课程在考研时可能很重要！,生物化学与分子生物学已广泛深入到生命科学的各个领域，在我们医学领域也是如此！ 因此在考研时，无论哪门专业，肯定都会大量涉及本学科内容，有很多干脆就以本学科作为考试课程（专业基础课）。,生物化学的重要性及学科地位,由于生物化学（包括分子生物学）的每一个进步，哪些是一小步，往往在科学上就有重大意义。 半个多世纪以来，生物化学（包括分子生物学）学科及相关领城就荣获了诺贝尔化学奖和生理学与医学奖40余次。这在所有的科学学科中是绝无仅有的。 本学科可是Nobel（诺贝尔）奖的得奖“专业户”！,生化重点是什么？,据不完全统计，从至1953年至2008年诺贝尔奖中，有43个奖
15、中主要涉及本学科及相应交叉学科。其中其中有8届两奖均是。 在上述的第二、第三阶段的几乎所有较大的进展即同学们学习中所遇到的大一点的重点（如考试中的大部分论述题）、或者说我们课本的大一点重点往往是获得过诺贝尔奖的。同学们可以查查资料，重点不就“一目了然”吗。,瑞典卡罗琳医学院,瑞典皇家科学院,阅读材料,2006年美国科学家罗杰科恩伯格因在“真核转录的分子基础”研究领域所作出的贡献而独自获得2006年诺贝尔化学奖,2004年以色列科学家阿龙.西查诺瓦、阿弗拉姆.赫尔什科和美国科学家伊尔温.罗斯在蛋白质控制系统方面的重大发现而共同获得诺贝尔化学奖。 2003年美国科学家彼得.阿格雷和罗德里克.麦金农
16、关于细胞膜通道的重大发现而共同获得诺贝尔化学奖。 2002年美国科学家约翰.芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特.维特里希发明了对生与生物大分子进行识别和结构分析的方法共同获得诺贝尔化学奖。 英国科学家约翰劳尔斯顿和悉尼布雷内、美国科学家的罗伯特霍维茨在研究基因如何控制器官发育和细胞死亡过程方面所作出的贡献被授予诺贝尔生理学或医学奖。,阅读材料,2001年 美国科学家利兰哈特韦尔、英国科学家蒂莫西亨特、保罗纳斯因发现了细胞周期的关键分子调节机制，而共同获得诺贝尔生理学及医学奖。 1999年德国科学家布洛贝尔因为发现了“蛋白质带有控制其在细胞中移动和固定的信号”而被授与诺贝尔生理学及医学奖。 1998年美国科学家费里德慕拉德、路易斯伊格纳罗和罗伯特佛契哥特，为表彰他们发现一氧化氮重要的生物学机制而共同获得了诺贝尔生理学及医学奖。 1997年美国科学家保罗.博伊尔、英国科学家约翰.约克因阐明了ATP在体内形成的生
