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1、平顶山工学院生物工程系,生物化学,目录,第一章 导论 第二章 糖类 第三章 脂质 第四章 氨基酸 第五章 蛋白质的共价结构 第六章 蛋白质的三维结构 第七章 蛋白质的结构与功能 第八章 蛋白质的分离、纯化和表征,生命大分子,目录（续前）,第九章 酶通论 第十章 酶促反应动力学 第十一章 酶的反应机制和酶的调节 第十二章 核酸通论 第十三章 核酸的结构 第十四章 核酸的物理化学性质 第十五章 核酸的研究方法 第十六章 生物膜的组成与结构,生物科学史上两座 最大的里程碑,细胞结构的发现,DNA是基因载体的发现,Morgan, Watson/Crick,Schwann /Schleiden,生命体中
2、两种关键大分子,DNA,蛋白质,DNA分子的真面貌,蛋白质是由氨基酸串联起来的项链，再揉作一团。,地球上所有生物使用的建筑原料（氨基酸, 核苷酸, 葡萄糖,脂肪等）是完全一样, 就象所有的大楼都由砖头、砂和水泥为主建起来一样。为什么地球上的生物千姿万态呢？ 那是因为DNA上的信息不一样。 因此,生物的本质是信息。,DNA上的信息最终以蛋白质的形式得以表现，就象计算机硬盘上的 “0/1”数据最终通过应用软件变成一幅图一样。而计算机本身就相当于一个细胞。,物种是基因信息的具体表现,基因是永垂不朽的，但它们呢必须结成帮派来共存，生命则是这群基因信息的具体表现。在某种意义上，生命是基因一代一代往下传的
3、生存机器，人也不过是基因往下传的工作站而已。,细胞是生命体的基本单位,溶酶体,线粒体,核糖体,中心体,高尔基体,细胞质,核 仁,核 膜,细胞核,核糖体,细胞膜,膜造就细胞, 膜蛋白是内外交流的大门,膜蛋白 (受体蛋白) 是药物作用的主要位点,从单细胞生物演化出多细胞生物，地球大约化了三十亿年的时间。足以说明社会的形成是一个多么复杂的事件。,器官由亿为计数单位的细胞组成,刚出生时，人脑细胞数 2000-10000亿,成人人体细胞总数 2-5 x 10 12,人体一生细胞总数 约 10 15,由于多细胞生物都有生长发育的过程，因此遗传信息和后天环境对个体生物的生存状况同等重要。,细胞 家庭 组织
4、企业、学校 器官 系统 人体 城市、国家,人类社会学结构,人,人体生物学结构,生物结构的多层次性 决定了生物科技 高度复杂和多样,学科结构,生物化学,经典生物学,微生物学,植物学,遗传学,动物学,细胞学,生理学,发育生物学,生态学,生物统计,生物信息,免疫学,进化生物学,最前沿的学科,生命科学最前沿的两个学科,发育生物学：研究基因信息是如何进行抽提和表现的，即研究钢琴如何演奏出动听的乐曲。 进化生物学：研究物种演化规律的，即从大时间尺度来看基因组合群的变化史，新基因又如何诞生并影响物种间竞争。,从基因突变、蛋白质构象变化到细胞功能与形态的变化，最后导致病变，是一个多层次的问题，需要花大力气才能
5、够研究明白。,先学好生物化学,千里之途，始于足下,Science的词源: to know, to separate one thing from another, to distinguish,to split, to cleave。与中国的“科学”一词的原意相差甚远 (科举之学, 日本人借用, 意为百科之学, 后中国留学生又从日本带回)。 中国有过辉煌的古代科学和技术, 但用现代的观点来看, 属经验性的和哲学性的, 缺少现代科学的关键因素 - 分析思考假说实验证明 - 这一方法论。中国人有掌握现代科学的良好素质, 但中国没有现代科学的土壤。,什么是科学,科学的内涵,科学的内涵,观察/实验,思
6、 维,方法/技术,理论,现象、数据,归纳、演绎,大脑,解释,Paradigm,Harold Varmus 说 (1989年诺贝尔生理和医学奖获得者),科学研究是一项艰苦的工作，如果你不喜欢它，请选择其他领域； 只研究你感兴趣的和你认为重要的问题； 尊敬你的科学老前辈，但不要完全相信他们所说、所写的一切； 请不要忘记科学只不过是人们生活的一部分。,书本知识 学科发展史 研究方法论,将来从事科学研究工作, 现在读书三个要素需掌握：,读书三要素,化学发展史I Chemistry的词源,现代化学起源于炼金术(alchemy)。换言之，炼金活动是化学的前史。“ chemistry” 一词也来自alche
7、my, 而alchemy = al (the) + chem, 其中的chem来自中国的“ 金” 的古汉语发音。炼金术在各个古代文明中都占重要位置, 并不是中国特有, 一般而言都是如何将铜, 铅, 锡这样的卑金属变成金、银这样的贵金属的实用学问。在西方, 炼金术从公元前几百年开始到17世纪为止, 延续了2000年；在中国也生存了差不多同样长的时间。,化学发展史I,化学发展史 中国的炼金术传到西方,中国的炼金术除了从卑金属得到贵金属以外，还致力于研制长生不老之药“ 金丹”。因此, 中国的炼金术的化学成份比其他古代文明要浓。 中国的炼金术随丝绸之路传到了阿拉伯文化圈, 所以有了alchemy这个行
8、业。 希腊文明在欧州历史上曾一度失传, 幸好阿拉伯人继承了其精华(714世纪), 1113世纪十字军的侵略将散落在阿拉伯文化中的希腊文化又带回了欧洲, 也顺便将中国的炼金术带进入了西方文明。此后，西方的炼金术活动朝着独自的方向发展，特别是对酸, 碱, 盐等物质的化学性质有了相当的知识积累。,化学发展史II,化学发展史 从炼金术到化学,17世纪兴起的文艺复兴活动使alchemy真正向现代的chemistry过渡。 当时的化学家, 要么是贵族, 要么是业余爱好。在与英国的Newton同时期的贵族Robert Boyle (1627-1691) 对气体和真空进行了研究, 写了“ The Scepti
9、cal Chymist (1661)” 一书, 主张决别带有神秘色彩的炼金术, 而以理性思考的态度来研究化学。他发现了波以尔法则 PV=Const, 实际上就是现代物理化学的起点。1662英国设立了 Royal Society, 1666年 Paris Academia 分别设立, 为科学研究和交流提供了土壤。这是化学与炼金术决别的标志。,化学发展史III,化学发展史 从气体元素到物质不灭定理,1764 年 CO2 (Black), 1766 年 H2 (Canvendish), 1772年O2(Sheele), 1772年N2 (Ratherford) , 1774年Cl2 (Sheele)
10、, 空气中含有不同成分的事实被揭示。1774年Lavoisier确立了物质不灭定理, 1777年确立了燃烧理论。此后的化学反应的定比例法则 (Joseph Louis Proust, 1799) 及化学元素分析方法的发展, 为有机化学的出现奠定了基础。,化学发展史IV,化学发展史 有机化学的发展,简单的说, 有机化学就是H, C, N, O的化学。 其发展是必然的, 因为人对生命物质的兴趣要比对非生命物质更浓。化学分析的手段发展后, 势必要用来研究有机的物质。通过有机化学研究知道的物质结构, 成为生物化学研究的起点。 有机化学的发展, 我们可以从尿素的合成开始计数。,化学发展史V,有机化学发展
11、时间表,1828年 Wohler (德) 从无机盐合成了尿素 1831年 Liebig (德) 有机物元素分析定量法的发明 1840年 有机基团 (group) 的概念的形成 1848年 Pasteur (法) 酒石酸的光学异构体的发现 1858年 Kekule (德) C原子的四价理论 1865年 Kekule (德) Benzen环结构的发现 （1869年 元素周期表的确立 ) 1874年 vant Hoff (荷) C4的正四面体结构 1884年 Fischer (德) 糖的化学结构研究的开始,有机化学时间表,什么是生物化学,生物化学的研究对象, 是生命体内的各类物质的结构, 功能和作用
12、过程与机理。英语中有Biochemistry 和Biological chem- istry 两个术语。生物化学有三个源头： 有机化学: 氨基酸、蛋白质、糖、脂质、核酸 医学生理学：维生素、激素、辅酶 发酵工业： 酶学、物质代谢,什么是生物化学,生物化学于生命科学,就象ABC于英语.,我们现在知道, 生命体内的主要物质是: 蛋白质氨基酸，核酸，糖类和脂类。 还有一类所占比例很小但功能很重要的小分子维生素和激素。在这些分子中, 对脂质的研究最早, 19世纪上半叶对其结构就有了较深入的理解。对糖的结构的认识多半要归功于Emil Fischer从1884年开始的研究工作。而发酵工业的发展,使酶学和代
13、谢学有了发展, 化学与医学、生理学的结合则导致了维生素,激素, 必需氨基酸和必需脂肪酸的发现。对核酸的认识起步较晚, 在1870左右才注意到其存在, 19世纪末又是Emil Fischer对嘌呤进行了较深入的研究, 成为我们对核酸结构的理解的开幕。 生物化学在1920年以后开始进入高速发展期。,生物化学的发展,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
14、 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,生物化学发展年代,Francis Crick (35y),James Watson (23y),丹麦 哥本哈根,剑桥大学 Cavendish Lab.,返回,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
15、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,生物化学的关键技术,电泳的含义: 带电的胶粒或大分子在外加电场中，向带相反电荷的电极 作定向移动的现象称为电泳。显然带电粒子的大小，形状， 所带的静电荷多少以及介质的pH，粒子强度粘度等都会影 响粒子的电泳速度,从电泳现象可以获得胶粒或大分子的结 构，大小和形状等有关信息。,一、 地球上的生命体（organism）中化学物质的种类、结构、功能，和新陈代谢的规律。 二、生物化学的研究方法。,生物化学能告诉你什么,生物化学能告诉你什么,生物化学不能回答的问题,地球上最早的生命是如何出现的？ 又是什么样子？ 它的物质基础是什么？ DNA 和蛋白质什么时候建立了“软件”和“硬件”的关系？宇宙中有没有不同于地球生命的生命体？,生物化学不能回答的问题,要求,要学会自学。 在你来听课时， 已经将相关部分看过至少一边。,参考书目,使用教材： 生物化学（第三版） 王镜岩、朱圣庚等主编，北京，高等教育出版社 2002.9 参考书： 生物化学原理 主编 张楚富 高等教育出版社 2003 普通生物化学 郑集等编著，高等教育出版社，2002.10 生物化学简明教程（第三版） 主编 罗纪盛，张丽萍，杨建雄等高等教育出版社,1999,二十一世纪生命科学世纪,
