生物化学课件chapter-1-绪论

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1、2019/4/24,1,生物化学 Biochemistry,主 讲：童富淡 教授 电 话：13073622471 86843193（O） E-mail：,2019/4/24,2,第一章 绪 论,1.1 生物化学的概念 1.2 生物化学的发展史 1.3 生物化学与现代工业 1.4 生物化学的学习策略,2019/4/24,3,生物化学的概念,什么是生物化学? 研究生命的化学 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、生命活动过程中化学变化规律的科学。,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。,2019/4/2

2、4,4,生物化学的分类,根据研究对象分为：动物生物化学、植物生物化学、微生物生物化学等。 根据研究内容分为：医学生化、农业生化、工业生化、环境生化、食品生化和营养生化等。,2019/4/24,5,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,2019/4/24,6,代谢与能量,糖类化学 脂类化学 蛋白质化学 核酸化学 酶学,静态生物化学,动态生物化学,糖类代谢 脂类代谢 蛋白质代谢 核 酸代谢,代谢的调节,2019/4/24,7,

3、原子,分子,基本生物分子,生物大分子,超分子复合物,细胞器,细胞,组织,器官,生物界,生物个体,生命的起源与进化,2019/4/24,8,原核细胞,2019/4/24,9,真核生物细胞,2019/4/24,10,生物体的组成,2019/4/24,11,物质代谢与能量代谢,中间代谢（intermediary metabolism）：细胞中的物质代谢与能量代谢，也就是细胞中进行的化学过程。 合成代谢（anabolism）： 将小分子的前体（precursor）经过特定的代谢途径构建成较大的分子，并且消耗能量。 分解代谢（catabolism）： 将较大的分子经过特定的代谢途径，分解成小的分子并且释

4、放出能量。 物质代谢与能量代谢相伴随，而ATP（三磷酸腺苷）是能量转换和传递的中间体。,2019/4/24,12,生物化学研究目的,在认识自然的基础上改造自然，进而提高人类生产水平，改善生活质量。 生物化学领域的重大问题，如遗传工程、光合作用、生物固氮、酶的应用、代谢调控等。,2019/4/24,13,生物化学的发展首先起源于法国，由法国传之德国。再由德国传至美国和英国，20世纪由上述国家流入其他各国。 大约在两个世纪过程中，经过许多杰出的生物学和生物化学工作者的辛勤劳动，生物化学已成为独立完整的新科学。生物化学在生命科学中的位置越来越重要，生物化学的理论和技术已介入生物科学所有的领域之中。

5、生物化学还将继续发展下去，这有赖于今人和后人所做出的巨大努力和贡献。,现代生物化学,2019/4/24,14,生物化学与其它学科的联系,生物化学是一门交叉学科，从有机化学、生物物理学、营养学、生理学、微生物学、遗传学、细胞生物学等发展起来，并促进了这些学科的发展。 生物化学也是一门独立科学，主要研究生物分子的结构、反应，如酶和生物催化过程、代谢途径及其控制、生命信息传递等过程的化学作用机理。生物化学是揭示生物分子作用本质的一门科学。,2019/4/24,15,生物化学边缘学科,基础性：生物学的主干课程之一。 交叉性：渗透到生物工程、医学（“三理一化”）、营养学、农学等各学科。 发展性：分子结构

6、生物学、分子生理学、分子遗传学、分子免疫学、分子病毒学、分子发育生物学、分子神经生物学、分子育种学、分子药理学等新学科。,2019/4/24,16,近代生物化学的发展,2019/4/24,17,生物化学的研究热点,生物大分子的结构与功能 基因表达的调控 生物膜结构与功能 基因组学 蛋白组学 糖组学 代谢组学 ,2019/4/24,18,基因组学,“人类基因组计划”（human genome project，HGP）历经10年，在本世纪初宣布完成。 已绘制40多种生物的基因组图谱，基因组的研究进入功能基因组（functional genomics）阶段，即确定基因结构与功能的应用阶段。 人类基因

7、组解读为疾病的诊断、防治和新药研发提供了有力的武器。,2019/4/24,19,蛋白质组学,蛋白质组学（proteomics）作为后基因组时代生命科学的新研究领域正在崛起。 综合2D-凝胶电泳、计算机图象分析、质谱、氨基酸测序和生物信息学一系列精细技术，高通量、综合定量和鉴定蛋白质。 建立蛋白质组的生物信息数据库，为重大病症的发生提供新预警和诊断标志，并为新药开发提供新的思路。,2019/4/24,20,大肠杆菌中的蛋白质组,2019/4/24,21,生物化学的发展简史,建立时期（18世纪20世纪初）：研究了脂类、糖类、氨基酸和核酸；酵母发酵中的“可溶性催化剂”酶的概念等。 快速发展（20世纪

8、初20世纪下叶）：必需氨基酸、维生素、多种激素的发现；酶的蛋白质本质揭示；主要物质代谢途径的确定等。 分子生物学的崛起（20世纪下叶 ）：从分子水平解释生命现象。,2019/4/24,22,生物化学发展简史,国内生物化学发展概况 国际生物化学发展概况,2019/4/24,23,国内生物化学发展概况,中国古代生物化学的渊源 中国近代生物化学的出现 中国近代生物化学的发展,2019/4/24,24,中国古代生物化学的渊源,公元前22世纪的夏代的酿酒（杜康）。 公元前12世纪周礼的发酵制酱。 公元前4世纪，庄子记载“瘿病”，即现代的地方性甲状腺肿病。 公元4世纪，晋朝葛洪的肘后百一以含碘丰富的海藻来

9、治疗“瘿病”。,2019/4/24,25,北魏贾思勰齐民要术卷八利用曲的滤液进行酿造。 公元1897年德国人布希纳（Eduard Buchner）才发现酵母菌滤液的发酵作用，比我国晚1353年。 唐代孙思邈（581682）用米糠熬成的粥来治疗脚气病，用猪肝治疗“雀目”。,中国古代生物化学的渊源,2019/4/24,26,明代李时珍（15181593）长期亲自上山采药，著成本草纲目，共载药物1880种。 公元1637年，明末宋应星的天工开物甘嗜记载了甘蔗的栽培技术、制糖设备和工艺过程，具有相当高的科学价值，其中用石灰澄清法处理蔗汁的工艺，迄今仍为世界公认的最经济的方法。,中国古代生物化学的渊源,

10、2019/4/24,27,中国近代生物化学的出现,萌芽期（19171924）：吴宪（生物化学家、营养学家，18931959），开设生理化学，成立生物化学科(Department of Biochemistry)。 发育期（19251936）：蛋白质变性学说，营养学、免疫化学、临床生物化学、药物化学等。 苦争期（19371949）：郑集（生物化学家、营养学家，1900），A Laboratory Manual of Biochemistry、实用营养学，第一次全国营养会议、中国营养学会（首任理事长）。,2019/4/24,28,中国现代生物化学的发展,1950年，中国科学院生理生化研究所成立。

11、王应睐（19072001）, 19581984任中国科学院上海生物化学研究所所长。 1965年，人工合成牛胰岛素(insulin)，生物化学研究所、有机化学研究所、北京大学协作完成。 1981年，人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸（tRNAAla）， 上海生物化学研究所、细胞研究所、有机化学研究所、生物物理研究所、北京大学生物系和上海试剂二厂协作完成。,2019/4/24,29,国际生物化学发展,2019/4/24,30,国际生物化学的发展概况,2019/4/24,31,2019/4/24,32,2019/4/24,33,2019/4/24,34,2019/4/24,35,2019/4/24,36

12、,2019/4/24,37,2019/4/24,38,2019/4/24,39,2019/4/24,40,2019/4/24,41,2019/4/24,42,1953年Watson 和Crick描绘出了DNA的双螺旋结构模型，生命科学从此进入了分子生物学新时代,悼念克里克,2019/4/24,43,分子生物学的产生与发展,2019/4/24,44,分子生物学的重要事件,50年代：蛋白质-螺旋结构的发现；1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型分子生物学的里程碑；中心法则的提出；遗传密码的破译 70年代：DNA重组技术(基因工程)、基因诊断、基因治疗的发展。 80年代：PCR

13、技术、核酶（ribozyme）等。 90年代：人类基因组计划（约3.0109碱基、23万个基因）、后基因组时代（蛋白质组学、生物信息学）。,2019/4/24,45,基因工程的建立,20世纪70年代建立的基因工程（gene engineering），在体外按人类的需要进行基因重组和基因改造，通过各类基因载体进行基因转移，打破了基因重组和基因转移的物种界限。,2019/4/24,46,2019/4/24,47,2019/4/24,48,基因工程的拓展,基因工程（gene engineering）基础研究使基因工程在理论和技术上日趋成熟，应用范围不断拓展，产生了许多新的研究领域，极大地丰富了生物科

14、学理论，推动了生物技术产业的发展。 基因组学（genomics） 蛋白质组学（proteomics） 生物信息学（bioinformatics） 转基因动植物（transgenic animals and plants） 生物芯片（biochips） 基因治疗（gene therapy）,2019/4/24,49,生物化学的前景和现状,分子生物学从根本上改变了生命科学的面貌，极大地丰富和扩展了生物化学的内涵。一方面，经典的生物化学原理不断得到验证，另一方面，人们对生命的化学过程的认识不断更新和深化。,现代生物化学已经从各个方面融入了生命科学发展的主流，其研究主要集中在以下几个方面： 生物大分子

15、的结构、功能与相互作用 基因组学与蛋白质组学 基因表达的调节 细胞信号的传导 生物工程学,2019/4/24,50,生物化学与现代工业,生物化学对轻化工业的渗透 酶及其应用,2019/4/24,51,生物化学对轻化工业的渗透,蛋白质（酶）、糖、脂肪、核酸等生物分子的研究成果及应用使传统食品、医药工业发生了根本性的变化。 许多酶（粗酶）正逐步应用于皮革、纺织、日用化工、原料化工、酿造等轻化工工业。 利用生物化学手段不断研制高效性、常效性新药，如基因工程和蛋白质工程可以用细菌来生产胰岛素、生长素、干扰素等重要药物。,2019/4/24,52,酶的应用,酶（含酶的细胞）作为一种生物催化剂，具有专一性

16、强、催化效率高、反应条件温和等特点，在各领域得到了广泛的应用。 1969年日本的千畑一郎在工业上应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸生产L-氨基酸。将酶或细胞固定于载体上生物反应器（Bioreactor 酶反应器），就较易做到生产的程序化、自动化。,2019/4/24,53,生物化学的学习策略,生物学特点： 特点一：与数理化不同，生物学为实验科学，不存在因果定量关系，即不可能通过公式或定理推出一个准确的结论。 特点二：生物界没有绝对，几乎所有的结论都可以被一些例外打破（生物多样性）。,2019/4/24,54,生物化学的学习策略,生物化学课程的特点： 知识密集，信息量大 分子水平，内容复杂 涉及面广，记忆性强 联系密切，灵活多变,2019/4/24,55,生物化学的学习策略,生物化学学习的方法：通常认为生物化学难学，其实不然。只要师生共同努力，教与学齐驱并驾（同步思维、同步运动），辅以必要的