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1、2024/7/2712024/7/2722024/7/273Hierarchical organization of biological structuresn是生命的化学是生命的化学n用化学研究生命用化学研究生命n阐明生命本质阐明生命本质生物结构的层次生物结构的层次细胞色素细胞色素 C线粒体线粒体2024/7/274课程内容课程内容（共（共4848学时，含实验学时，含实验8 8学时）学时）第第1 1章章 绪论绪论第第2-62-6章章 糖、脂类、蛋白质、核酸、酶化学糖、脂类、蛋白质、核酸、酶化学 第第7 7章章 维生素、水和矿质平衡维生素、水和矿质平衡 第第8 8章章 能量代谢与生物能的利用
2、能量代谢与生物能的利用 第第9-129-12章章 糖类、脂类、核酸、蛋白质代谢糖类、脂类、核酸、蛋白质代谢 第第1313章章 代谢的调节控制代谢的调节控制 第第1414章章 基因工程与蛋白质工程基因工程与蛋白质工程 第第1515章章 生物化学与现代生物技术生物化学与现代生物技术 生命大分子生命大分子生物大分子生物大分子代谢及遗传代谢及遗传信息的传递信息的传递生物技术生物技术2024/7/275第一章第一章 绪论绪论Chapter 1 Introduction2024/7/276主要内容主要内容第一节 概述生物化学的涵义和研究内容第二节 生物化学与其他生命科学的关系第三节 生物化学与工农医第四节
3、 21世纪的生物化学发展趋势2024/7/277第一节第一节 概述概述生物化学的涵义和研究内容生物化学的涵义和研究内容BiochemistryTheChemistryofLife二十一世纪二十一世纪生命科学世纪生命科学世纪生物化学于生命科学生物化学于生命科学,就象就象ABC于英语。于英语。2024/7/278l化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。l生物学是生命科学，它研究生物的形态 、结构、生理、分类、遗传和变异、进化等方面，目的在于阐明生命活动的规律。l生物化学生物化学是是一门把化学与生物学联系在一起把化学与生物学联系在一起的新课程 。一、生物化学的涵义一、生物化学的涵义20
4、24/7/279生物化学生物化学是生命的化学是生命的化学 运用物理学、化学和生运用物理学、化学和生物学的理论和方法来研物学的理论和方法来研究生物体内各种物质的究生物体内各种物质的化学组成、结构及其化化学组成、结构及其化学变化规律的一门科学。学变化规律的一门科学。是从分子水平或细胞水是从分子水平或细胞水平上探讨生命的奥秘，平上探讨生命的奥秘，从而阐述生命的本身从而阐述生命的本身 是应用化学的理论和方是应用化学的理论和方法来研究生命现象、阐法来研究生命现象、阐明生命现象的化学本质。明生命现象的化学本质。 一、生物化学的涵义一、生物化学的涵义什么是生物化学？什么是生物化学？2024/7/2710二、
5、生物化学的研究内容二、生物化学的研究内容生物化学研究的内容主要是三个方面：生物化学研究的内容主要是三个方面：静静静静态生物化学态生物化学态生物化学态生物化学Static BiochemistryStatic BiochemistryStatic BiochemistryStatic Biochemistry（或有机生物化学）（或有机生物化学）动态生物化学动态生物化学动态生物化学动态生物化学Dynamic BiochemistryDynamic BiochemistryDynamic BiochemistryDynamic Biochemistry(物质代谢和能量代谢)功能生物化学功能生物化学功
6、能生物化学功能生物化学Functional BiochemistryFunctional BiochemistryFunctional BiochemistryFunctional Biochemistry( ( ( (机能生物化学机能生物化学机能生物化学机能生物化学) ) ) ) 研究构成生物机体各种物质的组成、结构、性质及生物学功能研究生物体内各种物质的化学变化、与外界进行物质和能量交换的规律。研究重要生命物质的结构与功能的关系以及环境对机体代谢的影响。2024/7/2711（一）静态生物化学，（一）静态生物化学， Static Biochemistry 组成生物体的基本物质是极其复杂的，
7、成分繁多。结构也组成生物体的基本物质是极其复杂的，成分繁多。结构也复杂，就拿最小的细胞复杂，就拿最小的细胞细菌来说，一个细菌来说，一个E.coliE.coli含有含有50005000种不种不同的有机物同的有机物。1.1.无机无机物物无机盐无机盐水水2.2.有机物有机物糖类糖类脂类脂类蛋白质类蛋白质类核酸类核酸类维生素维生素激素类等激素类等 在这些生命物质之中，最基本的物质则在这些生命物质之中，最基本的物质则为蛋白质，核酸，多糖和脂类等四大类有机为蛋白质，核酸，多糖和脂类等四大类有机物。其中蛋白质最为重要。核酸最为基本。物。其中蛋白质最为重要。核酸最为基本。而水则是一切生命的源泉。据估计，生物界
8、而水则是一切生命的源泉。据估计，生物界共有共有1010101010101212种不同蛋白质。种不同蛋白质。10101010种核酸。种核酸。 生物界中微生物，植物与动物具有相同的生物界中微生物，植物与动物具有相同的物质组成只是各组成物质的比例不同，复杂物质组成只是各组成物质的比例不同，复杂程度不同程度不同。2024/7/2712例如人吃进的食物通过消化，吸收，然后有两种作用：例如人吃进的食物通过消化，吸收，然后有两种作用：1.1.构造机体本身构造机体本身( (物质变化物质变化) ) 蛋白质蛋白质 氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质（体外）（体外） （胞外）（胞外） （胞内）（胞内） （体内
9、）（体内）消化消化吸收吸收合成合成CO2+H2O+NH3分解分解（二）动态生物化学，（二）动态生物化学，Dynamic Biochemistry2.2.提供能量提供能量（能量变化）（能量变化） 生物机体除将部分摄取的物质转化为自身的物质以外，将另生物机体除将部分摄取的物质转化为自身的物质以外，将另一部分用来彻底分解。提供生物机体活动所需要的能量和热能。一部分用来彻底分解。提供生物机体活动所需要的能量和热能。这种变化称为能量变化。这种变化称为能量变化。2024/7/2713（三）功能生物化学，（三）功能生物化学，Functional Biochemistry这些说明：生物体的各化学反应必定有完美
10、的安排和一个调节这些说明：生物体的各化学反应必定有完美的安排和一个调节控制标准。机体内的化学反应是高度自动控制的，在体外就做控制标准。机体内的化学反应是高度自动控制的，在体外就做不到。不到。机体内的反应特点：机体内的反应特点： 合成反应，还是分解反应，往往是在同一部位，同时进行。合成反应，还是分解反应，往往是在同一部位，同时进行。 互不干扰，相互配合，使各自的化学反应进行得恰到好处。互不干扰，相互配合，使各自的化学反应进行得恰到好处。 速度惊人，但没有副产物生成。速度惊人，但没有副产物生成。因此生化除了研究其化学反应外，还要研究物质代谢的调节与控制。因此生化除了研究其化学反应外，还要研究物质代
11、谢的调节与控制。2024/7/2714生物化学是分子水平的生物学生物化学是现代生物学的基础和前沿生物学生物学生生物物化化学学化学生物学化学生物学分子生物学分子生物学化学化学第二节第二节 生物化学与其他生命科学的关系生物化学与其他生命科学的关系2024/7/2715生物化学与有关科学的关系生物化学与有关科学的关系Molecular Biology 分子生物学Enzyme engineering 酶工程Biology 生物学（动物、植物、微生物）Chemistry 化学（无机、分析、有机）Physiology 生理学Genetics 遗传学Cytobiology 细胞生物学Immunology 免
12、疫学Gene engineering 基因工程Biologic pharmacy 生物制药Pharmacology 药理学Clinical medicine 临床医学Biochemistry2024/7/2716第三节第三节 生物化学与工农医生物化学与工农医u生物化学对现代化工、轻工、食品、医药工业的渗透u酶工程与自动化转基因食品转基因食品干细胞干细胞人类基因组计划人类基因组计划2024/7/2717第四节第四节 21世纪的生物化学发展趋势世纪的生物化学发展趋势l大分子结构与功能的关系l生物膜的结构与功能的关系l机体自身调控的分子机理l生化技术的创新与发明l生物化学与现代新生物技术生物化学研究
13、最活跃、最重要的领域生物化学研究最活跃、最重要的领域 ：2024/7/2718美美科学科学杂志评出杂志评出20102010年年十大十大科学进展科学进展2010年12月17日其中其中8 8个与生物技术相关个与生物技术相关美美科学科学杂志评出杂志评出2010年十大科学进展年十大科学进展2024/7/27191.1.合成生物学合成生物学：一个美国研究小组月日报告说，他们合成了一个人工基因组，并用它使一个内部被掏空的单细胞细菌“起死回生”。这是首个完全由人造基因指令控制的细胞，它是人造生命研究历程中的关键一步。研究人员预计，定制的合成基因组将来可用于生物燃料、医药制品或化学制品的生产工艺。2024/7
14、/27202.2.尼安德特人基因组尼安德特人基因组：研究人员对约万年前生活在克罗地亚的个女性尼安德特人的骨骼做了基因组测序。这种对降解片段进行测序的新方法，使专家得以首次对现代人基因组和尼安德特人的基因组进行直接比较。2024/7/27213.3.艾滋病病毒预防：艾滋病病毒预防：科学界今年在艾滋病病毒预防领域取得重要进展一种含有抗艾滋病病毒药物泰诺福韦的阴道凝胶可使女性感染该病毒的风险降低，另一种药物可使男同性恋者和通过变性手术告别“男儿身”者感染艾滋病病毒的风险减少。2024/7/27224.4.外显子测序与疾病基因外显子测序与疾病基因：通过只对某一基因组中的外显子基因序列进行测序，研究人员
15、发现至少导致种疾病的基因突变。5.5.分子动力学模拟：分子动力学模拟：研究人员用超级计算机跟踪观察一个正在折叠的蛋白质中的原子运动，这种跟踪观察的持续时间能比过去任何一种方法延长至少倍。2024/7/27236.6.下一代基因组学：下一代基因组学：更快更廉价的测序技术使人们能够对远古和现代的进行大规模研究。7.核糖核酸的重新编程：核糖核酸的重新编程：重新编程细胞，也就是把细胞的发育时钟“往回拨”，使它们的“表现”如同胚胎中的非特异性“干细胞”，是研究疾病和发育的一种重要途径。今年，研究人员找到了一种用合成核糖核酸来完成这一研究的新技术。与以往的方法相比，采用这种新技术的“回拨”速度要快两倍，效
16、率要高倍，在治疗应用方面可能更为安全。2024/7/27248.8.大鼠的回归：大鼠的回归：小鼠是科学研究中的最主要实验动物，但研究人员其实更希望使用大鼠。大鼠实验操作起来相对更容易，大鼠在解剖学上与人类更相似，但现有的准确关闭特定基因的研究技术对小鼠小鼠适用，却对大鼠无效。为解决这一矛盾，科研人员在今年开展了一系列研究，其结果有助于关闭大鼠的某些特定基因，从而有望让大鼠大批进入实验室。2024/7/2725美美科学科学杂志评出杂志评出2011年十大科学进展年十大科学进展其中其中6 6个与生物技术相关个与生物技术相关2011-12-23科技日报2024/7/2726其中其中6 6个与生物技术相
17、关个与生物技术相关美美科学科学杂志评出杂志评出2012年十大科学进展年十大科学进展2024/7/27271. 日本科学家利用从成年小鼠身上提取的胚胎小鼠身上提取的胚胎干细胞干细胞，生成了能够产生卵子的卵细胞生成了能够产生卵子的卵细胞。这一技术突破带来的前景是，对于无法自然形成卵子的妇女，可以用她们的卵细胞在试管中培育出卵子，然后再移植回她们体内。2. 人脑人脑-机器接口机器接口让瘫痪病人可以用思维意识来移动机械臂，并进行立体空间活动。2024/7/2728“中国科学十大进展中国科学十大进展”评选结果于评选结果于2012年年1月月17日在北京发布：日在北京发布：（1）天宫一号与神舟八号成功实现交
18、会对接；（2）利用强激光成功模拟太阳耀斑的环顶X射线源和重联喷流；（3）将小鼠成纤维细胞成功转化为功能性肝细胞样细胞；）将小鼠成纤维细胞成功转化为功能性肝细胞样细胞；（4）显微光学切片层析成像获取小鼠全脑高分辨率图谱）显微光学切片层析成像获取小鼠全脑高分辨率图谱；（5）设计出兼具低场高灵敏和高场大磁电阻的硅基磁电阻器件；（6）揭示梯度纳米晶铜本征塑性变形机制；（7）揭示）揭示Tet双加氧酶在哺乳动物表观遗传调控中的重要作用；双加氧酶在哺乳动物表观遗传调控中的重要作用；（8）利用化学气相沉积法制备出石墨烯三维网络结构材料；（9）阐明冰期-间冰期印度夏季风变迁的动力学机制；（10）实现碳纳米管的高
19、效光伏倍增效应。2011年度“中国科学十大进展”2024/7/2729“中国科学十大进展中国科学十大进展”评选结果于评选结果于2013年年1月月19日在北京发布：日在北京发布：（1）“神九”载人飞船与天宫一号成功对接；（2）“蛟龙”号下潜突破7000米；（3）世界首条高寒地区高速铁路突破三大技术难题；（4）嫦娥二号7米分辨率全月影像图发布；（5）首台国产CPU千万亿次高效能计算机系统通过验收；（6）戊肝疫苗研制成功）戊肝疫苗研制成功；（7）新一代大推力火箭发动机研制成功；（8）可扩展量子信息处理获重大突破；（9）大亚湾实验发现中微子新的振荡模式；（10）亚洲第一射电望远镜建成。2012年度“中
20、国科学十大进展”生物化学、生物工程-顶级研究领域1.世界一流的理工科大学目前研究的TOP1领域是与生物化学相关的领域:生命科学、生物合成，用生物的方法解决化工的问题2. 施一公施一公中科院院士，清华大学副校长，1989年毕业于清华大学，1995年在美国约翰霍普金斯大学获博士学位，1998年2008年，美国普林斯顿大学分子生物学系终身教授。2008年回国，他作为通讯作者在细胞发表11篇、自然发表7篇、科学发表3篇。细胞凋亡和癌症发生的分子机理。2024/7/27302024/7/2731生物化学的魅力生物化学的魅力所有生物学科都不是孤立的，而是相互联系、相互补充、相互渗透，其基础就是“生命的化学
21、语言”。换而言之，生物化学是联系生物学科之间的桥梁生物化学是联系生物学科之间的桥梁。u有用2024/7/2732The Birth of Venus (维纳斯的诞生)bySandroBotticelli“昨天，圣经告诉我们，上帝创造万物昨天，圣经告诉我们，上帝创造万物”2024/7/2733Green Fluorescent Protein (GFP)“今天，人类已经制造新的物种今天，人类已经制造新的物种”2024/7/2734u可成名20世纪Nobel生理学、化学奖中半数以上在生物化学领域取得重大突破1953年年 Watson（美）与（美）与 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的分子的
22、双螺旋结构模型，双螺旋结构模型，1962年共获年共获诺贝尔奖。诺贝尔奖。 2024/7/2735生物化学的学习方法生物化学的学习方法u特点一：与数理化不同，尚未进入特点一：与数理化不同，尚未进入定量科学定量科学的阶段，多数还处在的阶段，多数还处在定性科学定性科学阶段。因此很难通过公式或定理推出一个准确的结论阶段。因此很难通过公式或定理推出一个准确的结论 u特点二：特点二： 是没有绝对，是没有绝对，几乎所有的结论几乎所有的结论都可以被一些例外都可以被一些例外打破打破（生物多样性）（生物多样性） u 生物化学的学习应以概念为主生物化学的学习应以概念为主-以以记忆记忆为主，在记忆的基础上为主，在记忆
23、的基础上加以理解：加以理解：体内参与反应的物质多；体内参与反应的物质多；代谢反应途径多，功能各异；代谢反应途径多，功能各异；大分子的结构与功能之间的关系复杂。大分子的结构与功能之间的关系复杂。2024/7/2736平时成绩10%： 出勤出勤/ /课堂表现课堂表现 + 作业实验成绩10%：实验操作及实验报告期末考试80%：闭卷考试 课程考核方式2024/7/2737教材：教材：l张洪渊，万海清主编. 生物化学（第三版）生物化学（第三版）（工科类专业适用）. 化学工业出版社 , 2014.09 （普通高等教育“十一五”国家级规划教材）。参考书：参考书：u王镜岩等主编. 生物化学（第三版）上、下册生
24、物化学（第三版）上、下册，北京，高等教育出版社，2002。uDavid L. Nelson and Michael M. Cox, Lehninger Lehninger Principles of BiochemistryPrinciples of Biochemistry, 5th Edition, Worth Publishers, 2008. 教材和参考书教材和参考书2024/7/2738David L. Nelson and Michael M. Cox, Lehninger Lehninger Principles of Principles of BiochemistryBioc
25、hemistry, 5th Edition, Worth Publishers, 2008l经典教材l内容详细，图表丰富l共1294页l彩色印刷2024/7/2739Reginald H. Garrett Charles M. Grisham, BiochemistryBiochemistry, 4th Edition, Mary Finch, 2010l经典教材l内容详细，图表丰富l共1184页l彩色印刷2024/7/2740David Hames & Nigel Hooper, Instant Notes- Biochemistry,Biochemistry,3rd Edition3rd Edition, Taylor & , Taylor & Francis, Francis, 20052005u对生物化学的基本术语有详细的解释；u中英文对照本：华工图书馆2024/7/2741王镜岩等主编. 生物生物化学（第三版）上、化学（第三版）上、下册下册，北京，高等教育出版社，2002
