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1、 生物化学生物化学第一章第一章 绪绪 论论一、生物化学一、生物化学（Biochemistry）的概念的概念l l 生物化学以生物化学以生物化学以生物化学以生物体生物体生物体生物体为研究对象。为研究对象。为研究对象。为研究对象。l l 研研研研究究究究生生生生物物物物体体体体的的的的化化化化学学学学组组组组成成成成及及及及其其其其在在在在生生生生命命命命活活活活动动动动过过过过程程程程中中中中化化化化学学学学变变变变化化化化规律规律规律规律的一门科学。的一门科学。的一门科学。的一门科学。二、生物化学的任务二、生物化学的任务 从从从从分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上研研研研究究究究生生生生
2、物物物物体体体体内内内内基基基基本本本本物物物物质质质质的的的的化化化化学学学学组组组组成成成成、结结结结构构构构与与与与生生生生物物物物学学学学功功功功能能能能，以以以以及及及及在在在在生生生生命命命命活活活活动动动动中中中中这这这这些些些些物物物物质质质质所所所所进进进进行行行行的的的的化化化化学学学学变变变变化化化化的的的的规规规规律律律律及及及及其其其其与与与与生生生生理理理理功功功功能能能能之之之之间间间间关关关关系系系系的的的的一一一一门门门门科学。科学。科学。科学。 又称为又称为“生命的化学生命的化学”。其中：其中： 研研究究核核酸酸、蛋蛋白白质质等等生生物物大大分分子子的的结结
3、构构、功功能能以以及及基基因因的的结结构构、表表达达与与调调控控的的内内容容称称为为分分子子生生物物学（学（molecular biologymolecular biology）。）。 分分子子生生物物学学是是生生物物化化学学的的重重要要组组成成部部分分，是是生生物化学的前沿。物化学的前沿。 三、三、现代生物化学的研究内容代生物化学的研究内容 2 2、物、物质代代谢及其及其调节（动态生物化学生物化学） 3 3、遗传信息信息传递及其及其调控（控（分子生物学分子生物学阶段段）1 1、生物体的化学组成（、生物体的化学组成（静态生物化学静态生物化学）研研研研究究究究生生生生物物物物体体体体内内内内各各
4、各各种种种种化化化化合合合合物物物物的的的的结结结结构构构构、化化化化学学学学性性性性质质质质和和和和功功功功能能能能（主主主主要要要要有有有有糖糖糖糖类类类类、脂脂脂脂类类类类、蛋白质、核酸、酶、维生素和激素等）蛋白质、核酸、酶、维生素和激素等）蛋白质、核酸、酶、维生素和激素等）蛋白质、核酸、酶、维生素和激素等）研研研研究究究究构构构构成成成成生生生生物物物物体体体体的的的的基基基基本本本本物物物物质质质质在在在在生生生生命命命命活活活活动动动动中中中中进进进进行行行行的的的的化化化化学学学学变变变变化化化化，即即即即新新新新陈陈陈陈代代代代谢谢谢谢及及及及代谢过程中能量的转换和调节。代谢过
5、程中能量的转换和调节。代谢过程中能量的转换和调节。代谢过程中能量的转换和调节。静态生物化学静态生物化学静态生物化学静态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分子生物学阶段分子生物学阶段分子生物学阶段分子生物学阶段研研究究生生物物体体遗遗传传信信息息的的传传递递、表表达达及及调控。调控。细胞水平细胞水平亚细胞亚细胞大分子大分子单体分子单体分子四、生物化学的发展简史四、生物化学的发展简史-生物化学是一门既古老又生物化学是一门既古老又年轻的学科。年轻的学科。第一阶段第一阶段1818世世纪纪7070年年代代以以后后，随随着着近近代代化化学学和和生生理理学的发展，生物化学学科开始形成学
6、的发展，生物化学学科开始形成。l1770-1774年年，英英国国J.Priestly（普普里里斯斯特特利利）发发现现了了氧氧气气，并指出动物消耗氧而植物产生氧并指出动物消耗氧而植物产生氧；l1770-1786年年，瑞瑞典典人人C.W.Scheele（舍舍勒勒）分分离离了了甘甘油油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等；l1779-1796年年，荷荷兰兰人人J.Ingenbousz证证明明在在光光照照条条件件下下绿绿色植物吸收色植物吸收CO2并放出并放出O2；l1828年，年，Wohler合成了有机物合成了有机物-尿素尿素。l1877年，年，Hoppe-Seyler（霍佩（霍
7、佩-塞勒，德）首次提出了塞勒，德）首次提出了“Biochemie”这个名词，这个名词，1903年年Neuberg（纽伯格）（纽伯格）提出了英文提出了英文“Biochemistry”，生物化学作为一门新兴，生物化学作为一门新兴学科诞生学科诞生；l1897年年，Buchner（毕毕希希纳纳）证证实实不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取液也能使糖发酵取液也能使糖发酵。这这个个阶阶段段，生生物物化化学学的的主主要要工工作作是是分分离离和和鉴鉴定定了了各各种种氨氨基基酸酸、羧羧酸酸、糖糖类类，发发现现了了核核酸酸，开始进行酶学研究。开始进行酶学研究。第二阶段第二阶段从从2020世世纪纪初初到到2020世世
8、纪纪4040年年代代，随随着着分分析析鉴鉴定定技技术术的的进进步步，尤尤其其是是放放射射性性同同位位素素技技术术的的应应用用，生生物物化化学学进进入入动动态态生生物物化化学学的的时时期。期。l1926年，美国化学家年，美国化学家J.B.Sumner首次得到脲酶结晶首次得到脲酶结晶；l 1929年年，J.Northrop（诺诺斯斯罗罗普普）分分离离并并提提纯纯了了胃胃蛋蛋白白酶酶、胰胰蛋蛋白白酶酶、胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶，从从而而进进一一步步证证明明酶酶是是蛋白质蛋白质。l1930年年和和1937年年，英英生生化化学学家家A.Krebs分分别别提提出出了了尿尿素循环和三羧酸循环素循环和三羧酸循
9、环；l1945年年，发发现现并并分分离离了了辅辅酶酶A，证证明明了了它它对对代代谢谢的的重重要性。要性。 这这个个阶阶段段，基基本本上上阐阐明明了了酶酶的的化化学学本本质质以以及及能能量量代代谢谢有有关关的的物物质质代代谢谢途途径径。第三阶段第三阶段19501950年年以以来来，借借助助于于各各种种理理化化技技术术，对对蛋蛋白白质质、酶酶、核核酸酸等等生生物物大大分分子子进进行行化化学学组组成成、序序列列、空空间间结结构构及及其其生生物物学学功功能能的的研研究，并发展到人工合成，创立了基因工程。究，并发展到人工合成，创立了基因工程。 l1950年，年，Pauling提出蛋白质二级结构的提出蛋白
10、质二级结构的-螺旋螺旋；l1953年年，Watson&Crick提提出出了了DNA的的双双螺螺旋旋结结构构模模型型；随后于随后于1958年，年，Crick提出提出了遗传的了遗传的“中心法则中心法则”；l1953及及1975年年，Sanger分分别别研研究究出出蛋蛋白白质质序序列列和和核核酸酸序列的测定方法序列的测定方法；l1961年，年，Jacob&Monod提出了操纵子学说提出了操纵子学说；l1965年，年，Holly（霍利霍利）排出酵母排出酵母tRNAAla的一级结构的一级结构；l1966年年，Nirenberg&Khorana（尼尼伦伦伯伯格格和和霍霍拉拉纳纳）破破译了遗传密码译了遗传密
11、码；l1970年年，Temin和和Baltimore（泰泰明明和和巴巴尔尔的的摩摩）发发现现逆逆向转录酶向转录酶；l1972年年1973年年，Berg（伯伯格格）等等成成功功地地进进行行了了DNA体体外外重重组组；Boyer（博博耶耶）等等在在E.coli中中成成功功表表达达了了人人工合成的生长激素释放抑制因子基因工合成的生长激素释放抑制因子基因。l1975年年,Southern发发明明了了凝凝胶胶电电泳泳分分离离DNA片片段段的的印迹法印迹法；l1979年年，Solomon和和（博博德德默默）最最先先提提出出至至少少200个个限限制制性性片片段段长长度度多多态态性性可可作作为为连连接接人人的
12、的整整个个基基因因组图谱之基础组图谱之基础；l1981年年，Cech（切切赫赫）发发现现了了有有催催化化功功能能的的RNA-核酶；核酶；l1985年年，Mullis发发明明了了聚聚合合酶酶链链式式反反应应(PCR)；Smith等等报报导导了了DNA测测序序中中应应用用荧荧光光标标记记取取代代同同位位素标记的方法。素标记的方法。l1985年年5月月，美美国国SantaCruz和和R.Sinsheimer（圣圣克克鲁鲁斯斯和和辛辛色色默默）提提出出人人类类基基因因组组研研究究计计划划，1986年年8月月美美国国科科学学院院生生命命科科学学委委员员会会确确定定由由BruceAlberts（布布鲁鲁斯
13、斯艾艾伯伯茨茨）负负责责的的15人人小小组组起起草草确确定定这这个个提提议议的的报报告告，联联邦邦政府政府1987年正式开始起动这一计划年正式开始起动这一计划;l1994年年，日日本本科科学学家家在在NatureGenetics上上发发表表了了水水稻稻基基因因组组遗遗传传图图，Wilson等等用用3年年时时间间完完成成了了线线虫虫（C.elegans）3号号染染色色体体连连续续的的2.2Mb的的测测定定，预预示示着着百万碱基规模的百万碱基规模的DNA序列测定时代的到来序列测定时代的到来;1997年年，Wilmut（威威尔尔穆穆特特）等等首首次次不不经经过过受受精精，用用成成年年母母羊羊体体细细
14、胞胞的的遗遗传传物物质质，成成功功地地获获得得克克隆隆羊羊多多莉（莉（Dolly）l1998年年，Renard（雷雷纳纳）等等用用体体细细胞胞操操作作获获得得克克隆隆牛牛，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；lVenter（文文特特尔尔）对对人人类类基基因因组组计计划划提提出出新新的的战战略略全全基基因组随机测序因组随机测序;l1999年年，GnterBlobel（君君特特布布洛洛贝贝尔尔）因因发发现现了了细细胞胞中中蛋蛋白白质质有有其其内内在在的的运运输输和和定定位位信信号号，并并具具体体显显示示了了这这种种信信号发送过程中的分
15、子状态，获诺贝尔生理学奖号发送过程中的分子状态，获诺贝尔生理学奖;l2001年年，Hartwell（赫赫特特维维尔尔）因因发发现现和和研研究究细细胞胞周周期期分分裂裂基基因因；Nurse和和Hunt分分别别发发现现调调节节细细胞胞周周期期的的关关键键分分子子周周期期蛋蛋白白依依赖赖性性激激酶酶（CDKs）及及调调节节CDKs功功能的因子周期蛋白能的因子周期蛋白，获诺贝尔生理学奖，获诺贝尔生理学奖;l2002年年，美美国国科科学学家家约约翰翰芬芬恩恩、日日本本科科学学家家田田中中耕耕一一和和瑞瑞士士科科学学家家库库尔尔特特维维特特里里希希。他他们们发发明明了了对对生生物物大大分分子子进进行行识识
16、别别和和结结构构分分析析的的方方法法-质质谱谱分分析析法法和和核核磁磁共共振技术振技术，共同分享获诺贝尔化学奖。，共同分享获诺贝尔化学奖。l2003年年，美美国国科科学学家家彼彼得得阿阿格格雷雷（PeterAgre）和和罗罗德德里里克克麦麦金金农农（RoderckMackinnon）在在细细胞胞膜膜通通道道领领域域做做出出了了“开开创创性性贡贡献献”而而获获诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖，发发现现细细胞胞膜膜水水通通道道蛋蛋白白并并描描述述特特征征；阐阐述述了了钾钾离离子子通通道道结构及功能机制。结构及功能机制。l2004年年，以以色色列列科科学学家家阿阿龙龙切切哈哈诺诺沃沃、阿阿夫夫拉拉姆姆赫赫什
17、什科科和和美美国国科科学学家家欧欧文文罗罗斯斯因因发发现现泛泛素素调调节节的的蛋蛋白白质质降降解解而获诺贝尔化学奖。而获诺贝尔化学奖。l2006年年，美美国国科科学学家家罗罗杰杰科科恩恩伯伯格格因因在在“真真核核转转录录的的分分子子基基础础”研研究究领领域域做做出出贡贡献献而而获获诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖，揭揭示示了了真真核核生生物物体体内内的的细细胞胞如如何何利利用用基基因因内内存存储储的的信信息息生生产产蛋蛋白质白质。l2008年年，日日本本科科学学家家下下村村修修、美美国国科科学学家家马马丁丁沙沙尔尔菲菲和和美美籍籍华华裔裔科科学学家家钱钱永永健健三三位位科科学学家家因因在在发发现现和和
18、研研究究绿绿色荧光蛋白色荧光蛋白方面做出贡献而获得的诺贝尔化学奖。方面做出贡献而获得的诺贝尔化学奖。 从从以以上上所所述述的的生生物物化化学学的的发发展展中中，可可以以看看出出20世世纪纪50年年代代以以来来是是以以核核酸酸的的研研究究为为核核心心，带带动动着着分分子子生生物物学学向向纵纵深深发发展展，如如50年年代代的的双双螺螺旋旋结结构构，60年年代代的的操操纵纵子子学学说说，70年年代代的的DNA重重组组，80年年代代的的PCR技技术术，90年年代代的的DNA测测序序都都具具有有里里程程碑碑的的意意义义，将将生生命命科科学学带带向向一一个个由由宏宏观观到到微微观观再再到到宏宏观观，由由分
19、分析析到到综综合合的的时时代代；现现代代生生物物化化学学正正在在进进一一步步发发展展，其其基基本本理理论论和和实实验验方方法法均均已已渗渗透透到到科科学学各各个个领领域域，无无论论在哪个方面都在不断取得重大进展。在哪个方面都在不断取得重大进展。蛋白质二级结构的蛋白质二级结构的-螺旋螺旋杨杨焕焕明明教教授授一一直直从从事事基基因因组组科科学学的的研研究究。他他主主持持完完成成的的“人人类类基基因因组组计计划划中中国国卷卷”使使中中国国成成为为这这一一被被称称为为“二二十十世世纪纪登登月月计计划划”的的宏宏伟伟项项目目的的成成员员国国，得得到到了了各各国国领领导导人人和和国国际际科科学学界界的的高
20、高度度赞赞扬扬。杨杨焕焕明明教教授授及及其其团团队队所所承承担担的的人人类类基基因因组组、水水稻稻基基因因组组以以及及家家猪猪、家家鸡鸡、家家蚕蚕基基因因组组等等重重大大项项目目使使我我国国的的基基因因组组研研究究得得以以跻跻身身于于世世界前沿。界前沿。五、生物化学与药学科学的联系五、生物化学与药学科学的联系l l 药药药药学学学学生生生生物物物物化化化化学学学学是是是是研研研研究究究究与与与与药药药药学学学学科科科科学学学学相相相相关关关关的的的的生生生生物物物物化化化化学学学学理理理理论论论论、原原原原理理理理与与与与技技技技术术术术及及及及其其其其在在在在药药药药学学学学研研研研究究究究
21、、药药药药物物物物生生生生产产产产、药药药药物物物物质质质质量量量量控控控控制制制制与与与与药物临床应用的基础学科。药物临床应用的基础学科。药物临床应用的基础学科。药物临床应用的基础学科。 l l 生物化学与制药工业生产实践密切相关生物化学与制药工业生产实践密切相关生物化学与制药工业生产实践密切相关生物化学与制药工业生产实践密切相关 1. 1. 1. 1. 生物化学的实验方法在制药工业中广泛应用。生物化学的实验方法在制药工业中广泛应用。生物化学的实验方法在制药工业中广泛应用。生物化学的实验方法在制药工业中广泛应用。 2. 2. 2. 2. 药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。药品生产
22、中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。 3. 3. 3. 3. 以以以以生生生生物物物物化化化化学学学学、微微微微生生生生物物物物学学学学和和和和分分分分子子子子生生生生物物物物学学学学为为为为基基基基础础础础发发发发展展展展起起起起来来来来的的的的生生生生物物物物工工工工程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。1 1、通过对通过对DNADNA序列的了解，深入研究影响个体发育和整个序列
23、的了解，深入研究影响个体发育和整个生物体特定序列表达规律生物体特定序列表达规律即即功能基因组学功能基因组学。 该项研究研究全部的基因中在不同生长发育期内，该项研究研究全部的基因中在不同生长发育期内，同时有多少基因协同表达，搞清适应于某一时期的全套同时有多少基因协同表达，搞清适应于某一时期的全套基因表达谱（基因表达谱（geneexpressionpattern）。）。六、六、生物化学生物化学的发展趋势的发展趋势2、以以特特定定基基因因组组在在特特定定条条件件下下所所表表达达的的全全部部蛋蛋白白质质为为研研究究对对象象，研研究究细细胞胞内内蛋蛋白白质质及及其其动动态态变变化化规规律律蛋蛋白白质质组
24、学组学 对对蛋蛋白白质质动动态态性性、时时空空性性、可可调调节节性性，以以及及能能够够在在细细胞胞和和生生命命有有机机体体整整体体水水平平上上阐阐明明生生命命现现象象和和活活动动规规律律的的研研究究，回回答答由由于于仅仅从从DNADNA序序列列尚尚不不能能回回答答的的某某些些基基因因的的表表达达时间，表达量，蛋白质翻译后加工和修饰等问题。时间，表达量，蛋白质翻译后加工和修饰等问题。 3、对对DNA和和蛋蛋白白质质序序列列资资料料中中各各种种类类型型信信息息进进行行识识别别、存存储储、分分析析、模模拟拟和和转转输输，建建立立由由数数据据库库、计计算算机机网网络络和应用软件三大部分组成的信息库和应用软件三大部分组成的信息库-生物信息学生物信息学4、对生物大分子行为的研究由体外转向细胞内，将在大对生物大分子行为的研究由体外转向细胞内，将在大分子高级结构及遗传信息传递规律的认识将有较大突破。分子高级结构及遗传信息传递规律的认识将有较大突破。
