第一章绪论

可逆的蛋白质磷酸化过程:是自身调 节 机 制 。 Fischer EH 和 Krebs EG 1992年荣获诺贝尔生理或医学奖 蛋白质信号序列决定其在细胞内的 位置和转运:Blobel G 1999年荣获 诺贝尔生理或医学奖 细胞内蛋白质的降解:细胞内无用和有害蛋白质的降解 机制，泛素调节的降解。Ciechanover A，Hershko A， Rose I 2004年荣获诺贝尔生理或医学奖
• 1977 Boyer将人工合成的生长激素释放因子(14肽)基因在大 肠杆菌中得到表达，标志基因工程技术成熟；目前基因工程 技术已呈现出蓬勃发展之势，已经开始影响人们生活方方面 面。如基因工程药物、基因工程疫苗、工程改良作物品种、 转基因动物、基因治疗、基因诊断等 • 80年代在基因工程技术得到长足发展的同时，又产生了蛋 白质工程技术，人们已经能够按照设想去改造蛋白质分子， 从而得到人们所期望的蛋白质，产生了如分子设计、计算机 模拟设计的新型的技术。
② 蛋白质研究 Sanger F.开展蛋白 质序列测序，测定胰 岛素结构序列，获 1958年诺贝尔化学奖
• 美国化学家鲍林（Pauling）指出镰刀型 细胞贫血是一种分子病 • 确认氢键在蛋白质的结构以及大分子间 的相互作用中的重要性； • 鲍林认为某些蛋白质具有类似于螺旋 的结构。 • 1954年获诺贝尔奖
J. B. Sumner
J. H. Northrop
W. M. Stanley
• 霍普金斯(Hopkins F.G.)——创立了普通 生物化学学派。 • 1929年他和荷兰的艾克曼(Eijkman C.)因 发现维生素而获得诺贝尔生理和医学奖。 后来又发现了色氨酸和谷胱甘肽。
霍普金斯
艾克曼
• 英籍德裔克雷布斯（ Krebs H.A.) 发现三羧酸循环，与李普曼 （ Lipmann F. A.)共获1953年诺贝 尔生理或医学奖 • 40年代前后，能量代谢，生物能学。 • 20世纪中期生物化学成为一门独立和成 熟的学科 。
⑵ 主要成就
① 生物化学研究方法的改进 a.分配色谱方法的建立： 马 丁 （ Martin A.J. ） 与 辛 格 (Synge L.M.)发明了可用于核苷酸、氨基酸、 糖、生物碱等多种混合物分离的色谱 方法,获1952年化学奖 这种方法已在化学、医学和生物学中 得到了广泛的应用并取得了重要进展
• ③ 核酸方面
•1946年，英国科学家威尔金斯 （Wilkins M.)完成DNA的X-射线衍射 研究 桑格 伯格 •1953年，沃森（Waston J.D.)和克里 克(Crick F.H.C.)建立了DNA双螺旋结 构模型；三人荣获1962年诺贝尔生理 • 桑格（Sanger F.)设计出一种测 或医学奖 定DNA内核苷酸序列的方法 •Ochoa和Korngerg发现RNA和DNA生 • 伯格（Berg P.)对核酸化学进行 物合成机制获1959年诺贝尔生理 大量研究，在重组DNA方面做 出杰出工作 • 1980年，桑格、伯格和吉尔伯 特（Gilbert W)荣获诺贝尔化 学奖
• 蛋白质工程：利用基因工程等现代生物技术手段对蛋白质分子 进行改造，以研究蛋白质结构、功能和蛋白质的应用开发，已 经成为蛋白质研究的常用手段。 • 蛋白质组：澳大利亚Macquarze大学的Wilkins和Williams 在 1994年提出，指一个细胞或组织表达的所有蛋白质。即一个基 因组所编码转录产生的一整套蛋白质。 • Proteomics（蛋白质组学）: 以蛋白质组为研究对象，在动态水 平上通过对基因表达产物蛋白质的研究，阐明环境、疾病、药 物对细胞代谢的影响，并分析主要机理，解释基因表达调节的 主要方式。
糖生物化学 酶学
蛋白质化学 核酸化学
三、生物化学的发展史
㈠ 静态生物化学时期（1920年以前） 生物化学诞生阶段，研究内容以分析生物体内 物质的化学组成、性质和含量为主。 ㈡ 动态生物化学时期（1950年以前） 物质代谢途径及动态平衡、能量转化，光合作 用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质 合成、核酸的遗传功能、酶、维生素、激素、 抗生素等的代谢 ㈢ 机能生物化学时期（1950年以后） 生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生 长、发育、繁殖等的分子机理
在生命活动中不断变化规律
生物体是有哪些物质组成的？ 糖 脂 蛋白质 核酸 维生素等 它们的结构和性质如何？
这些物质在生物体内发生什么变化？ 怎样变化的？ 变化过程中能量是怎样转换的？
这些物质结构、代谢和生物功能及复杂的生 命现象（如生长、生殖、遗传、运动等）之 间有什么关系？
肌动蛋白变构引起肌肉收缩
⑵ 物理学方面 原子论、x-射线的发现 ⑶生物学方面 《物种起源》发表，孟德尔遗传定律发现
舍勒
拉瓦锡
2、生物化学的诞生：在19世纪末20世纪初，生物 化学才成为一门独立的科学 德国化学家李比希（Justus von Liebig 1803-1873) 1842年 《有机化学在生理与病理学上的应用》 将食物分成了糖、脂、蛋白质，首次提出了新 陈代谢名词 德国医生霍佩赛勒 (Ernst Felix Hoppe-Seyler 1825-1895) 1877年创办了第一本生理化学杂志： Physiological Chemistry(or Biological chemistry) 生理化学（生物化学） 1903年德国Neuberg（纽伯格）提出了 “Biochemistry”。
b.电泳法：在糖、蛋白质、核酸等物质的分析分离方面 取得广泛应用 c.离心法：在蛋白质、核酸的分离、分子量测定中有不 可替代作用 d.另外还有荧光分析法，同位素示踪和电镜等 近年来新兴的生化仪器层出不穷，如:基因扩增仪，基 因合成仪，基因序列分析仪、超过滤系统、高效层析系 统、多肽序列分析、2-D电泳、生物芯片、生物传感器、 质谱等
⑤ 生物能研究的发现
50年代以来阐明了：
Paul D. Boyer John E. Walker
• ATP是能量产生和利用的关键化合物“能量流通货币” • Hale Waihona Puke Baidu出了氧化磷酸化和呼吸链的理论，建立了生物能学 • Paul D. Boyer和John E. Walker阐明ATP酶促合成机制， 获1997年诺贝尔化学奖
㈠ 静态生物化学时期（1920年以前）
1、历史背景：从十八世纪下半叶开 始，化学、物 理学、生物学取得 了一系列的重要的成果
⑴ 化学方面 法国化学家拉瓦锡推翻“燃素说”并认为 动物呼吸是像蜡烛一样的燃烧，只是动 物体内燃烧是缓慢不发光的燃烧——生 物有氧化理论的雏形 瑞典化学家舍勒——发现了柠檬酸、苹果 酸是生物氧化的中间代谢产物，为三羧 酸循环的发现提供了线索。
1990-2003人类基 因组测序
后基因组时代
2003年4月14日美国联邦国家人 类基因组研究项目负责人弗朗 西斯·柯林斯博士在华盛顿隆 重宣布，人类基因组序列图绘 制成功，人类基因组计划的所 有目标全部实现。
• 有关RNA的研究：目前核糖核酸的剪切、加工和修饰及 小RNA功能成为研究的热点， RNA的催化、自催化性能： 1980s，美 国科学家Cech T.R.和Altman S.以四膜 虫为材料分别发现 RNA具有生物催化 功能，1989年荣获诺贝尔化学奖。 RNA的干扰:1998年Fire A和Mello C. 发现细胞内的双链RNA可以降解mRNA， 从而使得在细胞内制造蛋白质的DNA 指令失去作用。2006年荣获诺贝尔 生理或医学奖 对核酸结构、功能有了较为详细的了解，并建立了相应 的实验操作手段，进行有目的、针对性的实验研究
生物化学
刘晨光
liucg@ouc.edu.cn Tel: 82032102 科学馆102室
第一章 绪 论
一、生物化学(Biochemistry)的含义
生物化学------生命的化学(Chemistry of life) 生物化学是用化学理论和方法来研究生命现象
构成生物体的基本物质结构、性质 生物化学任务
⑶ 生物化学在基础理论方面的发展——分 子生物学的诞生
学术界普遍认为1953年DNA双
螺旋结构的发现是分子生物 学的开端
从此人们开始在分子水平上
分析纷繁复杂的生命现象 分子生物学在近十年的发展 非常迅速，只有计算机科学 的发展速度能与之相比
⑷ 生物化学在应用方面的发展——生物工程 （生物技术）
受Ca2+、ATP调节
二、生物化学的分类
植物生物化学
根据不同的研究对象
动物生物化学
人体生物化学
普通生物化学
微生物生物化学
如果以不同进化阶段的生物为研究对象
比较生物化学 进化生物化学
根据细胞色素C 氨基酸序列的相 似性绘制的遗传 和进化树
从不同的研究目的上分
临床生物化学 病理生物化学 农业生物化学 生物物理化学 工业生物化学
• Gilman A.G.,Rodbell M.发现G 蛋白及其在细胞信号转导中的作 用获1994年诺贝尔奖 • R. F.furchgott（美国）等，发现 NO是心血管系统的信号分子 1998生理医学奖 • 目前，对代谢调控机制的研究是 生物化学研究的热点和难点
Brown M.S., R.F.furchgott L. J. Ignarro F. Murad
④ 代谢方面
Gilman A.G Bloch K Lynen F.
Rodbell M.
•
• •
研究代谢细节，对代谢调控机理 及其代谢紊乱引起的后果进行大 量研究 Bloch K.,Lynen F.发现胆固醇和 脂肪酸代谢机制，荣获1964年诺 贝尔奖 Brown M.S.,Godstein J.L.发现胆 固醇代谢调节作用，获1985年诺 贝尔奖 Godstein J.L.
• 基因工程（遗传工程）、蛋白质工程、酶工 程、细胞工程、生化工程
微生物学 动 物 学 植 物 学 生物化学与先行课、后 行课的关系：生物化学 起承上启下的作用
生物学
基因工程 蛋白质工程 酶工程
生物学
应用方面
基础理论方面
生物化学 化学
分 子 生 物 学
⑸ 生化研究的新领域
糖类生物化学 蛋白质化学— 信号传导机制
蛋白质组 结构与功能
从以上的例子我们不难看出，生物化学是在 飞速发展中的
四、中国对生物化学的贡献 • 吴宪：曾与美国哈佛医学院Folin一起首次用比 色定量方法测定血糖。 • 吴宪与刘思职、万昕、陈同度、汪猷、张昌颖、 杨恩孚、周启源等完成了蛋白质变性理论，血 液的生物化学方法检查研究，免疫化学研究， 素食营养研究，内分泌研究。
霍佩赛勒
• 首次验证了蛋白质是多肽 • 发现了酶的专一性，提出并验证 了酶催化作用的“锁-钥”学说 • 合成了糖和嘌呤 • 1902年获诺贝尔奖
德国有机化学家 Emil Fischer -‘生化之父’
㈡ 动态生物化学时期（1950年以前）
• 从生物化学发展历史来看，20世纪前半叶，在蛋白质、 酶、维生素、激素、物质代谢及生物氧化方面有了长足 进步。成就主要集中于英、德、美等国。 • 1926年Sumner 第一次成功结晶 了脲酶，随后Northrup 制得了 胃蛋白酶和胰蛋白酶结晶，开辟 了酶学研究的新领域 • 1946年诺贝尔化学奖
㈢ 机能生物化学时期（1950年以后）
上世纪50年代至今，飞速发展阶段
⑴ 这个时期生物化学发展的几个特征 首先是物理学家、化学家以及遗传学家参加到生 物化学的领域中来，研究人员流动性增大 其次是研究方法有突破性改进，仪器公司和试剂 公司兴起 通讯交流方面：各类科学期刊增多，以及计算机 的存储、网络的普遍使用,使信息的传递变得更为 方便快捷
• 两位英国物理学家将x-射线应用于蛋白质分子的高级结构 研究 • 肯德鲁(Kendrew J.C.) 测定肌红蛋白的结构 • 佩鲁茨(Perutz M.F.) 测定血红蛋白的结构， • 二人于1962年分别分享诺贝尔化学奖。 • 目前x-射线衍射分析已成为蛋白质与核酸高级结构研究常 规方法。
Holley R.W., Khorana H.G.,Nirenberg M.W.阐明蛋 白质生物合成中遗传密码及其功能，1968年诺贝 尔生理或医学奖 目前，对蛋白质的生物合成过程已基本清楚