湖南农业大学生物化学-01-绪论

生物化学与分子生物学生物科学技术学院生物科学系
课程简介
一、教材及参考书目
二、教师
三、基本要求
一、教材及参考书
基础生物化学（第二版）
郭蔼光，高等教育出版社，2009年
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年
现代分子生物学（第四版）
朱玉贤，李毅. 高等教育出版社，2013年
二、主讲教师
三、基本要求
但后果自负
1、可以不来上课
考试成绩=平时成绩×30%+卷面成绩×70%
2、课堂基本纪律
迟到、早退从后门进来
吃零食不带皮、不带壳、不出声、不怕胖打瞌睡不打鼾
聊天、接打手机不允许
第一章绪论
第一章绪论
第一节生物化学基本概念第二节生物化学发展简史第三节生物化学的内容第四节生命系统
生物化学基本概念 生物化学
–Biochemistry
–Biological chemistry
–chemistry of life
生物化学基本概念
利用化学的理论和方法研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。

发现和阐明构成生命物体的分子基础（生物分子的化学组成、结构、性质与功能）；静态生化 生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律（分解与合成，相互转化与制约以及物质转化过程中伴随的能量转换等）。

动态生化
分子生物学
广义:研究蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能，也就是从分子水平阐明生命现象和生物学规律。

狭义:偏重于核酸(或基因)的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，也涉及这些过程中有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。

第二节生物化学简史
1、“生物化学之父”
2、代谢的概念
3、微生物学的奠基者
4、酶作用的专一性
5、三羧酸循环
6、分子病
7、DNA双螺旋结构模型
8、基因工程基础研究
9、人类基因组计划
10、我国近代著名生物化学家
1、“生物化学之父”
1780-1789 年，法国的 Lavoisier （拉瓦锡）研究并指出“生物体内的燃
烧”耗氧且排出CO 2，被后人称为生物化
学之父。

2、代谢的概念
1830-1842年，德国的Liebig（李比希）将食物分类为糖类、脂类和蛋白
质，并提出了“代谢”一词，证明动物
体温的形成源于食物在体内的“燃烧”。

完成最先的两本“生物化学”相关专著。

3、微生物学发展的奠基者
巴斯德（1822-1895)，法国
微生物学家、化学家，近代
微生物学的奠基人。

主要发
现包括：
（1）发酵是由微生物引起
（2）每一种传染病都是由
于微生物在生物体内的发展
（3）首次制成狂犬疫苗。

4、酶的专一性
1890-1902年，德国的Fischer（费舍尔）发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的锁钥学说。

1902年获诺贝尔奖。

5、三羧酸循环
1937年，英国的Krebs（克雷勃斯）发现三羧酸循环。

1953年获诺贝尔奖。

6、分子病
美国化学家及和平主义者。

1940年阐明了生物大分子中分子间力的特点。

1949年他通过对镰刀状细胞贫血病的研究首
先提出分子病的概念。

1951年提出了蛋白质结构的α螺旋模型。

1954年因他对化学键的研究并将其用于解释
生物大分子的结构而获得诺贝尔化学奖。

Pauling L.C.（1901‐1994）
7、DNA双螺旋结构模型
1953年，沃森和克里克在
Wilkins完成的DNA X-射线衍射结
果的基础上，推导出DNA分子的双
螺旋结构模型。

为阐明基因的本
质、了解生物体遗传信息的流动
作出了贡献。

三人共获1962年诺
贝尔生理学或医学奖。

8、基因工程基础研究
1969-1972年，瑞士的Arber，美
国的Smith和Nathans在核酸限制
性酶的分离与应用上做出了突出
贡献。

1978年分享诺贝尔奖。

1972年， Berg用EcoRⅠ切割SV40 DNA和λphage DNA，经过连接组成重组的DNA分子。

Berg是第一个实现DNA重组的人。

1980年获诺贝尔奖。

1973年，美国的Cohen等运用核酸限制性内切酶EcoR I，首次成功实现基因重组。

这是基因工程史上的第一个克隆化并取得成功的例子，这一年被定为基因工程诞生的元年。

9、人类基因组计划
2001年，美国Venter等宣布完成人类基
因组序列测定的草图。

塞雷拉基因组公司（Celera Genomics）
的创办人与前任总裁，此公司展开与人
类基因组计划互相竞争、且具有商业目
的之研究计划。

文特尔目前是 J. Craig Venter
Institute的主席，合伙建立了合成基因
组公司（Synthetic Genomics）。

“创造”生命
Synthia的诞生
基因组的构建
在酵母中组装
合成的山羊支原体
基因组
10、我国近代著名生物化学家
1931年，我国生物化学家吴宪先生提出第一个蛋白质变性理论。

1940年，我国生物化学家刘思职先生发现抗体-抗原反应的定量关系。

1954年他主编了《生物化学大纲》，这是中国人自己编写第一部中文生物化学教科书。

第三节生物化学基本内容
一、生物化学研究的基本内容
二、生物化学学习的基本内容
三、生物化学的重要性
四、课程学时安排与学习方法
一、生物化学研究的基本内容
1、发现和阐明构成生命物体的分子基础：生物分子的化学组成、结构和性质；
2、生物分子的结构、功能与生命现象之间的关系；
3、生物分子在生物体中的相互作用及变化规律。

二、生物化学学习的基本内容
1、生物大分子的结构与功能：
蛋白质、核酸、脂肪、糖、酶、维生素等
2、物质的代谢：
糖、脂肪、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧化、代谢调节
3、遗传信息的传递规律：
DNA复制、转录、蛋白质的生物合成、基因表达的调控、基因工程、基因组学，等等。

三、生物化学的重要性
生命科学下属的12个二级学科
植动生水生微生神遗发细生生生物物理生物物学经传育胞物物态学学学学生学生生化物学
物学物物学理学学与学
分
子
生
物
学
生命科学各学科之间是相互关联、相互渗透、互为补充的，生物化学是联系生命科学各分支的纽带。

生物化学与其它学科的关系湖南农业大学朴诚奋勉求实创新
课程学时安排（68学时）
第一章 绪论
2 第二章 核酸的结构与功能 第三章 蛋白质化学
6 8 生命大分子
第四章 酶学 6 第五章 糖代谢
8 第六章 生物氧化和氧化磷酸化 第七章 脂类代谢
4 生物代谢、能 量的产生和储
藏及大分子前
4 第八章 蛋白质的酶促降解及氨基酸代谢 4 体的生物合成 第九章 核酸的酶促降解及核苷酸代谢
2 第十章 核酸的生物合成
8 6 8 第十一章 蛋白质的生物合成
遗传信息的存 储传递和表达
第十二章 代谢途径的相互联系和代谢调控 第十三章 基因工程
2
四、How to learn biochemistry
第四节生命系统
一、生命中的化学元素
二、生命系统的环境
三、生命系统的结构基础——细胞
四、生命科学研究中常用的模式生物
一、生命中的化学元素
（一）生物体内的主要元素和微量元素（二）生物体内元素的特点
（三）生物体内元素存在的形式
（一）主要元素和微量元素
主要元素（基本元素）
C、H、O、N、P、S、Ca、K、Na、Mg、Cl
微量元素
Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr、Si、V、F、B、Mo、
Sn、Ni、Br
微量元素
是生物体中含量极低但为生命活动所必需的元素，是酶的激活剂或是酶的辅因子。

（二）生物体内元素的特点
(1) 构成生物体的元素都是环境中存在的，且丰度较高；
(2) 绝大多数为轻元素；
(3) 生物体所必需的微量元素大多为过渡元素；
(4) 碳、氢、氧、氮具有易形成共价键的特点；
(5) 碳原子还可以和氧、氢、氮、磷和硫形成共价结合并把不同种类的功能基引入有机物分子结构中来；
(6) 碳、氢、氧等形成的许多有机化合物在生理温度(0－40℃)下具有流动性。

第四节、生命系统一、生命中的化学元素
（三）生物体内元素存在的形式一、存在于无机物中
水和无机盐
二、存在于有机物中
存在于糖类、脂质、蛋白质和核酸等生物分子中
二、生命系统的环境（一）水是生命系统的环境基础（二）生命系统是一个缓冲系统
（一）水是生命系统的环境基础
1、水在生物体内的分布及存在形式
2、水在生物体内的作用
水在生物体内的分布及存在形式
骨髓 肌肉 脑 心脏 肝脏 皮肤 血液 22 76 79 70
72 83 器官
74~84 含水量（%） 水存在的形式
自由水
以自由的形式存在，能自由流动，是较好的溶剂和运输工具。

结合水
与体内的蛋白质、粘多糖相结合，难以流动。

水在生物体内的作用
一、良好的溶剂，生物体内许多物质都能溶于水；
二、直接参加水解、氧化还原反应；
三、在体内起运输物质的作用；
四、维持机体温度的稳定；
五、润滑作用；
六、对植物来说，水分能保持植物的固有姿态。

（二）生命系统是一个缓冲系统
1、缓冲溶液
2、pH和生命
缓冲溶液
1、缓冲溶液是一种能在加入酸或碱时抵抗pH值改变的溶液；
2、缓冲溶液用于许多需要准确控制pH值的生化实验中；
3、缓冲溶液的pH值取决于溶液的pKa值及盐和酸的比例；
4、缓冲溶液的缓冲范围在其pKa两侧1个pH单位
pH = pKa + log
[A-]
或[HA]
[H+
[H+
受
体
]
供
体
]
pH = pKa + log
生物化学研究中常用的缓冲溶液系统
系统的组成 甘氨酸-盐酸浓度 mol / L 缓冲范围 (pH)
0.05 2.2-3.6
3.0-6.6
3.6-5.8
5.8-8.0
4.9-8.2
7.1-8.9
9.2-10.8
柠檬酸-柠檬酸钠 0.1 乙酸-乙酸钠 0.2 磷酸氢二钠-磷酸二氢钠 0.5 磷酸氢二钠-磷酸二氢钾 0.05 Tris-盐酸0.05 碳酸钠-碳酸氢钠 0.1
pH 和生命
生物体中主要的缓冲体系
系统 解离反应
pKa 7.4 6.1 H
+ +
+ Pr - 蛋白质 HPr + HCO 3- + HPO 42- 碳酸氢盐 H 2CO 3 H H 2PO 4-
H
+
7.2
磷酸盐
三、生命系统的结构基础—细胞
（一）生物分子与细胞
（二）细胞的分类
（一）生物分子与细胞
大分子复合物 生物大分子 单体分子
核苷酸
氨基酸
单糖
细胞与细胞器
染色体
DNA
细胞膜 细胞壁 蛋白质
纤维素
（二）细胞的分类
1、原核细胞
2、真核细胞
1、原核细胞
原核细胞是最简单、最小的细胞，如细菌。

它的外部是一层起保护作用的细胞壁；在细胞壁内是一层细胞膜，也称为质膜；细胞膜内包裹着细胞质以及核也称为核质或拟核。

2、真核细胞
真核细胞区别于原核细胞的最主要特征是它们具有被双层膜所包裹的、有固定形状的、结构复杂的细胞核。

它比原核细胞大得多，也复杂得多。

它存在于所有植物、动物以及真菌之中。

动、植物和真菌都是真核细胞构成的生物，简称真核生物。

植物细胞动物细胞
真核细胞与原核细胞的另一区别是它们具有被内部膜
所包裹的细胞器。