生物化学与人类社会生活

2万个神经细胞 用肉眼即可观察 受刺激时会产生一 个简单的保护性反 射动作将鳃和虹吸 管缩起来 鳃和虹吸管在其背 部两大片疣足包着 的盖穴里
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神经递质 ↓ cAMP ↓ PKA ↓ 蛋白质磷酸化 ↓ 新蛋白合成 ↓ 突触形状改变
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• I型糖尿病 (5-10%). • II型糖尿病 (>90%). • 其他 (2-5%) – Gestational diabetes – Pre-diabetes – Maturity onset diabetes of the young (MODY).
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忧虑：
• 基因转移对生态环境的潜在影响（除 草剂）。 • 抗病虫害作物的利弊之争（生态平 衡）。 • 担心植入基因进入人类食物链（使用 标记基因带来的问题）。
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前景：
• 势在必行：人口压力不断增大，可耕地 萎缩，人口老龄化。 • 1983年，转基因植物诞生。到1997年， 美国已能生产34种转基因食物。 • 1997年，全球转基因食物种植面积约 1100万公顷，1998年上升到近3000万公 顷，2000年上升至6000万公顷。 • 2001年，转基因作物的世界市场总收入 达3万亿美元。
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紫外线(ultra violet, UV)照射导致的DNA 损伤
UV
光修复酶 (photolyase)
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例5：疾病是怎样发生的？
• 高血压：18岁以上高血压患病率是 18.8％ ，总计1.6亿病人 • 肿瘤：127例 /10万人 • 糖尿病：>4000万患者 • 肝炎：3800万患者，1.2亿人长期携带 乙型肝炎病毒。 • ……
α-酮酸 氨基酸 代谢库
脱氨 作用 基
分解 合成
脱羧
代谢转变
胺类
体内合成氨基酸 (非必需氨基酸)
其它含氮化合物 (嘌呤、嘧啶等)
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糖 脂肪 蛋白质 能量
O2 CO2和H2O ADP+Pi ATP
热能
生物氧化呼吸链
ATP
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ATP
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ATP
肝糖原 1磷酸葡萄糖 葡萄糖 甘油 3磷酸甘油 丙氨酸 6磷酸葡萄糖 戊糖旁路 磷酸丙糖 丙酮酸 乙酰CoA 天冬氨酸
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绿色革命与环境保护
• 绿色革命的宗旨： 在全世界范围内提高农作物产量，解决 人类吃、穿、用的问题。 • 水稻基因组计划。 • 太空农业的发展。 • 欧帕克2（opaque-2）与优质蛋白玉米 品种。
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转基因食品的利与害
蓝色革命
• 增加产量，控制成熟期，适应市场需求。 • 增加营养，使其具有合理的氨基酸组成。 如玉米、土豆和菜豆。 • 保健功能：相当于服用疫苗。 • 增加生物多样性。 • 保护环境：抗病虫害转基因作物，减少使 用农药造成的环境污染。
• Odorant receptors and the organization of the olfactory system.
– R. Axel and L. Buck. The 2004 Nobel Prize in Physiology or Medicine. – Original paper: Buck L. and Axel R. (1991). Cell. 65, 175-187
意义： 增强记忆 药物开发
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Presentation Speech for the 2000 Nobel Prize in Physiology or Medicine
• You and I will remember this Nobel ceremony for many years. – the dopamine which A. Carlsson discovered, enabling the brain to react to what we see and hear; – the second messengers that P. Greengard described, carrying the signals into the nerve cell; – the memory functions that E. Kandel found to be due to changes in the very form and function of the synapses.
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克隆技术与动物保护
• 1952年，胚胎细胞克隆的青蛙-美国。 • 1963年，同一物种蝌蚪幼体肠上皮细胞克 隆的爪蟾-英国。 • 1973年，脊椎动物异种鱼间克隆-中国。 • 1981年，克隆鼠-英国。 • 1986年，成年鲫鱼体细胞的克隆-中国。 • 1997年，‘多莉’羊出生-英国。成体细胞克 隆进入高峰。
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例4：人为什么会衰老？
• 中国进入老年社会的进程。 • 人的寿命极限和影响因素。
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中国快速进入老年社会：
• 2002年： 60岁以上人口1.3亿，占全国 总人口的10％，占世界老年人口的1/5和 亚洲老年人口的1/2。 • 2005年：60岁及以上的人口为14408万 人，占总人口的11.03% ；65岁及以上 人口10045万人，占全国总人口的7.96%。 • 2050年：我国老年人口将占总人口的30 ％。
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Transmission of signals
Olfactory epithelium
To the olfactory cortex
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Anterior piriform cortex of BL knockin mice
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Zou et al. (2001). Nature 414, 173-179
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NADPH + H+ 脂酸 胆固醇 乙酰乙酸 β 羟丁酸 丙酮
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草酰乙酸 TCA
基本反应途径
主要调节环节 关键酶
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例2：人的感官如何工作？
• 人的嗅觉可以分辨数以万计化学物质。 • 问题： –为什么可以分辨如此之多的气味？ –如何形成感知和行为？
axon terminal cell body
生物化学与人类社会生活
北京大学医学部基础医学院 生物化学与分子生物学系 周春燕
chunyanzhou@bjmu.edu.cn
Hypothalamus & pituitary gland lungs
Heart liver
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蚕豆病
Adrenals
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还原型谷胱甘肽 6-磷酸葡萄糖 NADP+ 2GSH H2O2
机 体 内 几 类 重 要 的 甘 油 磷 脂
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O ‖ O CH2-O-C-R1 ‖ | R2-C-O-CH | CH2- P -X
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磷 脂 双 分 子 层 的 形 成
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氨基酸代谢概况
尿素 氨 食物蛋白质 组织 蛋白质
消化 吸收
酮 体 氧化供能 糖
基作 用
（Puca AA. et al. PNAS. 2001; 98: 10505-8）
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从分子水平揭开衰老之谜 • DNA的损伤与修复 • 端粒与端粒酶 • 世界卫生组织1992年宣布： 每个人的健康与寿命， 60％取决于自己， 15％取决于遗传因素， 10％取决于社会因素， 8％取决于医疗条件， 7％取决于气候（如酷暑或严寒）。
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现在的平均寿命：
• 2005年底，北京市居民的平均寿命为 80.09岁，比2001年提高了4.24岁，其 中女性为81.76岁，比2001年提高了 3.86岁。 • 日本、瑞典等国家的人口平均预期寿命 在84岁到85岁之间。
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那些因素影响寿命？
• 种族、国家、社会…… • 环境、遗传、饮食…… • 心理、家庭、职业……
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
谷胱甘肽还原酶
谷胱甘肽过氧化物酶
6-磷酸葡萄糖酸
NADPH + H+
GSSG 氧化型谷胱甘肽
2H2O
GSH保护细胞含巯基的蛋白质和酶不被氧化。
红细胞产生NADPH + H+的唯一途径
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生命过程
相互影响
人类
环境
和谐发展wenku.baidu.com
社会
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生物化学的发展与人类自我认识
• 生殖发育、新陈代谢、反应与适应 • 感受自我与感受自然：情感与感官 • 学习与记忆：认知功能 • 衰老：寿命的极限 • 疾病：防、诊、治 • ……
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例1：人体如何获得能量？
• 三大代谢：糖、脂、蛋白质 • 能量转换：生物体内的呼吸链
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正常血糖浓度 ：3.89~6.11mmol/L
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• 人类衰老相关基因：wrn 基因（8p1112），编码1 432个氨基酸残基，DNA 解旋酶(helicase) 和核酸外切酶。
成人型早老症 wrn基因突变 所致
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人类长寿基因： • 91 —109 岁长寿老人共308 人的基因 组扫描. • D4S1572至D4S406 区域存在高度连锁。 • D4S1564 处为最大优势对数值（MLS） 3165。 • 1000 例对照基因组的扫描中，只有44 例MLS 值大于3165。
食物糖
消化， 吸收 分解 氧化 分解
CO2 + H2O + ATP
肝糖原
糖异生
血 糖
糖原合成
肝（肌）糖原 其它糖
磷酸戊糖途径等
脂类、氨基酸合成代谢
非糖物质
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脂肪、氨基酸
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代谢途径的特点（1）：动态平衡 代谢途径的特点（2）：互相联系
甘 油 三 酯 的 消 化 与 吸 收
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• 记忆位于感觉神经元和 运动神经元之间的突触。 • 神经递质→cAMP→PKA→蛋白质磷 酸化。 • 新的蛋白质导致 “突触可塑性”，形成 长期记忆。
Eric Kandel: shared the 2000 Nobel Prize in Physiology or Medicine.
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nucleus axon
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dendrites
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• Different olfactory sensory neurons were depolarised, or activated, by different odorants.
– Gesteland R. et al. (1965). Chemical transmission in the nose of the frog. J. Physiol. 181: 525-559.
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人口老化是世界性问题：
• 1950-2000年，世界老年人口增长176%， 中国增长217%。 • 2040年，全世界老年人口将达到13亿， 我国约占4亿。
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人的寿命应该是多少？
• 性成熟期的8～10倍，人类的性成熟期为 14～15岁，故最高自然寿命应是112～ 150岁。 • 生长期的5～7倍，人的生长发育期为20～ 25岁，则人类的自然寿命为100～175岁。
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生物化学的发展与自然环境变化
• 对自然规律的认识 • 对自然环境的保护与破坏 • 人与自然的和谐
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地大物“博”、人口众多
• 以世界7%的土地，8%的淡水资源养活 22%的人口。 • 淡水、耕地、草地、森林资源占世界平均 水平1/4， 1/3， 1/2，1/10。 • 能源：1993年成为石油进口国，对外依存 度为42.9%。
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• 分子生物学技术帮助他们完成探索 –cDNA library –Hybridization (Northern, Southern) –Molecular cloning –PCR –Restriction analysis –Molecular imaging
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例3：记忆是如何建立的？