生物化学 01.第一章 绪论

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第一章绪论

(Introduction)

生物化学研究生物体的化学组成和生命过程中化学变化规律的科学，称为生物化学。

分子生物学通常将生物大分子的结构、功能及其代谢调控等的研究，称为分子生物学。

从广义的角度可将分子生物学视为生物化学的重要组成部分。

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一、生物化学发展简史

生物化学是既古老又年轻的一门学科。在我国可追溯到公元前21世纪，而欧洲约为200年前。直到 1903年才由德国科学家C.A. Neuberg 提出“Biochemistry”而成为一门独立的学科。

(一)古代生物化学的发展

1.公元前21世纪我国人民已能用曲(麯)造酒，称曲为酒母，即酶。

2.公元前12世纪前，我们的祖先已能利用豆、谷、麦等为原料，制成酱、饴和醋，饴是淀粉酶催化淀粉水解的产物，这足已表明是酶学的萌芽时期。

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3.汉代淮南王刘安制作豆腐，说明当时在提取豆类蛋白质方面已经应用了近代生物化学及胶体化学的方法。

4. 公元7世纪孙思邈用猪肝治疗雀目的记载，实际上是用富含维生素A的猪肝治疗夜盲症。

5. 北宋沈括记载的“秋石阴炼法”，实际上就是采用皂角汁沉淀等方法从尿中提取性激素制剂。

6. 明末宋应星记载的用石灰澄清法将甘蔗制糖的工艺，被近代公认为最经济的方法。幻灯片4

(二)近代生物化学的发展

1.18世纪下半叶，德国药师K.S c h e e l e首次从动植物材料中，分离出乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、尿酸和甘油等。

2.法国化学家A.L.L a v o i s i e r的实验证明，有机体的呼吸和蜡烛的燃烧同样都是碳氢化合物的氧化。在氧化过程中，氧被消耗而水和二氧化碳被生成，同时放出热能。这一发现被视为生物氧化研究的开端。

3.1868年瑞士青年医生F.M i e s c h e r发现了核素，后来定名为核酸，为后续的研究作出了重要贡献。

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(三)现代生物化学的发展

1.20世纪初期德国化学家E.F i s c h e r在发现缬氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸之后，又用化学方法合成了18个氨基酸的多肽。

我国生物化学家吴宪等在血液分析方面，创立了血滤液的制备及血糖的测定等方法，并在蛋白质的研究中，提出了蛋白质变性的学说。

在营养学方面，发现了必需氨基酸、必需脂肪酸及多种维生素；在内分泌学方面，发现了多种激素；在酶学方面，酶结晶获得成功。

在物质代谢方面，确定了主要代谢途径，包括糖代谢及三羧酸循环、脂肪酸β氧

化、尿素合成等。

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2.20世纪50年代初期发现了蛋白质α螺旋的二级结构形式，完成了胰岛素的氨基酸全序列分析等。

1953年J．D．W a t s o n和F．H．C r i c k提出的D N A双螺旋结构模型，为揭示遗传信息传递规律奠定了基础。

1965年我国生物化学工作者采用人工合成方法，首次合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素，同时还采用X线衍射方法成功地测定猪胰岛素分子的空间结构，分辨率达0.18n m。

N i r e n b e r g等人经过5年多的努力于1966年终于破译了m R N A分子中的遗传密码，书写了最为激动人心的篇章。

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3.20世纪70年代重组D N A技术的建立，不仅促进了对基因表达调控机制的研究，而且使人们主动改造生物体成为可能。由此，相继获得了多种基因工程产品，大大推动了医药工业和农业的发展。

转基因动植物和基因剔除的成功是重组D N A技术发展的结果。基因诊断与基因治疗也是重组D N A技术在医学领域中应用的重要方面。

1981年我国生物化学工作者首次成功的合成了酵母丙氨酰t R N A。

核酶(r i b o z y m e)的发现补充了对生物催化剂本质的认识。

聚合酶链反应(P C R)技术的发明，使体外高效扩增D N A成为可能。

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4. 20世纪90年代开始实施的人类基因组计划(human genome project，HGP)是生命科学领域有史以来最庞大的全球性研究计划，旨在确定人类基因组的全部序列。

进入21世纪后，随着人类基因组草图的公布，将进一步深入研究各种基因的功能与调节。

近年来蛋白质组学、RNA组学等的研究迅速兴起，这些研究结果必将进一步加深人们对生命本质的认识，也将极大地推动医学的发展。

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二、生物化学研究内容

植物生化、动物生化、微生物生化、医学生化*

水：55％～67％

蛋白质：15％～18％

脂类：10 ％～15％

糖类：1％～2％

无机盐：3％～4％

(一)人体的物质组成 (占体重)

(二)生物分子的结构与功能

结构是功能的基础，而功能是结构的体现。生物大分子的功能可通过分子之间的相互识别和作用来实现，如蛋白质、核酸自身之间、蛋白质与核酸之间的相互作用在基因表达调节中起着决定性作用。目前这一领域的研究是生物化学的热点之一。

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(三) 物质代谢及其调节

1. 生物体的基本特征是新陈代谢，人的一生中与外界环境进行交换的水大约为60000 kg 、糖类10000 kg 、蛋白质1600 kg 、脂类1000 kg ，其总量约高达人体重量的1300余倍。

2. 各种物质代谢途径之间存在着密切而复杂的关系，按照一定规律有条不紊地进行，需要神经、激素等整体性精确的调节来完成。

3. 物质代谢中的绝大部分化学反应由酶催化，酶结构和含量的变化起着重要调节作用。

4. 细胞信息传递参与多种物质代谢的调节，其机制及网络也是近代生物化学研究的重要课题。

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(四) 基因信息传递及调控

1.基因信息传递涉及到遗传、变异、生长、分化等生命过程，与遗传性疾病、恶性肿瘤、代谢异常性疾病、免疫缺陷性疾病、心血管病等的发病机制有关。

2.随着基因工程技术的发展，许多基因工程产品将应用于疾病的诊断和治疗。进一步研究基因信息传递过程的机制及基因表达调控的规律(DNA 重组、转基因、基因剔除、基因克隆、人类基因组计划及功能基因组计划)将大大推动这一领域的研究进程。

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三、生物化学与医学

生物化学既是重要的医学基础学科，又与医学的发展密切相关相互促进。各种疾病发病机制的阐明，诊断手段、治疗方案、预防措施等的实施，都无一不依据生物化学的DNA 复制

RNA

复制 转录

逆转录 蛋白质 翻译