生物化学发展史

生物化学的前景展望
21世纪化学四大难题
1. 如何建立精确有效而又普遍适用 的 化学反应的含时多体量子理论 和统计理论？ 2.如何确立结构和性能的定量关系？ 3.如何揭示生命现象的化学机理？ 4. 如何揭示纳米尺度的基本规律





2003年P.Agre 发现细胞膜上的水通道，证明了19世 纪中期科学家的猜测“细胞膜有允许水分和盐分进 入的孔道”，同年获诺贝尔化学奖。 2004年以色列A.Ciechanover,A.Hershko和I.Rose发现 泛素调节的蛋白降解，同年获诺贝尔化学奖。 2006年6月2日，对于欧洲患有先天性抗凝血酶缺失 症的病人们是一个好日子，世界上第一个利用转基 因动物乳腺生物反应器生产的基因工程蛋白药物-重组人抗凝血酶Ⅲ的上市许可申请获得了欧洲医药 评价署人用医药产品委员会肯定批准意见，据估计 该药全球潜在市场每年高达1.5亿美元。 在此期间，我国王应睐和邹承鲁等于1965年人工 合成具有生物活性的蛋白质--结晶牛胰岛素。1983 年，用有机合成酶促合成的方法完成酵母丙氨酸转 移核糖核酸的人工全合成。1979年洪国藩创造了测 定DNA序列的直读法。

当时主要有三个实验室几乎同时在研究DNA分子模型。 第一个实验室是伦敦国王学院的威尔金斯、弗兰克林实 验室，他们用X射线衍射法研究DNA的晶体结构。第二 个实验室是加州理工学院的大化学家莱纳斯· 鲍林实验 室。第三个则是个非正式的研究小组，事实上他们可说 是不务正业。23岁的年轻的遗传学家沃森于1951年从 美国到剑桥大学做博士后时，虽然其真实意图是要研究 DNA分子结构，挂着的课题项目却是研究烟草花叶病毒。 比他年长12岁的克里克当时正在做博士论文，论文题目 是“多肽和蛋白质：X射线研究”。沃森说服与他分享 同一个办公室的克里克一起研究DNA分子模型，他需要 克里克在X射线晶体衍射学方面的知识。威尔金斯虽然 在1950年最早研究DNA的晶体结构，当时却对DNA究竟 在细胞中干什么一无所知，在1951年才觉得DNA可能参 与了核蛋白所控制的遗传。三人共同获1962年诺贝尔生 理学或医学奖。
现代生物化学阶段
（20世纪50年代开始）

以提出DNA的双螺旋结构模型为标志，主 要研究工作就是探讨各种生物大分子的结 构与其功能之间的关系。生物化学在这一 阶段的发展，以及物理学、微生物学、遗 传学、细胞学等其他学科的渗透，产生了 分子生物学，并成为生物化学的主体。
DNA分子的双螺旋结构模型
20世纪40年代末和50年代初，在 DNA被确认为遗传物质之后，生物 学家们不得不面临着一个难题： DNA应该有什么样的结构，才能担 当遗传的重任？它必须能够携带遗 传信息，能够自我复制传递遗传信 息，能够让遗传信息得到表达以控 制细胞活动，并且能够突变并保留 突变。这四点，缺一不可，如何建 构一个DNA分子模型解释这一切？





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1962年，Arber提出限制性核酸内切酶存在的第一个实 验证据，1967年，Gellert 发现了DNA连接酶，1972年 Berg和Boyer等创建了DNA重组技术。 1977年，Berget等发现了“断裂”基因，并于1993年 获诺贝尔医学和生理学奖。 1980年F.Sanger设计出一种测定DNA内核苷酸排列顺序 的方法，同年获诺贝尔化学奖。 1981年～1983年，Cech和Altman相继发现某些RNA具 有酶的催化活性，改变了百余年来酶的化学本质都是蛋 白质的传统观念，于1989年共获诺贝尔化学奖。 1984年，Simons 和Kleckner等发现了反义RNA，从此 揭开了人类向癌症开展的序幕。1987年，Mirkin等在酸 性的质粒中发现了三链DNA。 1985年，美国R.Sinsheimer首次提出“人类基因组研究 计划”，2003年4月14日、美、中、日、德、法、英6 国科学家宣布人类基因组图绘制成功，已完成的序列图 覆盖人类基因组所含基因的99%。
1949年，E.Kennedy等证 明F.Knoop提出的脂肪酸 β-氧化过程是在线粒体中 进行的，并指出氧化的 产物是乙酰CoA。
分解过程： 1.脂肪酸活化，生成 脂酰CoA。 2. 脂酰CoA在肉碱的 协助下进入线粒体。 3.脂肪酸的β-氧化 4.脂肪酸氧化的能量 生成。
此间中国生化的发展

在此期间，我国前中央大学于1935年新成立了 医学院，由郑集教授筹备生物化学系，担任教 授兼主任，并成立了我国第一个生物化学专业 的学术组织“成都生物化学会”。1938年郑集 编写的《生物化学实验手册》(A Laboratory Manual of Biochemistry)正式在成都华英书局 出版，这是我国第一本自编的生物化学原理， 也是我国第一本生物化学参考书。于1948年郑 集教授约同林国镐、万昕等成立了只有7人的 中国生物化学学会。




一. 通过对DNA序列的了解，深入研究影响个 体发育和整个生物体特定序列表达规律（功能 基因组学）。 二. 以特定基因组在特定条件下所表达的全部 蛋白质为研究对象，研究细胞内蛋白质及其运 动变化规律。 三. 对DNA和蛋白质序列中的各种信息进行识 别，存储，分析模拟和传输，发展生物信息学。 四. 对生物大分子的行为由体外转向细胞内， 将在生物大分子高级结构及其遗传信息传递规 律进行突破。
酶 的 本 质 是 什 么
1926年，Sumner从 半刀豆中制得了脲 酶结晶，并证明它 的化学本质是蛋白 质。此后四、五年 间Nothrop等人连 续结晶了几种水解 蛋白质的酶,如胃 蛋白酶、胰蛋白酶 等，并指出它们都 是蛋白质，确立了 酶是蛋白质这一概 念。
中国生物化学家吴宪（1893～ 1959）在1931年提出了蛋白质变性 的概念。吴宪堪称中国生物化学的 奠基人，他在血液分析、蛋白质变 性、食物营养和免疫化学等四个领 域都做出了重要贡献，并培养了许 多生化学家。
生物化学发展史
法国著名生物学家、化学家巴 斯德说:“科学是没有国界的，因为 它是属于全人类的财富，是照亮世 界的火把；但学者属于祖国。 ” The brotherly spirit of science , which unites into one family all its votaries of whatever grade ,and however widely dispersed throughout the different quarters of the globe.
主要用于治疗抑郁症，食欲不 振，皮脂溢出，舌炎，口腔炎， 皮肤粗糙。
1911年，Funk结晶出复 合维生素B，提出 “Vitamine”，意即生命 胺。后来由于相继发现 的许多维生素并非胺类， 又将“Vitamine”改为 “Vitamin”。与此同时， 人们又认识到另一类数 量少而作用重大的物质-激素。它和维生素不同， 不依赖外界供给，而由 动物自身产生并在自身 中发挥作用。肾上腺素、 胰岛素及肾上腺皮质所 含的甾体激素都是在这 一时期发现的。
20世纪中后期的诺贝尔奖





1970年 L.F.Leloir发现核糖核苷酸及其在碳水化合物 生物合成中的作用 。 1972年 C.B.Anfinsen研究核苷核酸酶的三维结构与 功能的关系和蛋白质的折叠链的自然现象 。 1978年 P.D.Mitchell研究生物系统中的能量转移过程。 1980年F.Sanger设计出一种测定DNA内核苷酸排列 顺序的方法，同年获诺贝尔化学奖。 1981年～1983年，Cech和Altman相继发现某些 RNA具有酶的催化活性，改变了百余年来酶的化学 本质都是蛋白质的传统观念，于1989年共获诺贝尔 化学奖。
双 构螺 旋 结 tRNA
转 录 酶
DNA
核 糖 体 RNA
磷 脂 双 分 子 层
生物化学的发展


大约在19世纪末，德国化学家李比希创立了生 理化学，在他的著作中首次提出了“新陈代谢” 这个词。以后德国的霍佩赛勒（将生理化学建 成一门独立的学科，并于1877年提出 “Biochemie”一词，译成英语为 “Biochemistry”，即生物化学。生物化学的 发展大体可分为三个阶段： 静态生物化学阶段 动态生物化学阶段 现代生物化学阶段
概念: 生物化学主要研究生物体分子结构与功能、物 质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规 律。 主要研究内容有: ※ 生物体的化学组成 ※ 新陈代谢与代谢调节控制 ※ 生物大分子的结构与功能 ※ 酶;激素与维生素的研究 ※ 生物膜和生物力能学 ※ 生命的起源与进化 ※ 方法学
生物化学的研究内容
肉碱的发现
高等动物中以蛋白质中的 赖氨酸残基作为原料，在肝肾 内合成。作为脂酰载体可将脂 酰基转运到线粒体内进行β氧化， 或转运到线粒体外参与脂肪合 成，是脂酸代谢的重要载体， 缺乏时可致脂肪堆积乃至心肌 功能障碍。
肉碱穿梭机制
动态生物化学阶段
（20世纪30-50年代）

主要特点是研究生物体内物质的变化，即 代谢途径，确定了糖酵解、三羧酸循环以 及脂肪分解等重要的分解代谢途径，对呼 吸、光合作用以及三磷酸腺苷(ATP)在能量 转换中的关键位臵有了较深入的认识。






1984年 B.Merifield研究多肽的合成 。 1988年 J.Deisenhofer解析了细菌光合作用 反应中心的立体结构，阐明了其光合作用 进行的机制 。 1989年 S.Altman发现核糖核酸具有酶的催 化功能 。 1993年M.Smith发明寡聚核苷酸基定点诱变 技术 。 1997年 P.B.Boyer博耶美国 发现人体细胞内 负责储藏转移能量的离子传输酶 。 2002，2003, 2004, 2006，2008, 2009年的 诺贝尔化学奖均授予生物化学研究领域。
糖酵解
1.准备阶段
1940年,德国科学家 Embden和Meyerhof提出 了糖酵解代谢途径。
2.产能阶段
三羧酸循环
1、乙酰-CoA进入三 羧酸循环 2、异柠檬酸形成 3 、第一次氧化脱酸 4、第二次氧化脱羧 5、底物磷酸化生成 ATP 6、琥珀酸脱氢 7、延胡索酸的水化 8、草酰乙酸再生
脂肪分解
静态生物化学阶段
（19世纪末到20世纪30年代）

期间生物学家发现了生物体主要由 糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物 质组成,并对生物体各种组成成分进行 分离、纯化、结构测定、合成及理化 性质的研究。

复合维生素B有8种维生素B：维生素 B1,烟酸,核黄素,泛酸,生物素,维生素B6 , 维生素B12 和叶酸.