生物化学第一章绪论

生物化学与医药
疾病预防
发病机制
生 物 化 学
与其他学科 交叉联系
疾病的 诊断治疗
生化药物 基因工程 药物等
三、研究意义1
三、研究意义2
Clone—克隆，人工操作的细胞无性繁殖过程
植 入 白面绵羊 体细胞核 山羊子宫
黑面绵羊 去核卵细 胞
三、研究意义3
多莉 （1997.7.23）
当给予合适的条件 时，任何一种体细 胞都能变化为一个 完整的个体——体 细胞克隆技术
构及功能机制。两者均解决了前四次诺贝尔奖获得者所
遗留尚未清楚的问题。
从以上所述的生物化学的发展中，可以看出20世纪 50年代以来是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学
向纵深发展，如50年代的双螺旋结构，60年代的操纵子
学说，70年代的DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的 DNA 测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由 宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代；现代生物 化学正在进一步发展，其基本理论和实验方法均已渗透
20世纪中叶以后，特别是近二、三十年，对生命 有机大分子的结构、性质、功能和相互作用的基 本规律进行了深入了解，使人们可能在分子水平 上认识生命的本质。
1950年，Pauling提出蛋白质二级结构的a-螺旋 1953年，Watson & Crick提出了DNA的双螺旋结 构模型
1958年，Crick提出“中心法则”
到科学各个领域，无论在哪个方面都在不断取得重大进
展.
生物化学发展进程中的里程碑（重大事件、重 要人物）
1. 法国的著名化学家拉瓦锡（Attoine-Laurent Lavoisier，1743—1794年）他发现磷燃烧后成为磷 酸，硫燃烧后成为硫酸，磷酸和硫酸都分别比磷和硫 为重，这表明燃烧并不是失去了“燃素” （phlogiston），而是跟氧结合的过程。拉瓦锡通过 燃烧试验和呼吸试验，彻底推翻了燃素说（The phlogiston Theory）。 2. 德国化学家李比希(Justus von Liegid，1803— 1873年) 在1842年撰写了《有机化学在生理学与病理 学上的应用》专著，首次提出了新陈代谢 (stoffwechsel)这个学术名词。
着百万碱基规模的DNA序列测定时代的到来;
1997年， Wilmut等首次不经过受精，用成年母羊体细
胞的遗传物质，成功地获得克隆羊——多莉（Dolly）
1998 年 ， Renard 等 用 体 细 胞 操 作 获 得 克 隆 牛 ——
Marguerife ，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全
1975年，Southern发明了凝胶电泳分离DNA片段的印
迹法；
1979 年， Solomon 和 Bodmer 最先提出至少 200 个限制
性片段长度多态性（ RELP ）可作为连接人的整个基因
组图谱之基础; 1985 年 ， Saiki 等 发 明 了 聚 合 酶 链 式 反 应 （ PCR ） ； Smith等报导了DNA测序中应用荧光标记取代同位素标 记的方法。
Donald Voet 等《Biochemistry》
第一章 绪论
第一节 生物化学研究内容及进展 第二节 生命的物质基础
Байду номын сангаас
第一节生物化学研究内容及进展
一、定义 二、研究内容 三、研究意义 四、生物化学与其它相关学科的关系 五、发展概况 六、生物化学研究现状和将来
一、定义（生物3)
一、定义（生物4)
五、发展概况1
1828年， Wohler （维勒）:德国化学家，首次用无机化合物 合成了有机化合物“尿素”

Schwann（施旺）:德国动物学家和生理学家，提出了细胞学
说 Hoppe-Seyler（霍佩赛勒）:德国医生，1877年提出 “Biochemie”即英文的“Biochemistry”.生物化学作为一门 新兴学科诞生
1953及 1975年， Sanger分别研究出蛋白质序列和 核酸序列的测定方法 1961年，Jacob & Monod 提出了操纵子学说
1965年， Holly 排出酵母tRNAAla 的一级结构 1966年，Nirenberg & Khorana 破译了遗传密码 1970 年， Temin 和 Baltimore 几乎同时发现逆向转录酶，证 实了 Temin 1964 年提出的“前病毒假说”，阐明在劳氏肉 瘤病毒（RSV）感染以后，首先产生含RNA病毒基因组全部 遗传信息的 DNA 前病毒，而子代病毒的 RNA 则是以前病毒 的DNA为模板进行合成。 1972 年～1973 年， Berg 等成功地进行了 DNA体外重组； Cohen创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能 的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，Boyer等 在 E.coli 中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基 因
核酸的降解 核苷酸代谢 核酸的生物合成
三、研究意义1
1．工业上：如食品工业（调味品的生 产）、医药工业
2．农业上：控制植物发育以及植物新品种的 培育等 3．医学上：临床诊断,治疗 4．生命奥秘的研究及生命现象的探索：从分 子水平解析生命体中各种奇妙的现象，如人 类基因组计划，克隆等。
从转基因食品的发展阶段来看，转基因食品的发展可以分 为三个阶段:
生物化学
参考书：
沈同《生物化学》上、下
王镜岩《生物化学》
郑集《普通生物化学》
Lehninger 《Principle of Biochemistry》
Davis J. 等《Elementary Biochemistry, An Introduction to the Chemistry of Living Cells》
利用离体器官、组织切片、组织匀浆及精制的纯 酶等方法，进一步研究生物体内各种组成物质的 代谢变化，以及生物活性物质（酶、维生素和激 素等）在代谢变化中的作用。
研究生物有机体的化学变化过程
对生物物质代谢进行了广泛深入的研究，基本阐明
了酶的化学本质以及与能量代谢有关的物质代谢途径
Buchner兄弟、Eduard和Hans:提出了酶的概念 Mendel:提出了遗传学理论 艾贝尔:1902年分离得到肾上腺素，得到胰岛素结晶 霍普金斯:建立了英国剑桥生物化学中心，1912年前
一、定义（生物5)
一、定义（生物6)
一、定义（生物7)
一、定义（生物8)
一、定义（生物9)
“进入分子原子领域看不见了”
提问：如何研究呢？
化学、物理学的研究方法与手段
分离（有时需分解更小分子）、纯
化、化学物理分析（分子量、元素组 成）
一、定义（生物10)
一、定义（生物11)
不管是低等生物，还是复杂的高等动植物
后发现维生素
1926年，美国化学家J. B. Sumner首次得到脲酶结晶 1912-1933，生物氧化得到了卓有成效的研究
30 年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳 蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质
30年代，英国生化学家A.Krebs提出尿素循环和三羧 酸循环 40年代，能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了 基础 此外，糖酵解途径、光合碳代谢途径得到证明，发 现了维生素和激素、血红素、叶绿素等
一、定义
生物化学就是生命的化学。 任务：是以生物体为研究对象，利用物理
的、化学的或生物学的原理和方法了解生物 体的物质组成、结构以及物质和能量在体内 的化学变化；同时研究这些化学变化与生物 的生理机能和外界环境的关系，从而从分子 水平探讨和揭示生命的奥秘。
二、研究内容
1．生物体的物质组成、结构、性质和功能。---静态生物化学

（即由哪些物质组成的？它们的结构、性质如何？在生物体内 起何作用？ ）
2．生物体内各种物质的化学变化及与外界进 行物质和能量交换的规律。---动态生物化学

（即这些物质在体内发生什么变化？其变化过程如何？变化过程
中能量是怎样转变的？）

3．重要生命物质的结构与功能的关系，以 及环境对机体代谢的影响，从分子水平来阐明 生命现象的机制和规律。---功能生物化学
2001 年 ， Hartwell 发 现 和 研 究 细 胞 周 期 分 裂 基 因 ；
Nurse 和 Hunt 分别发现调节细胞周期的关键分子周期
蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinases, CDKs）
及调节CDKs功能的因子周期蛋白;
2003 年， Peter Agre 和 Roderck Mackinnon 发现真 核细胞膜水通道蛋白并描述特征；阐述了钾离子通道结

1897年， Buchner 证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发 酵
这个阶段，生物化学的主要工作是分离和鉴定了 各种氨基酸、羧酸、糖类，发现了核酸，开始进行酶 学研究。
（2）动态生物化学：
从20世纪初到20世纪40年代，随着分析鉴定技术的进步， 尤其是放射性同位素技术的应用，生物化学进入动态生物 化学的时期。
生态
五、发展概况1
（1）静态生物化学：
萌芽时期(20世纪之前)，生物化学学科开始形成。用 有机化学的方法研究生物有机体的化学组成与性质
1770-1774年，英国J.Priestly发现了氧气，并指出动物消 耗氧而植物产生氧 1770-1786 年，瑞典人 C.W.Scheele 分离了甘油、柠檬酸、 苹果酸、乳酸、尿酸等 1779-1796年，荷兰人 J.Ingenbousz 证明在光照条件下绿 色植物吸收CO2 并放出O2
第一代转基因食品，是以增加农作物抗性和耐贮 性的转基因植物源食品。
这一代的转基因食品研究起始于20世纪70年代末80年代 初，是以转入抗除草剂基因、抗虫基因增加农作物的抗逆性 以及延迟成熟基因等为主要特点。
转基因抗虫水稻
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)

1985 年 5 月 ， 美 国 Santa Cruz 加 州 大 学 校 长 R.
Sinsheimer提出人类基因组研究计划，1986年8月美国
科学院生命科学委员会确定由Bruce Alberts负责的15 人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府 1987 年正 式开始起动这一计划; 1994年，日本科学家在《Nature Genetics》上发表了 水稻基因组遗传图， Wilson 等用 3 年时间完成了线虫 （ C.elegans ） 3号染色体连续的 2.2 Mb 的测定，预示
相同的哺乳动物；Gene Bank公布最新人的“基因图谱 98”，代表了 30181条基因定位的信息； Venter对人类 基因组计划提出新的战略 ——全基因组随机测序，毛细 血管电泳测序仪启动;
1999年，Günter Blobel发现了细胞中蛋白质有其内在 的运输和定位信号，并具体显示了这种信号发送过程中 的分子状态，为此荣获该年度诺贝尔奖;
（即这些物质的结构，代谢和生物功能与复杂的生命现象如 生长、生殖、遗传、运动等之间有什么关系？遗传信息传递 的基因表达规律及调控）
糖类化学 脂类化学 蛋白质化学 核酸化学 酶学 代谢与能量 糖类代谢
静态生物化学
动态生物化学
脂类代谢
蛋白质代谢 核酸代谢 代谢调节
蛋白质的降解 氨基酸代谢 蛋白质的生物合成
这个阶段，基本上阐明了酶的化学本质以及 与能量代谢有关的物质代谢途径。
（3）机能生物化学： 大发展时期(20世纪中叶)，研究生物有机体内的 化学变化与整体，生理机能的协调关系，从而对 一定的生理机能给以化学解释。
糖酵解、三羧酸循环、脂代谢、氧化磷酸化等生
化反应过程均被阐述
4. 分子生物学时代：
都具有许多完全相同或类同的生物分子，并 经历着一系列共同的生命过程。
生命体的有机部分基本上是由三大类大分
子—蛋白质、糖类、核酸
及脂类、维生素、激素等少量小分子组成
一、定义（生物12)
生物化学就是研究这些化学分子（主要是
生物大分子）的结构、性质、生物功能及在 细胞内转化规律的科学
（P1）定义：生物化学是一门以生物体为对象， 研究生命化学本质的科学。
四、与其它相关学科的关系2
生物化学
有机化学 无机化学
化学
物理化学 高分子化学
分析化学
生物化学 与化学领 域关系密 切
四、与其它相关学科的关系3
动 物 学
生物学
植 物 学
生物化学与生 物学科各领域 有着密不可分 的关系
生理学
微生物学
分子生物学
细胞生物学
化 学
生 物 化 学
生 物 学
栽培、育种
遗传学