生物化学绪论

ＲＮＡｉ的现 象的首次发现， 是在外源的多 拷贝转基因被 引入牵牛花后 所引起的一个 特定序列的基 因沉默响应。 ＲＮＡｉ导致 了封面上的花 的双色彩图案。
3）核酸与核酸、核酸与其他生
物大分子的相互作用越来越引起
人们的重视。
4）核酸测序的突破使得越来越多
物种的基因组得以测序
Genome Size
导途径中全部蛋白质在原子水平的三维结构
全息图。
在此基础上，使人们有可能在基因组学、蛋 白质组学、分子细胞生物学以致生物体整体 水平上理解生命的原理。
2、肽链的折叠（molecular chaperoun）
DNA replication
DNA Reverse Transcription RNA
Transcription
1400存在蛋白质互作(酵母蛋白质组网络)

（二）酶学领域
1、酶学的两大突破性进展 核酶（ribozyme） 抗体酶（abzyme） 2、酶的结构和功能研究依旧受到关注 活性中心、必需基团——催化所需 磷酸化、糖基化——对酶活性与功能的影响
2、固相化酶和生物传感器
固相化酶----吸附、交联、包埋 固相化活细胞 固相化重组菌 生物传感器： 是用生物活性物质如酶，做敏感元件，配 以适当的换能器所构成的分析工具。
马尿酸 (苯甲酸衍生物)
20世纪50年代初至80年代，主要特点是研究生 物大分子的结构和功能。 生物化学在这种阶段的发展，以及微生物 学、遗传学、细胞学等其他学科的渗透，产生 了分子生物学
1953年Sanger首次测定牛胰岛素的化学结 构（一级结构）-----sanger 反应和层 析技术；
60年代测定了肌红蛋白、血红蛋白的立体 结构（peruty）。
第一章 蛋白质化学 蛋白质的组成；蛋白质的自我剪接； 蛋白质的降解与消亡。 第二章 蛋白质的结构 蛋白质的折叠；蛋白质的构象；蛋白 质结构基本组件；蛋白质结构的层次体系； 蛋白质结构分类；蛋白质结构的运动；蛋Βιβλιοθήκη Baidu白质结构的测定。
第三章 蛋白质的功能 生物催化剂——酶；基本概念与动力 学；别构调节；蛋白质磷酸化与去磷酸 化——分子开关；蛋白质的运动性——分 子引擎与肌肉收缩；结构蛋白；分子伴侣； 朊病毒。
生物化学与分子生物学专业
专业基础课： 结构生物学导论 蛋白质晶体学 蛋白质工程原理 分子病毒学 酶学及酶工程 生物化学实验原理与技术
专业课
核酸生物化学 生物膜及膜工程 基因组学 蛋白质晶体学实验技术 现代生物学综合实验技术 生物大分子核磁共振分析 生物大分子结构的电子显微术分析
Advanced Biochemistry
在生物体的整体水平上（如全基因组、全细 胞或完整的生物体）测定出（以实验为主、包括 理论预测）：
蛋白质分子、 蛋白质－蛋白质、 蛋白质－核酸、 蛋白质－多糖、 蛋白质－蛋白质－核酸－多糖、 蛋白质与其他生物分子复合体的精细三维结 构
以获得一幅完整的、能够在细胞中定位以及
在各种生物学代谢途径、生理途径、信号传
3、糖复合物与生物膜
糖复合物中糖链的新功能: 细胞识别，细胞生长与分化，免疫，先天缺陷遗传 病，药物作用等 糖生物学的诞生(Glycobiology) 生物膜： 膜蛋白结构、生物膜组装（信号肽的研究、磷酸甘 露糖残基的导向）、跨膜信号转导
4、激素、生长因子及癌基因的 研究也得到发展
一些转录因子：
锌指模块，亮氨酸拉链式模块，
螺旋-转折-螺旋，
2）蛋白质与RNA的相互作用 核糖体,拼接体,端粒酶等核蛋白颗粒中 3）核蛋白体的三维结构
5、肽工程与蛋白质工程：
1）改造天然蛋白质（点突变） A.改善天然蛋白质的性能 B.使蛋白质获得新的性质,如抗体性质
2）蛋白质构象预测 从已知序列来预测蛋白质的构象是天然蛋
三、本课程学习
中国科学院研究生院生物学专业课程设置 （学科基础课）
Advanced Biochemistry Molecular Biology of The Cell Molecular Genetics Principles of Bioengineering and Biotechnology Current Microbiology Molecular Immunology Principles of Neural Science Developmental Biology Bioinformatics Ecology
（三）核酸领域
1）研究的主要材料已从80年代前
的原核生物转向真核生物。
2）RNA的研究又趋活跃，新的发现层出不穷
携带遗传信息(病毒RNA)
催化活力(Ribozyme)
调控功能(反义RNA、ppGpp、oxy SRNA、某
些抑癌基因、调控X染色体活性的Xist)
运动功能(pRNA)
snRNA——mRNA剪接
1972:χ—衍射研究了猪胰岛素的三维结构、 分辨率1.8A。 1981: 合 成 工 具 有 天 然 活 性 的 酵 母 丙 氨 酸 tRNA分子（1972年美国人工合成DNA）。
近年来的进展
(一) 蛋白质领域： 1、确定蛋白质的结构与功能 一级结构测定、数据库 空间结构测定、数据库 结构生物学
Biochemstry
Introduction
一、经典生物化学的研究内容及发展简史
二、近代生物化学研究内容
三、课程要求
四、主要参考书目
经典生物化学的研究内容及发展简史
生物体的化学组成 新陈代谢及代谢调控 生物大分子的结构和功能 生物膜与生物能力学 激素和维生素 生命的进化
生物化学的发展简史
19世纪末—20世纪30年代： （静态描述性阶段）对生物体各组成进行分 离、纯化、结构测定合成及理化性状的研 究
白质分子设计与改造的基础
3）多肽和蛋白质分子的全新设计
杜帮公司 合成模拟胰凝乳蛋白酶分枝四螺旋多肽结构 选择性钙离子通道
蛋白质组学研究
1994年澳大利亚Macquarie大学 MarcWilkins和Keith Williams首先提 出Proteome的概念: the PROTEins expressed by a genOME →细胞内存在的全部蛋白质 表达水平、存在方式、相互作用
第七章 生物膜 生物膜的组成及动态特征；膜脂与膜蛋白及 其相互作用；生物膜的结构模型与功能；生物膜 的拆离与重建；生物膜的研究方法。 第八章 生物膜与信号转导 离子通道；ATP酶与离子泵；膜蛋白与受体； G蛋白与信号转导；Anchor蛋白与磷脂酰肌醇信 号通路；信号肽、引导肽与蛋白质的跨膜运转
第九章 糖缀合物的结构及生物合成 糖蛋白；糖脂；蛋白聚糖；GPI锚定蛋 白的结构与合成途径。 第十章 糖链结构分析方法 糖链的释放；糖链的分离与测定。 第十一章 糖缀合物研究的最新进展与发展趋 势 近年来糖研究的发展概况；糖链结构与 功能研究方面的进展。
RNA replication
Translation
Polypeptide
Protein (active)
3、生物活性肽的研究
生物体内具有调节功能的肽 重要信息分子 在调节代谢、生长、发育、繁殖等生命活 动中起着重要作用。 ——多肽生物学
4、蛋白质与核酸的相互作用
1）蛋白质与DNA的相互作用
DNA复制,转录调控,基因重组,DNA修复等
1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构；
DNA纤维的X-衍射图谱：不同来源的DNA具有相似的图谱---均匀的双螺旋构造、0.34nm；直径2nm
DNA碱基组成的定量分析：Chargaff定则
DNA中碱基的物化数据和酸碱滴定；
1958年Crick提出了中心法则； 1961—1965年，Nirenbery破译全部遗传密码；
排泄物的化 学分析
苯环
脂肪酸在体内的转变过程
偶碳苯脂酸
CH2CH2CH2CH2CH2COOH
奇碳苯脂酸
CH2CH2CH2CH2COOH
CH2CH2CH2COOH
CH2CH2COOH
CH2COOH
苯乙酸
COOH
苯甲酸
O CH2C NHCH 2COOH
O C NHCH 2COOH
苯乙尿酸 (苯乙酸衍生物)
三、近代生物化学与分子生物学研究内容
1、生物分子及其组合体的化学与三维结构 的研究，结构与功能的关系 2、蛋白质功能的研究 酶促作用，受体识别，信号转导等 3、基因的表达，调控，传代等的机理
4、生物分子的合成和组装 5、细胞分裂和繁殖的生物化学过程及控制 机理。
6、细胞及组织的生长，分化，衰老的分子 基础。
1930-1950年：研究生物体内代谢途径 (动态生化阶段) 成就：糖酵解和三羧酸循环途径(EMP-TCA)； 脂肪酸分解途径(β-氧化)；氨基酸、嘌呤、 嘧啶及脂肪酸等生物合成途径等。
新技术：
同位素标记、层析、
电镜、X-衍射、电泳、超离心等
实验依据：
纯 化 合 物
1904年
F.Knoop
前提：已知动物体内不能降解苯环 方案：苯基标记的饱和脂肪酸饲喂动物
snoRNA——rRNA成熟加工
gRNA——RNA编辑 SRP-RNA——蛋白质的分泌 端粒RNA——DNA端粒合成并影响细胞的寿命 tRNA——破损mRNA蛋白质合成的终止等 尚有很多RNA的功能还未鉴定， 如很多scRNA(细胞质小分子RNA)、用沉降系 数命名的7S, 10S RNA等。 估计: 生物体内RNA基因数相当于蛋白质基因数
学科综合课
Introduction of Nobel Prize in Physiology and Medicine （40/1） 诺贝尔生理学或医学奖获奖工作介绍 Advances on Life Sciences——Lectures by Academicians of Chinese Academy of Science and Chinese Academy of Engineering （40/1） 生命科学研究进展（两院院士讲座）

Monod 提 出 酶 与 蛋 白 质 的 变 构 效 应 ； Mitchell创立了化学渗透学说； Jacob提出了操纵子模型等。

2、我国生物化学的主要成就
吴宪: 在蛋白质变性理论、免疫化学、血糖测定上有突 出成就。 1965: 上海生化所、上海有机所、北大联合首次合成了 具有生物活性结晶牛胰岛素。
第四章 遗传信息的传递与生物学的中心法则
DNA分子的复制；原核和真核生物基团 结构特征；RNA的转录和RNA的加工；逆转 录和逆转录酶；翻译——蛋白质的生物合 成；基因表达的调控。
第五章 基因工程的四大要素及实施要点 基因工程操作中常用的工具酶；基因的 分离；基因工程载体；受体细胞与重组基因 的导入。 第六章 基因相关技术 外源基因在宿主细胞中的高效表达；基 因的融合及表达；分子杂交技术；聚合酶链 式反应与PCR相关技术；基因突变及转基因； 几种有开发前景的技术。
Organism Homo sapiens Mus musculus Drosophila melanogaster Arabidopsis thaliana Caenorhabditis elegans Saccharomyces cerevisiae Escherichia coli H. influenzae Genom Size e 3000 million bases 3000 million bases 1 million bases 80 1 million bases 25 97 million bases 1 million bases 2 4.7 million bases 1 million bases .8 Gene Num ber 30,000 30,000 1 3,600 25,500 1 9,200 6,300 3,200 1 ,700
2003，10，15
国际人类蛋白质组计划正式启动， “人类肝脏蛋白质组计划”HLPP “人类血浆蛋白质组计划”HPPP 其中“人类肝脏蛋白质组计划”由中国科 学家领导执行——贺福初 承担整个国际人类蛋白质组计划的２０％ 以上的任务。
Wanker和Stelzl德国

世界第一张蛋白质互作图谱。该图谱显示 了人类1,705个蛋白质中存在3,186个互作 效应，其中，有531种未知功能蛋白与195 种疾病相关，这将有助于医学研究。