生物化学课件-绪论(第五版)

生物化学绪论
生物化学
一、生物化学的定义 生物化学(biochemistry) 是研究生物体内的化 学分子和化学反应的基础生命科学,从分子水平探讨 生命现象的本质，即生命的化学。 二、生物化学与分子生物学发展简史
二、生物化学与分子生物学发展简史
叙述生物化学阶段：18世纪中叶—19世纪末
动态生物化学阶段：20世纪初开始
1994年 生理学或医学奖 lfred G．Gilman（美国）Martin ROdbell（美国），发现 G蛋白及其在细 胞内信号转导中的作用 1993年 生理学或医学奖 Richard J．ROberts（美国）PhilliP A．SharP（美国），发现断裂基因化 学奖 Kary n．Mullis（美国），发明 PCR方法 Michael Smith（加拿大），建立 DNA合成用于定点诱变研究 1992年 生理学或医学奖 Edmond H．Fischer（美国）Edwin G．Krebs（美国），发现可逆蛋白质 磷酸化是一种生物调节机制 1989年 生理学或医学奖 Harold E．Varmus（美国）J．Michael Bishop（美国），发现反转录病毒 癌基因的细胞起源 化学奖 Sidney Altman（美国）Thorn R．Cech（美国），发现 RNA的催化性质 1988年 生理学或医学奖 James W．Black（英国）ertrude B．Elion（美国）Gong H．Hitchings（ 美国），发现“代谢”有关药物处理的重要原则
1964年 生理学或医学奖 Konard Bloch（美国）Feoder Lgnen（德国），发现胆固醇和脂肪酸代 谢的机制和调节 化学奖 Derothy Crowfoot Hodgkin（英国），用 X射线技术测定重要生化物质 的结构 1962年 生理学或医学奖 Francis H．C． Crick（英国）James D．Watson（美国）Maurice H． F． Wilkins（英国），发现核酸的分子结构（DNA双螺旋）及其对于活 性物质中信息转移的重要性 化学奖 Max F．Perutz（英国）JOhn C．Kendrew（英国），关于球状蛋白质 （血红蛋白、肌红蛋白）结构的研究 1959年 生理学或医学奖 Severo Ochoa（美国）Arthur KOrnbefg（美国），发现 RNA和 DNA生 物合成机制

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
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
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

4、分子的或综合生物化学发展时期 （1950～至今，机能生物化学）
孟德尔 豌豆杂交实验提出生物遗传的不是其形状本身， 而是它的遗传因子。 1895年 Miescher 发现核蛋白 1928年 格里非思 肺炎球菌转化实验 1944年 Avery等人首次证明DNA是遗传物质 1950年 Chargaff证明A=T G=C 1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型 为标志，生物化学的发展进入分子生物学阶段。 1966年 遗传密码破译
2．Karg B. Mallis(美)发明PCR方法。 3．Michaet Smith(加拿大)建立DNA合成用与定点诱 变研究 1994年 Alfred G. Giillman（美）等，发现G蛋白及基因在 细胞内信号转导的作用。
1997年
1 stanley B.prusiner(美)发现一中新型的致病因子－感染性
三、生物化学的应用与展望
1、 生物化学是二十一世纪生命科学的带头学科。 学科热点： 基因组学
蛋白质组学 克隆（组织、器官、个体）
生物化学学科的新进展与热点问题
1、基因组计划研究的继续与深入 2、蛋白质组研究（后基因组研究） 3、RNA组计划正在兴起 4、基因表达调控 5、细胞信号传递 6、与医学密切相关的一些热点问题 7、端粒、端粒酶与细胞正常衰老、凋亡研究 8、与药物生产密切相关的基因工程研究 9、体内第三类生物大分子糖蛋白与蛋白聚糖 10、分子生物学中心法则的理论研究及相关技术研究
现代定义：研究生物分子，特别是生物大分子相互 作用、相互影响以表现生命活动现象原理的科学。
2、生物化学的研究内容
（1）研究生物体内物质的化学组成、结构、性质与 功能。
高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及 水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质， 如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分 解产物。

定的蛋白质肽键断裂，各自得到一系列大小不同 的肽段。
⑷分离提纯所得的肽，并测定它们的序列。
⑸从有重叠结构的各个肽的序列中推断出蛋白质
中全部氨基酸排列顺序。
一级结构确定的原则
蛋白质一级结构测定的战略原则是将大化小，逐
段分析，先后采用不同方法制成两套肽片断，并 对照两段肽段，找出重叠片断，排出肽的前后位 臵，最后确定蛋白质的完整序列。
α-螺旋结构
每个氨基酸残基的－NH
－与间隔三个氨基酸残 基的=C=0形成氢键。每 个 肽 键 的 =C=0 与 － NH －都参加氢键形成，因 此 保 持 了 α- 螺 旋 的 最 大 稳定性。
绝大多数蛋白质以右手
右手α螺旋
α- 螺 旋 形 式 存 在 。 1978 年发现蛋白质结构中也 有 左 手 α- 螺 旋 结 构 。
第一章 蛋白质化学
第一章 蛋白质化学
蛋白质是由不同的 α-氨基酸按一定
的序列通过酰胺键（蛋白质化学中专 称为肽键）缩合而成的，具有较稳定 的构像并具有一定生物功能的生物大 分子。
1.1 蛋白质的生物学意义
蛋白质是一切生物体的细胞和组织的主要组成成
分，也是生物体形态结构的物质基础，使生命活 动所依赖的物质基础。 蛋白质分子巨大、结构复杂，使得蛋白质的理论 研究及其应用受到限制。近年来在重组DNA技术 基础上发展起来的蛋白质工程为解决这方面的问 题提供了最大的可能性。蛋白质工程可改变蛋白 质的生物活性，改变蛋白质的稳定性，改变受体 蛋白质的特性。通过蛋白质工程可深入地研究蛋 白质的结构与功能的相互关系。
1.2 蛋白质的元素组成
经元素分析，蛋白质一般含碳50%~55%，氢
6%~8% ， 氧 20%~23% ， 氮 15%~18% ， 硫 0%~4%。 有的蛋白质还含有微量的磷、铁、锌、铜、钼、 碘等元素。 氮含量在各种蛋白质中比较接近，平均为16%。 因此，一般可由测定生物样品中的氮，粗略的 计算出蛋白质的含量。（1g的氮≈ 6.25 g的蛋 白质）

……
• 1953年，J. D. Watson和F. H. Crick提出了DNA双螺旋三 维结构模型，为阐明遗传信 息贮存、传递、表达，揭开 生命的奥秘奠定了基础。
• 1958年，Crick提出中心 法则。
• 1965年，中国成功地人工合成了牛胰岛素。这是 世界上第一个人工合成的蛋白质。
…… • 1985年，Mullis等发明了聚合酶链式反应
2.3 生化领域重大事件
• 1897年，Buchner发现了酵母细胞质能使糖分子发 酵。
• 1902年Fischer提出了肽键理论。
…... • 1937年，H. A本过程和理论，并 且解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、 蛋白质的相互联系及相互转变机理。
（PCR）的特定核酸序列扩增技术。 • 1995年，Cuenoud等发明了具有酶活性的
DNA分子，并命名为脱氧核酶。 • 1997年，克隆羊的成功。 • 2003年4月14日，人类基因组测序完成。
3、生命的物质基础及新陈代谢
3.1 生命的物质基础(高度一致性)
• 生物体由有机和无机物质组成，他们都是不可或缺的 成分。
5 如何学习生物化学？
✓掌握基本概念，抓住重点； ✓重点掌握化学本质、结构特点与功能； ✓分析、比较、归纳 ； ✓学以致用，理论联系实际，重视实验课程； ✓课堂学习和课外阅读相结合； ✓结合每章习题，及时复习巩固所学知识。
6 教材及参考书
1、生物化学的定义（P1）
生物化学——以物理、化学及生物学的现代 技术研究生物体物质的组成和结构，物质 在生物体内发生的化学变化，以及这些物 质的结构和变化与生物的生理机能之间的 关系，进而在分子水平上深入揭示生命现 象本质的一门科学，即生命的化学。

定义 蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列
顺序。
主要的化学键 肽键，也包括二硫键
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牛胰岛素的一级结构
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础
“for his work on the structure of proteins, especially that of insulin”（1958）
• 生化与医学之间的关系
医学
疾病
病因与机制
生
化
与
诊断与检测
分
子
生
治疗
物
学
怎样学习生物化学
掌握
熟悉 了解
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•一些建议
•认真阅读教科书，不懂即问不要犹豫。 •不要单纯地死记硬背，要在理解的基础上 加深记忆。
•作好准备学习新词汇。 •横向、纵向综合所学知识。 •通过练习，运用所学知识来解决相关问题。 •通过实验，加深理解所学知识。
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• 生物化学发展史
• 18世纪中到19世纪末 ——初期发展阶段 主要研究生物体的化学组成
• 20世纪初到中期 —— 快速发展阶段 多方面研究都取得重大进展，主要在营养生化、代谢生化、酶
学、内分泌研究 • 20世纪50年代到现在——分子生物学时期
1953年 Watson 和Crick 提出DNA双螺旋模型 1973年 重组DNA技术的建立（基因工程诞生） 2003年 HGP完成，蛋白组学、代谢组学及它组学研究
的催化下重新生成GSH。GSH缺少会怎样？
2. 多肽类激素及神经肽
•体内许多激素属寡肽或多肽
Tropic hormones
Thyrotropin-releasing hormone

2003年版； 3. Hames B et al., Instant notes in biochemistry(影印版)，
1999年版。
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物质代谢变化与生理机能的关系——机能生物化学。
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（三） 基因表达及其调控
转录
翻译
DNA
RNA
Pr
基因： 携带一定遗传信息的特定DNA片断以及相关的 调控序列；
（四） 专题生化
肝胆生化、水盐代谢和酸碱平衡等。
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四. 生 物 化 学 与 医 药 学 的 关 系
与医学关系 2. 与药学关系 3. 与其他学科关系
【医学ppt课件】生物化学 (Biochemistry)
第一章 绪 论 （introduction)
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一. 生物化学
主要是运用化学的理论和方法，从分子水平研究生 物体的化学组成及其在生命活动过程中化学变化规律 的一门学科，从而揭示生命现象的化学本质。
又称生命的化学(chemistry of life)。
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二. 研 究 对 象
（主要针对组成生物体的六大营养素）： 糖、脂、蛋白质、核酸、水和无机盐等
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三. 主要内容
（一）生物体的物质组成及其结构和功能
蛋白质、核酸和多糖 —— 生物大分子 / 生物信息分子 物质的组成、结构与化学性质等 —— 静态生物化学；
（二） 物质代谢及其代谢调节
物质在体内的代谢变化规律、能量代谢及其代谢调节是生 物化学的中心内容——动态生物化学；
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五. 学 习 生 化 的 目 的
1. 了解生物体内物质的化学变化过程； 2. 从分子水平阐明疾病发生、发展的机制； 3. 更科学、有效地诊断与防治疾病，并帮助阐明中医
药的作用机理； 4. 指导新药的研制、提高对重大疾病的防治水平； 5. 为其他医药学基础课及临床医学打下扎实的基础。

绿色发展
利用生物化学技术实现资源 的循环利用和废弃物的生物 降解，促进绿色发展和可持 续发展。
谢谢聆听
发展历程
从19世纪末到20世纪初的经典生物化 学时期，到20世纪中后期的现代生物 化学时期，再到21世纪的基因组学和 蛋白质组学时代。
生物化学研究内容及意义
研究内容
包括生物大分子的结构与功能、生物小分子代谢、基因表达调控、信号传导、 细胞周期与凋亡等。
研究意义
揭示生命现象的本质和规律，为医学、农业、工业等领域提供理论支持和实践 指导。
基因表达调控的意义
基因表达调控对于生物体的生长发育 、代谢、免疫应答等生命活动具有重 要意义，是维持生物体内环境稳定和 适应外部环境变化的关键。
基因表达调控可分为转录水平调控、 转录后水平调控、翻译水平调控和翻 译后水平调控等多个层次。
基因表达异常与疾病发生关系
基因表达异常的定义
基因表达异常是指基因表达的水平和模式与正常生理状态 相比发生显著改变的现象。
研究蛋白质表达、功能及相互作用，应用 于疾病诊断、药物研发等。
细胞培养技术
生物芯片技术
利用体外条件培养细胞，用于研究细胞生 长、分化、代谢等过程，以及药物筛选、 毒性测试等。
将生物分子固定在芯片上，实现高通量、快 速、准确的生物检测和分析，应用于基因组 学、蛋白质组学等领域。
生物化学在医学领域应用举例
05 细胞信号传导与受体介导作用
细胞信号传导途径和机制
细胞信号传导途径
包括细胞外信号分子与受体结合、信号转导分子激活、细胞内信号传递和效应分 子产生等步骤。
信号传导机制
涉及多种信号分子的识别和结合，如激素、神经递质、生长因子等，通过激活或 抑制相应的受体和信号转导通路，调节细胞生理功能。