生物化学绪论.ppt

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1、Biochemistry生物化学生物化学教学参考书：教学参考书：生物化学教程王镜岩朱圣庚徐长法主编，高等教育出版社生物化学简明教程生物化学简明教程 .第四版，张丽萍、杨建雄第四版，张丽萍、杨建雄. 高等教育出版社高等教育出版社, 2009生物化学简明教程生物化学简明教程. 第三版，聂剑初等编，罗纪盛等修订高等教育出版第三版，聂剑初等编，罗纪盛等修订高等教育出版社社, 1999生物化学（上、下册）第三版，王镜岩等主编高等教育出版社生物化学（上、下册）第三版，王镜岩等主编高等教育出版社, 20023 1.平时：平时：30%，（包括出勤、，（包括出勤、作业、回答问题等）作业、回答问题等） 2.期中考

2、试：期中考试：20% （闭卷）（闭卷） 2. 期末考试：期末考试：50%（闭卷）（闭卷） 课程考核方式Chapt 1绪 论生物化学（biochemistry）即“生命的化学” 生物化学早期主要是用化学的，也用生物学的、物理学的以及数学的原理研究各种形式的生命现象； 至20世纪下半叶，生物化学进入其发展的分子生物学时期，研究手段又有遗传学、生物工程学、生物信息学等介入。 因此，生物化学是一门边缘学科，也是生命科学领域重要的领头学科。一、19世纪末以前是叙述生物化学阶段（一）尿素合成使“活力论”遭遇第一次打击 1828年，在哥廷根大学任教的化学家弗里德利克魏勒（Friedrick Wohler）在

3、实验室里将氰酸铵（Ammonium cyanate）加热产生了尿素（urea）。 NH4CNO-CO(NH2)2(二)“燃烧”学说使“活力论”再次遭遇重创 尤斯图斯冯李比希（Justus Von Liebig）在19世纪20年间提出来了著名的“燃烧”学说动物通过呼吸获取空气中的O2，氧化分解摄取的食物，产生水和CO2，并且释放热量，保持体温，维持活力。 李比希将食物分为糖、脂和蛋白质三大类主要成分，并提出物质在生物体内可进行合成和分解两种化学过程，物质代谢（metabelism）的概念。（三）细胞是生命体的基本结构单位 既然生命活动是以化学反应为基础的，化学反应又是在何处进行的？ 1665年，

4、马尔塞罗马琵李（Marcello Malpighi）发现红血球（细胞）。同年，罗比特胡克（Robert Hooke）发现植物树皮细胞。 1838年（有说1839年），马采斯史雷登（Mattftais Schleiden）和汤奥多尔史旺（Thcodar Schwarm）证明：细胞是植物的结构。（四）生物大分子-蛋白质的发现化学家恩斯特霍普席勒（Ernst Hoppe-Seyler）首次从血液中分离出血红蛋白，证明“血液的红色是由血红蛋白的颜色引起的”，并在1864年血红蛋白制成了结晶（Crystal）。 1877年，霍普席勒创立了德文生理化学杂志（Zeitschrift fur Physiolo

5、gische Chemie）。 这时，生物化学从生理学分出作为一门新的独立学科诞生。（五）酶是化学反应的主宰 路易斯巴斯德（Louis Pasteur）首先证明，只有活的酵母细胞才能进行发酵。 1833年，在巴黎一个糖厂工作的安塞尔佩因（Ansechme Payen）和简弗朗修斯波骚兹（Jean Francois Persoz）从麦芽中分离出一种可使淀粉转变为酶的可溶性物质，即淀粉酶（diastase，后来化学家又称之amylase）。 稍后几年，细胞的发现人史旺又从胃液中分离出类似于如今胃蛋白酶的物质。（六）酶的化学本质是蛋白质 在20世纪的头二、三十年，“酶的非蛋白质性质”一直束缚着人们的

6、科学思维，是詹姆斯萨姆奈（Jame B Sumner）（诺贝尔奖，1946）解除了这一科学禁锢。1926年，萨姆奈第一个成功地制备了尿素酶（Urease）结晶，并首次证明酶是蛋白质。二20世纪上半叶是动态生物化学阶段（一）糖酵解又称恩伯登麦耶霍夫途径细胞是如何通过分解反应获得能量的？由于同位素示踪技术的应用，在很多早期工作基础上，终于在20世纪30年代末，科学家详细描述了无氧时葡萄糖的分解途径-（糖）酵解（glycolysis）的酶促反应顺序。古斯塔夫恩伯登（Gustav Embden）和奥托麦耶霍夫（Otto Meyerhof）（诺贝尔奖，1922）对葡萄糖酵解的分子演绎过程贡献最大，因此酵

7、解途径又称Embden- Meyerhof Pathway。（二）三羧酸循环是物质氧化分解的最终途径1932年，HansA.Krebs，KurtHenseleit发现了尿素循环（urea cycle）反应途径。1937年，Krebs又揭示了三羧酸循环（Tricarboxylicacid cycle）机制（诺贝尔奖，1953）。这些生物化学知识详尽描绘了物质氧化分解的过程，揭示了生命特征新陈代谢的化学本质，为认识细胞的功能提供了极有价值的线索，促进了生物科学领域的进步。（三）物质代谢与能量代谢偶联 1929年，CyrusH.Fiske,YellapragadaSubbarow和KarlLohma

8、n分别发现了腺苷三磷酸（ATP）。 1948年，EugeneKennedy和AlbertLehninger证明，催化三羧酸循环反应的酶都分布在线粒体（mitochondrion），线粒体内膜分布有电子传递体，可进行氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）反应。（四）合成代谢和分解代谢组成“中间代谢”网络 50年代末，由于很多代谢途径被揭示，确立了由合成代谢（anabolism）和分解代谢网络组成的“中间代谢”（intermediarymetabolism）概念。三、20世纪50年代生物化学发展进入分子生物学时期（一）螺旋是蛋白质分子二级结构形式之一 1951年，Linus

9、 Pauling （诺贝尔奖，1954）和Robert B. Carey采用X射线衍射（X-ray diffraction）技术研究蛋白质结晶，发现了蛋白质分子的二级结构形式-螺旋（-helix）。 1953年，Frederick Sanger采用化学方法完成了胰岛素序列分析（诺贝尔奖）。（二）DNA是遗传的物质基础 1868年，瑞士青年学者，霍普-席勒的学生弗里德利克米歇尔（Friedrick Miescher）从伤口敷料的脓血球中发现“核素”（“核酸”的早期命名）。 在20世纪20-30年代，还发现有两种类型核酸核糖核酸（DNA）和脱氧核糖核酸（DNA）存在。 1941年，George B

10、eadle和Edward Tatum提出了“一个基因一个酶”的假说（诺贝尔奖）。（三）DNA双螺旋是揭示遗传信息传递的“敲门砖” 在威尔金斯和弗兰克林工作的基础上，沃森和克里克在1953年提出了DNA双螺旋结构模型（double helix model）(诺贝尔奖，1962)。他们的原创著作在世界著名杂志自然上发表，具有划时代的意义；DNA双螺旋结构是揭示遗传信息传递规律的“敲门砖”和联系生物化学与遗传学的“桥梁”。 从此，生物化学发展进入了以遗传信息物质结构与功能研究为主体的分子生物学时代。（四）遗传信息按中心法则传递 认知论的两大杰出成就： 一是生物大分子三维结构与功能关系的认识； 二是对

11、生命同一性的认识，即生命的基本功能表现为基本相同的生化过程。 1960s中心法则（五）基因信息传递是被特殊机制调节的 遗传信息的传递或表达是受一定机制调控的。 1961年，Francis Jacob和Jacques Monod（诺贝尔奖，1965）揭示了原核基因表达的开启和关闭是如何控制的。 1963年，Jacob、Monod和Jean-PierreChangcaus首先用酶活性的“别构调节”（allosteric regulation）理论解释基因和机体代谢功能，从此引入了生物调节的概念。（六）DNA“克隆”使基因操作无所不能 1973年，Paul Berg，Herbert Boyer和St

12、anley Cohen首次在体外将重组的DNA分子形成无性繁殖系DNA“克隆”（clone）（诺贝尔奖，1980）。 1985年，KaryMully发明了一种体外扩增DNA的专门技术聚合酶链式反应（PCR）（诺贝尔奖，1993）。 从此，以重组DNA（RecombinantDNA）操作作为核心的重组DNA技术（RecombinantDNATechnology）迅速发展，科学家们分离及操作基因的能力几乎达到无所不能的地步。 也正是有了重组DNA工艺学才能使人类基因组计划得以实施，并对基因组学（genomics）诞生、工农业产业革命产生巨大影响。四、我国科学家对生物化学发展也有贡献 20世纪20-

13、30年代，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测定方法。 1931年，吴宪还提出了国际公认的蛋白质变性学说。 30-50年代，我国生物化学家刘思职等在免疫化学研究领域首先采用定量分析方法研究抗原抗体反应机制。 在50-60年代，我国生物化学家就开始了蛋白质化学研究，系统地提出了蛋白质折叠与酶活性调节的理论。 1965年，中国科学院生物化学研究所、有机化学研究所和北京大学的科学家首先采用人工方法合成了具有生物活性的牛胰岛素。 在1981年，又合成了酵母丙氨酸tRNA。 生物化学发展过程与诺贝尔奖诺贝尔奖 2002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖授予美国科学家约翰授予美国科学家

14、约翰-B-芬恩、日本科学家田中耕一芬恩、日本科学家田中耕一(Koichi Tanaka)、瑞士科学家库特瑞士科学家库特-乌特里希，以表彰他们在乌特里希，以表彰他们在生生物大分子研究物大分子研究领域的贡献。领域的贡献。 从左至右库特从左至右库特-乌特里希、田中耕一、约翰乌特里希、田中耕一、约翰-B-芬恩芬恩 2003年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼授予美国科学家彼得得阿格雷和罗德里克阿格雷和罗德里克麦金农，以表彰他们麦金农，以表彰他们在在细胞膜通道细胞膜通道方面做出的开创性贡献。方面做出的开创性贡献。图中从左至右为以色列科学家西查诺瓦图中从左至右为以色列科学家西查诺瓦(Aaron C

15、iechanover )、阿夫拉姆、阿夫拉姆赫什科赫什科(Avram Hershko)和美国科学家欧文和美国科学家欧文罗斯罗斯(Irwin Rose) 2004年度诺贝尔化学奖年度诺贝尔化学奖 发现了人类细胞如何控制某种蛋白质的过程发现了人类细胞如何控制某种蛋白质的过程-泛素调节的蛋白质降解泛素调节的蛋白质降解 ，具，具体地说，就是人类细胞对无用蛋白质的体地说，就是人类细胞对无用蛋白质的“废物处理废物处理”过程。过程。美国科学家安德鲁美国科学家安德鲁法尔法尔(Andrew Fire )和克雷格和克雷格梅洛梅洛 (Craig Mello )2006年度诺贝尔生理学或医学奖年度诺贝尔生理学或医学奖

16、 发现了发现了RNA（核糖核酸）干扰机制（核糖核酸）干扰机制 美国科学家罗杰美国科学家罗杰科恩伯格科恩伯格(Roger Kornberg)2006年度诺贝尔化学奖年度诺贝尔化学奖 揭示了真核生物体内的细胞如揭示了真核生物体内的细胞如何利用基因内存储的信息生产何利用基因内存储的信息生产蛋白质蛋白质 美国美国Woods Hole海洋生物学实验室的海洋生物学实验室的Osamu Shimomura（下村修）、哥伦比亚大学的（下村修）、哥伦比亚大学的Martin Chalfie和加州大学圣地亚哥分校的和加州大学圣地亚哥分校的Roger Y. Tsien（钱永健，钱学钱永健，钱学森的堂侄森的堂侄） 2008年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 发现并发展了绿色荧光蛋白（发现并发展了绿色荧光蛋白（GFP） 下村修下村修1928年生年生Martin Chalfie 1947年出生年出生钱永健钱永健1952年出生年出生 Venkatraman Ramakrishnan Thomas A. Steitz Ada E. Yonath l这三位科学家为美国的这三位科学家为美国的Venkatraman Ramakris