01.生物化學視頻陜西師范課件0緒論

1、生物化學與分子生物學楊建雄陜西師范大學生命科學學院緒論 一.生物化學與分子生物學的定義二.生物化學與分子生物學的研究范疇三.生物化學與分子生物學同生產實踐的關系四.生物化學與分子生物學的發(fā)展史五.生物化學與分子生物學同有關學科的關系六.學習方法附：教科書和參考書一生物化學與分子生物學的定義 生物化學(1877年詞匯出現(xiàn)，上世紀初形成學科）是用化學的理論和方法研究生命現(xiàn)象的科學。 分子生物學（上世紀70年代形成較完整的學科，出現(xiàn)教科書）是研究生物大分子結構和功能的學科，狹義的分子生物學只研究基因表達的調控。 生物化學與分子生物學是同一個二級學科，在大學本科階段可以作為兩門課開設， 也可以作為一門

2、課開設。二生物化學與分子生物學的研究范疇（一）生物體的組成物質： 即靜態(tài)生物化學，上冊共18章，重點是糖類（1章）、脂類（1章） 、蛋白質（5章） 、酶（4章） 、核酸（4章）的結構和功能，其中第16章抗生素、第17章激素和第18章生物膜只作一般性介紹。復雜性 組成物質多；分子大；空間結構復雜。規(guī)律性 元素構件小分子聚合物（生物大分子）； 結構與功能相適應。免疫球蛋白部分分子的空間結構噬菌體動物病毒植物病毒（二）物質和能量代謝（動態(tài)生物化學）： 包括下冊的19-33章，重點是糖類和氨基酸的分解代謝、脂類和核苷酸的分解和合成代謝，及物質代謝和能量代謝的關系，第31章氨基酸生物合成和第32章生物固

3、氮只作概要介紹，第27章光合作用只作簡短概述，由同學自己閱讀，植物生理學詳細講述。復雜性 1.多步化學反應構成代謝途徑； 2.多條代謝途徑相互交織成網； 3.物質代謝和能量代謝相互交織； 4.調節(jié)控制有條不紊。規(guī)律性 1.反應類型不多； 2.反應機理符合有機化學理論； 3.調節(jié)控制與生物學功能相適應。1點1線或1點2線:410個1點3線:71個1點4線:20個1點5線:11個1點6線或6線以上:8個1點1線在1個途徑的末端;1點2線在1個途徑的中間;1點3線參與2個途徑;其余類推.代謝途徑的類型：（a）多種游離酶構成的代謝途徑；（b）多酶復合體構成的代謝途徑；（c）膜結合酶構成的代謝途徑。（三

4、）信息分子的生物合成（機能生物化學）：下冊34-40章，講述狹義分子生物學的基本內容，為現(xiàn)代生命科學最活躍的領域，是下冊的重點。復雜性 1.合成過程復雜； 2.調節(jié)控制復雜； 3.與生命現(xiàn)象的關系復雜。規(guī)律性 1.遺傳密碼已經破譯；基因表達的基本過程已經清楚； 2.生物大分子結構與功能的關系逐漸明晰； 3.研究方法日新月異。三.生物化學與分子生物學同生產實踐的關系 啟蒙階段食品選擇和加工；醫(yī)療。發(fā)展階段維生素、抗生素醫(yī)療；代謝食品、醫(yī)療；分子生物學 基因工程、蛋白質工程。發(fā)展前景生物制品；轉基因動植物；基因芯片；基因診斷；基因治療。四.生物化學的發(fā)展史1.煉金術階段: 現(xiàn)代化學起源于煉金術(a

5、lchemy)。換言之，煉金活動是化學的前史?！?chemistry” 一詞也來自alchemy, 而alchemy = al (the) + chem, 其中的chem來自中國的“ 金” 的古漢語發(fā)音。煉金術在各個古代文明中都占重要位置, 并不是中國特有, 一般而言都是如何將銅, 鉛, 錫變成金、銀這樣的貴金屬的實用學問。在西方, 煉金術從公元前幾百年開始到17世紀為止, 延續(xù)了2000年；在中國也生存了差不多同樣長的時間。 中國的煉金術除了得到貴金屬以外，還致力于研制長生不老之藥“ 金丹”。因此, 中國的煉金術的化學成份比其他古代文明要濃。 中國的煉金術隨絲綢之路傳到了阿拉伯文化圈,所以有

6、了alchemy這個行業(yè)。 希臘文明在歐州歷史上曾一度失傳, 幸好阿拉伯人繼承了其精華(7-14世紀),11-13世紀十字軍的侵略將散落在阿拉伯文化中的希臘文化又帶回了歐洲, 也順便將中國的煉金術帶進入了西方文明。此后，西方的煉金術活動朝著獨自的方向發(fā)展，特別是對酸、堿、鹽等物質的化學性質有了相當?shù)闹R積累。2.從煉金術到化學: 17世紀興起的文藝復興活動使alchemy真正向現(xiàn)代的chemistry過渡。 當時的化學家, 要么是貴族, 要么是業(yè)余愛好。在與英國的Newton同時期的貴族Robert Boyle (1627-1691) 對氣體和真空進行了研究, 寫了“ The Sceptica

7、l Chymist (1661)” 一書, 主張決別帶有神秘色彩的煉金術, 而以理性思考的態(tài)度來研究化學。他發(fā)現(xiàn)了波以爾法則 PV=Const, 實際上就是現(xiàn)代物理化學的起點。1662英國設立了 Royal Society, 1666年 Paris Academia 分別設立, 為科學研究和交流提供了基地。這是化學與煉金術決別的標志。 隨后,空氣中含有不同成分1764年CO2 (Black), 1766年H2 (Canvendish), 1772年O2 (Sheele), 1772年N2 (Ratherford) , 1774年Cl2 (Sheele), 相繼被發(fā)現(xiàn)。1774年Lavoisie

8、r確立了物質不滅定理, 1777年確立了燃燒理論。此后的化學反應的定比例法則 (Joseph Louis Proust,1799) 及化學元素分析方法的發(fā)展, 為有機化學的出現(xiàn)奠定了基礎。3.有機化學的發(fā)展 簡單的說, 有機化學就是H, C, N, O的化學。 其發(fā)展是必然的, 因為人對生命物質的興趣要比對非生命物質更濃?；瘜W分析的手段發(fā)展后, 勢必要用來研究有機的物質。通過有機化學研究知道的物質結構, 成為生物化學研究的起點。 有機化學的發(fā)展, 是從尿素的合成開始的。 1828年 Wohler (德) 從無機鹽合成了尿素 1831年 Liebig (德) 有機物元素分析定量法的發(fā)明 1840

9、年 有機基團 (group) 的概念的形成 1848年 Pasteur (法) 酒石酸的光學異構體的發(fā)現(xiàn) 1858年 Kekule (德) C原子的四價理論 1865年 Kekule (德) Benzen環(huán)結構的發(fā)現(xiàn) 1869年 元素周期表的確立 1874年 vant Hoff (荷) C4的正四面體結構 1884年 Fischer (德) 糖的化學結構研究的開始4.生物化學重大發(fā)展年代表1897年 Buchner 發(fā)現(xiàn)酵母細胞裂解液能使糖發(fā)酵1902年 Fischer 肽鍵理論1926年 Sumner結晶得到了脲酶,證明酶就是蛋白質1935年 Schneider將同位素應用于代謝的研究 19

10、44年 Avery等人證明遺傳信息是核酸 1953年 Sanger胰島素氨基酸的序列測定 Waston-Crick提出DNA雙螺旋模型 1958年 Perutz等解明肌紅蛋白的立體結構 1970年 發(fā)現(xiàn)了DNA限制性內切酶 1972年 DNA重組技術的建立 1978年 DNA雙脫氧測序法的建立 1990年 人類基因組計劃的實施,2003年完成,進入 后基因組時代生物化學中的關鍵技術電泳（1923）: 生物大分子的分離、分析;超離心（1925）:蛋白質、細胞亞器官的分離、相對分子質量的確定；同位素標記（1934）：物質代謝途徑、生物大分子結構測定；層析（1944 ）： 生物大分子的分離純化；X-

11、衍射、NMR：生物大分子結構測定。五生物化學與分子生物學 同有關學科的關系 1.生物化學與分子生物學是生物學深層次問題的研究和探索，已深入到生命科學的各個分支學科。 2.生物化學與分子生物學是對化學領域最復雜研究對象的研究和探索，引起化學工作者廣泛的關注。 3.生物化學與分子生物學為農學、醫(yī)學和食品科學提供理論依據(jù)和研究手段，推動了這些學科的長足發(fā)展。 4.物理學、信息科學和數(shù)學為生物化學與分子生物學提供研究手段，是生命科學的重要基礎。同時，生物化學與分子生物學可以促進這些學科的理論和技術進步。六學習方法 1.要有良好的精神狀態(tài)。生物化學與分子生物學內容復雜而且抽象，學生學習時容易產生畏難情緒

12、，積極培養(yǎng)學習的興趣，以良好的精神狀態(tài)進行學習，才能有好的學習效果。 2.要注意記憶與理解的相互促進。生物化學與分子生物學內容十分豐富，有不少知識點需要記憶，豐富的記憶材料是良好理解能力的基礎，對問題的理解又可以促進記憶，學生在學習中應注意鍛煉記憶與理解的相互促進的學習方法。 3.要注重閱讀和練習。生物化學與分子生物學的有些內容特別復雜，學生讀一本書或聽一次課有時對問題的理解不深，如果能讀多本書，不同的書敘述問題的角度不同，有助于學生加強對問題的理解。這門課有不少內容需要用化學的理論進行一定的計算，還有一些內容需要用實驗現(xiàn)象來分析一定的問題，這就需要學生通過作業(yè)來練習。因此，加強閱讀和練習至關

13、重要。 4.注重學習科學思維的方法和實驗技能。生物化學與分子生物學是一門實驗學科，絕大部分知識和理論都是通過實驗發(fā)現(xiàn)的，了解重要科學發(fā)現(xiàn)的思路和主要途徑，對于培養(yǎng)學生科學思維的能力和創(chuàng)新能力十分重要。本課程的教學過程中將會介紹一些相關的內容，希望引起同學的足夠重視。實驗技能對于獲取新知識十分重要，一定要給與足夠的關注，閱讀相關的書籍，進行必要的實驗技能訓練。 5.注重與數(shù)理化特別是化學知識的聯(lián)系。生物化學與分子生物學是以數(shù)理化特別是化學為基礎的。用化學理論來探索生物體的物質組成、有關物質的性質和代謝、與此相關的研究方法，構成了生物化學與分子生物學的基本內容，因此，學習生物化學與分子生物學一定要

14、有很好的化學基礎。數(shù)學、物理學和信息科學為生物化學與分子生物學提供研究思路和手段，生物化學與分子生物學的許多重大突破是由化學家和物理學家完成的，從一個側面說明了數(shù)理化對于生物化學與分子生物學十分重要。 6.注重與生物學功能的聯(lián)系。生物化學與分子生物學是以生物體為研究對象的，對生物學的基本知識了解越多，學習生物化學與分子生物學就越容易，生物體內的物質組成、組成物質的性質、代謝和調控都是與其生物學功能相適應的。因此，從生物學功能的角度理解問題，可以顯著的提高學習的效率。課外閱讀書籍1.王鏡巖等,生物化學，高等教育出版社，2002,第3版；2.周海夢等，Lehninger生物化學原理 (第3版中譯本),2005,高等教育出版社；3.鄭集等,普通生物化學，高等教育出版社，1998年第3版；4.Garrett,and Grisham,Biochemistry(影印版), 2002,高等教育出版社；5.羅紀盛等,生物化學簡明教程，高等教育出版社，1999,第3版；6.朱玉賢 李毅,現(xiàn)代分子生物學，高等教育出版社，1998,第3版；7.R