生化緒論生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室

1、Biochemistry生物化學(xué)緒 論preface生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室 孔麗君 Tel 6913241生物化學(xué) 什么是生物化學(xué)？ 是從分子水平研究生物體內(nèi)的化學(xué)分子與化學(xué)反應(yīng)，探討生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門基礎(chǔ)生命科學(xué)。 生物化學(xué)廣泛的研究手段 采用化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)等原理和方法；融入生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)及生物信息學(xué) 等的理論和技術(shù)，進(jìn)行交叉研究。生物化學(xué)18世紀(jì)中期19世紀(jì)末 是生物化學(xué)的初期階段(敘述)20世紀(jì)初期20世紀(jì)中期 是生物化學(xué)的蓬勃發(fā)展階段（動(dòng)態(tài)）20世紀(jì)中期20世紀(jì)末期 是分子生物學(xué)的崛起階段一、生物化學(xué)發(fā)展簡史A 對(duì)糖、脂以及氨基酸的性質(zhì)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究B

2、 發(fā)現(xiàn)了核酸C 從血液中分離和結(jié)晶了血紅蛋白D 證實(shí)了相鄰氨基酸的肽鍵形成E 化學(xué)方法合成了簡單的多肽F 發(fā)現(xiàn)了酶（一）、敘述生物化學(xué)階段： Lavoisier（法）,18世紀(jì)的化學(xué)家中最早研究生命化學(xué)現(xiàn)象。首先研究動(dòng)物的體溫與呼吸第一個(gè)證明動(dòng)物身體的發(fā)熱是由體內(nèi)物質(zhì)氧化產(chǎn)生的。指出“生物體內(nèi)的燃燒”耗氧并排出二氧化碳。后人稱他是生物化學(xué)之父。 Liebig（德）將食物分為糖、脂、蛋白質(zhì)類，提出“代謝”一詞，證明動(dòng)物體溫形成是食物在體內(nèi)“燃燒”的緣故。給代謝一詞下了概念。 最先寫出兩本生物化學(xué)相關(guān)專著。 1877年化學(xué)家Ernst Hoppe-seyler首次從血液中分離出血紅蛋白，并在186

3、4年將血紅蛋白質(zhì)制成了結(jié)晶。他創(chuàng)立德文生理生化雜志標(biāo)志著生物化學(xué)從生理學(xué)分出，成為一門獨(dú)立學(xué)科誕生。從此科學(xué)家開始了細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，演繹物質(zhì)代謝途徑和分解產(chǎn)生能量。生物化學(xué)的創(chuàng)始人埃米爾費(fèi)舍爾（Emil Fischer）18901902 Fischer（德）首次證明了蛋白質(zhì)是多肽；發(fā)現(xiàn)酶的專一性，提出并驗(yàn)證了酶催化作用的“鎖-匙”學(xué)說；證明了蛋白質(zhì)是由不同的氨基酸連接而成的長鏈；發(fā)現(xiàn)了單糖及結(jié)構(gòu)；合成了糖及嘌呤。1902年獲諾貝爾獎(jiǎng)。A 在營養(yǎng)方面： 發(fā)現(xiàn)了必需氨基酸、必需脂肪酸以及維生素B 在內(nèi)分泌方面： 發(fā)現(xiàn)了多種激素，并將其分離、合成C 在酶學(xué)方面： 認(rèn)識(shí)到酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)、成功獲

4、得了酶晶體D 在物質(zhì)代謝方面： 確定了物質(zhì)代謝的基本途徑。提出生物能產(chǎn)生過程中的ATP循環(huán)學(xué)說。（二）、動(dòng)態(tài)生物化學(xué)階段：漢斯克雷勃斯（Hans A. Krebs） 1937年 Krebs（英）發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)1953年獲諾貝爾獎(jiǎng)。 分子生物學(xué)(Molecular Biology)： 通常將研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及基因的結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控的內(nèi)容，稱為分子生物學(xué)。 分子生物學(xué)是生物化學(xué)的重要組成部分，是研究核酸、蛋白質(zhì)等所有生物大分子的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特征及其重要性、規(guī)律性和相互關(guān)系的科學(xué)。是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動(dòng)地適應(yīng)自然界轉(zhuǎn)向主動(dòng)地改造和重組自然界的基礎(chǔ)學(xué)

5、科。以生物大分子為主體的生物化學(xué)的研究，不斷深入，并迅速成為現(xiàn)代社會(huì)中最具活力的一門科學(xué)。 1、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)2、DNA克隆使基因操作無所不能3、基因組學(xué)及其他組學(xué)的研究（三）分子生物學(xué)時(shí)期 物質(zhì)代謝途徑繼續(xù)發(fā)展，并重點(diǎn)進(jìn)入代謝調(diào)節(jié)與合成代謝的研究 蛋白質(zhì)與核酸研究的焦點(diǎn)：1）20世紀(jì)50年代初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)2）完成胰島素aa全序列分析3）1953年，Watson and Crick提出DNA雙螺旋模型，為揭示遺傳信息傳遞規(guī)律奠定基礎(chǔ)，是生物化學(xué)進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)期的標(biāo)志。4）DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄以及蛋白質(zhì)的合成進(jìn)行了深入的研究5）提出了中心法則，破譯了RNA中的遺傳密碼6）揭示了

6、蛋白質(zhì)生物合成途徑，確定了由合成代謝與分解代謝網(wǎng)絡(luò)組成的“中間代謝” 7) 20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)了核酶（ribozyme)李納斯鮑林（Linus Pauling） 1949 Pauling（美）指出鐮刀形紅細(xì)胞性貧血是一種分子病，并于1951年提出蛋白質(zhì)存在二級(jí)結(jié)構(gòu)。 1954年獲諾貝爾獎(jiǎng)?wù)材匪刮稚↗ames D. Watson）1953年 Watson（美）與 Crick（英）提出DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，1962年共獲諾貝爾獎(jiǎng)。 弗朗西斯克里克（Francis H. Crick）DNA 雙 螺 旋 模 型A、 重組DNA技術(shù)使人們改造生物體成為可能， 轉(zhuǎn)基因動(dòng) 植物、基因剔除動(dòng)物模型、

7、基因診斷、基因治療。B 、聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）技術(shù)使人們有可能在體外高效率擴(kuò)增DNA。DNA重組技術(shù)（又稱基因工程） 是20世紀(jì)70年代初興起的技術(shù)科學(xué)，目的是將不同DNA片段（如某個(gè)基因或基因的一部分）按照人們的設(shè)計(jì)定向連接起來，在特定的受體細(xì)胞中與載體同時(shí)復(fù)制并得到表達(dá)，產(chǎn)生影響受體細(xì)胞的新的遺傳性狀。DNA重組技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景: DNA重組技術(shù)可用于定向改造某些生物基因組結(jié)構(gòu)，使它們所具備的特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值或功能得以成百 上千倍的地提高。DNA重組技術(shù)還被用來進(jìn)行基礎(chǔ)研究?？?jié)B基因,抗蟲基因,胰島素生產(chǎn)等. 1969-1972, Arber(瑞士),Smith(美)與Nathans(

8、美)在核酸限制酶的分離與應(yīng)用方面做出突出貢獻(xiàn),1978年共獲諾貝爾獎(jiǎng)。 Hamilton O. Smith Daniel Nathans Werner Arber 1972 Berg（美）在基因工程基礎(chǔ)研究方面作出了杰出成果，獲1980年諾貝爾獎(jiǎng)。1973 Cohen等（美）用核酸限制性內(nèi)切酶EcoR1，首次基因重組成功。Stanley Cohen Herbert Boyer Paul Berg 20世紀(jì)末發(fā)動(dòng)的人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project)：一種生物所有的遺傳信息，即DNA的總和稱為基因組。HGP就是將功折罪23對(duì)染色體30億個(gè)堿基組成的全部DNA的核苷酸序列測出

9、來。HGP是人類生命科學(xué)中的又一次偉大創(chuàng)舉。1986年首次提出1990年正式啟動(dòng)1999年開始大規(guī)模人類基因組測序2000年基本完成2001 Venter（美）等正式公布完成了人類基因組草圖測序。糖組學(xué)（ ics):研究單個(gè)生物體所包含的所有聚糖的結(jié)構(gòu)、功能等生物學(xué)作用。蛋白組學(xué)（Proteomics):研究蛋白質(zhì)的定位、結(jié)構(gòu)和功能、相互作用以及特定時(shí)空的蛋白質(zhì)表達(dá)譜等。代謝組學(xué)（Metabolomics):研究生物體對(duì)外源性物質(zhì)的刺激、環(huán)境變化或遺傳修飾所做出的所有代謝應(yīng)答的全貌和動(dòng)態(tài)變化過程。其研究對(duì)象為完整的多細(xì)胞生物系統(tǒng)，包括了生命個(gè)體與環(huán)境的相互作用。轉(zhuǎn)錄組學(xué)（transcripto

10、mics):研究細(xì)胞在某一功能狀態(tài)下所含有mRNA的類型與拷貝數(shù)。由此產(chǎn)生的RNA組學(xué)。四、我國科學(xué)家對(duì)生物化學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)1、公元前21世紀(jì)，我國人民已能造酒，是古代酶催化谷物淀粉發(fā)酵的實(shí)踐。2、近代：生化學(xué)家吳憲等在血液化學(xué)分析方面，創(chuàng)立了血濾液的制備和血糖測定法；在蛋白質(zhì)研究中提出了蛋白質(zhì)變性學(xué)說。 劉思職在免疫化學(xué)領(lǐng)域，用定量分析法研究抗原抗體反應(yīng)機(jī)制。3、1965年，我國科學(xué)家首先采用人工方法合成了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素。4、1981年，采用了有機(jī)合成和酶促相結(jié)合法成功合成了酵母丙氨酸t(yī)RNA。我國生物化學(xué)的開拓者吳憲教授蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域內(nèi)國際上最具有權(quán)威性的綜述性叢書Advance

11、s in Protein Chemistry第47卷（1995年）發(fā)表了美國哈佛大學(xué)教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩J. T. Eddsall的文章“吳憲與第一個(gè)蛋白質(zhì)變性理論（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”，對(duì)吳憲教授的學(xué)術(shù)成就給予了極高的評(píng)價(jià)。該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關(guān)于蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在1931年發(fā)表的論文居然在1995年仍然值得在第一流的叢書上重新全文刊登，不能不說是國際科學(xué)界的一件極為罕見的大事。1940 我國生物化學(xué)家劉思職發(fā)現(xiàn)抗體、抗原反應(yīng)存在定量關(guān)系。劉思職1.生物大分子

12、的結(jié)構(gòu)與功能2.物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)3.基因信息傳遞及調(diào)控4.其他專題5.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)二、當(dāng)代生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容生化藥物基因工程藥物等發(fā)病機(jī)制疾病預(yù)防疾病的診斷治療與其他學(xué)科交叉聯(lián)系生物化學(xué)三、生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系怎樣學(xué)好生物化學(xué)特點(diǎn)： 1.內(nèi)容龐雜，知識(shí)更新快 2.理論性強(qiáng)，直觀材料少 要求： 1.掌握基本原理、基本過程 2.先理解，后記憶 3.重要的英文詞匯4.重視實(shí)驗(yàn)5.利用習(xí)題鞏固知識(shí)沈同、王鏡巖主編，生物化學(xué)。高等教育出版社出版童坦君: 生物化學(xué)。北京: 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社.2003。周愛儒:生物化學(xué)“ (第5、6版)。北京:人民衛(wèi)生出版社. 生命的化學(xué)（中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)

13、學(xué)會(huì)主辦，上海）國外醫(yī)學(xué) 分子生物學(xué)分冊(cè)（武漢） Annual Review of Biochemistry（生物化學(xué)年鑒, 美）Trends in Biochemical Sciences (簡稱TIBS，美) 參 考 書Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, Clarke ND：Biochemistry (5th ed). WH Freeman & Co. New York, 2002Nelson DL, Cox MM：Lehninger Principles of Biochemistry，Worth Publishers，New York，2000Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW: Harpers Biochemistry. (25th ed).北京:科學(xué)出版社.2000Lodish H, Baltimore D, Berk A, Zipur