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生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室生物化學(xué)與分子生物學(xué)BiochemistryandMolecularBiology甘立霞E-mail:ganlixia@Tel:752945(office)2課程概述生物化學(xué)與分子生物學(xué)是研究生命化學(xué)的科學(xué),它在分子水平探討生命的本質(zhì),即研究生物體的分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)及其在生命活動(dòng)中的作用。生物化學(xué)與分子生物學(xué)是醫(yī)學(xué)生必修的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程,為學(xué)習(xí)其它基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)課程、在分子水平上認(rèn)識(shí)病因和發(fā)病機(jī)理、診斷和防止疾病奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)今生物化學(xué)越來(lái)越多的成為生命科學(xué)的共同語(yǔ)言,它已成為生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿學(xué)科。因此,在所有生物學(xué)及醫(yī)學(xué)學(xué)科中生物化學(xué)所要探討的是最深入、最微觀、最基礎(chǔ)和最前沿的知識(shí)。3課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),掌握人體的化學(xué)組成、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能,物質(zhì)代謝的基本規(guī)律及調(diào)節(jié),基因的遺傳規(guī)律及調(diào)節(jié)?;菊莆辗肿由飳W(xué)的基本理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。為學(xué)習(xí)其它基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程和臨床醫(yī)學(xué)課程,以及今后發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4什么是生物化學(xué)、分子生物學(xué)及其發(fā)展簡(jiǎn)史1生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的主要內(nèi)容2生物化學(xué)與分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的關(guān)系3緒論(Introduction)51.WhatIsBiochemistry?1Biochemistryisthestudyofthechemistryoflivingthings.Thisincludesorganicmoleculesandtheirchemicalreactions.

2.MolecularBiologyMolecularBiologyisthestudyfocusedonthestructureandfunctionofbiomacromoleculesandgeneticinformationtransferandregulation.NucleicAcidsProteinsSugars

Lipidsorganicmolecules

(Vitamins)WaterMinerals89WhatTypesofMoleculesDoBiochemistsStudy?10生物化學(xué)與分子生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史2

第一節(jié)11生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史12敘述生物化學(xué)階段

(DescriptiveBiochemistry,before1900s):生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

Mainlyfocusondescribing“whatitis”.

Forexamples(1)

Cellisthestructuralunitoflivingsystems;(2)HemoglobinresultsintheredcolorofBlood;(3)Almostallofthereactionsincellsarecatalyzedbyenzymes(whichactuallyareproteins);etc.2.動(dòng)態(tài)生化階段

DynamicBiochemistry(1900s-1950s)

生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史糖酵解途徑三羧酸循環(huán)途徑

物質(zhì)代謝與能量代謝偶聯(lián)發(fā)現(xiàn)了必需氨基酸、必需脂肪酸及多種維生素;發(fā)現(xiàn)了多種激素;成功獲得酶晶體;基本確定了主要物質(zhì)代謝途徑。如:142.DynamicBiochemistry(1900s-1950s):

Mainlyfocusontheprocessofchemicalreactionsinthelivingcells.Forexamlpes

(1)Glycolysis(糖酵解)istheprincipalrouteforglucosemetabolismandthemainpathwayforthemetabolismoffructose(果糖),galactose(半乳糖)andothercarbohydratesderivedfromdiet;(2)Thecitricacidcycleisthefinalcommonpathwayfortheaerobicoxidationofcarbohydrate,lipid,andprotein;(3)ThemetabolismofdietarycomponentsiscoupledwiththeproductionofATP(energy);(4)Anabolism(合成代謝)andcatabolism(分解)compose“theintermediatemetabolismnetwork”;etc.生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史15

(1)50年代-60年代:重點(diǎn)研究蛋白質(zhì)與核酸,發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)α螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)形式;完成了胰島素氨基酸的序列測(cè)定;提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型、遺傳信息的中心法則、破譯了RNA分子中的遺傳密碼等。(2)70年代:建立DNA重組技術(shù)。(3)80年代:發(fā)現(xiàn)核酶、發(fā)明了PCR技術(shù)。(4)90年代:人類基因組計(jì)劃。(5)21世紀(jì)初:后基因組時(shí)代。3.分子生物學(xué)時(shí)期(MolecularBiology)

:Omics:canbedefinedasthescienceconcernedwiththetargetmoleculesonamassscale.

★基因組學(xué)(genomics)

★蛋白質(zhì)組學(xué)(proteomics)

★轉(zhuǎn)錄組學(xué)(transcriptomics)

RNA組學(xué)(RNomics)

★代謝組學(xué)(metabolomics)★糖組學(xué)(glycomics)

蛋白質(zhì)研究的輝煌歷史1864年ErnstHooe-Seyler首次分離血紅蛋白,并證明血液的紅色是由血紅蛋白賦予的1897年

EduardBuchner等人證明無(wú)細(xì)胞的酵母提取液可催化糖的生醇發(fā)酵反應(yīng)(1907NobelPrice)1902年EmilFischer首次證明蛋白質(zhì)是由不同數(shù)量、種類的氨基酸組成1926年

JamesSumner第一次成功制備了尿素酶結(jié)晶,并首次證明酶是蛋白質(zhì)(1946NobelPrice)1951年LinusPauling等人揭示了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)形式α-螺旋(1954NobelPrize)1951年StanfordMoore和WilliamStein發(fā)明了蛋白質(zhì)層析分離技術(shù)(1972NobelPrize)

1953年FrederickSanger采用化學(xué)法成功地完成了胰島素的序列分析(1958NobelPrize)1965年我國(guó)生物化學(xué)家首次采用人工方法合成了具有生物活性的牛胰島素(獲得NobelPrize提名)1997年斯坦利·普魯西納因發(fā)現(xiàn)了一種全新類型的致癌因子——朊蛋白(1997NobelPrize)2003年P(guān)eterAgre發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜上水通道蛋白的存在,RoderickMackinnon解析了鉀離子通道的三維空間結(jié)構(gòu)(2003NobelPrize)2004年阿龍·切哈諾沃等人因發(fā)現(xiàn)泛素化作用對(duì)蛋白質(zhì)降解的調(diào)節(jié)(2004NobelPrize)蛋白質(zhì)組學(xué)研究

蛋白質(zhì)研究的輝煌歷史1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取“核素”1944年

Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1953年

Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)(1962NobelPrize)1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼(1968NobelPrize)1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶(1975NobelPrize)1978年Arber、Smith和Nathans發(fā)現(xiàn)限制性內(nèi)切酶(1978NobelPrize)1980年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法(1980NobelPrize)1983年McClintock因發(fā)現(xiàn)移動(dòng)的基因

(1983NobelPrize)1981年Cech和Altman發(fā)現(xiàn)核酸性酶(Ribozyme)(1989NobelPrize)1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)(1993NobelPrize)1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)2001年美、英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃基本框架2006年Fire和Mello發(fā)現(xiàn)雙鏈RNA引發(fā)了基因沉默(2006NobelPrize)核酸研究的輝煌歷史26當(dāng)代生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的主要內(nèi)容2

第二節(jié)第1篇(第1-5章):生物分子結(jié)構(gòu)與功能本教材的內(nèi)容(四篇26章)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(糖、脂、氨基酸)代謝、核苷酸代謝、非營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、生物氧化(能量代謝)。DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、DNA損傷與修復(fù)、基因表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)制常用分子生物學(xué)技術(shù)的原理及其應(yīng)用、重組DNA與基因工程;基因結(jié)構(gòu)與功能分析技術(shù)、癌基因及生長(zhǎng)因子、疾病相關(guān)基因的鑒定與基因功能研究、基因診斷和基因治療、組學(xué)與醫(yī)學(xué)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能;核酸的結(jié)構(gòu)與功能;酶;聚糖的結(jié)構(gòu)與功能,維生素與無(wú)機(jī)鹽。第2篇(第6-12章):物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)第3篇(第13-19章):遺傳信息的傳遞第4篇(第20-26章):分子醫(yī)學(xué)專題生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)常用分子生物學(xué)技術(shù)的原理及其應(yīng)用、重組DNA與基因工程;基因結(jié)構(gòu)與功能分析技術(shù)、癌基因及生長(zhǎng)因子、疾病相關(guān)基因的鑒定與基因功能研究、基因診斷和基因治療、組學(xué)與醫(yī)學(xué)。第4篇(第20-26章):分子醫(yī)學(xué)專題實(shí)驗(yàn)一:蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)測(cè)定、變性、凝固及沉淀反應(yīng)實(shí)驗(yàn)二:蛋白質(zhì)含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)三:酶活性因素的影響(溫度、pH、抑制劑、激活劑)實(shí)驗(yàn)四:血糖濃度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)五:基因組DNA的分離、純化、檢測(cè)及PCR擴(kuò)增30生物化學(xué)與分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)

第三節(jié)WhyShouldWeLearnBiochemistry?21.Tofigureoutthenormalchemicalreactionsandprocessesinourbody

(了解正常人體的生物化學(xué)過(guò)程)2.Toelucidatethemechanismsofdiseasesusingtheknowledgeofbiochemistry(用生化知識(shí)解釋疾病發(fā)生機(jī)理)3.Toexplainthephenomenonindailylife,anddistinguishtheexaggeratedadvertismentsforsomedrugs(ortheproductsforhealthcare)(解釋日常生活現(xiàn)象,辨別夸張的藥物或保健品廣告)4.Tobenefittotheotherlifesciencesandclinics

(為其它學(xué)科和臨床服務(wù))1.Tofigureoutthenormalchemicalreactionandprocessinourbody(了解正常人體的生物化學(xué)過(guò)程)Examples:

(1)Howtoregulatebloodglucoseafterstarvationorfastinginaperiodoftime(短時(shí)間饑餓或禁食時(shí),機(jī)體通過(guò)何種機(jī)制來(lái)維持血糖水平)

(2)Howtotransferthegeneticinformation(遺傳信息如何傳遞)

TheImportanceofBiochemistry

磷酸化酶激酶b磷酸化酶激酶aATP磷酸化酶b磷酸化酶aATP

PPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶H2OPPi

PKA抑制物Ia抑制物Ib

ATP磷蛋白磷酸酶PPi

胰高血糖素+受體胰高血糖素-受體復(fù)合物激活G蛋白

激活A(yù)CATPcAMPPKA

糖原分解35Cent

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