生物化學(xué)A上復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)百校聯(lián)賽特等獎(jiǎng)?wù)n件

生物化學(xué)A(上)

復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院任課教師:王維榮Copyright1999,,,,,,,,,第1頁(yè)Biochemistry(BiologicalChemistry)第2頁(yè)科學(xué)含義和作用第3頁(yè) 英文為science，源于拉丁文scio，以后又演變?yōu)閟cientin，最終成了今天寫(xiě)法，其本意是“知識(shí)”、“學(xué)問(wèn)”。日本著名科學(xué)啟蒙大師福澤瑜吉把“science”譯為“科學(xué)”［香港創(chuàng)業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)張世平：即分類“知識(shí)”、“學(xué)問(wèn)”］。到了1893年，康有為引進(jìn)并使用“科學(xué)”二字。嚴(yán)復(fù)在翻譯《天演論》等科學(xué)著作時(shí)，也用“科學(xué)”二字。今后，“科學(xué)”二字便在中國(guó)廣泛利用。第4頁(yè)什么是科學(xué)

詞源:toknow,toseparateonethingfromanother,todistinguish,tosplit,tocleave。與中國(guó)“科學(xué)”一詞原意相差甚遠(yuǎn)(科舉之學(xué),日本人借用,意為百科之學(xué),后中國(guó)留學(xué)生又從日本帶回)。第5頁(yè)

何謂科學(xué)？工業(yè)先行者,疾病征服者,農(nóng)業(yè)推進(jìn)者,宇宙探索者,自然定律解謎者，它永遠(yuǎn)指明著真理方向（美國(guó)科學(xué)院大廳上口號(hào)）。

科學(xué)只不過(guò)是一套人們有計(jì)劃地解釋宇宙，含有內(nèi)在一致性謊言（亞瑟·博克私人對(duì)話)。

科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)(科學(xué)概念、科學(xué)理論、科學(xué)定律)

科學(xué)過(guò)程、方法(提供探究科學(xué)知識(shí)方法)

科學(xué)本質(zhì)(科學(xué)知識(shí)性質(zhì))

第6頁(yè)科學(xué)內(nèi)涵觀察/試驗(yàn)思維方法/技術(shù)

理論現(xiàn)象、數(shù)據(jù)歸納、演繹大腦解釋Paradigm第7頁(yè)RolesofScienceTruescienceisa

methodofstudyingnature.It

isasetofrulesthat

preventsscientistsfromlyingtoeachotherortothemselves.Hypotheses

mustbeopentotestingand

mustberevised

inthefaceofcontradictoryevidence.Allevidencemustbeconsideredandallalternativehypothesesmustbeexplored.Therulesofgoodsciencearenothingmorethantherulesofgoodthinking--thatis,therulesof

intellectualhonesty.第8頁(yè)HaroldVarmus說(shuō)

(1989年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)取得者)科學(xué)研究是一項(xiàng)艱辛工作，假如你不喜歡它，請(qǐng)選擇其它領(lǐng)域；

只研究你感興趣和你認(rèn)為主要問(wèn)題；

尊敬你科學(xué)老前輩，但不要完全相信他們所說(shuō)、所寫(xiě)一切；請(qǐng)不要忘記科學(xué)只不過(guò)是人們生活一部分。第9頁(yè)書(shū)本知識(shí)

學(xué)科發(fā)展史

研究方法論未來(lái)從事科學(xué)研究工作,現(xiàn)在讀書(shū)須掌握三個(gè)要素：第10頁(yè)化學(xué)及其發(fā)展簡(jiǎn)史第11頁(yè)化學(xué)發(fā)展史-

Chemistry詞源當(dāng)代化學(xué)起源于煉金術(shù)(alchemy)。即煉金活動(dòng)是化學(xué)前史。chemistry一詞也來(lái)自alchemy,而alchemy=al(the)+chem,其中chem來(lái)自中國(guó)“金”古漢語(yǔ)發(fā)音。煉金術(shù)在各個(gè)古代文明中都占主要位置,并不是中國(guó)特有,普通而言都是怎樣將銅,鉛,錫這么卑金屬變成金、銀這么貴金屬實(shí)用學(xué)問(wèn)。在西方,煉金術(shù)從公元前幾百年開(kāi)始到17世紀(jì)為止,延續(xù)了；在中國(guó)也生存了差不多一樣長(zhǎng)時(shí)間。第12頁(yè)化學(xué)發(fā)展史-中國(guó)煉金術(shù)傳到西方

中國(guó)煉金術(shù)除了從卑金屬得到貴金屬以外，還致力于研制長(zhǎng)生不老之藥“金丹”。

中國(guó)煉金術(shù)隨絲綢之路傳到了阿拉伯文化圈,所以有了alchemy這個(gè)行業(yè)。西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(jì)),11~13世紀(jì)十字軍侵略將散落在阿拉伯文化中希臘文化又帶回了歐洲,也順便將中國(guó)煉金術(shù)帶進(jìn)入了西方文明。今后，西方煉金術(shù)活動(dòng)朝著獨(dú)自方向發(fā)展，尤其是對(duì)酸、堿、鹽等物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)有了相當(dāng)知識(shí)積累。第13頁(yè)化學(xué)發(fā)展史-從煉金術(shù)到化學(xué)

17世紀(jì)，文藝復(fù)興活動(dòng)使alchemy真正向當(dāng)代chemistry過(guò)渡。當(dāng)初化學(xué)家,要么是貴族,要么是業(yè)余興趣。與英國(guó)Newton同時(shí)期貴族RobertBoyle(1627-1691)對(duì)氣體和真空進(jìn)行了研究,寫(xiě)了“TheScepticalChymist(1661)”一書(shū),

主張?jiān)E別帶有神秘色彩煉金術(shù),而以理性思索態(tài)度來(lái)研究化學(xué)。他發(fā)覺(jué)了波以爾法則PV=Const,實(shí)際上就是當(dāng)代物理化學(xué)起點(diǎn)。1662英國(guó)設(shè)置了RoyalSociety,1666年P(guān)arisAcademia分別設(shè)置,為科學(xué)研究和交流提供了土壤，這是化學(xué)與煉金術(shù)訣別標(biāo)志。

第14頁(yè)化學(xué)發(fā)展史-從氣體元素到物質(zhì)不滅定理

1764年CO2(Black),1766年H2

(Canvendish),1772年O2(Scheele),1772年N2(Ratherford),1774年Cl2(Scheele)分別被發(fā)覺(jué),

空氣中含有不一樣成份事實(shí)被揭示。1774年Lavoisier確立了物質(zhì)不滅定理,1777年確立了燃燒理論。今后化學(xué)反應(yīng)定百分比法則(JosephLouisProust,1799)及化學(xué)元素分析方法發(fā)展,為有機(jī)化學(xué)出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。第15頁(yè)拉瓦錫(A．L．Lavoisier，1743—1794)是18世紀(jì)法國(guó)著名化學(xué)家，被后人譽(yù)為“近代化學(xué)之父”。他對(duì)化學(xué)第一個(gè)貢獻(xiàn)是從試驗(yàn)角度驗(yàn)證并總結(jié)了“質(zhì)量守恒定律”；他是化學(xué)方程式創(chuàng)造者；他對(duì)化學(xué)最大貢獻(xiàn)是揭示了“燃燒”本質(zhì)，推翻了統(tǒng)治化學(xué)長(zhǎng)達(dá)百年之久“燃素說(shuō)”，建立了科學(xué)“氧化學(xué)說(shuō)”；他非常重視試驗(yàn)和觀察，指出：“在任何情況下，都應(yīng)該使我們推理受到試驗(yàn)檢驗(yàn)，除了經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和觀察自然道路去尋求真理以外，別無(wú)他途”；他對(duì)化學(xué)試驗(yàn)從定性向定量發(fā)展，作出了主要貢獻(xiàn)，所以也被譽(yù)為“定量化學(xué)之父”、“近代化學(xué)奠基人”。1763，法學(xué)學(xué)士1764，研究化學(xué)1765，候補(bǔ)院士1768，征稅官1778，正教授1775，火藥局長(zhǎng)1789，入獄1794，絞刑第16頁(yè)化學(xué)發(fā)展史-有機(jī)化學(xué)發(fā)展

簡(jiǎn)單說(shuō),有機(jī)化學(xué)就是C、H、O和N化學(xué)。其發(fā)展是必定,因?yàn)槿藢?duì)生命物質(zhì)興趣要比對(duì)非生命物質(zhì)更濃?；瘜W(xué)分析伎倆發(fā)展后,勢(shì)必要用來(lái)研究有機(jī)物質(zhì)。經(jīng)過(guò)有機(jī)化學(xué)研究知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)

成為生物化學(xué)研究起點(diǎn)。

有機(jī)化學(xué)發(fā)展,能夠從尿素合成開(kāi)始。第17頁(yè)有機(jī)化學(xué)發(fā)展時(shí)間表1828年Wohler(德)從無(wú)機(jī)鹽合成了尿素1831年Liebig(德)有機(jī)物元素分析定量法創(chuàng)造1840年有機(jī)基團(tuán)(group)概念形成1848年P(guān)asteur(法)酒石酸光學(xué)異構(gòu)體發(fā)覺(jué)1858年Kekule(德)C原子四價(jià)理論1865年Kekule(德)Benzen環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)覺(jué)（1869年元素周期表確實(shí)立)1874年van‘tHoff(荷)C4正四面體結(jié)構(gòu)1884年Fischer(德)糖化學(xué)結(jié)構(gòu)研究開(kāi)始

第18頁(yè)在氰酸中加入氨水后蒸干得到白色晶體并不是銨鹽，到了1828年他終于證實(shí)出這個(gè)試驗(yàn)產(chǎn)物是尿素。發(fā)覺(jué)了從無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物方法，而被認(rèn)為是有機(jī)化學(xué)研究先鋒。在此之前，人們普遍認(rèn)為：有機(jī)物只能依靠一個(gè)生命力在動(dòng)物或植物體內(nèi)產(chǎn)生；人工只能合成無(wú)機(jī)物而不能合成有機(jī)物。維勒老師永斯·貝采利烏斯當(dāng)初也支持生命力論學(xué)說(shuō)，他寫(xiě)信給維勒問(wèn)他能不能在試驗(yàn)室里“制造出一個(gè)小孩來(lái)”。以后，還發(fā)覺(jué)同分異構(gòu)表達(dá)象，發(fā)覺(jué)并制備鋁等元素單質(zhì)。弗里德里?！ぞS勒（FriedrchWohler，1800-1882），德國(guó)著名有機(jī)化學(xué)家。少年時(shí)代尤其喜愛(ài)搜集、研究礦物和做化學(xué)試驗(yàn)。18入馬爾堡大學(xué)。1823年以對(duì)尿素研究取得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，后又去貝采里烏斯留學(xué)一年。第19頁(yè)李比希（JustusvonLiebig,1803-1873），農(nóng)業(yè)化學(xué)奠基人、生理化學(xué)及碳水化合物化學(xué)創(chuàng)始人之一。1826在德國(guó)建立李比希試驗(yàn)室，首創(chuàng)在大學(xué)教授化學(xué)試驗(yàn)，創(chuàng)刊了“李比?？薄Ｖ队袡C(jī)化學(xué)在生理學(xué)和病理學(xué)上應(yīng)用》。首次提出新陳代謝名詞，研究土壤化合物，對(duì)脂肪、血液、膽汁和肌肉提取物進(jìn)行研究。長(zhǎng)久與維勒一起工作第20頁(yè)費(fèi)歇爾（EmilFischer1852-1919），他發(fā)覺(jué)了苯肼，對(duì)糖類、嘌呤類有機(jī)化合物研究取得了突出成就，榮獲19諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他貢獻(xiàn)主要有四個(gè)方面：對(duì)糖類研究[1890,合成了12個(gè)乙醛糖]；對(duì)嘌呤類化合物研究；對(duì)蛋白質(zhì)，主要是氨基酸、多肽研究；在化工生產(chǎn)和化學(xué)教育上貢獻(xiàn)。第21頁(yè)生命化學(xué)第22頁(yè)生命元素誕生

150-200億年前，宇宙發(fā)生了一次熱富含能量亞原子顆粒大爆炸，幾秒鐘內(nèi)，產(chǎn)生了最簡(jiǎn)單元素（H和He）。在宇宙膨大和冷卻后，在重力作用下，物質(zhì)濃縮形成了星球。一些星球變得巨大無(wú)比，然后爆炸，釋放能量使較為簡(jiǎn)單原子核融合為更為復(fù)雜元素。所以經(jīng)過(guò)數(shù)十億年形成了今天地球及地球上化學(xué)元素。約在40億年前，生命出現(xiàn)了能從有機(jī)化合物或太陽(yáng)獲取能量簡(jiǎn)單微生物，利用這些能量，它們將地表簡(jiǎn)單元素和化合物結(jié)構(gòu)成大量更為復(fù)雜生物分子。生物化學(xué)回答是成千上萬(wàn)種不一樣生物分子是怎樣相互作用來(lái)展示生命體顯著生命特征。

第23頁(yè)組成生物分子元素

18世紀(jì)后期，化學(xué)家們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到組成生命體物質(zhì)與無(wú)生命世界差異極大。AntoineLavoisier（1743-1794）注意到“礦物世界”簡(jiǎn)單性，并與復(fù)雜“植物和動(dòng)物世界”進(jìn)行了比較，以后他知道，生物組成份子富含碳、氧、氮和磷。

第24頁(yè)生命元素豐度

90各種天然元素中只有30種之多元素對(duì)生命有機(jī)體是必須，大多數(shù)有機(jī)體組成元素原子序數(shù)相對(duì)地低，只有5種元素原子序數(shù)高于硒（34）。有機(jī)體中最豐富4種元素是C、H、O和N，它們總和超出了大多數(shù)細(xì)胞質(zhì)量99%，它們是最輕能夠形成一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)和四個(gè)價(jià)鍵元素，但最輕元素形成最強(qiáng)價(jià)鍵。痕量元素（traceelement)代表人體最輕重量，但對(duì)生命卻是必須，通常因?yàn)樗鼈儗?duì)一些蛋白質(zhì)，包含酶功效為必須。比如，血紅蛋白分子輸送氧能力絕對(duì)依賴于只占總質(zhì)量0.3%四個(gè)鐵離子。

第25頁(yè)組成生命元素豐度第26頁(yè)生命分子是碳化合物

生命有機(jī)體化學(xué)是圍繞著碳被組織起來(lái)。C與H能夠形成單鍵連接，與O和N能夠形成單鍵或雙鍵連接。生物學(xué)中C與C能夠形成穩(wěn)定單鍵，一個(gè)碳原子能夠與一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)或四個(gè)其它碳原子形成穩(wěn)定單鍵，兩個(gè)碳原子能夠共享兩或三對(duì)電子，形成雙鍵或三鍵。生物分子中共價(jià)連接碳原子能夠形成線狀、分支或環(huán)狀結(jié)構(gòu)。第27頁(yè)第28頁(yè)功效基團(tuán)決定了分子化學(xué)特征

絕大多數(shù)生物分子能夠看成是碳?xì)浠衔镅苌?，碳?xì)浠衔锕羌芊浅７€(wěn)定，氫原子能夠被各類功效基團(tuán)取代生成不一樣有機(jī)化合物家族，經(jīng)典有醇、胺、醛和酮、羧酸等。多數(shù)生物分子是多功效，含有兩個(gè)或更多個(gè)不一樣功效基團(tuán)，每一個(gè)基團(tuán)都有其本身特點(diǎn)和反應(yīng)?；瘜W(xué)詞語(yǔ)中說(shuō)某化合物“個(gè)性、性質(zhì)”,如腎上腺素或乙酰輔酶A，就是由其功效基團(tuán)性質(zhì)和它們?cè)谌S空間中位置決定。第29頁(yè)一些常見(jiàn)生物分子功效基團(tuán)第30頁(yè)生物分子中一些常見(jiàn)功效基團(tuán)第31頁(yè)生命物質(zhì)基礎(chǔ)

幾乎全部生命有機(jī)體有機(jī)化合物，形成后都是生物活性物質(zhì)。這些分子在生物進(jìn)化過(guò)程為了適應(yīng)特定生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué)功效被選擇下來(lái)。生物分子能夠這么定義或了解：原子之間結(jié)合類型，包括結(jié)合形式和強(qiáng)度、三維分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)活性，三維結(jié)構(gòu)在生物化學(xué)中尤其主要。生物學(xué)作用如酶與底物作用、抗體與抗原作用、激素和受體作用，都是高特異性。這種特異性靠分子之間立體互補(bǔ)和靜電互補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)，顯著是，維持三維結(jié)構(gòu)作用力之中是非共價(jià)作用，單個(gè)作用力弱，但有顯著累積效應(yīng)。

第32頁(yè)有機(jī)體與無(wú)生命物質(zhì)區(qū)分首先是化學(xué)復(fù)雜性和組織程度，成千上萬(wàn)種不一樣分子組成一個(gè)復(fù)雜細(xì)胞結(jié)構(gòu)，而無(wú)生命物質(zhì)—黏土、沙子、巖石、海水，通常是相對(duì)簡(jiǎn)單一些化合物混合物。其次，生命有機(jī)體從它們環(huán)境吸收、轉(zhuǎn)化和利用能量，通常是化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物或太陽(yáng)光能，這些能量使得有機(jī)體建造和維持它們復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并作機(jī)械、化學(xué)、滲透和其它形式功。無(wú)生命物質(zhì)不能以系統(tǒng)或動(dòng)力形式利用這些能量來(lái)維持結(jié)構(gòu)或作功。第33頁(yè)有機(jī)體與無(wú)生命物質(zhì)區(qū)分第三，生命有機(jī)體有精確自我復(fù)制或自我裝配能力，是生命有機(jī)體精華特征。一個(gè)細(xì)菌放在無(wú)菌營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基中，二十四小時(shí)能夠制造出十億個(gè)一樣“子代”細(xì)胞，每一個(gè)細(xì)胞含有成千上萬(wàn)種不一樣分子，有些非常復(fù)雜，但每個(gè)細(xì)胞都是原始細(xì)胞一份真實(shí)拷貝。第四，有機(jī)體每一個(gè)成份都有一個(gè)或一個(gè)以上特定功能。第34頁(yè)生物化學(xué)以統(tǒng)一化學(xué)術(shù)語(yǔ)

解釋不一樣生命形式

有機(jī)體差異極大，但生物化學(xué)研究表明，全部有機(jī)體在細(xì)胞和化學(xué)水平上是十分相同。生物化學(xué)用分子語(yǔ)言描述全部生命體結(jié)構(gòu)、機(jī)制和化學(xué)過(guò)程，提出各種生命變異形式下生命組織原理--生命分子邏輯。即使生物化學(xué)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、營(yíng)養(yǎng)和工業(yè)方面提供了主要前景和實(shí)際應(yīng)用，但其最終焦點(diǎn)還是關(guān)注對(duì)生命本身了解。第35頁(yè)全部大分子都由簡(jiǎn)單化合物結(jié)構(gòu)

大多數(shù)有機(jī)體系統(tǒng)分子由C原子與其它碳原子或者H原子、O原子或N原子共價(jià)連接而成，碳原子特殊結(jié)合特征允許形成一大類不一樣分子，有機(jī)化合物分子量（也稱相對(duì)分子質(zhì)量）低于500，如氨基酸、核苷酸和單糖，被稱為大分子如蛋白質(zhì)、核酸及多糖單體亞基。一個(gè)單個(gè)蛋白質(zhì)分子可能含有1000或更多個(gè)氨基酸殘基，脫氧核糖核酸（DNA）可能有數(shù)百萬(wàn)個(gè)核苷酸組成。

第36頁(yè)有限數(shù)量單體組成生命物質(zhì)大腸桿菌每個(gè)細(xì)胞含有幾千種不一樣有機(jī)化合物，包含一千種不一樣蛋白質(zhì)，一樣數(shù)量不一樣核酸分子及數(shù)百種類型不一樣糖和脂。在人體內(nèi)，有數(shù)萬(wàn)種不一樣蛋白質(zhì)，各種類型多糖和脂及各種其它低分子量化合物。DNA僅由四種不一樣單體—脫氧核糖核苷酸組成，RNA也只有四種不一樣核苷酸組成。蛋白質(zhì)由20種不一樣氨基酸組成。8種核苷酸組成了全部生物核酸，20種氨基酸組成了全部生物蛋白質(zhì)。特殊單體亞基序列及大分子空間排列形成了大分子尤其生物學(xué)功效，如基因、催化劑、激素等等。

第37頁(yè)Monomericsubunitsinlinearsequencescanspellinfinitelycomplexmessages.Thenumberofdifferentsequencespossible(S)dependsonthenumberofdifferentkindsofsubunits(N)andthelengthofthelinearsequence(L):S=NL.For

anaverage-sizedprotein(L400),Sis20400—anastronomicalnumber.第38頁(yè)生命物質(zhì)單體往往不止一個(gè)功效

組成生命體全部大分子單體亞基往往行使不止一個(gè)功效，如核苷酸，不但是組成核酸單體，還是能量載體分子、物質(zhì)活化分子及信號(hào)分子；氨基酸既是蛋白質(zhì)組成成份，還是激素、神經(jīng)遞質(zhì)、色素和其它類型生物分子前體。

第39頁(yè)生命活動(dòng)離不開(kāi)能量供給

能量是生物化學(xué)一個(gè)中心主題，細(xì)胞和生命體依靠源源不停能量供給來(lái)抵抗無(wú)情以最低能量狀態(tài)衰減趨勢(shì)。信息儲(chǔ)存和表示需要消耗能量，沒(méi)有能量，富含信息結(jié)構(gòu)將不可防止變得無(wú)序和沒(méi)有意義。與工廠里合成一樣，細(xì)胞中發(fā)生合成反應(yīng)需要能量輸入。能量在一個(gè)細(xì)菌運(yùn)動(dòng)、或者一個(gè)奧林匹克賽跑選手、或者螢火蟲(chóng)發(fā)光、或者一個(gè)鰻鱺放電中被消耗。細(xì)胞有一個(gè)有效機(jī)制能夠偶聯(lián)太陽(yáng)或燃料能量來(lái)滿足生命需要。

第40頁(yè)有機(jī)體與它們環(huán)境永遠(yuǎn)也不會(huì)平衡

生物進(jìn)化中第一個(gè)形成細(xì)胞應(yīng)該是油性膜包裹原始細(xì)胞水溶性分子，使之隔離并允許累積相對(duì)高濃度，有機(jī)體內(nèi)所含分子和離子與其環(huán)境相比，在類型和濃度上不一樣。比如，淡水魚(yú)細(xì)胞與其所處水環(huán)境相比所含有無(wú)機(jī)離子濃度差異很大，蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂肪等存在于魚(yú)體內(nèi)，但環(huán)境介質(zhì)中幾乎不存在這些分子，而只含有比較簡(jiǎn)單分子如二氧化碳、分子氧和水。只有經(jīng)過(guò)不停地消耗能量，魚(yú)才能夠建立和維持這種與環(huán)境濃度顯著差異，在魚(yú)死后，魚(yú)組成份子才漸漸釋放，與環(huán)境保持平衡。

第41頁(yè)生命有機(jī)體與它們所處環(huán)境不平衡，死亡和腐爛才回復(fù)平衡第42頁(yè)分子組成反應(yīng)了一個(gè)動(dòng)力學(xué)上恒穩(wěn)態(tài)

即使一個(gè)生物體化學(xué)組成在整個(gè)時(shí)間內(nèi)幾乎是恒定，但一個(gè)細(xì)胞或生物體內(nèi)分子群卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是恒穩(wěn)態(tài)。分子經(jīng)過(guò)不停化學(xué)反應(yīng)被合成和分解，需要不停地向系統(tǒng)輸入物質(zhì)和能量。現(xiàn)在從你肺中攜帶氧到你大腦中血紅蛋白分子是上個(gè)月合成，到下個(gè)月，它們將會(huì)被降解，并由新血紅蛋白分子所取代。你剛才從你食物中攝取葡萄糖現(xiàn)在正在你血流中循環(huán)，在今天結(jié)束前，這些特定葡萄糖分子將會(huì)被轉(zhuǎn)化為其它分子如二氧化碳或脂肪，將會(huì)被新起源葡萄糖分子所取代。血液中血紅蛋白和葡萄糖數(shù)量幾乎是一個(gè)恒量，因?yàn)楹铣苫驍z入速度將會(huì)與其降解速度到達(dá)平衡。濃度上恒定是動(dòng)力學(xué)恒態(tài)結(jié)果。

第43頁(yè)第44頁(yè)生物從它們環(huán)境轉(zhuǎn)化能量和物質(zhì)

生命細(xì)胞和生物體必須作功來(lái)保持存活和繁殖本身，細(xì)胞成份不停合成需要化學(xué)能、逆濃度梯度積累和保持鹽份及各種有機(jī)化合物包括滲透能、肌肉收縮或細(xì)菌鞭毛運(yùn)動(dòng)需要機(jī)械能，生物化學(xué)研究能量吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和消耗過(guò)程，所以需要建立了解生物能學(xué)基本原理。生物體是一個(gè)開(kāi)放體系，與環(huán)境交換物質(zhì)和能量，生物體經(jīng)過(guò)兩種策略由環(huán)境取得能量：由環(huán)境獲取化學(xué)燃料并經(jīng)過(guò)氧化得到能量、由太陽(yáng)光能吸收能量。

第45頁(yè)第46頁(yè)熱力學(xué)第一定律適合用于生物體系生物體利用燃料或太陽(yáng)光能量構(gòu)建和維持它們復(fù)雜性，尤其是結(jié)構(gòu)。不論發(fā)生化學(xué)或物理任何改變，能量總是守恒，但能量形式可能會(huì)變。生命有機(jī)體細(xì)胞是在恒定溫度下一個(gè)化學(xué)引擎。第47頁(yè)電子流為生物體提供能量

幾乎全部生命有機(jī)體都直接或間接地從太陽(yáng)光輻射能量取得能量，這種光能發(fā)生于太陽(yáng)中熱核聚變反應(yīng)。光合作用細(xì)胞吸收光能，用于驅(qū)動(dòng)水分子中電子到二氧化碳，生成能量豐富產(chǎn)物如淀粉和蔗糖，并釋放分子氧到大氣中去。非光合作用細(xì)胞和有機(jī)體經(jīng)過(guò)氧化光合作用產(chǎn)生能量豐富物質(zhì)取得需要能量，并傳遞電子到大氣氧生成水、二氧化碳及其它終產(chǎn)物，在環(huán)境中被再循環(huán)。實(shí)際上全部生物所需要能量直接或間接地都來(lái)自于太陽(yáng)能。在氧化還原反應(yīng)中，電子流動(dòng)成為生命細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)。

第48頁(yè)第49頁(yè)生物化學(xué)研究?jī)?nèi)容及發(fā)展簡(jiǎn)史第50頁(yè)生物化學(xué)定義

生命化學(xué)，是碩士物體（微生物、植物、動(dòng)物及人體等）化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、功效、分離純化方法；生命過(guò)程中化學(xué)改變及遺傳物質(zhì)信息傳遞一門(mén)科學(xué)。研究?jī)?nèi)容包含:生物體物質(zhì)組成、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、功效；物質(zhì)分離和分析方法；從分子水平上看生物組成。這些物質(zhì)在生物體內(nèi)發(fā)生改變及改變過(guò)程。分子水平上物質(zhì)結(jié)構(gòu)、代謝與客觀上生物功效及復(fù)雜生命現(xiàn)象之間關(guān)系。4.遺傳物質(zhì)信息傳遞及調(diào)控。第51頁(yè)什么是生物化學(xué)

生物化學(xué)研究對(duì)象,是生命體內(nèi)各類物質(zhì)結(jié)構(gòu),功效和作用過(guò)程與機(jī)理。英語(yǔ)中有Biochemistry

和Biologicalchem-istry

兩個(gè)術(shù)語(yǔ)。生物化學(xué)有三個(gè)源頭：

有機(jī)化學(xué):氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、脂質(zhì)、核苷酸、核酸醫(yī)學(xué)生理學(xué)：維生素、激素、輔酶發(fā)酵工業(yè)：酶學(xué)、物質(zhì)代謝生物化學(xué)于生命科學(xué),就象ABC于英語(yǔ)第52頁(yè)德國(guó)醫(yī)生霍佩-賽勒(ErnstFelixHoppe-Seyler)（1825-1895）1877年為了將生理化學(xué)（即生物化學(xué)）建成一門(mén)獨(dú)立學(xué)科，首次提出“Biochemie”，譯為英語(yǔ)名詞為Biochemistry或BiologicalChemistry，即生物化學(xué)。他還首次取得純卵磷脂及晶體狀血紅素。首創(chuàng)蛋白質(zhì)(Proteide)一詞。還研究過(guò)代謝、葉綠素和血液。他學(xué)生FriedrichMiescher（1844-1895）從膿細(xì)胞細(xì)胞核中分離出nuclein（脫氧核糖核蛋白）（1871）他另一位學(xué)生AlbrechtKossel（1853-1927）因?qū)Φ鞍踪|(zhì)、細(xì)胞及細(xì)胞核化學(xué)研究取得19諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，他分離到腺嘌呤、胸腺嘧啶、胸腺核苷酸，還分離出組氨酸。第53頁(yè)我們現(xiàn)在知道,生命體內(nèi)主要物質(zhì)是:蛋白質(zhì)〔氨基酸〕，核酸[核苷酸]，糖類和脂類。還有一類所占百分比很小但功效很主要小分子－維生素和激素。在這些分子中,對(duì)脂質(zhì)研究最早,19世紀(jì)上半葉對(duì)其結(jié)構(gòu)就有了較深入了解。對(duì)糖結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)多半要?dú)w功于EmilFischer從1884年開(kāi)始研究工作。而發(fā)酵工業(yè)發(fā)展使酶學(xué)和代謝學(xué)有了發(fā)展,化學(xué)與醫(yī)學(xué)、生理學(xué)結(jié)合則造成了維生素、激素、必需氨基酸、必需脂肪酸發(fā)覺(jué)。對(duì)核酸認(rèn)識(shí)起步較晚,在1870左右才注意到其存在,19世紀(jì)末又是EmilFischer對(duì)嘌啉進(jìn)行了較深入研究,成為我們對(duì)核酸結(jié)構(gòu)了解開(kāi)幕。生物化學(xué)在19以后開(kāi)始進(jìn)入高速發(fā)展期。第54頁(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史（一）當(dāng)代生物化學(xué)從18世紀(jì)下半葉，從拉瓦錫研究燃燒和呼吸開(kāi)始；中間代謝產(chǎn)物首次發(fā)覺(jué)；1835年，貝采利烏斯說(shuō)明催化作用；1848年，肌肉熱能起源及肝臟生糖功效；1859年，《物種起源》；1865年，孟德?tīng)柾愣闺s交試驗(yàn)和遺傳定律；1877年，Biochemistry和journalofbiochemistry;國(guó)際生化研究中心變遷；生物化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)；1928年德國(guó)W?hler

NH4CNOCO(NH2)2第55頁(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史（二）：二十世紀(jì)前五十年20世紀(jì)前30年：生理學(xué)、化學(xué)。

營(yíng)養(yǎng)學(xué)真正黃金時(shí)代。

代，1926年美國(guó)Sumner從刀豆中得到脲酶結(jié)晶。30年代，1933～1936年Krebs提出了著名尿素循環(huán)和三羧酸循環(huán)。

40年代前后，能量代謝，生物能學(xué)。

20世紀(jì)中期生物化學(xué)成為一門(mén)獨(dú)立和成熟學(xué)科第56頁(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史（三）：分子生物學(xué)誕生1950年

Pauling（美國(guó)）等，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)：

-螺旋1955年

Sanger（英國(guó)）胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定

1953年

Watson（美國(guó)）和Crick（英國(guó)）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出使生物化學(xué)發(fā)展到一個(gè)新階段—分子生物學(xué)階段

第57頁(yè)核酸研究進(jìn)展很快，在核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定和核酸人工合成方面取得顯著結(jié)果。60年代，1961年法國(guó)Jacob和Monod操縱子模型70年代，進(jìn)入生物工程研究。基因工程、蛋白質(zhì)工程、酶工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等。第一個(gè)基因工程產(chǎn)物somatostatin。

90年代，1990年開(kāi)啟了人類基因組計(jì)劃。20世紀(jì)末和二十一世紀(jì)初，隨著人類基因組全序列測(cè)定基本完成，生命科學(xué)進(jìn)入了后基因組時(shí)代，產(chǎn)生了功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)等。分子生物學(xué)快速發(fā)展第58頁(yè)生物化學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系及實(shí)踐應(yīng)用第59頁(yè)工業(yè)方面：

紡織工業(yè) 制革工業(yè) 食品工業(yè) 石油工業(yè) 發(fā)酵工業(yè)第60頁(yè)醫(yī)學(xué)：

疾病發(fā)生機(jī)制 藥代動(dòng)力學(xué) 生物制藥及藥品 臨床診療及診療試劑 癌癥發(fā)生及治療 預(yù)防醫(yī)學(xué)第61頁(yè)農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)營(yíng)養(yǎng) 光合作用 固氮作用 除草劑 轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物 環(huán)境保護(hù)第62頁(yè)新材料新劑型化裝品其它第63頁(yè)生物化學(xué)重大發(fā)展年代表1897年Buchner發(fā)覺(jué)酵母細(xì)胞質(zhì)能使糖發(fā)酵19Fischer肽鍵理論1926年Sumner結(jié)晶得到了脲酶,證實(shí)酶就是蛋白質(zhì)1935年Schneider將同位素應(yīng)用于代謝研究1944年Avery等人證實(shí)遺傳信息在核酸上1953年Sanger胰島素氨基酸序列測(cè)定Waston-Crick提出DNA雙螺旋模型1958年P(guān)erutz等解明肌紅蛋白立體結(jié)構(gòu)1970年發(fā)覺(jué)了DNA限制性內(nèi)切酶1972年DNA重組技術(shù)建立1978年DNA雙脫氧測(cè)序法成功…1990年人類基因組計(jì)劃實(shí)施,完成,進(jìn)入后基因組時(shí)代第64頁(yè)生物化學(xué)中關(guān)鍵技術(shù)比色（colorimetry)(19世紀(jì)30-40年代)。電泳(electrophoresis)(1923）生物大分子分離、分析。超離心(Ultracentrifugation)(1925）蛋白質(zhì)、細(xì)胞亞器官分離；分子量確實(shí)定同位素標(biāo)識(shí)(isotopelabelling)（1934）物質(zhì)代謝路徑、生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定層析(chromatography)（1944）生物大分子分離純化X-光衍射、NMR生物大分子結(jié)構(gòu)測(cè)定第65頁(yè)一、地球上生命體（organism）中化學(xué)物質(zhì)種類、結(jié)構(gòu)、功效，和新陳代謝規(guī)律。二、生物化學(xué)研究方法。生物化學(xué)能告訴你什么第66頁(yè)生物化學(xué)不能回答問(wèn)題地球上最早生命是怎樣出現(xiàn)？又是什么樣子？它物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？DNA和蛋白質(zhì)什么時(shí)候建立了“軟件