生物化学Biochemistry

刘国琴

生物化学Biochemistry

刘国琴

参考书介绍1. 王镜岩 朱圣庚 徐长法 (2002) 生物化学

2. 张曼夫（ 2002 ）生物化学 中国农业大学出版社

3. Albert L. Lehninger (1993)

Principles of Biochemistry

4. Lubert Stryer (1998) Biochemistry

什么是生物化学？

生物化学是生命的化学。

研究生命体的化学组成与化学变化。用化学术语解释生命的本质。

生命体共有特征

新陈代谢

遗传、进化、变异

生长、发育、繁殖

生物化学组成的同一性

相对稳定的内环境

严整的结构对环境的感应性和适应性

生命 --

是物质运动的高级形式，它建立在物理、化学规律之上，但又不能完全归结为物理、化学规律。生命是以蛋白质和核酸为主的高度有序的多分子体系，是能进行新陈代谢和自我繁殖的开放系统。

生物化学 I （ 50 学时）教学内容

第一章 生物化学导论

第二章 糖类

第三章 蛋白质 I ：蛋白质的组成

第四章 蛋白质 II ：蛋白质的结构与功能

第五章 蛋白质 III ：蛋白质的性质、分离与鉴定

第六章 酶

第七章 核酸化学

第八章 维生素与辅酶、辅基

第九章 脂类与生物膜

第十章 生物能学与生物氧化

第一章 生物化学导论

一、生物化学学科的建立和发展

二、生命物质特征及生物化学反应类型

三、水—生命的溶剂

一、生物化学学科的建立和发展（一）生物化学发展简史

十八世纪下半叶法国化学家 Lavoisier （ 1783 ）发现生物氧化过程十九世纪生物化学进展缓慢（德国领先） J.von Liebig (1803-1873) 新陈代谢 （ 1842 ）

Hoppe-Seyler (1825-1895) Biochemie （ 1877 ）

二十世纪初 德、美、英、法生物化学发展

生物化学领域三大发现：

酶、维生素、激素

生物化学作为一个独立学科出现！

二十世纪中叶生物化学快速发展

原因：

1. 生物化学研究方法的改进

2. 跨学科的合作研究

美国生物学家 Watson , 英国物理学家 Crick ： 1953 DNA 双螺旋（ 1962 获诺贝尔奖）

英国化学家 Sanger : 牛胰岛素结构（ 1958 ）

英国物理学家 Kendrew: 解析肌红蛋白结构（ 1962 ）

美国生物化学家 Nirenberg ：破遗遗传密码（ 1969 ）

美国生物化学家 Holly ： 解析 tRNA 结构（ 1969 ）

法国生物学家 Jocob, Monod ：遗传信息流（ 1965 ）

英国化学家 Sanger : DNA 测序（ 1983 ）

          

"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"

 

        

       

        

       

        

       

Francis Harry Compton Crick

James Dewey Watson

Maurice Hugh Frederick Wilkins

The Nobel Prize in Physiology and Medicine 1962

The Nobel Prize in Chemistry 1962

Max Ferdinand Perutz John Cowdery Kendrew 1/2 of the prize 1/2 of the prize United Kingdom United Kingdom

MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom

MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom

b. 1914d. 2002

b. 1917d. 1997

Mb(1947- 1960)

Kendrew et al. (1960)Nature 185:422

Hb(1937-1960)

Perutz et al. (1960)Nature 185:416

（二）现代生物化学不断取得新进展

光合作用机理

酶作用机理

生物固氮机理

核酸、蛋白质三维空间结构

基因克隆 基因表达 基因调控

最新生物学研究成果激动人心

新概念

新知识

新技术

Noji 1997, Nature 386:299 ( 旋转马达 )

DNA Helicase

Gelles Lab Nature 2001 409:370

人类基因组

后基因组

功能基因组

蛋白质组

pseudogene

T-DNA mutant

RNAi

MALDI-TOF-MS

（三）生物化学与其它学科的关系

生物化学的现代进展为分子生物学奠定了基础，

对发育生物学 、 分子进化、细胞生物学、遗传学产生了重要影响促使许多边缘学科诞生：量子生物学、结构生物学、生物信息学、生物系统学

生物化学是生物学科的专业基础课！

21 世纪生命科学的特点（ 1）

生命科学是 21世纪自然科学的前沿学科

美国 2000 年对不同学科投入生命科学 49 ％物质科学 11.36%环境科学 8.06%数学与计算机科学 5.77%心理科学 4.57%

21 世纪生命科学的特点（ 2）

生物学与多学科发生交叉

21 世纪生命科学的特点（ 3）

分析与综合相结合

大分子相互作用

（四）我国科学家在生物化学领域中的贡献

1965 生化所与有机化学所人工合成有功能的蛋白质－牛胰岛素

1973 X －射线分析出猪胰岛素空间结构

1983 酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成 (tRNAAla)

2002 水稻基因组测序

我国生物学研究相对滞后（1992-2001年 SCI论文占2.15%，生物论文占0.89%）

2. 4印度

2. 1中国

1. 6俄罗斯

1. 2巴西

3. 6意大利 2. 5澳大利亚

德国 6. 2

7. 3英国

9. 6日本

29. 5美国

3. 7加拿大

25. 6其他

“ 中国人离诺贝尔奖仅一步之遥”

原创性

分析问题、解决问题的能力

基础知识

（五）学好生化，勇攀高峰 ！

二、生命物质特征及生物化学反应类型

（一）生命体的化学组成

大量元素

H O N C S P Cl Na K Ca

微量元素

Mg V Mn Fe Co Ni Cu Zn Se Mo I

元素含量排序（％）

人体 H （ 63 ） O （ 25.5 ） C （ 9.5 ） N（ 1.4 ）

Ca （ 0.31 P （ 0.22 ） Cl （ 0.08 ） K （ 0.06 ）

海水 H （ 66 ） O （ 33 ） Cl （ 0.33 ） Na（ 0.28 ）

Mg （ 0.033 ） S （ 0.017 ） Ca （ 0.0062 ）

K （ 0.0060 ） C （ 0.0014 ）

地壳 O （ 47 ） Si （ 28 ） Al （ 7.9 ） Fe（ 4.5 ）

Ca （ 3.5 ） Na （ 2.5 ） K （ 2.5 ） Mg（ 2.2 ）

生命来自海洋！

化学元素— 原始物质—生物分子

Oparin(1922) 生物起源假说：

地球上的生命是由非生命物质通过长期的化学进化逐步演变而来的。

Miller(1953) 化学进化实验

无机物

（甲烷、氨、水、氢气）

有机物

（氨基酸、氢氧酸、甲醛、氢氰化物）

（二）甲烷、氨、水、氢气 可能是生命进化的原始物质

1987 ，得到上百种有机物，包括10 多种氨基酸、核酸、蛋白质。

先有蛋白质还是先有核酸？

RNA 可能是最早的基因和催化剂