生物化学与 分子生物学

绪 论 内容提纲 1.生物化学的涵义 ⑴生物体的化学组成 ⑵物质代谢及其调节 ⑶遗传信息传递及其调控 2.生物化学的发展简史 绪 论 内容提纲 1.生物化学的涵义 ⑴生物体的化学组成 ⑵物质代谢及其调节 ⑶遗传信息传递及其调控 2.生物化学的发展简史 3.生物化学与药学科学 4.生物化学的发展趋势

什么是生物化学？ 简单说，生物化学是生命的化学。 生物化学是用化学的理论和方法作为主要手段，研究生物体的化学组成（如糖、脂类、蛋白质和核酸)、性质及其生命活动的变化规律（生命活动如：生长、生殖、代谢、运动等）的一门科学。 即 运用化学的原理和方法，来探究生命现象的本质

1、化学的理论和方法有哪些？ 化学键、化学元素组成、化学反应、氧化还原、水解、中和等 溶解、沉淀、过滤、透析、层析、电泳、蒸馏、分馏等 酸碱指示剂、滴定、色谱、紫外光吸收、催化剂等 化学学科：有机化学、无机化学、分析化学、实验化学、分子化学、物理化学、生物化学等等。

我们所处在的地球充满着无数的生物，从最简单的病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，处处都可以觉察到生命的活动。 2、生物化学的研究对象：生命 人类 我们所处在的地球充满着无数的生物，从最简单的病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，处处都可以觉察到生命的活动。

3.生物体的化学组成 自然界所有的生命物体都由三类物质组成水、无机离子和生物大分子。

4.生物体的化学变化 地球上的生物形形色色，千姿百态。不同的生物，其形态、生理特征和对环境的适应能力各不相同，都经历着生长、发育、衰老、死亡的变化，都具有繁殖后代的能力。生命活动的过程是由成千上万个生物化学反应组成，但这些反应并非杂乱无章，而是以网络状的途径形式存在。例如在生物体内合成乙醇反应。如果从一个反应来看，精确和调控这些反应（或途径）是保持正常生命活动的基础。

学科交叉、融合

二、生物化学的研究内容

生物化学内容 神经传导 肌肉收缩 静态生物化学 糖代谢 糖类 脂代谢 脂类 生物氧化 蛋白质 氨基酸代谢 酶 核苷酸代谢 核酸 DNA复制 激素 维生素 糖代谢 脂代谢 生物氧化 氨基酸代谢 核苷酸代谢 DNA复制 转录 翻译 神经传导 肌肉收缩 … 功能生物化学 静态生物化学：研究组成生物体的基本物质（核酸、糖类、脂类、蛋白质、激素等）的化学组成、结构、理化性质、生物功能及结构与功能的关系。 动态生物化学：物质代谢的体内动态过程及在代谢过程中能量的转换和代谢调节规律。 功能生物化学：研究代谢反应与生理功能的关系。 分子生物学 动态生物化学

生物大分子：由某些结构单位按一定顺序和方式连接而形成的多聚体，具有信息功能，也称为生物信息分子。

2、生物化学发展简史

生物化学发展简史 重点研究生物体组成 弄清新陈代谢 第一阶段：18世纪中叶（清朝乾隆年间）出现萌芽 第二阶段：20世纪初期，蓬勃发展时期 静态生物化学 第二阶段：20世纪初期，蓬勃发展时期 弄清新陈代谢 第三阶段：50年代以来，分子生物学蓬勃发展 动态生物化学 功能生物化学

The Nobel Prize in Chemistry 1907 第一阶段 静态生物化学（20世纪之前） 1897年发现引起发酵的物质是酶，从而把酵母细胞的生命活力与酶的化学作用联系起来，建立了酶化学。                                             Eduard Buchner(毕希纳) 德国生物化学家 (1860-1917) 发现无细胞发酵现象 The Nobel Prize in Chemistry 1907

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1922 第二阶段 动态生物化学(20世纪初~中叶) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1922 G.Embden，O.Meyerhof和J.K.Parnas阐明了糖酵解，又称这途径为Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径 Otto Meyerhof 迈耶霍夫 (1884-1951)

The Nobel Prize in Chemistry 1946 动态生物化学(20世纪初~中叶) The Nobel Prize in Chemistry 1946 1926年首次得到脲酶结晶 J B Sumner (萨姆纳) (1887～1955) 美国生物化学家

The Nobel Prize in Chemistry 1946 动态生物化学(20世纪初~中叶) The Nobel Prize in Chemistry 1946 显微镜下的胰蛋白酶 1929年分离和提纯了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等，和萨姆纳证明了酶是一种具有催化作用的蛋白质。 J Northrop(诺思罗普) (1891～1987) 美国生物化学家

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 动态生物化学(20世纪初~中叶) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 1930年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径. 1937年又提出了三羧酸循环理论.并解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、 蛋白质的相互联系及相互转变机理。 Hans Krebs （1900~1981） 德裔英国生物化学家

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 动态生物化学(20世纪初~中叶) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 1945年发现并分离出辅酶A，证明其对生理代谢的重要性 Fritz Lipmann (1899～1986) 德裔美国生物化学家

The Nobel Prize in Chemistry 1958 The Nobel Prize in Chemistry 1980 动态生物化学(20世纪初~中叶) The Nobel Prize in Chemistry 1958 40年代测定出牛胰岛素分子中全部氨基酸的排列顺序，并证明了其内部氨基酸的结合方式 设计出一种 测定脱氧核糖核酸(DNA)内核苷酸排列顺序的方法 The Nobel Prize in Chemistry 1980 Paul Berg (1926-) Walter Gilbert (1932-) Frederick Sanger (1918-)

动态生物化学(20世纪初~中叶) Linus Pauling 40年代中期以后提出纤维状蛋白质的螺旋结构，及蛋白质是具有多肽链结构的物质，打开了通往蛋白质与DNA分子奥秘的大门。 Linus Pauling 量子化学家 （1901-1994） 两次荣获诺贝尔奖金（1954年化学奖， 1962年和平奖）

第三阶段 功能生物化学（20世纪中叶以后） 1953年提出DNA双螺旋结构，标志着遗传学完成了由“经典”向“分子”时代的过渡。 1958年提出了“中心法则”，为分子生物学奠定了基础。 F H C Crick (1916-2004) James D Watson (1928 - ) Maurice Wilkins (1916- 2004） The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962

功能生物化学（20世纪中叶以后）                             1965年9月17日，中国首次人工合成胰岛素。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。

The Nobel Prize in Chemistry 1989 功能生物化学（20世纪中叶以后） Sidney Altman (1939-) Thomas R. Cech (1947-) 1978年和1981年奥尔特曼与切赫分别发现了核糖核酸(RNA)自身具有的生物催化作用,这项研究不仅为探索RNA的复制能力提供了线索，而且说明了最早的生命物质是同时具有生物催化功能和遗传功能的RNA，打破了蛋白质是生物起源的定论。 发现RNA的生物催化作用而获奖. The Nobel Prize in Chemistry 1989

建立了“聚合酶链反应”(PCR)方法，是分子生物学里程碑式的发明，由此获得1993年诺贝尔化学奖。 功能生物化学（20世纪中叶以后） 建立了“聚合酶链反应”(PCR)方法，是分子生物学里程碑式的发明，由此获得1993年诺贝尔化学奖。 科学家已经成功地用PCR方法对一个2000万年前被埋在琥珀中的昆虫的遗传物质进行了扩增。 穆利斯(1945～) Kary B. Mullis 美国生物化学家

功能生物化学（20世纪中叶以后） 1997. 2 苏格兰 Wilmut 绵羊“多利”的克隆 为发育生物学研究开拓了更广阔的空间

美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划(2003年完成) 功能生物化学（20世纪中叶以后） 美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划(2003年完成)

人类基因组计划 1984年开始讨论 1990 启动 2000 序列框架图完成

人类基因组计划实施以来的成就 1995 完成原核生物Hemophilus luenzae的基因组测序 1996 完成啤酒酵母的基因组测序 1997 完成大肠杆菌的基因组测序 2000 人类基因组序列框架（中国完成1%） 2000 拟南芥基因组序列（第一个高等植物） 2002 水稻基因组序列框架图（中国独立完成） 2003 中国家蚕基因组序列框架图

水稻基因组 水稻是最重要的粮食作物之一，全世界一半以上的人口以水稻为主食。1997年9月，水稻基因组测序国际联盟在新加坡举行的植物分子学大会期间成立。1998年2月，中、日、美、英、韩五国代表制定了“国际水稻基因组测序计划”，预计到2008年完成目标。这是继“人类基因组计划”后的又一重大国际合作的基因组研究项目 2002年4月5日，美国著名的《科学》杂志封面上出现了秀美的云南红河哈尼梯田，以14页的篇幅发表了中国科学家《水稻（籼稻）基因组的工作框架序列图》一文。同年11月21日，英国著名的《自然》杂志的封面上又出现了沉甸甸的水稻稻穗，以“水稻基因染色体一号和四号冲破了终点线”为封面要目，同时发表了中国科学家完成的第四号染色体精确测序和日本科学家完成的第一号染色体精确测序的论文 2002年12月12日，中国科学院、国家科技部、国家发展计划委员会和国家自然基金会联合举行新闻发布会，宣布中国水稻（籼稻）基因组“精细图”已经完成。

绪 论 从以上所述的生物化学的发展中，可以看出20世纪50年代以来是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学向纵深发展，如50年代的双螺旋结构，60年代的操纵子学说，70年代的DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的DNA测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代；现代生物化学正在进一步发展，其基本理论和实验方法均已渗透到科学各个领域，无论在哪个方面都在不断取得重大进展.

我国生物化学家的贡献 1965年我国在世界上首先用人工方法合成有生物活性的结晶牛胰岛素。 1971年用X射线衍射测定了牛胰岛素的空间结构 1979年我国用人工方法合成酵母丙氨酸转运核糖核酸。 蛋白质变性的理论是我国科学家吴宪创立的。

生物化学与药学科学 药学生物化学是研究与药学科学相关的生物化学理论、原理与技术及其在药物研究、药品生产、药物质量控制与药品临床应用的基础学科。 生物化学是20世纪初由有机化学与生理学交叉发展而形成的一门边缘学科。在研究生物的组成、结构与功能的基础上,一些生命现象的本质开始在分子水平上得到阐明,从而建立了“分子生物学”(molecular biology)。分子生物学是现代生物学的带头学科,它主要研究遗传的分子基础(分子遗传学),生物大分子的结构与功能和生物大分子的人工设计与合成,以及生物膜的结构与功能等。分子生物学的发展使生物学的各个领域在分子水平上密切联系,互相渗透,交叉融合,从而成为了解所有生命现象的分子基础。从这个意义讲分子生物学包括全部生物学,而生物学的发展正日益显示出其带头学科的趋势,因此人们认为21世纪是生物学世纪。 20世纪中叶以来,许多新理论、新技术迅速渗透到药学研究领域,如电子学、波谱技术、立体化学、量子理论与遗传中心法则等新概念的迅速导人,使人们对物质结构、生物大分子的结构与功能和分子遗传学理论有了深入了解,加之生理学、生物化学与分子生物学的进展,使实验医学有了重大突破,从而为新药的发展提供了理论、概念、技术和方法,到20世纪末药学科学已步入了另一新的发展阶段,其特点是以化学模式为主体的药学科学迅速转向以生物学和化学相结合的新模式,因此生物化学与分子生物学在当代药学科学发展中起了先导作用。 应用现代生化技术,从生物体获取生理活性物质除可直接开发成为有意义的生物药物外,还可从中寻找到结构新颖的先导物,设计合成新的化学实体。生物化学药物是运用生物化学的研究成果,将生物体的重要活性物质用于疾病防治的一大类药物,在临床应用的已达数百种。中草药学的研究对象,也是取材于天然生物体,其有效成分的分离纯化及作用原理的研究,也常常应用生物化学的原理与技术。 药物化学是研究药物的化学性质、合成及结构与药效的关系,应用生物化学理论可以为新药的合理设计提供依据,以减少寻找新药的盲目性,从而提高发现新药的概率。 近代药理学主要研究药物作用的分子机制以及药物在体内的代谢转化和代谢动力学。因此其研究理论与技术手段与生物化学密切相关,并已形成一个重要学科分支一一生化药理学。分子药理学是在分子水平上研究药物分子与生物大分子相互作用的机制,因此生物化学与分子生物学是其理论核心基础。 生物药剂学是研究药物制剂与药物在体内的过程(包括吸收、分布、代谢转化和排泄的关系),从而阐明药物剂型因素、生物因素与疗效之间的关系,因此生化代谢与调控理论及其研究手段是生物药剂学的重要基础。 生物化学在制药工业生产实践中也起着重要作用。以生物化学、微生物学和分子生物学为基础发展起来的生物工程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。生物工程主要包括基因工程、酶工程、细胞工程与发酵工程,它们已成为医药工业的新增长点;愈来愈多的重组药物如人胰岛素,人生长素,α、β、γ干扰素,白细胞介素.2(IL.2),促红细胞生成素(红细胞生成素,EPO),组织纤溶酶原激活剂(tPA)和乙肝疫苗等均已在临床广泛使用。新的蛋白质工程药物种类正在日益增加,应用生物工程技术改造传统制药工业,也取得巨大突破;组织工程技术和生物工程技术在制药工业中的广泛应用将使传统制药工艺发生深刻变革。 总之,生物化学是现代药学科学的重要理论基础,是药学院校学生学好专业课、从事新药研究、药物生产、药物使用与药政管理的必要基础学科。

1.促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的正确诊断 绪 论 1.促进对人或动物致病机理的认识，提高对疾病的正确诊断 从医学方面讲，人或动物的病理状态常常是由于细胞中化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂类物质含量增高是心血管疾病的特征之一（如冠心病、血管栓塞引起脑溢血、脑血栓等症状）；血红蛋白一级结构的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命，是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血细胞溶血所致等，许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测定。

2. 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 绪 论 2. 生物化学理论和方法促进生物药物研究与开发 生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分离、纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本物质。这些药物的特点是来自生物体，基本生化成份即氨基酸、肽、蛋白质、酶与辅酶、多糖（粘多糖类）脂质、核酸及其降解产物。这些物质成分均具有生物活性或生理功能，毒副作用极小，药效高而被服用者接受。生化药物在制药行业和医药上占有重要地位。如氨基酸、核苷酸（所谓基因营养物）、SOD、 紫杉醇等已经应用于临床治疗。

3.研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业的基础 绪 论 3.研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业的基础 氨基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长激素、维生素C等也可通过微生物发酵手段进行生产。发酵产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物化学理论和技术。此外，研究微生物新陈代谢过程及其调节控制对于选育高产优质的菌株﹑筛选最佳发酵理化因子及提高发酵效率具有指导意义。

4.分子生物学与生物技术的迅速发展为重组生物药物发展奠定基础 转人生长素基因的小鼠（右）

三、生物化学与药学科学 （一）药学生物化学：生物化学作为药学的基础学科 （二）药学、实验医学的发展，使以化学模式为主体的药学迅速 转向生物学和化学相结合的新模式 （三）生化研究对药物化学研究减少盲目性，提高新药发现率。 （四）近代药理学------生化药理学------分子药理学 （五）生化代谢与调控理论及研究手段是生物药剂学的重要基础。 （六）生物化学与制药工业生产实践密切相关 1. 生物化学的实验方法、技术在制药工业中广泛应用，比 如分离天然生物药物和中草药。 2. 药品生产中无菌操作多利用了生物化学的基本原理。 3. 以生物化学、微生物学和分子生物学为基础发展起来的 生物工程制药工业已经成为制药工业的一个新门类。

四、生物化学发展趋势 现代生物化学研究的热点问题 学科交叉、融合；理论与实践相结合；全方位、立体、综合性研究 蛋白质降解机制 发育进程的细胞增殖、功能分化及组织和器官的形成等生化过程 细胞凋亡及其形态结构的不断调整 神经生化

学习方法 抓住特点、记住要点 纲目清楚、多而不乱 循序渐进、前后联系 适当归纳对比