生物化学 Biochemistry

主 要 内 容 生物化学的概念、对象、研究方法和任务。 生物化学发展简史 生物化学研究内容 生物化学的应用 生物化学的学习方法

什么是生物化学？ 生物化学研究的对象： 生物体(动物、植物、微生物） 生物化学是用化学的原理和方法，从分子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的一门科学。 生物体(动物、植物、微生物）

研究方法 研究内容及手段 研究生命现象的化学本质 生物化学是以实验技术为前提的 研究手段：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学及物理的理论和方法 生物化学是以实验技术为前提的 技术方法的新进展推动生物化学的深入研究

一 生命

（一） 生命的定义 细胞是生物体的基本结构单元 自我复制 (self-replication) 自我装配 (self-assemble) 自我调节 (self-regulation) 细胞是生物体的基本结构单元

(二) 生命的的共同“语言”——化学 著名的诺贝尔奖获得者亚瑟·肯伯格（Arthur Kornberg）在哈佛大学医学院建校100周年时说：“所有的有生命体都有一个共同的语言，这个语言就是化学。” DNA是生命体的“共同语言”

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、无机离子和生物分子

人一生与外环境的物质交换 水 60 000kg 糖 类 10 000kg 脂 类 1 000kg 蛋白质 1 000kg

生命体的元素组成 在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现 第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。 第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。这类元素也是组成生命体的基本元素。 第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。是生物体内存在的主要少量元素。 第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。

七大营养要素 （水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧） 生物分子 无机小分子（H2O、CO2、Ca2+、Mg2+ 、维生素等） 代谢中间物（丙酮酸、柠檬酸、苹果酸等） 构件分子 （氨基酸、核苷酸、单糖等） 生物大分子 （核酸、蛋白质、聚糖等） 超分子 （核糖体、酶复合体、微管等） 细胞器 （细胞核、线粒体、高尔基体等） 七大营养要素 （水、无机盐、糖、脂、蛋白质、维生素、氧）

生物大分子基本特征 生物分子中最重要的是糖、酯、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子。 生物信息大分子具有如下特征： （1）由结构小分子结构单元组成. （2）顺序排列。 （3）结构复杂：线性信息，三维信息

生物分子的结构与功能 生物分子种类繁多、各自有其结构特征，分别行使不同的功能。生物大分子还可通过分子之间的相互识别和相互作用实现其功能。 分子结构、分子识别和分子的相互作用是执行生物信息分子的基本要素，也是当今生物化学研究的热点之一。

二 发展简史

生物化学发展过程中杰出科学家代表 查资料看这些科学家研究领域是什么？ 我们从中学到什么？ 从这些科学家的成名过程中，我们领悟到了什么？

1579－1644 Jan Baptist van Helmont --海尔蒙特 （比利时）他是第一个用化学去了解人类与生物的生理构造，进而提出医治方法的人。後来全世界的生物及化学课本，都提到他的名字，并尊称他为“生物化学之父”。 Antoine Lavoisier--拉瓦锡 (1743-1794)（法）研究“生物体内的燃烧”，第一个证明动物身体的发热是由体内物质氧化而来。

　德国化学家Justus von Liebig--李比希 (1803-1873)首先提出将食物成分分为糖类、脂类和蛋白质类，提出“代谢”一词，最先写出两本生物化学相关专著。 1852－1919 Fischer--费歇尔 （德）首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的“锁-匙”学说；合成了糖及嘌呤。1902年获诺贝尔奖。 生物化学的创始人 （Emil Fischer）

Frederick Grant Banting JohnJames Richard Macleod   1923年发现胰岛素 F.G.班廷 J.J.R.麦克劳德 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1923 for the discovery of insulin Frederick Grant Banting Toronto University b.1891 d. 1941 JohnJames Richard Macleod Toronto University b. 1876 (in Cluny, Scotland) d. 1935

汉斯·克雷勃斯（Hans A. Krebs） （英） 1900－1981 1937年发现三羧酸循环，1953年获诺贝尔奖。 李纳斯·鲍林（Linus Pauling） （美）1901-1994 1949 年指出镰刀形红细胞性贫血是一种分子病，并于1951年提出蛋白质存在二级结构。 1954年获诺贝尔奖。

1953年 Watson（美）与 Crick（英）提出DNA分子的双螺旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖。 弗朗西斯·克里克（Francis H. Crick） 1916— 詹姆斯·沃森（James D. Watson） 1928—

1972 Ber-（美）在基因工程基础研究方面作出了杰出成果，获1980年诺贝尔奖。 Daniel Nathans Hamilton O. Smith Werner Arber 1969-1972, Arber--阿尔伯 (瑞士),Smith--史密斯 (美)与Nathans--内森斯 (美)在核酸限制酶的分离与应用方面做出突出贡献,1978年共获诺贝尔奖。 1972 Ber-（美）在基因工程基础研究方面作出了杰出成果，获1980年诺贝尔奖。 1973 Cohen--科恩等（美）用核酸限制性内切酶EcoR1，首次基因重组成功。 Paul Berg Herbert Boyer Stanley Cohen

巴巴拉·麦克林托克(美）（Barbara McClintock，1902年-1992年） 是第一位靠独自研究成果而获诺贝尔奖金的女科学家。 她提出“移动的控制基因学说” (DNA transposable elememt )，于1983年获得诺贝尔医学及生理学奖。 阿达·尤纳斯（以色列 ）（Ada E. Yonath ） 1939— 设立了以色列的首个蛋白质晶体学实验室，从事核糖体蛋白合成，光合作用中的光反应的研究。她与另外两位美国科学家共享了2009年诺贝尔化学奖。

雪莉·蒂尔曼（美） Shirley Marie Tilghman 1946— 参与世界第一例哺乳动物的基因克隆实验，证实了基因表达取决于父母的染色体。 联合国教科文组织工作人员与2001年5位世界杰出女生物学家合影

人类基因组计划（human genome project, HGP） 人类DNA上约2.6×109碱基、大约有3万～4万个可翻译基因 。 2001 Venter（美）等报道完成了人类基因组草图测序。

目前已能用基因工程的方法生产许多产品如乙型肝炎疫苗、SOD（超氧化物歧化酶）、人生长激素、各种干扰素、各种白细胞介素等等。 基因工程方法 的应用 目前已能用基因工程的方法生产许多产品如乙型肝炎疫苗、SOD（超氧化物歧化酶）、人生长激素、各种干扰素、各种白细胞介素等等。

我国在生物化学领域中的杰出代表 我国生物化学的开拓者——吴宪教授 吴宪(1893-1959)北京协和医学院生物化学系教授。创立了血滤液的制备和血糖测定法；在蛋白质研究中，提出了蛋白质变性学说；在免疫化学方面，对抗原抗体反应机制也有重要的发现。

刘思职1904-1983 （北京医学院教授） 1940年发现抗体、抗原反应存在定量关系。1954年主编的《生物化学大纲》是我国第一部自编的中文生物化学教科书。 王应睐1907－2001 （中科院生物学部委员）在40年代发现琥珀脱氢酶的酶朊与FAD 以共价键结合，并受底物与磷酸盐等物激活，这项工作是该酶研究的重要突破。 在其领导下，先后于1965年和1981年在世界上首次人工合成了具有完整生物活力的牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。

70年代我国科学家采用基因导入和整合方法将抗虫基因导入棉花，获得了抗虫植株，对棉花的大敌棉蛉虫的抗虫效果十分显著。 近年来，我国的基因工程、蛋白质工程、人类基因组计划以及新基因的克隆与功能研究等方面均取得了重要成果，正朝着国际先进水平迈进。

生物化学发展过程三个时代 静态生物化学时代 每个时代的代表性事件是什么？ 动态生物化学时代 分子生物学时代

三 内容

生物学 植物学 动物学 就业岗位 生物化学是现代生物学科的基础和前沿 生物化学是分子水平的生物学 酶工程 蛋白质 基因工程 工程 化学 分子生物学 生物学 生物化学 （以蛋白质、核酸、细胞信号为主要研究对象的生物化学）

生物化学与普通化学的区别 生命的化学，化学的生命

生物化学的基本内容包括： 发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组成、结构和性质； 生物分子的结构、功能与生命现象的关系； 生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。 wgffhfh

主要内容 生物大分子的结构与功能：蛋白质、核酸化学、酶、维生素与微量元素 物质代谢：糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧化、代谢调节 遗传信息的传递规律：DNA复制、RNA转录、蛋白质生物合成

具体内容 认识生物化学 一 糖类的功能、性质、结构及应用 二 脂类的功能、性质、结构及应用 三 蛋白质的功能、性质、结构及应用 一 糖类的功能、性质、结构及应用 二 脂类的功能、性质、结构及应用 三 蛋白质的功能、性质、结构及应用 四 核酸的功能、性质、结构及应用 五 酶的功能、性质、结构及应用 一 能量代谢 二 糖代谢 三 脂代谢 四 含氮化合物代谢——氨基酸代谢 五 含氮化合物代谢——核苷酸代谢 一 基因信息的传递 二 代谢调节 生物大分子 物质和能量代谢 遗传信息的 传递及表达

四 应用

生物化学 生物技术 诊断试剂 治疗药物 植物品种 畜用制品 食品加工 环境工程 废物处理 生物塑料 民用制品 再生能源

控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。 生物化学的最终目的是 控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。 A.战胜生理疾病 疾病的诊断与病理分析、新药物的开发设计、各类保健品开发、基因疗法、器官克隆等 B. 农业丰产 转基因技术进行育种、生物病虫害防止、利用代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品种的克隆技术

C.生物工程技术与产品 生物化学中酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工、酿造、新材料、新能源的开发与研制等工业领域，同时应用生化技术进行工业污染的治理也以其成本低、效率高、无毒害等优势越来越得到大家的重视。 D .其他 如DNA指纹技术

生命科学中的未知领域 生命的起源； 地外生命的探索； 遗传物质的进化； 发育生物学； 癌症； 病毒； 自身免疫； 脑科学（记忆，推理etc.）； 生物行为的分子基础与规律； 环境生态etc.；

二十一世纪 面临的问题 人口与粮食 健康与疾病 环境与生态 能源与资源

五 魅力

有用 所有生物学科都不是孤立的，而是相互联系、相互补充、相互渗透，其基础就是“生命的化学语言”。换而言之，生物化学是联系生物学科之间的桥梁。 有趣 可实现许多个人愿望。 可成名 20世纪Nobel生理学、化学奖中半数以上在生物化学领域取得重大突破

六 学习方法

课前预习 找到问题 专心听讲 消化问题 做好笔记 方便复习 开动脑筋 提出问题 参考资料 开阔思路 课后复习 巩固总结 多做练习 解决问题 思路清晰 学会学习 动手实验 加强理解

参考书目： 生物化学（第三版） 王镜岩、朱圣庚等主编，北京，高等教育出版社 2002.9 普通生物化学 郑集等编著，高等教育出版社，2002.10 蛋白质与核酸　王琳芳,杨克恭. 北京. 北京医科大学，中国协和医院大学联合出版社　1998. 现代分子生物学（第二版）朱玉贤，李毅. 北京. 高等教育出版社. 2002.7. 现代生物化学理论与研究技术　孙志贤．北京.军事医学科学出版社　1995 生物化学学习指南习题与解答　王延枝．武汉大学出版社。 佐贝《生物化学》，复旦大学译。 Stryer《生物化学》，北大译。 Biochemistry: An introduction (Second Edition) Trudy Mcke (影印版) 科学出版社 2000 Instant notes in biochemistry B.D. Hames N.M.Hooper (影印及翻译版) 科学出版社 2000

生化重要发现大事年表: （摘自《生命的化学》1989,9(1):35-） 1773：发现尿素 1779：从橄榄法中提出甘油 1780：指出呼吸即氧化作用 1810：指出发酵的重反应 1836：明确催化剂的概念 1847：完成淀粉酶的分解作用，将淀粉变成麦芽糖 1857：提出发酵的“活力论” 1862：指出淀粉为光合作用的产物 1869：发现核酸 1886：发现“组织血红素”，后来叫它为细胞色素 1890：结晶出第一个蛋白质：卵白蛋白 1897：完成无细胞发酵作用

1902：表明蛋白质为多肽链 1903：分离出第一个激素：肾上腺素 1905：明确“激素”一词 1911：明确“维生素”一词 1912：指出生物氧化为脱氢作用 1913：提出酶动力学理论 1914：指出生物氧化由铁激活氧而来 1926：分离出第一个维生素：维生素B1；结晶出第一个酶：脲酶 1929：发现“活性磷酸”ATP；鉴定出“呼吸酶类”为血红素化合物 1929-1934：分离出四种类固醇激素 1932：发现鸟氨酸循环 1935：分离出第一个结晶病毒：烟草花叶病毒 1936：指出维生素为辅酶的组成成分 1937：将柠檬酸循环模式化 1938：发现转氨基作用 1939：发现氧化磷酸化作用

1941：认为ATP的主要作用在于它是“高能化合物” 1944：酶的遗传；DNA是细菌的转化因子 1951：阐明活性乙酸 1952：提出蛋白质的螺旋模型 1953：阐明胰岛素的结构；提出核酸的螺旋模型 1958：阐明纯病毒核酸的感染性 1959：在激素作用中，发现cAMP是“第二信使” 1960：呼吸链磷酸化作用的化学渗透学说；阐明蛋白质的第一个三维结构 1961：提出调节基因激活的模式；将核酸的碱基密码解译出来 1963：指出酶的变构抑制作用 1965：第一次阐明核酸顺序；阐明酶（溶菌酶）的空间模型 1968-1970：发现限制性内切酶 1972：提出膜的流体镶嵌模型 1978：发现DNA中的内含子