生物化學(xué)緒論

1、第一章第一章 緒緒 論論 應(yīng)李強(qiáng)應(yīng)李強(qiáng) 科研樓科研樓c-616c-616email:yingliqiangyahoo.email:生物化學(xué)的概念生物化學(xué)的概念 生物化學(xué)是介于生物與化學(xué)之間的學(xué)科，是利用化學(xué)的理論和生物化學(xué)是介于生物與化學(xué)之間的學(xué)科，是利用化學(xué)的理論和方法研究生物的一門學(xué)科。有生命的化學(xué)之稱。方法研究生物的一門學(xué)科。有生命的化學(xué)之稱。其任務(wù)是闡述構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)（生物大分子其任務(wù)是闡述構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)（生物大分子糖類、脂類、糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及功能；生命活動（如生長、生殖、蛋白質(zhì)、核酸）的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及功能；生命活動（如生長、生殖、代謝、運(yùn)動等）過程的

2、變化規(guī)律（物質(zhì)代謝和能量代謝）。代謝、運(yùn)動等）過程的變化規(guī)律（物質(zhì)代謝和能量代謝）。 19031903年提出年提出biochemistrybiochemistry，生物化學(xué)才成為一門獨(dú)立的學(xué)科，生物化學(xué)才成為一門獨(dú)立的學(xué)科，在此之前，由有機(jī)化學(xué)和生理學(xué)分別研究。在此之前，由有機(jī)化學(xué)和生理學(xué)分別研究。分子生物學(xué)分子生物學(xué)（molecular biologymolecular biology）概念概念廣義廣義: 研究蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)和功能，也就是研究蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)和功能，也就是從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學(xué)規(guī)律。狹義狹義: 偏重于核酸偏

3、重于核酸(或基因或基因)的分子生物學(xué)，主要研究基因或的分子生物學(xué)，主要研究基因或dna的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制等過程，也涉及這些過的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制等過程，也涉及這些過程中有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。程中有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。（上世紀(jì)（上世紀(jì)7070年代形成較完整的學(xué)科）年代形成較完整的學(xué)科）第一節(jié)第一節(jié) 生物化學(xué)發(fā)展簡史生物化學(xué)發(fā)展簡史1、初期階段、初期階段:（二十世紀(jì)初以前，靜態(tài)生物化學(xué)時期）（二十世紀(jì)初以前，靜態(tài)生物化學(xué)時期）2、發(fā)展階段、發(fā)展階段: （二十世紀(jì)前半葉，動態(tài)生物化學(xué)時期）（二十世紀(jì)前半葉，動態(tài)生物化學(xué)時期）3、機(jī)能生物化學(xué)及分子生物學(xué)時

4、期：（二十世紀(jì)五十年、機(jī)能生物化學(xué)及分子生物學(xué)時期：（二十世紀(jì)五十年代以后）代以后）1、初期階段、初期階段1818世紀(jì)中，世紀(jì)中，scheele scheele 研究生物組織的組成。研究生物組織的組成。1818世紀(jì)末，世紀(jì)末，lavoisier lavoisier 研究生物呼吸代謝。研究生物呼吸代謝。18281828年，年， wohler (wohler (德德) ) 從無機(jī)鹽合成了尿素從無機(jī)鹽合成了尿素。18651865年，年，mendelmendel發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)“遺傳因子遺傳因子”。 年年, , 發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸的沉淀物發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸的沉淀物, , 并在所并在所有細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì)有細(xì)

5、胞的核里都找到了此物質(zhì), , 故命名核質(zhì)故命名核質(zhì)(nuclein)(nuclein)。年年, ,核質(zhì)改名為核質(zhì)改名為“核酸核酸”, , 并且已經(jīng)認(rèn)識并且已經(jīng)認(rèn)識到到“核質(zhì)核質(zhì)” ” 乃乃“核酸核酸” ” 與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。2 2、發(fā)展階段、發(fā)展階段 19031903年年 neuberg neuberg 首次使用首次使用“biochemistry”biochemistry”。 19101910年，年，morganmorgan發(fā)表發(fā)表“染色體理論染色體理論”。 19261926年年 sumnersumner結(jié)晶得到了脲酶結(jié)晶得到了脲酶, ,證明酶就是蛋白質(zhì)證明酶就是蛋白質(zhì) 19

6、351935年年 schneiderschneider將同位素應(yīng)用于代謝的研究將同位素應(yīng)用于代謝的研究 19441944年年 averyavery等人證明遺傳信息是核酸等人證明遺傳信息是核酸 19531953年年 sangersanger胰島素氨基酸的序列測定胰島素氨基酸的序列測定19531953年年 watsonwatson和和crickcrick提出提出dnadna雙螺旋模型；雙螺旋模型；年年, ,用密度梯度超離心法用密度梯度超離心法, , 證實(shí)半保留復(fù)制證實(shí)半保留復(fù)制假說。假說。19701970年年 發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了dnadna限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶 19721972年年 dnadna重組

7、技術(shù)的建立重組技術(shù)的建立 19781978年年 dnadna雙脫氧測序法的建立雙脫氧測序法的建立19901990年年 人類基因組計劃的實(shí)施人類基因組計劃的實(shí)施20032003年人類基因組計劃宣告完成測序任務(wù)。年人類基因組計劃宣告完成測序任務(wù)。3 3、分子生物學(xué)時期、分子生物學(xué)時期4、人類基因組計劃(human genome project, hgp)n是由是由美國美國科學(xué)家于科學(xué)家于19851985年率先提出，于年率先提出，于19901990年年正式啟動的。正式啟動的。n美國、美國、英國英國、法蘭西共和國、法蘭西共和國、德意志聯(lián)邦共和德意志聯(lián)邦共和國國、日本國國和我國科學(xué)家共同參與了這一價、日

8、本國國和我國科學(xué)家共同參與了這一價值達(dá)值達(dá)3030億美元的人類基因組計劃。億美元的人類基因組計劃。n這一計劃旨在為由這一計劃旨在為由堿基堿基構(gòu)成的人類基因組精確構(gòu)成的人類基因組精確測序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因測序，發(fā)現(xiàn)所有人類基因, ,并搞清其在并搞清其在染色體染色體上的位置，破譯人類全部遺傳信息。上的位置，破譯人類全部遺傳信息。n與曼哈頓原子彈計劃和與曼哈頓原子彈計劃和阿波羅計劃阿波羅計劃并稱為三大并稱為三大科學(xué)計劃。科學(xué)計劃。人類基因組計劃與后基因組研究人類基因組計劃與后基因組研究1 1人類基因組計劃的主要內(nèi)容：人類基因組計劃的主要內(nèi)容：遺傳圖分析；遺傳圖分析；物理圖分析；物理圖分析；轉(zhuǎn)錄圖分析

9、；轉(zhuǎn)錄圖分析；基因組序列基因組序列測定；測定；資料的儲存與利用。資料的儲存與利用。2 2后基因組研究：后基因組研究：功能基因組學(xué)；功能基因組學(xué)；蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組學(xué)等。組學(xué)等。n基因組基因組(genome)(genome)是指細(xì)胞或生物體的一套完整的是指細(xì)胞或生物體的一套完整的單倍體遺傳物質(zhì)，是所有染色體上全部基因和基單倍體遺傳物質(zhì)，是所有染色體上全部基因和基因間的因間的dnadna的總和。的總和。n基因組是一個十分穩(wěn)定的體系。同一種系不同個基因組是一個十分穩(wěn)定的體系。同一種系不同個體之間的染色體數(shù)目是相同的，各染色體上有相體之間的染色體數(shù)目是相同的，各染色體上有相同數(shù)量的基因和基因分布，也有基本

10、相同的核苷同數(shù)量的基因和基因分布，也有基本相同的核苷酸順序，即基因組是一個相對靜態(tài)的概念。酸順序，即基因組是一個相對靜態(tài)的概念。n一個有機(jī)體從它的發(fā)生、發(fā)展到衰老、死亡，不一個有機(jī)體從它的發(fā)生、發(fā)展到衰老、死亡，不同細(xì)胞、組織和器官的基因組是基本穩(wěn)定不變的。同細(xì)胞、組織和器官的基因組是基本穩(wěn)定不變的。 基因組包含的遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生基因組包含的遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mrnamrna，不同細(xì)，不同細(xì)胞在不同生理或病理狀態(tài)下轉(zhuǎn)錄子組包含的胞在不同生理或病理狀態(tài)下轉(zhuǎn)錄子組包含的mrnamrna的種類不完全相同。的種類不完全相同。一個細(xì)胞在特定生理或病理狀態(tài)下表達(dá)的所有種一個細(xì)胞在特定生理或病理狀態(tài)下表達(dá)

11、的所有種類的類的mrnamrna稱為轉(zhuǎn)錄子組稱為轉(zhuǎn)錄子組(transcriptome)(transcriptome)。mrnamrna經(jīng)翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，不同細(xì)胞在不經(jīng)翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，不同細(xì)胞在不同生理或病理狀態(tài)下所表達(dá)的蛋白質(zhì)的同生理或病理狀態(tài)下所表達(dá)的蛋白質(zhì)的種類也不完全相同。種類也不完全相同。一個細(xì)胞在特定生理或病理狀態(tài)下表達(dá)的一個細(xì)胞在特定生理或病理狀態(tài)下表達(dá)的所有種類的蛋白質(zhì)稱為蛋白質(zhì)組所有種類的蛋白質(zhì)稱為蛋白質(zhì)組(proteome)(proteome)蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)n蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)這個概念最早是在這個概念最早是在19951995年提出的，它年提出的，它在本質(zhì)上指的是在大規(guī)

12、模水平上研究在本質(zhì)上指的是在大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的特的特征。征。n包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與包括蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等。蛋白相互作用等。n由此獲得蛋白質(zhì)水平上的關(guān)于疾病發(fā)生、由此獲得蛋白質(zhì)水平上的關(guān)于疾病發(fā)生、細(xì)胞細(xì)胞代代謝等過程的整體而全面的認(rèn)識。謝等過程的整體而全面的認(rèn)識。 5 5、我國在生化方面取得的重要成就、我國在生化方面取得的重要成就19651965年結(jié)晶牛胰島素人工合成，是世界上公認(rèn)的年結(jié)晶牛胰島素人工合成，是世界上公認(rèn)的第一個具有全部生物活性的蛋白質(zhì)人工合成。第一個具有全部生物活性的蛋白質(zhì)人工合成。豬胰島素豬胰島素x x射線晶

13、體射線晶體0.25nm0.25nm及及0.18nm0.18nm的分析研究，的分析研究，表明我國生物大分子的表明我國生物大分子的x x射線晶體結(jié)構(gòu)分子跨入了射線晶體結(jié)構(gòu)分子跨入了世界先進(jìn)行列。世界先進(jìn)行列。19811981年又首先人工合成了具有生物活性的酵母年又首先人工合成了具有生物活性的酵母trnatrnaalaala。第二節(jié)、生物化學(xué)的研究內(nèi)容第二節(jié)、生物化學(xué)的研究內(nèi)容1 生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能（生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能（蛋白質(zhì)，核酸和酶蛋白質(zhì)，核酸和酶）（一）生物體的組成物質(zhì)：（一）生物體的組成物質(zhì)：復(fù)雜性復(fù)雜性 組成物質(zhì)多；分子大；空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜。組成物質(zhì)多；分子大；空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜。規(guī)律性規(guī)律

14、性 元素元素構(gòu)件小分子構(gòu)件小分子聚合物（生物大分子）；聚合物（生物大分子）；結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。復(fù)雜性復(fù)雜性 1.1.多步化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成代謝途徑；多步化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成代謝途徑； 2.2.多條代謝途徑相互交織成網(wǎng)；多條代謝途徑相互交織成網(wǎng)； 3.3.物質(zhì)代謝和能量代謝相互交織；物質(zhì)代謝和能量代謝相互交織； 4.4.調(diào)節(jié)控制有條不紊。調(diào)節(jié)控制有條不紊。規(guī)律性規(guī)律性 1.1.反應(yīng)類型不多；反應(yīng)類型不多； 2.2.反應(yīng)機(jī)理符合有機(jī)化學(xué)理論；反應(yīng)機(jī)理符合有機(jī)化學(xué)理論； 3.3.調(diào)節(jié)控制與生物學(xué)功能相適應(yīng)。調(diào)節(jié)控制與生物學(xué)功能相適應(yīng)。2 2 物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)（動態(tài)生物化學(xué)）（動態(tài)

15、生物化學(xué)）代謝途徑的類型：（a）多種游離酶構(gòu)成的代謝途徑；（b）多酶復(fù)合體構(gòu)成的代謝途徑；（c）膜結(jié)合酶構(gòu)成的代謝途徑。3 3 遺傳信息的傳遞及其調(diào)控遺傳信息的傳遞及其調(diào)控ndna rna dna rna 蛋白質(zhì)（基因表達(dá)）；蛋白質(zhì)（基因表達(dá)）； nhgphgp，基因克隆，基因表達(dá)調(diào)控，基因診斷和，基因克隆，基因表達(dá)調(diào)控，基因診斷和治療等。治療等。第三節(jié)第三節(jié) 生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與醫(yī)學(xué)n致病機(jī)理的研究，疾病的診斷與治療致病機(jī)理的研究，疾病的診斷與治療 n糖尿?。ㄌ悄虿。╠iabetes mellitusdiabetes mellitus）簡寫作）簡寫作dmdm，是，是一種全方位的代謝病，即

16、不僅影響到糖的代謝，一種全方位的代謝病，即不僅影響到糖的代謝，也影響到脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝甚至水、鹽代也影響到脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝甚至水、鹽代謝、酸鹼平衡，涉及到人體的各個系統(tǒng)。謝、酸鹼平衡，涉及到人體的各個系統(tǒng)。n糖尿病又是一種常見病、多發(fā)病，因此為了防糖尿病又是一種常見病、多發(fā)病，因此為了防治這種對社會和個人都有很大不利影響的疾病，治這種對社會和個人都有很大不利影響的疾病，對其生化背景應(yīng)有一深入的了解。對其生化背景應(yīng)有一深入的了解。 n酶活力的變化在時相上常出現(xiàn)在組織形態(tài)學(xué)改酶活力的變化在時相上常出現(xiàn)在組織形態(tài)學(xué)改變之前。變之前。n臨床上測定酶活力可以為機(jī)體的狀況、病臨床上測定酶活力可以為

17、機(jī)體的狀況、病變的部位及程度提供可靠的信息和證據(jù)。變的部位及程度提供可靠的信息和證據(jù)。n為估價治療效果和預(yù)后提供有價值的資料。為估價治療效果和預(yù)后提供有價值的資料。n目前用于臨床診斷的酶已超過目前用于臨床診斷的酶已超過6060種，其中種，其中3030多多種在臨床上應(yīng)用比較成熟和廣泛。種在臨床上應(yīng)用比較成熟和廣泛。 n基因診斷基因診斷n指用分子生物學(xué)的技術(shù)，對患者或受檢者的某指用分子生物學(xué)的技術(shù)，對患者或受檢者的某一特定基因和（或）其轉(zhuǎn)錄物進(jìn)行檢測和分析，一特定基因和（或）其轉(zhuǎn)錄物進(jìn)行檢測和分析，從而對相應(yīng)的疾病（包括遺傳病、惡性腫瘤、從而對相應(yīng)的疾?。òㄟz傳病、惡性腫瘤、感染性疾病等）進(jìn)行診斷。感染性疾病等）進(jìn)行診斷。 本學(xué)期講授內(nèi)容 緒論緒論第一章：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二章：核酸的結(jié)構(gòu)與功能第二章：核酸的結(jié)構(gòu)與功能第三章：酶第三章：酶第四章：生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)第四章：生化實(shí)驗(yàn)技術(shù) 生物大分子的生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能 第五章：糖代謝第五章：糖代謝第六章：脂類代謝第六章：脂類代謝第七章：生物氧化第七章：生物氧化第八章：氨基酸代謝第八章：氨基酸代謝第