第一章-生物化学绪论

BIOCHEMISTRY生物化学主讲：生物与制药工程学院申宁第一章绪论生命与生物化学一、生命的定义具有复制的能力具有催化的能力具有突变的能力地球充满着生物，从最简单的病毒到菌藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类，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。生物化学的定义?生物化学是生物学（或化学）的一个分支，是生命的化学,应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质的学科。二、细胞（CELL）——生命的基本单元细胞是组成生物体的基本结构单元，是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动的基本场所。细胞的分类细胞分两大类：原核细胞(Prokaryotecell)真核细胞(Eukaryotecell)。1．原核细胞原核细胞只有原始的细胞核（无核膜和核仁）原核细胞的结构某些原核细胞的形状2．真核细胞真核细胞是高等植物,动物及一些微生物的基本组织单位。真核细胞中含有被核膜包着的核真核细胞的结构植物细胞的结构原核生物：地球上数量最多、分布最广。代谢系多样性能适应各种环境。真核生物：一般为原核细胞的上千倍～上万倍，有核，其构造与机能均比原核生物复杂。三、生命的起源与进化化学进化：从小分子形成生物大分子；自身组织：生物大分子发展自复制能力；生物进化：从简单生物形成复杂的现代生物。鱼飞鱼鸡人各种动物的胚胎与发育各种生物从生物化学的角度看，从细胞到遗传物质几乎相同—最基本的全生物的本质是共通的！这也表明全生物可能由单一的共通的祖先进化来的。四、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生物分子生物分子的主要类型：糖、脂、核酸和蛋白质生物分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。结构单元蛋白质－氨基酸高分子核酸－核苷酸（碱基、核糖）多糖-单糖脂质－非高分子(但常形成多聚体)构成蛋白质的结构单元分子20种基本氨基酸构成核酸的结构单元分子构成糖的结构单元分子单糖构成脂的结构单元分子甘油、脂肪酸和胆碱生物学动物学植物学微生物学化学生物学生物化学五、生物化学研究的范畴生物化学研究范畴1.生物体中各物质的分子结构及其集合状态，这种结构是如何形成的，其结构变化如何引起性质变化。2.蛋白质的作用机制、激素、受体在传递信息过程的特定作用及其机制。3.遗传情报是如何表达？如何传给下一代的？4.细胞及生物体中存在无数的生化学反应，它们是如何保持各反应的调和性的？5.细胞及生物生长、分化、增殖的机理。生物化学的基本内容包括：静态生化：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；动态生化：生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。六、生物化学发展简史我国古代劳动人民对生物化学的贡献：我国古代劳动人民在长期的生产和生活中，积累了很多的知识和经验，对我国古代生物化学的发展和起源做出了很大贡献。主要有以下证据：1、公元前15世纪，从出土文物的酒具、铜器来看，已能造酒，《尚书》记载中己有用“曲”酿酒。2、《周礼》记载有用“曲”制酱；《黄帝内经》记载有食物搭配膳食；《左传》中记载用“曲”来治肠胃病。3、公元前4世纪《庄子》中记载以碘治瘿病（甲状腺肿），用猪肝治夜盲症（雀目）。4、唐朝《食疗本草素问》提出饮食治疗的思想；明朝李时珍《本草纲目》中记载了药用植物1800多种。以上这些事实都是我国古代劳动人民对生物化学的发展做出了一定的贡献。由于历代封建王朝，遵经崇儒，斥科学为异端，所以近代生物化学的贡献主要欧洲各国。七、近代学者对生物化学的贡献及生物化学的诞生1、生物化学的诞生现代自然科学是从18世纪下半叶开始发展，而生物化学是以18世纪随着化学、物理学特别是生理学的发展而逐渐形成一门学科。生物化学是一门年轻的学科，它诞生于19世纪末，20世纪初，即1903年，由德国的Neuberg提出“生理化学”这个名词，（英文为Biochemistry或BiologicalChemistry现译为“生物化学”，简称“生化”。2、生物化学发展与起源生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪初步发展，20世纪初才成为独立的学科。首先，起源于法国，由法国传之于德国，由德国而传到美国和英国。在20世纪后，再由上述国家流传于其他各国。大约在两世纪中的时间中，经过很多杰出生化学者的辛勤研究，现己成为独立完整的生物化学学科。3、生物化学发展重要记事。19世纪：（1）1842年德国化学家李比希（Liebig）提出“代谢metabolize”一词，他指出：代谢是生命机体物质建设和破坏的化学过程。（3）1849年，法国微生物学家巴斯德（Pasteur）提出酵母中有“酵素”即现代所说的“酶”。（4）1876年，WilhelmKuhne（屈内）给酵素定名为“酶（Enzyme）。（2）1877年，德国化学家霍佩------赛勒（Hoppe—Seyler）第一次提出“生物化学”一词。（5）1894年，费歇尔（Fischey）首先提出酶的专一性及酶作用的“锁钥学说”。由于费歇尔是使生物化学成为独立学科的最有功劳的人物，因此被人们誉之为“生物化学之父”。20世纪：（6）1926年，萨姻纳（Sumney）制成第一种酶的结晶：脲酶。（7）1937年，克雷布斯（A.Krebs）提出著名的三羧酸循环。（8）1950年，Waybuyg提出ATP是代谢能产生和利用的关键化含物。并提出呼吸链和氧化磷酸化理论。（9）1953年，桑格（Sangey）提出胰岛素分子由51个氨基酸组成。同时，Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型；Crick又提出三联体密码。（10）1961年，莫诺(Mond)提出原核细胞基因的表达调控机制——乳酸操纵子学说。（11）1970年，特明（Temin）发现了逆转录酶。3、我国近代学者的贡献。解放前，我国学者对血液分析、血糖测定、免疫等作了很大成就。例如：我国生物化学的先驱吴宪教授（留美），与美国的福林（Folin）首次用比色定量测定血糖。30年代，中国大部分留学生从国外回来，在生物化学领域作出了新的贡献。例如：从英国剑桥回国的王应眯、曹天钦、邹承鲁等，现在中国科学院上海生化研究所，他们与其他学者合作于1965年，用化学方法成功地合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素。1981年又协作合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸。4、生物化学发展的现状。生物化学在蛋白质、核酸、酶和代谢等方面己有理论方面的成就，而理论必然导致应用。生物化学在80年代己展开了生物工程或称为生物技术方面的崭新领域。生物工程主要包括遗传工程（基因工程）、蛋白质工程、酶工程，发酵工程、细胞工程等。生物工程的远景，包括应用于人类健康，动物疾病防治和预防，污水和废物处理以及生物电子学等等，生物工程对人类社会会有很高的效益和广阔前景。八、生物化学与其他学科的关系生物化学是当代自然科学领域中发展最迅速的一门边缘科学。由于它吸取了化学、物理学和生理学等有关学科的新成就和新技术，使它成为生命科学中非常重要的基础理论学科。它与其它学科之间是相互渗透，密切联系。九、生物化学在工农业、畜牧业、医药卫生方面的重要意义生物化学不仅是一门对生命科学有着指导性的基础理论学科，也是一门对国民经济有着重要意义之一的应用学科，主要表现在以下几个方面：（1）生物化学在工业上的应用生物化学是食品发酵工业理论基础。例如：食品工业制酱、酿酒、制醋；纺织工业上棉布浆化；制革业上的毛皮毛脱脂；（2）生物化学在农业上应用生物化学也是农业的基础课。农作物的代谢都离不开生物化学，以及农作物病虫防治等等。（3）生物化学在医用卫生工业上的应用生物化学是医学的重要基础课。在临床上要测定许多生化指标，如血糖测定、肝功化验、尿蛋白沉淀等等都离不开生化。十、参考书北大生物化学第三版（2002）王镜岩主编川大生物化学（2001）张洪渊主编