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生 物 化 学

生 物 化 学. Biochemistry. 刘士平 13774196606 shipingliu@zju.edu.cn. 参考书目. 使用教材： 生物化学教程 主编 王镜岩等，高等教育出版社出版 ,2008 年 参考书目： 生物化学 主编 王镜岩等 高等教育出版社出版 生物化学 主编 郑集等 高等教育出版社出版 生物化学 主编 阎隆飞等 高等教育出版社出版

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生 物 化 学

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Presentation Transcript

  1. 生 物 化 学 Biochemistry 刘士平 13774196606 shipingliu@zju.edu.cn

  2. 参考书目 • 使用教材： • 生物化学教程 主编 王镜岩等，高等教育出版社出版,2008年 • 参考书目： • 生物化学 主编 王镜岩等 高等教育出版社出版 • 生物化学 主编 郑集等 高等教育出版社出版 • 生物化学 主编 阎隆飞等 高等教育出版社出版 • 生物化学教程 主编 张洪渊 四川大学出版社出版

  3. 1.什么是生物化学 2.生物化学的研究内容 3.生物化学发展简史 4.生物化学展望 5.学习方法及要求

  4. 生物化学主要是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。生物化学主要是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。 1.什么是生物化学 1903年提出Biochemistry，生物化学才成为一门独立的学科，在此之前，分别由有机化学和生理学分别研究。

  5. 任务：阐述构成生物体的基本物质（生物大分子——糖类、脂类、蛋白质、核酸）的结构、性质及其在生命活动（如生长、生殖、代谢、运动等）过程中的变化规律（物质代谢和能量代谢）。任务：阐述构成生物体的基本物质（生物大分子——糖类、脂类、蛋白质、核酸）的结构、性质及其在生命活动（如生长、生殖、代谢、运动等）过程中的变化规律（物质代谢和能量代谢）。 最终目的：生命现象的化学本质 控制生物，改造生物 思考：什么是生命？

  6. 生物工程 基因工程 发酵工程 酶 工 程 分离提取工程 • 细胞工程 • 遗传工程 • 抗体工程 • 蛋白质工程 生物化学与我们的日常生活息息相关 是生物工程专业最重要的专业基础课之一

  7. 无机化学 有机化学 化学 分析化学 物理化学 高分子化学

  8. 动物学 植物学 生物学 微生物学 生物化学 化学 生物学

  9. 2.生物化学的研究内容 1、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； 2、生物分子的结构、功能与生命现象的关系； 3、生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律(代谢、信号传导与遗传）。 生物化学 侧重生物？化学？

  10. 2.1 生物体的物质组成 • 高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成，此外还含有一些低分子物质，如维生素、激素、氨基酸、多肽、核苷酸及一些分解产物。

  11. 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

  12. 生命体的元素组成 • 组成生命体的物质是极其复杂的。但在地球上存在的92种天然元素中，只有30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。

  13. 2.2 生物分子的结构与功能 根据现代生物化学及分子生物学研究还原论的观点 ，要想了解细胞及亚细胞的结构和功能，必先了解构成细胞及亚细胞的生物分子的结构和功能。因此，研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。

  14. 生物分子 • 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。 • 生物分子的主要类型包括： • 糖、脂、核酸和蛋白质等生物大分子 • 维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。

  15. 溶菌酶的分子结构

  16. 生物大分子基本特征 • 生物分子中最重要的是糖、脂、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。 • 生物大分子具有如下特征： • 结构单元分子所组成 • 结构复杂 • 手性

  17. 2.2 生物分子的结构与功能 A.由结构比较简单的小分子结构单元分子所组成. 20种基本氨基酸 甘油、脂肪酸和胆碱 碱基、核糖、磷酸 单糖

  18. 2.2 生物分子的结构与功能 B.具有非常复杂的结构 • 生物大分子的结构可分为两型种类： • 生物大分子的一级结构：构成生物分子的结构单元分子按不同的排列组合，形成数量庞大，结构复杂的线性分子或环状分子。通常将只涉及结构单元的排列顺序的结构类型称为一级结构。

  19. 生物大分子的立体结构 • 生物大分子在线性或环状结构基础上，通过分子内或分子之间的基团（包括极性、非极性和带电荷基团）相互作用，可以进一步形成非常复杂的立体结构。例如盘绕成螺旋形，折叠成片层状。有的以线状存在，而有的则形成球状等。 木瓜蛋白酶

  20. 2.2 生物分子的结构与功能 C.生物分子的手性 • 构成生物大分子的结构单元分子大多数都是手性分子。 • 例如，构成蛋白质的氨基酸都是 L－型， • 构成多糖的葡萄糖都是 D－型。

  21. 2.3 物质代谢（新陈代谢） • 生物体与其外环境之间的物质交换过程就称为物质代谢或新陈代谢。 • 物质代谢的基本过程主要包括三大步骤：消化、吸收→中间代谢→排泄。其中，中间代谢过程是在细胞内进行的，最为复杂的化学变化过程，它包括合成代谢，分解代谢，物质互变，代谢调控，能量代谢几方面的内容。

  22. 糖酵解过程 b a 1 2 3 4

  23. 2.4 细胞信号转导 目前已知，细胞内存在多条信号转导途径，而这些途径之间通过一定的方式相互交织在一起，从而构成了非常复杂的信号转导网络，以保证细胞能够对内、外环境的变化及时作出反应，使细胞内所有的化学变化均以合乎生物体自身需要的方式进行。

  24. 2.5 遗传与繁殖 对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究，也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。

  25. 3.生物化学发展简史 在生物化学的发展过程中： 拉瓦锡 李比希 法国、德国、美国、中国 犹太人做出了巨大的贡献 生物化学发展的阶段： 静态生化、动态生化和机能生化

  26. 一、叙述生物化学阶段 大约从十八世纪中叶到二十世纪初，主要完成了各种生物体化学组成的分析研究，发现了生物体主要由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成 。

  27. 二、动态生物化学阶段 大约从二十世纪初到二十世纪五十年代。 如： 1932年，英国科学家Krebs 建立了尿素合成的鸟氨酸循环； 1937年，Krebs又提出了各种化学物质的中心环节——三羧酸循环的基本代谢途径； 1940年，德国科学家Embden和Meyerhof提出了糖酵解代谢途径。

  28. 三、分子生物学阶段 从1953年至今。以1953年，Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型为标志，生物化学的发展进入分子生物学阶段。 这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。

  29. 近半个世纪以来 医学，化学中重大突破与成就者 Nobel Prize Nobel medal Half a pound of 23-karal gold. 2.5 inches across 1901-至今，战争中断 生物化学发展的 里程碑与主要内容 生理医学 化学

  30. 1907诺贝尔化学奖 Edward Buchner，1860－1917德国生物学家 酵素和酶化学的开拓者，无细胞发酵的发现者，在微生物学和现代酶化学上做出了重大贡献。

  31. Hopkins Christiaan Eijkman 发现了抗神经炎的维生素（B1） 发现了促进生长的维生素（B2） 1929年诺贝尔生理医学奖

  32. in Physiology or Medicine 1933 Nobel Prize "for his discoveries concerning the role played by the Chromosome in heredity , demonstrated that genes are on the chromosome" Thomas Hunt Morgan

  33. 1945年诺贝尔生理学或医学奖 发现了青霉素以及它对多种传染性疾病的治疗作用 弗莱明 Sir Alexander Fleming 英国 伦敦大学 1881年--1955年 钱恩 Ernst Boris Chain 英国 牛津大学 1906年--1979年 弗洛里 Sir Howard Walter Florey 英国 牛津大学 1898年--1968年

  34. James BatchellerSumner "for his discovery that enzymes can be crystallized" Cornell University 1887 - 1955 John Howard Northrop Rockefeller Institute USA 1891 - 1987 "for their preparation of enzymes and virus proteins in a pure form" Wendell MeredithStanley Rockefeller Institute USA 1904 - 1971 The Nobel Prize in Chemistry 1946

  35. 1952年诺贝尔生理学或医学奖 1952年诺贝尔化学奖 瓦克斯曼 Selman Abraham Waksman 美国 马丁(Archer Martin)，英国 分配色谱 发现了链霉素--第一个有效治疗肺结核的抗生素

  36. 1953年诺贝尔生理学或医学奖 克雷布斯 Hans Adolf Krebs 英国 谢菲尔德大学 1900年--1981年 李普曼 Fritz Albert Lipmann 美国 哈佛医学院 1899年--1986年 发现了三羧酸循环 发现了辅酶A

  37. The Nobel Prize in Chemistry 1958 Frederick Sanger Cambridge University 1918 - "for his work on the structure of proteins, especially that of insulin" Beadle & Tatum Phage transduction 1958 J.Lederberg (33y) One gene--one enzyme

  38. 生物化学的重要里程碑（1962诺贝尔生理学或医学奖）生物化学的重要里程碑（1962诺贝尔生理学或医学奖） 1951 James Watson (23y) 丹麦 哥本哈根 剑桥大学 Cavendish Lab. Francis Crick (35y)

  39. 1951. King’s Lab. London University UK M. H. F. Wilkins & Rosalind Frankin X~ray photograph of DNA with high quality(核塘与磷酸连接成的扭曲绳子，每一节上都有配对的碱基)

  40. 1962 James Watson (34y) Francis Crick (46y) Maurice Wilkins (46y) DNA Double Helix model 1953

  41. 1962年诺贝尔化学奖 肌血红蛋白分子结构 佩鲁茨(Max Ferdinand Perutz)，英国

  42. 1965 Francois Jacob (44y) Jacques Monod (55y) (French) Lac. Operon Theory Concept of mRNA

  43. tRNAphe cloverleaf structure Robert Holley(46y) H. Gobind Khorana(46y) How to synthesize triplet RNA Marshall Nirenberg(41y) Genetic coden 1968 R. Holley H.G. Khorana M. Nirenberg

  44. M. Delbruck A. Hershey 1969 Phage group Phage infection cycle DNA as genetic material Max Delbruck (63y) Alfred Hershey (61y)

  45. Howard Temin (41y) David Baltimore (37y) Reverse transcription（引发癌症、爱滋的内因之一）

  46. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1978 "for the discovery of restriction enzymes and their application to problems of molecular genetics" Werner Arber Hamilton O. Smith Daniel Nathans Biozentrum der Universität Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA Johns Hopkins University School of Medicine Baltimore, USA Switzerland 1929 - 1928 - 1999 1931 -

  47. The Nobel Prize in Chemistry 1980 "for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids and recombination" Frederick Sanger Walter Gilbert MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, Great Britain Biological Laboratories Cambridge, MA, 1932 - 1918 -

  48. The Nobel Prize in Chemistry 1980 "for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant-DNA" Paul Berg Stanford University 1926 -

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