《生物化學教學課件》第一章緒論精選

1、生 物 化 學第1頁，共48頁。第一章 緒 論 一生物化學（Biochemistry）的概念 生物化學是生命的化學。 它是以物理、化學與生物學的近現(xiàn)代技術去研究生物體內(nèi)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，研究物質(zhì)在生物體內(nèi)發(fā)生的化學變化及其相互關系，以及研究這些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和變化與生物的生理機能之間的關系的科學。第2頁，共48頁。 生物化學用化學的觀點去研究生物體，從化學的角度去理解生命現(xiàn)象，去探索和解釋生命活動的規(guī)律。 它是介于化學與生物學之間的一個邊緣學科。 其研究對象是生物。第3頁，共48頁?；瘜W生物學生物化學生物化學（Biochemistry）：研究生命現(xiàn) 象的化學本質(zhì)的科學。第4頁，共48頁。

2、新陳代謝是生命體（有生命的物體）的一個最明顯的特征，而非生命體（無生命的物體）則沒有新陳代謝。 生命體與非生命體之間的關系密切生命體與非生命體之間可以互相轉(zhuǎn)變。第5頁，共48頁。 生物體內(nèi)的主要元素有C、H、O、N、P、S、Cl、Na、K、Mg等。 微量元素有Fe、Cu、Ca、Mo、Mn、Co、Si、I、Al等。 第6頁，共48頁。 象自然界中的水、CO2、N2、O2、NH3、碳化合物、金屬離子即無生命，屬于非生命體。 當它們以各種方式進入生命體后，可經(jīng)一系列代謝轉(zhuǎn)變?yōu)樯w的組成部分，即非生命的物質(zhì)變成生命的物質(zhì)，非生命體變成生命體了。 而在生命體衰老、死亡后，生命體就又變成非生命體，生命的

3、物質(zhì)又變成非生命的物質(zhì)。第7頁，共48頁。 生物體內(nèi)的有機物質(zhì)主要有蛋白質(zhì)、核酸、糖、脂肪、維生素、有機酸、激素等。 蛋白質(zhì)、核酸、糖、脂統(tǒng)稱為生物大分子（biomacromolecule）。第8頁，共48頁。第9頁，共48頁。二生物化學發(fā)展的歷史階段 （一）靜態(tài)生物化學（有機生物化學） 指19世紀末以前的生物化學。 此階段的生物化學問題主要從如下方面進行研究。 1 醫(yī)學和生理學 通過對血、尿和組織的化學成分進行分析來滿足疾病診斷的需要。 第10頁，共48頁。2. 有機化學 主要是對生物機體之組成物質(zhì)的成份、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、含量、分布進行研究。 此時期的研究工作，遠遠不能了解生命的奧秘，不能滿足實

4、踐的需要，但是進一步研究生命現(xiàn)象的基礎。第11頁，共48頁。（二）動態(tài)生物化學（代謝生物化學） 指20世紀初至20世紀中葉的生物化學。 在以上研究的基礎上，利用離體器官、組織切片、組織勻漿及精制的純酶等方法，研究生物體內(nèi)各種組成物質(zhì)的代謝變化及其相互關系，研究生物活性物質(zhì)（酶、維生素、激素）在代謝變化中的作用。第12頁，共48頁。 此階段以研究代謝為主，解決了實踐中的不少問題，但對生化反應與生理機能之間的關系還沒給以足夠的重視。第13頁，共48頁。（三）機能生物化學（功能生物化學） 指20世紀中葉至今的生物化學。 在動態(tài)生物化學的基礎上，結(jié)合了生理機能，并注意到了環(huán)境對機體代謝的影響。 一般說

5、來， 細胞形成組織，進而組成器官，進而組成個體。 在細胞內(nèi)，各生物（大）分子組織體內(nèi)物質(zhì)代謝的變化過程。第14頁，共48頁。 所以，應從一個完整的有機體的角度去研究體內(nèi)的物質(zhì)及其化學變化，具體來說就是研究生物分子、亞細胞、細胞、組織和器官的結(jié)構(gòu)與功能的關系。 此即今日生物化學之主要任務。第15頁，共48頁。 這三個階段是人類對生物化學認識的發(fā)展，也是現(xiàn)在人類在生物化學研究工作中的三個研究層次。 目前的生物化學研究也仍然從這三 個層次來進行。第16頁，共48頁。 附： 生物化學發(fā)展史中的若干大事 1780s， Antoine Lavoisier (French)： 認為動物的呼吸有如蠟燭燃燒，都

6、需要O2 。 這成為生物化學中生物氧化和能量代謝的發(fā)展基礎。 1810s-1830s， 從動物和植物中分離出一種重要物質(zhì)，由C、H、O和N等組成。 1838年，正式使用“蛋白質(zhì)”一詞，意思是“重要的物質(zhì)”。 第17頁，共48頁。 1850s-1890s ， 糖類、脂類、核酸被人們認識。 1870s，“biochemistry” 一詞形成。 1890s， Buchner (German)：酵母提取液可使蔗糖發(fā)酵成酒精！ 酶從活細胞中提取出來后仍具有功能！ 推翻了“活力論” 。 1920s-1930s， James Sumner： 酶是蛋白質(zhì)。第18頁，共48頁。 1940s-1950s， Ave

7、ry and Hershey：DNA 是遺傳信息的載體。 1950s， Franklin, Watson and Crick：DNA 是雙螺旋結(jié)構(gòu)。 1960s， Nirenberg：遺傳密碼的破譯。 1980s， Cech：RNA 具有催化活性（核酶）。第19頁，共48頁。三生物化學的發(fā)展與其它學科的關系 （一）生物化學這門學科自產(chǎn)生之日起就與其它學科相聯(lián)系 19世紀末20世紀初，它發(fā)展為一門獨立的學科，即表明它本身具有獨特的研究對象和研究方法。 盡管如此，它仍然與生理學、有機化學、分析化學、物理化學等學科密切相關。第20頁，共48頁?；瘜W有機化學物理化學無機化學分析化學高分子化學動物學生物

8、學植物學微生物學第21頁，共48頁。物理化學的作用 物理化學主要從理論上探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)與其性能之間的關系，化學反應的可能性、反應速度與反應限度，反應機理以及反應過程中的能量變化關系等，是整個化學學科的理論基礎。 目前的研究表明，生物分子間的相互作用也遵循各種物理化學規(guī)律的，即這一套基本化學定律也支配著各種生物分子的性質(zhì)、機能和相互作用。第22頁，共48頁。 總之，物理化學的各分支的理論可以闡明生物化學中的許多問題，物理化學的研究方法在生物化學中具有十分重要的應用。 生物分子的反應服從于非生命界的化學定律，物理化學與生物化學間聯(lián)系密切可以預見，物理化學中的各種理論、研究方法在生物化學中將日益得到廣

9、泛應用，而生物化學的發(fā)展也必將進一步豐富物理化學的內(nèi)容。第23頁，共48頁。（二）生物化學在實踐中形成了不少分支 例如，植物生化、動物生化、微生物生化、人體生化、病理生化、臨床生化、工業(yè)生化、農(nóng)業(yè)生化、生物物理化學等學科。第24頁，共48頁。 （三）生物化學的發(fā)展導致許多傳統(tǒng)的生物學科的改造 近年來，生物化學的發(fā)展主要表現(xiàn)在對生物體內(nèi)生物大分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能及其相互作用等基本規(guī)律進行深入的探索，開始從分子水平上認識生命的本質(zhì)，從而使許多生物學科與生物化學密切聯(lián)系，將生物學推進到分子生物學時代。第25頁，共48頁。 例如，核酸的發(fā)現(xiàn)與孟德爾的豌豆實驗幾乎同時進行。 但兩者互不相關達80多年。

10、 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)使二者相聯(lián)系，導致分子遺傳學的建立，進一步導致遺傳工程（即基因工程）技術的建立，這使得有目的地改造物種、操縱生物成為可能。第26頁，共48頁。 Mendel的研究成果并沒有得到當時生物學界的重視，直到35年以后，他的遺傳學理論才被重新發(fā)現(xiàn)，并得到廣泛認同，成為經(jīng)典遺傳學的基礎，Mendel也被公認為是經(jīng)典遺傳學的奠基人。第27頁，共48頁。第28頁，共48頁。 目前，基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學、蛋白質(zhì)降解組學的研究正方興未艾。第29頁，共48頁。四生物化學的應用 工業(yè)上食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、抗菌素制造業(yè)、酶制劑工業(yè)、制藥工業(yè)、生物制品、皮革工業(yè)等以至石油開采

11、和照相業(yè)都與生物化學有密切關系。 生物化學研究可以為這些生產(chǎn)過程建立科學的技術基礎，為技術改造以至于技術革命創(chuàng)造條件。第30頁，共48頁。 農(nóng)業(yè)上研究代謝過程，控制植物的發(fā)育規(guī)律，以設法獲得于人類有益的物質(zhì)。 研究各種器官的新陳代謝以及外界條件對它們代謝的影響，對產(chǎn)品的合理加工、貯藏以至運輸都有十分重要意義。第31頁，共48頁。第32頁，共48頁。成為我國第一個具有自主知識產(chǎn)權基因工程農(nóng)作物品種耐儲藏番茄 華番一號第33頁，共48頁。第34頁，共48頁。 研究家畜、家禽的營養(yǎng)對提高肉類、蛋類產(chǎn)量都有實際意義。 可以用基因工程技術生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動植物， 以獲得具抗寒、抗病、抗蟲害、抗除草劑的新型植物

12、，以及可提高肉類產(chǎn)量、乳產(chǎn)量、蛋產(chǎn)量的轉(zhuǎn)基因動物。 第35頁，共48頁。863計劃支持的抗蟲轉(zhuǎn)基因水稻 福 州第36頁，共48頁。 歐洲轉(zhuǎn)抗除草劑基因玉米美國轉(zhuǎn)抗除草劑基因大豆轉(zhuǎn)抗除草劑基因的農(nóng)作物免耕，降低生產(chǎn)成本第37頁，共48頁。 醫(yī)學上人們根據(jù)發(fā)病機理以及病原體與人體在代謝和調(diào)控上的差異，設計和篩選出各種高效低毒的藥物。 若沒有生化知識，就難以確診疾病和給以適當治療。 臨床上的生化診斷在今天已成為一種不可缺少的診斷方法。 在臨床治療上的酶療法，特別是某些固定化酶用于治療各種疾病已十分普遍。第38頁，共48頁。 各種疫苗、激素、血液制品、維生素、氨基酸、核苷酸、抗菌素和抗代謝藥物等已廣泛

13、用于醫(yī)藥實踐。 近年來新興的基因療法乃是當今醫(yī)學上的熱點，人們期待著它的推廣應用，為疾病患者帶來福音。第39頁，共48頁。 生物化學是預防醫(yī)學的重要基礎。 增進人體健康是預防疾病的一種積極因素，而如何供給人體以適當營養(yǎng)，增進人體健康，則是生物化學研究的一個重要內(nèi)容。 按照生長發(fā)育的需要配制合理的飲食，不僅可以預防而且可以治療疾病。 實踐中許多食品添加劑、營養(yǎng)補劑等已得到廣泛應用。第40頁，共48頁。 環(huán)境保護上有些微生物能產(chǎn)生與塑料類似的高分子化合物即聚酯。 這些聚酯是微生物的內(nèi)源性貯藏物質(zhì)，可以用發(fā)酵方法進行生產(chǎn)，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔點、高彈性、不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點而在醫(yī)

14、學等許多領域有極好的應用前景。第41頁，共48頁。 為降低成本、提高產(chǎn)量，人們正在用重組DNA技術對相關的微生物進行改造。 此方面目前一個研究熱點是采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)聚-羥基烷酸酯(PHAs)，研究人員正設法構(gòu)建出自溶性PHAs生產(chǎn)菌種，即將PHAs重組菌進行發(fā)酵，在積累大量的PHAs后，加入信號物質(zhì)，使裂解蛋白產(chǎn)生，細胞壁破壞，PHAs析出，以簡化胞內(nèi)產(chǎn)物PHAs的提取過程，降低提取成本。第42頁，共48頁。讓地上長塑料！ 植物合成可降解塑料根除白色污染保護生態(tài)環(huán)境第43頁，共48頁。讓地上長塑料！ 植物合成可降解塑料80%干重3 PHA (聚羥基脂肪酸酯)基因轉(zhuǎn)化AzotobacterVinelandii第44頁，共48