生物化學(xué)：第一章 緒論

生物化學(xué)

第一章緒論一、生物化學(xué)（Biochemistry）的概念

生物化學(xué)以生物體為研究對象。研究生物體的化學(xué)組成及其在生命活動過程中化學(xué)變化規(guī)律的一門科學(xué)。二、生物化學(xué)的任務(wù)

從分子水平上研究生物體內(nèi)基本物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能，以及在生命活動中這些物質(zhì)所進(jìn)行的化學(xué)變化的規(guī)律及其與生理功能之間關(guān)系的一門科學(xué)。

又稱為“生命的化學(xué)”。其中：

研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能以及基因的結(jié)構(gòu)、表達(dá)與調(diào)控的內(nèi)容稱為分子生物學(xué)（molecularbiology）。分子生物學(xué)是生物化學(xué)的重要組成部分，是生物化學(xué)的前沿。

三、現(xiàn)代生物化學(xué)的研究內(nèi)容2、物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)（動態(tài)生物化學(xué)）3、遺傳信息傳遞及其調(diào)控（分子生物學(xué)階段）1、生物體的化學(xué)組成（靜態(tài)生物化學(xué)）研究生物體內(nèi)各種化合物的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)和功能（主要有糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、酶、維生素和激素等）研究構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)在生命活動中進(jìn)行的化學(xué)變化，即新陳代謝及代謝過程中能量的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)。靜態(tài)生物化學(xué)動態(tài)生物化學(xué)分子生物學(xué)階段研究生物體遺傳信息的傳遞、表達(dá)及調(diào)控。細(xì)胞水平亞細(xì)胞大分子單體分子四、生物化學(xué)的發(fā)展簡史------生物化學(xué)是一門既古老又年輕的學(xué)科。第一階段

18世紀(jì)70年代以后，隨著近代化學(xué)和生理學(xué)的發(fā)展，生物化學(xué)學(xué)科開始形成。1770-1774年，英國J.Priestly（普里斯特利）發(fā)現(xiàn)了氧氣，并指出動物消耗氧而植物產(chǎn)生氧；1770-1786年，瑞典人C.W.Scheele（舍勒）分離了甘油、檸檬酸、蘋果酸、乳酸、尿酸等；1779-1796年，荷蘭人J.Ingenbousz證明在光照條件下綠色植物吸收CO2

并放出O2；1828年，Wohler合成了有機(jī)物---尿素。1877年，Hoppe-Seyler（霍佩-塞勒，德）首次提出了“Biochemie”這個名詞，1903年Neuberg（紐伯格）提出了英文“Biochemistry”，生物化學(xué)作為一門新興學(xué)科誕生；1897年，Buchner（畢希納）證實(shí)不含細(xì)胞的酵母提取液也能使糖發(fā)酵。

這個階段，生物化學(xué)的主要工作是分離和鑒定了各種氨基酸、羧酸、糖類，發(fā)現(xiàn)了核酸，開始進(jìn)行酶學(xué)研究。第二階段 從20世紀(jì)初到20世紀(jì)40年代，隨著分析鑒定技術(shù)的進(jìn)步，尤其是放射性同位素技術(shù)的應(yīng)用，生物化學(xué)進(jìn)入動態(tài)生物化學(xué)的時期。1926年，美國化學(xué)家J.B.Sumner首次得到脲酶結(jié)晶；

1929年，J.Northrop（諾斯羅普）分離并提純了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，從而進(jìn)一步證明酶是蛋白質(zhì)。

1930年和1937年，英生化學(xué)家A.Krebs分別提出了尿素循環(huán)和三羧酸循環(huán)；

1945年，發(fā)現(xiàn)并分離了輔酶A，證明了它對代謝的重要性。

這個階段，基本上闡明了酶的化學(xué)本質(zhì)以及能量代謝有關(guān)的物質(zhì)代謝途徑。。第三階段

1950年以來，借助于各種理化技術(shù)，對蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子進(jìn)行化學(xué)組成、序列、空間結(jié)構(gòu)及其生物學(xué)功能的研究，并發(fā)展到人工合成，創(chuàng)立了基因工程。

1950年，Pauling提出蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的α-螺旋；1953年，Watson&Crick提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型；隨后于1958年，Crick提出了遺傳的“中心法則”；1953及1975年，Sanger分別研究出蛋白質(zhì)序列和核酸序列的測定方法；1961年，Jacob&Monod提出了操縱子學(xué)說；1965年，Holly（霍利）排出酵母tRNAAla

的一級結(jié)構(gòu)；1966年，Nirenberg&Khorana（尼倫伯格和霍拉納）破譯了遺傳密碼；1970年，Temin和Baltimore（泰明和巴爾的摩）發(fā)現(xiàn)逆向轉(zhuǎn)錄酶；1972年～1973年，Berg（伯格）等成功地進(jìn)行了DNA體外重組；Boyer（博耶）等在E.coli中成功表達(dá)了人工合成的生長激素釋放抑制因子基因。1975年,Southern發(fā)明了凝膠電泳分離DNA片段的印跡法；1979年，Solomon和（博德默）最先提出至少200個限制性片段長度多態(tài)性可作為連接人的整個基因組圖譜之基礎(chǔ)；1981年，Cech（切赫）發(fā)現(xiàn)了有催化功能的RNA---核酶；1985年，Mullis發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)；Smith等報導(dǎo)了DNA測序中應(yīng)用熒光標(biāo)記取代同位素標(biāo)記的方法。1985年5月，美國SantaCruz和R.Sinsheimer（圣克魯斯和辛色默）提出人類基因組研究計劃，1986年8月美國科學(xué)院生命科學(xué)委員會確定由BruceAlberts（布魯斯艾伯茨）負(fù)責(zé)的15人小組起草確定這個提議的報告，聯(lián)邦政府1987年正式開始起動這一計劃;1994年，日本科學(xué)家在《NatureGenetics》上發(fā)表了水稻基因組遺傳圖，Wilson等用3年時間完成了線蟲（C.elegans）3號染色體連續(xù)的2.2Mb的測定，預(yù)示著百萬堿基規(guī)模的DNA序列測定時代的到來;1997年，Wilmut（威爾穆特）等首次不經(jīng)過受精，用成年母羊體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，成功地獲得克隆羊——多莉（Dolly）1998年，Renard（雷納）等用體細(xì)胞操作獲得克隆牛，再次證明從體細(xì)胞可克隆出遺傳上完全相同的哺乳動物；Venter（文特爾）對人類基因組計劃提出新的戰(zhàn)略—全基因組隨機(jī)測序;1999年，GünterBlobel（君特布洛貝爾）因發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞中蛋白質(zhì)有其內(nèi)在的運(yùn)輸和定位信號，并具體顯示了這種信號發(fā)送過程中的分子狀態(tài)，獲諾貝爾生理學(xué)獎;2001年，Hartwell（赫特維爾）因發(fā)現(xiàn)和研究細(xì)胞周期分裂基因；Nurse和Hunt分別發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的關(guān)鍵分子周期蛋白依賴性激酶（CDKs）及調(diào)節(jié)CDKs功能的因子周期蛋白，獲諾貝爾生理學(xué)獎;2002年，美國科學(xué)家約翰·芬恩、日本科學(xué)家田中耕一和瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里希。他們發(fā)明了對生物大分子進(jìn)行識別和結(jié)構(gòu)分析的方法--質(zhì)譜分析法和核磁共振技術(shù)，共同分享獲諾貝爾化學(xué)獎。

2003年，美國科學(xué)家彼得·阿格雷（PeterAgre）和羅德里克·麥金農(nóng)（RoderckMackinnon）在細(xì)胞膜通道領(lǐng)域做出了“開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”而獲諾貝爾化學(xué)獎，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜水通道蛋白并描述特征；闡述了鉀離子通道結(jié)構(gòu)及功能機(jī)制。2004年，以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學(xué)家歐文·羅斯因發(fā)現(xiàn)泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解而獲諾貝爾化學(xué)獎。2006年，美國科學(xué)家羅杰·科恩伯格因在“真核轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)”研究領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)而獲諾貝爾化學(xué)獎，揭示了真核生物體內(nèi)的細(xì)胞如何利用基因內(nèi)存儲的信息生產(chǎn)蛋白質(zhì)。

2008年，日本科學(xué)家下村修、美國科學(xué)家馬丁·沙爾菲和美籍華裔科學(xué)家錢永健三位科學(xué)家因在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白方面做出貢獻(xiàn)而獲得的諾貝爾化學(xué)獎。

從以上所述的生物化學(xué)的發(fā)展中，可以看出20世紀(jì)50年代以來是以核酸的研究為核心，帶動著分子生物學(xué)向縱深發(fā)展，如50年代的雙螺旋結(jié)構(gòu)，60年代的操縱子學(xué)說，70年代的DNA重組，80年代的PCR技術(shù)，90年代的DNA測序都具有里程碑的意義，將生命科學(xué)帶向一個由宏觀到微觀再到宏觀，由分析到綜合的時代；現(xiàn)代生物化學(xué)正在進(jìn)一步發(fā)展，其基本理論和實(shí)驗(yàn)方法均已滲透到科學(xué)各個領(lǐng)域，無論在哪個方面都在不斷取得重大進(jìn)展。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的α-螺旋楊煥明教授一直從事基因組科學(xué)的研究。他主持完成的“人類基因組計劃—中國卷”使中國成為這一被稱為“二十世紀(jì)登月計劃”的宏偉項(xiàng)目的成員國，得到了各國領(lǐng)導(dǎo)人和國際科學(xué)界的高度贊揚(yáng)。楊煥明教授及其團(tuán)隊(duì)所承擔(dān)的人類基因組、水稻基因組以及家豬、家雞、家蠶基因組等重大項(xiàng)目使我國的基因組研究得以躋身于世界前沿。五、生物化學(xué)與藥學(xué)科學(xué)的聯(lián)系

藥學(xué)生物化學(xué)是研究與藥學(xué)科學(xué)相關(guān)的生物化學(xué)理論、原理與技術(shù)及其在藥學(xué)研究、藥物生產(chǎn)、藥物質(zhì)量控制與藥物臨床應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科。生物化學(xué)與制藥工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)

1.生物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法在制藥工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

2.藥品生產(chǎn)中無菌操作多利用了生物化學(xué)的基本原理。

3.以生物化學(xué)、微生物學(xué)和分子生物學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的生物工程制藥工業(yè)已經(jīng)成為制藥工業(yè)的一個新門類。1、通過對DNA序列的了解，深入研究影響個體發(fā)育和整個生物體特定序列表達(dá)規(guī)律——即功能基因組學(xué)。

該項(xiàng)研究研究全部的基因中在不同生長發(fā)育期內(nèi)，同時有多少基因協(xié)同表達(dá)，搞清適應(yīng)于某一時期的全套基因表達(dá)譜（geneexpressionpattern）。六、生物化學(xué)的發(fā)展趨勢2、以特定基因組在特定條件下所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)為研究對象，研究細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)及其動態(tài)變化規(guī)律—蛋白質(zhì)組學(xué)

對蛋白質(zhì)動態(tài)性、時空性、可調(diào)節(jié)性