生物化学发展史.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,生物化学发展史,法国著名生物学家、化学家,巴斯德,说,:,“科学是没有国界的，因为它是属于全人类的财富，是照亮世界的火把；但学者属于祖国。”,The brotherly spirit of science,which unites into one family all its votaries of whatever grade,and however widely dispersed throughout the different quarters of the globe.,1,生物化学的研究内容,概念,:,生物化学主要研究生物体分子结构与功能、物质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。,主要研究内容有,:,生物体的化学组成,新陈代谢与代谢调节控制,生物大分子的结构与功能,酶,;,激素与维生素的研究,生物膜和生物力能学,生命的起源与进化,方法学,2,核糖体,RNA,DNA,双螺旋结构,磷脂双分子层,tRNA,转录酶,3,生物化学的发展,大约在,19,世纪末，德国化学家,李比希,创,立,了生理化学，在他的著作中首次提出了“,新陈代谢,”这个词。以后德国的霍佩赛勒（将生理化学建成一门独立的学科，并于,1877,年提出“,Biochemie,”一词，译成英语为“,Biochemistry,”，即,生物化学,。生物化学的发展大体可分为三个阶段：,静态生物化学阶段,动态生物化学阶段,现代生物化学阶段,4,静态生物化学阶段,（,19,世纪末到,20,世纪,30,年代,）,期间生物学家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,并对生物体各种组成成分进行,分离、纯化、结构测定、合成及理化性质的研究。,5,1911,年，,Funk,结晶出复合维生素,B,，提出“,Vitamine”,，意即生命胺。后来由于相继发现的许多维生素并非胺类，又将“,Vitamine”,改为“,Vitamin”,。与此同时，人们又认识到另一类数量少而作用重大的物质,-,激素。它和维生素不同，不依赖外界供给，而由动物自身产生并在自身中发挥作用。,肾上腺素、胰岛素,及,肾上腺皮质所含的甾体激素,都是在这一时期发现的。,复合维生素,B,有,8,种维生素,B,：维生素,B1,烟酸,核黄素,泛酸,生物素,维生素,B6,维生素,B12,和叶酸,.,主要用于治疗抑郁症，食欲不振，皮脂溢出，舌炎，口腔炎，皮肤粗糙。,6,酶的本质是什么,1926,年，,Sumner,从半刀豆中制得了,脲酶,结晶，并证明它的化学本质是蛋白质。此后四、五年间,Nothrop,等人连续结晶了几种水解蛋白质的酶,如胃蛋白酶、胰蛋白酶等，并指出它们都是蛋白质，确立了酶是蛋白质这一概念。,7,中国生物化学家吴宪（,1893,1959,）在,1931,年提出了蛋白质变性的概念。吴宪堪称中国生物化学的奠基人，他在血液分析、蛋白质变性、食物营养和免疫化学等四个领域都做出了重要贡献，并培养了许多生化学家。,8,肉碱的发现,高等动物中以蛋白质中的赖氨酸残基作为原料，在肝肾内合成。作为脂酰载体可将脂酰基转运到线粒体内进行,氧化，或转运到线粒体外参与脂肪合成，是脂酸代谢的重要载体，缺乏时可致脂肪堆积乃至心肌功能障碍。,肉碱穿梭机制,9,动态生物化学阶段,（,20,世纪,30-50,年代,）,主要特点是研究生物体内物质的变化，即代谢途径，确定了,糖酵解,、,三羧酸循环,以及,脂肪分解,等重要的分解代谢途径，对,呼吸、光合作用,以及,三磷酸腺苷,(ATP),在能量转换中的关键位置有了较深入的认识。,10,糖酵解,1.,准备阶段,2.,产能阶段,1940,年,德国科学家,Embden,和,Meyerhof,提出了糖酵解代谢途径,。,11,三羧酸循环,1,、乙酰,-CoA,进入三羧酸循环,2,、异柠檬酸形成,3,、第一次氧化脱酸,4,、第二次氧化脱羧,5,、底物磷酸化生成,ATP,6,、琥珀酸脱氢,7,、延胡索酸的水化,8,、草酰乙酸再生,12,脂肪分解,分解过程：,1.,脂肪酸活化，生成脂酰,CoA,。,2.,脂酰,CoA,在肉碱的协助下进入线粒体。,3.,脂肪酸的,-,氧化,4.,脂肪酸氧化的能量生成。,1949,年，,E.Kennedy,等证明,F.Knoop,提出的脂肪酸,-,氧化过程是在线粒体中进行的，并指出氧化的产物是乙酰,CoA,。,13,此间中国生化的发展,在此期间，我国前中央大学于,1935,年新成立了医学院，由,郑集,教授筹备生物化学系，担任教授兼主任，并成立了我国第一个生物化学专业的学术组织“成都生物化学会”。,1938,年郑集编写的,生物化学实验手册,(A Laboratory Manual of Biochemistry),正式在成都华英书局出版，这是我国第一本自编的生物化学原理，也是我国第一本生物化学参考书。于,1948,年郑集教授约同林国镐、万昕等成立了只有,7,人的,中国生物化学学会,。,14,现代生物化学阶段,（,20,世纪,50,年代开始）,以提出,DNA,的双螺旋结构模型为标志，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。生物化学在这一阶段的发展，以及物理学、微生物学、遗传学、细胞学等其他学科的渗透，产生了分子生物学，并成为生物化学的主体。,15,DNA,分子的双螺旋结构模型,20,世纪,40,年代末和,50,年代初，在,DNA,被确认为遗传物质之后，生物学家们不得不面临着一个难题：,DNA,应该有什么样的结构，才能担当遗传的重任？它必须能够携带遗传信息，能够自我复制传递遗传信息，能够让遗传信息得到表达以控制细胞活动，并且能够突变并保留突变。这四点，缺一不可，,如何,建构一个,DNA,分子模型解释这一切？,16,当时主要有三个实验室几乎同时在研究,DNA,分子模型。第一个实验室是伦敦国王学院的,威尔金斯、弗兰克林,实验室，他们用,X,射线衍射法研究,DNA,的晶体结构。第二个实验室是加州理工学院的大化学家,莱纳斯,鲍林,实验室。第三个则是个非正式的研究小组，事实上他们可说是不务正业。,23,岁的年轻的遗传学家,沃森,于,1951,年从美国到剑桥大学做博士后时，虽然其真实意图是要研究,DNA,分子结构，挂着的课题项目却是研究烟草花叶病毒。比他年长,12,岁的,克里克,当时正在做博士论文，论文题目是“多肽和蛋白质：,X,射线研究”沃森说服与他分享同一个办公室的克里克一起研究,DNA,分子模型，他需要克里克在,X,射线晶体衍射学方面的知识。威尔金斯虽然在,1950,年最早研究,DNA,的晶体结构，当时却对,DNA,究竟在细胞中干什么一无所知，在,1951,年才觉得,DNA,可能参与了核蛋白所控制的遗传。三人共同获,1962,年诺贝尔生理学或医学奖。,17,1962,年，,Arber,提出限制性核酸内切酶存在的第一个实验证据，,1967,年，,Gellert,发现了,DNA,连接酶，,1972,年,Berg,和,Boyer,等创建了,DNA,重组技术。,1977,年，,Berget,等发现了“断裂”基因，并于,1993,年获诺贝尔医学和生理学奖。,1980,年,F.Sanger,设计出一种测定,DNA,内核苷酸排列顺序的方法，同年获诺贝尔化学奖。,1981,年,1983,年，,Cech,和,Altman,相继发现某些,RNA,具有酶的催化活性，改变了百余年来酶的化学本质都是蛋白质的传统观念，于,1989,年共获诺贝尔化学奖。,1984,年，,Simons,和,Kleckner,等发现了反义,RNA,，从此揭开了人类向癌症开展的序幕。,1987,年，,Mirkin,等在酸性的质粒中发现了三链,DNA,。,1985,年，美国,R.Sinsheimer,首次提出“人类基因组研究计划”，,2003,年,4,月,14,日、美、中、日、德、法、英,6,国科学家宣布人类基因组图绘制成功，已完成的序列图覆盖人类基因组所含基因的,99%,。,18,2003,年,P.Agre,发现细胞膜上的水通道，证明了,19,世纪中期科学家的猜测“细胞膜有允许水分和盐分进入的孔道”，同年获诺贝尔化学奖。,2004,年以色列,A.Ciechanover,A.Hershko,和,I.Rose,发现泛素调节的蛋白降解，同年获诺贝尔化学奖。,2006,年,6,月,2,日，对于欧洲患有先天性抗凝血酶缺失症的病人们是一个好日子，世界上第一个利用转基因动物乳腺生物反应器生产的基因工程蛋白药物,-,重组人抗凝血酶,的上市许可申请获得了欧洲医药评价署人用医药产品委员会肯定批准意见，据估计该药全球潜在市场每年高达,1.5,亿美元。,在此期间，我国王应睐和邹承鲁等于,1965,年人工合成具有生物活性的蛋白质,-,结晶牛胰岛素。,1983,年，用有机合成酶促合成的方法完成酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。,1979,年洪国藩创造了测定,DNA,序列的直读法。,19,20,世纪中后期的诺贝尔奖,1970,年,L.F.Leloir,发现核糖核苷酸及其在碳水化合物生物合成中的作用。,1972,年,C.B.Anfinsen,研究核苷核酸酶的三维结构与功能的关系和蛋白质的折叠链的自然现象。,1978,年,P.D.Mitchell,研究生物系统中的能量转移过程。,1980,年,F.Sanger,设计出一种测定,DNA,内核苷酸排列顺序的方法，同年获诺贝尔化学奖。,1981,年,1983,年，,Cech,和,Altman,相继发现某些,RNA,具有酶的催化活性，改变了百余年来酶的化学本质都是蛋白质的传统观念，于,1989,年共获诺贝尔化学奖。,20,1984,年,B.Merifield,研究多肽的合成。,1988,年,J.Deisenhofer,解析了细菌光合作用反应中心的立体结构，阐明了其光合作用进行的机制。,1989,年,S.Altman,发现核糖核酸具有酶的催化功能。,1993,年,M.Smith,发明寡聚核苷酸基定点诱变技术。,1997,年,P.B.Boyer,博耶美国 发现人体细胞内负责储藏转移能量的离子传输酶。,2002,，,2003,2004,2006,，,2008,2009,年的诺贝尔化学奖均授予生物化学研究领域。,21,生物化学的前景展望,一,.,通过对,DNA,序列的了解，深入研究影响个体发育和整个生物体特定序列表达规律（功能基因组学）。,二,.,以特定基因组在特定条件下所表达的全部蛋白质为研究对象，研究细胞内蛋白质及其运动变化规律。,三,.,对,DNA,和蛋白质序列中的各种信息进行识别，存储，分析模拟和传输，发展生物信息学。,四,.,对生物大分子的行为由体外转向细胞内，将在生物大分子高级结构及其遗传信息传递规律进行突破。,22,21,世纪化学四大难题,1.,如何建立精确有效而又普遍适用的 化学反应的含时多体量子理论和统计理论？,2.,如何确立结构和性能的定量关系？,3.,如何揭示生命现象的化学机理？,4.,如何揭示纳米尺度的基本规律,？,23,路漫漫其修远兮,吾将上下而求索,24,