生物化学生物化学的应用与发展前景.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,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,单击此处编辑母版标题样式,#,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,*,生物化学生物化学的应用与发展前景,第,1,页,/,共,35,页,第一章 绪 论,第,2,页,/,共,35,页,生物化学的定义,生物化学的研究内容,生物化学发展简史,生物化学的应用与发展前景,主要内容,第,3,页,/,共,35,页,Chemistry,Biology,Biochemistry,一、生物化学的定义,第,4,页,/,共,35,页,生物化学的定义,生物化学,（,Biochemistry,）,是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物,的化学组成、生命物质各组分的结构和性质、及它们在生命过程中的变化规律的一门科学。,第,5,页,/,共,35,页,生物化学的含义我们可以归纳为两条,1,生物学（特别是生理学）和化学学科的相互交叉,和渗透产生了崭新的学科生物化学。,2,生命的本质是化学反应，是更高级的化学反应，,要更好地研究生命的本质就必须运用化学的理论、观点和方法来研究生命，由此产生了生物化学。,生物化学的定义,第,6,页,/,共,35,页,二,.,生物化学的内容,1,构成生物体的物质基础,(,静态生物化学,),生物体是由物质组成的，构成生物体的主要元素有,C,、,O,、,H,、,N,、,P,、,S,、,Cl,、,Mg,、,K,、,Na,、,Ca,、,Fe,、,Cu,、,Mo,、,Al,等。上述化学元素在体内可构成两大类化学物质,第一类 水及无机盐类,第二类 碳氢化合物（生物有机化合物）,生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。包括：,（,1,）由氨基酸为基本单位的蛋白质及多肽。,（,2,）由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。,（,3,）糖类及其衍生物。,（,4,）脂类及其衍生物。,（,5,）维生素、激素 及其其他生物有机化合物。,第,7,页,/,共,35,页,2,生物体的新陈代谢运动,新陈代谢是生物体与外界环境进行物质交换与能量交换的过程。分成两个阶段进行研究：,同化作用：,生物机体吸收外物加工转化构成自身，是一个合成,的过程。,异化作用：,分解排泄的过程，是一个分解的过程。,机体内的代谢反应相互联系、协同制约组成许多代谢途径和网络，在严密精巧的调控下，有条不紊地进行。,代谢调控,是近代生物化学研究的一个重要方面。活细胞内的数万个反应能在同一时间互不干扰、互相配合、有条不紊地在各自代谢途径中进行，而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地合乎生物体的各种需要。,生物体这种高度自动调控机制对于代谢的正常进,行十分重要，是近代生物化学研究的,重点课题,。,第,8,页,/,共,35,页,3,生物体的信息代谢,除了物质代谢和能量代谢以外，信息代谢也是生物化学研究的核心内容。生命现象得以延续不断地进行就在于生命体能够自我复制。,一方面生命体可以进行繁殖以产生相同的后代。另一方面，多细胞生物在细胞分裂过程中也维持了相似的基本组成。生命体可以在细胞间和世代间保证准确的信息复制和信息传递。,核酸是遗传信息的携带者，生物体内遗传信息传递的主要通路是由,DNA,的复制和,RNA,的转录以及蛋白质的生物合成构成的。,第,9,页,/,共,35,页,二、生物化学的内容,代谢与能量,糖类化学,脂类化学,蛋白质化学,核酸化学,酶学,静态生物化学,动态生物化学,糖类代谢,脂类代谢,蛋白质代谢,核酸代谢,代谢调节,蛋白质的降解,氨基酸代谢,蛋白质的生物合成,核酸的降解,核苷酸代谢,核酸的生物合成,第,10,页,/,共,35,页,三、生物化学的发展简史,第一阶段,萌芽时期,(18,世纪下半叶,19,世纪初,)-,静态生物化学阶段,1785,年法国著名化学家,Lavoisier,证明，动物呼吸是体内缓慢和不发光的燃烧。在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化作用。这是生物氧化与能量代谢研究的开端。,1770-1786,年，瑞典人分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等,1779-1796,年，荷兰人证明在光照条件下绿色植物吸收,CO,2,并放出,O,2,。,第,11,页,/,共,35,页,1828,年，,Wohler,合成了有机物尿素，从而打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。,1877,年，,Hoppe-Seyler,首先使用“,Biochemistry”,，生物化学作为一门新兴学科诞生。,1897,年，,Buchner,证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵，引进了生物催化剂的概念。,第,12,页,/,共,35,页,第二阶段,奠基时期,(19,世纪,20,世纪,)-,动态生物化学阶段,科学家对生物物质代谢、平衡等进行了广泛深入的研究，基本阐明了酶的化学本质以及与能量代谢有关的物质代谢途径。,1926年，化学家J.B.Sumner首次得到脲酶结晶,1912-1933,，生物氧化得到了卓有成效的研究，,Embden:,德国生物化学家，在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。,30,年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质,第,13,页,/,共,35,页,30,年代，英生化学家提出尿素循环和三羧酸循环,在,1940,年前后，基本上阐明了各类生物大分子的主要代谢途径：糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、磷酸戊糖途径、脂肪代谢和光合磷酸化等。,第,14,页,/,共,35,页,第三阶段,大发展时期(1950-至今)-机能生物化学阶段,科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的不断改进，使得对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。,1950,年，,Pauling,提出蛋白质二级结构的,a-,螺旋,1953,年，,Watson&Crick,提出了,DNA,的双螺旋模型,1958,年，,Crick,提出“中心法则”,1953,及,1975,年，,Sanger,分别研究出蛋白质序列和核酸序列的测定方法,1961,年，,Jacob&Monod,提出了操纵子学说,第,15,页,/,共,35,页,1970,年，,Temin,和,Baltimore,几乎同时发现逆向转录酶，证实了,Temin 1964,年提出的,“,前病毒假说,”,，阐明在劳氏肉瘤病毒（,RSV,）感染以后，首先产生含,RNA,病毒基因组全部遗传信息的,DNA,前病毒，而子代病毒的,RNA,则是以前病毒的,DNA,为模板进行合成。,1972,年,1973,年，,Berg,等成功地进行了,DNA,体外重组；,Cohen,创建了分子克隆技术，在体外构建成具有生物学功能的细菌质粒，开创了基因工程新纪元。在此同时，,Boyer,等在中成功表达了人工合成的生长激素释放抑制因子基因,第,16,页,/,共,35,页,1975,年，,Southern,发明了凝胶电泳分离,DNA,片段的印迹法；,1979,年，,Solomon,和,Bodmer,最先提出至少,200,个限制性片段长度多态性（,RELP,）可作为连接人的整个基因组图谱之基础,;,1983,年,Karry Mullis,等发明了聚合酶链式反应（,PCR,）；,Smith,等报导了,DNA,测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法。,第,17,页,/,共,35,页,1985年5月，Santa Cruz加州大学校长R.Sinsheimer提出人类基因组研究计划，1986年8月 科学院生命科学委员会确定由Bruce Alberts负责的15人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府1987年正式开始起动这一计划;,1994年，科学家在Nature Genetics上发表了水稻基因组遗传图，Wilson等用3年时间完成了线虫（）3号染色体连续的2.2 Mb的测定，预示着百万碱基规模的DNA序列测定时代的到来;,第,18,页,/,共,35,页,1998,年，,Renard,等用体细胞操作获得克隆牛,Marguerife,，再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全相同的哺乳动物；,Gene Bank,公布最新人的“基因图谱,98”,，代表了,30181,条基因定位的信息；,Venter,对人类基因组计划提出新的战略,全基因组随机测序，毛细血管电泳测序仪启动,;,第,19,页,/,共,35,页,从以上所述的生物化学的发展中，可以看出,20,世纪,50,年代以来,是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学向纵深发展，如,50,年代的双螺旋结构，,60,年代的操纵子学说，,70,年代的,DNA,重组，,80,年代的,PCR,技术，,90,年代的,DNA,测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代；现代生物化学正在进一步发展，其基本理论和实验方法均已渗透到科学各个领域，无论在哪个方面都在不断取得重大进展。,第,20,页,/,共,35,页,生物化学与诺贝尔奖,1890-1902 Fischer(,德,),首次证明了蛋白质是多肽；发现酶的专一性，提出并验证了酶催化作用的,“,锁匙,”,学说；合成了糖及嘌呤。,1902,年获诺贝尔奖。,生物化学的创始人：埃米尔,费舍尔,第,21,页,/,共,35,页,第,22,页,/,共,35,页,第,23,页,/,共,35,页,第,24,页,/,共,35,页,第,25,页,/,共,35,页,我国生物化学的开拓者吴宪,吴宪教授,第,26,页,/,共,35,页,1953年，Watson&Crick提出了DNA的双螺旋模型,在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化作用。,1构成生物体的物质基础(静态生物化学),1、王镜岩等主编的生物化学，高等教育出版社出版，第三板；,Gene Bank公布最新人的“基因图谱98”，代表了30181条基因定位的信息；,生物化学的创始人：埃米尔费舍尔,1983年Karry Mullis等发明了聚合酶链式反应（PCR）；,伴随实验手段、技术的不断改进，使得对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。,1、王镜岩等主编的生物化学，高等教育出版社出版，第三板；,从以上所述的生物化学的发展中，可以看出20世纪50年代以来是以核酸的研究为核心，带动着分子生物学向纵深发展，如50年代的双螺旋结构，60年代的操纵子学说，70年代的DNA重组，80年代的PCR技术，90年代的DNA测序都具有里程碑的意义，将生命科学带向一个由宏观到微观再到宏观，由分析到综合的时代；,四、生物化学的应用与发展前景,农业上的应用,工业上的应用,医学上的应用,第,27,页,/,共,35,页,3、沈同生物化学上、下,1970年，Temin和Baltimore几乎同时发现逆向转录酶，证实了Temin 1964年提出的“前病毒假说”，阐明在劳氏肉瘤病毒（RSV）感染以后，首先产生含RNA病毒基因组全部遗传信息的DNA前病毒，而子代病毒的RNA则是以前病毒的DNA为模板进行合成。,（2）由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。,1979年，Solomon和Bodmer最先提出至少200个限制性片段长度多态性（RELP）可作为连接人的整个基因组图谱之基础;,1770-1786年，瑞典人分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等,科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。,1926年，化学家J.,Sumner首次得到脲酶结晶,1983年Karry Mullis等发明了聚合酶链式反应（PCR）；,Sinsheimer提出人类基因组研究计划，1986年8月 科学院生命科学委员会确定由Bruce Alberts负责的15人小组起草确定这个提议的报告，联邦政府1987年正式开始起动这一计划;,生物化学（Biochemistry）是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物的化学组成、生命物质各组分的结构和性质、及它们在生命过程中的变化规律的一门科学。,第三阶段大发展时期(1950-至今)-机能生物化学阶段,生物化学学科的主要研究重点是碳氢化合物。,和渗透产生了崭新的学科生物化学。,30年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质,基础生物化学，中国农业出版社,1785 年法国著名化学家Lavoisier 证明，动物呼吸是体内缓慢和不发光的燃烧。,课程安排,生物大分子的组成与结构,生物能学,2,代谢调控,13,生物氧化,4,蛋白质,2,糖,1,脂类,1,核酸,2,酶和辅酶,6,糖代谢,脂类代谢,氨基酸代谢,绪 论,1,学时,Biochemistry,第,28,页,/,共,35,页,成绩分布,卷面成绩,70%,实验成绩,30%,周五下午,1,点,（,4,、,5,、,7,周）,9430,实验室,第,29,页,/,共,35,页,生物化学的参考书目,1,、王镜岩等主编的,生物化学,，高等教育出版社出版，第三板；,2,、阎隆飞，李明启,.,基础生物化学,，中国农业出版社,3,、,沈同,生物化学,上、下,4,、吴显荣,.,基础生物化学,(,第二版,),，中国农业出版社，,2000,5,、张洪渊主编的,生物化学教程,，四川大学出版社出版,第,30,页,/,共,35,页,生物化学的定义,生物化学,（,Biochemistry,）,是利用化学的理论和方法作为主要手段,研究生物,的化学组成、生命物质各组分的结构和性质、及它们在生命过程中的变化规律的一门科学。,第,31,页,/,共,35,页,二、生物化学的内容,代谢与能量,糖类化学,脂类化学,蛋白质化学,核酸化学,酶学,静态生物化学,动态生物化学,糖类代谢,脂类代谢,蛋白质代谢,核酸代谢,代谢调节,蛋白质的降解,氨基酸代谢,蛋白质的生物合成,核酸的降解,核苷酸代谢,核酸的生物合成,第,32,页,/,共,35,页,三、生物化学的发展简史,第一阶段,萌芽时期,(18,世纪下半叶,19,世纪初,)-,静态生物化学阶段,1785,年法国著名化学家,Lavoisier,证明，动物呼吸是体内缓慢和不发光的燃烧。在呼吸过程中，吸进的氧气被消耗，呼出的是二氧化碳，同时放出热能，在呼吸过程中有氧化作用。这是生物氧化与能量代谢研究的开端。,1770-1786,年，瑞典人分离了甘油、柠檬酸、苹果酸、乳酸、尿酸等,1779-1796,年，荷兰人证明在光照条件下绿色植物吸收,CO,2,并放出,O,2,。,第,33,页,/,共,35,页,第二阶段,奠基时期,(19,世纪,20,世纪,)-,动态生物化学阶段,科学家对生物物质代谢、平衡等进行了广泛深入的研究，基本阐明了酶的化学本质以及与能量代谢有关的物质代谢途径。,1926年，化学家J.B.Sumner首次得到脲酶结晶,1912-1933,，生物氧化得到了卓有成效的研究，,Embden:,德国生物化学家，在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。,30,年代，陆续得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶，从而进一步证明酶是蛋白质,第,34,页,/,共,35,页,第三阶段,大发展时期(1950-至今)-机能生物化学阶段,科学家对生物的研究已从整体水平逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实验手段、技术的不断改进，使得对生物大分子结构及功能的研究也更加深入。,1950,年，,Pauling,提出蛋白质二级结构的,a-,螺旋,1953,年，,Watson&Crick,提出了,DNA,的双螺旋模型,1958,年，,Crick,提出“中心法则”,1953,及,1975,年，,Sanger,分别研究出蛋白质序列和核酸序列的测定方法,1961,年，,Jacob&Monod,提出了操纵子学说,第,35,页,/,共,35,页,