生物化学.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,生物化学,Biochemistry,李 伟,大连水产学院食品工程系,aisingioro,84763553,2007,1,What,Is,Biochemistry?,Biochemistry studies living systems to discover and understand their chemical composition and how organisms carry out life processes.,生命的化学，是在分子水平上研究生物体化学本质及其生命活动过程中化学变化规律的科学。,Combines biology and organic,inorganic or physical chemistry to study life processes.,Overview of Biochemistry,2,Brief history of Biochemistry,现代生物化学起源于18世纪晚期，发展于19世纪，在20世纪初期始成为一门独立科学。它是在化学及生理学发展的影响下产生的，故最初称为,生理化学,，到1903年起称为,生物化学,。,3,4,5,A mammalian cell,6,A plant cell,7,8,9,Electron micrograph of the nucleus of the alga chlamydomonas,10,Nucleus and nucleolus,11,Endoplasmic reticulum,12,Golgi apparatus,13,Lysosomes for protein degradation,14,Mitochondrion,15,16,17,18,Human immuno-deficiency virus,19,H5N1,virus,20,生命物质的元素组成,自然界存在的90多种化学元素中只有约30种是生物必需的。,大量元素：,C H O N,占细胞总物质99%,基本元素：,S P Cl Ca K Na Mg,微量元素：,Al As B Br Cr F Ga I Mo Se Si V,21,生物机体的化学组成,活细胞的有机物分为两大类,大分子：,蛋白质、核酸、多糖和以结合状态存在的脂质。,小分子：,维生素、激素、各种代谢中间物，以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油等。,22,生物分子,:,是构成生命体的、具有生命的最小单位。,四类生物大分子：,蛋白质、核酸、糖类、脂质,生物分子的特征：,a,.,具有复杂与严整的结构,b.,具有各自特有的功能,c.,能利用外界能量来建造和维持自身的严整结构,d.,具有精确的自我复制功能,23,2.,生物体内物质代谢的变化，即代谢途径。,新陈代谢,(,Metabolism,),包括,1.,合成代谢,(,Anabolism,):,是生物体从环境中取得物质，转化为体内新的物质的过程，也叫同化作用,(,Assimilation,),;,2.,分解代谢,(,Catabolism,):,是生物体内的原有物质转化为环境中的物质，也叫异化作用,(,Dissimilation,),。,24,物质代谢特点：,在代谢的过程中伴随有能量的变化,新陈代谢是连续的酶促反应系列,新陈代谢是在生物体的调节控制之下有条不紊地进行的,25,26,27,28,当代生物化学研究的主要内容,1)生物大分子结构与功能,2)物质代谢与调节,3)基因信息传递与调控,3.,分子生物学（,Molecular biology）,研究生物体生物大分子的结构、功能、,相互作用及其同功能的关系。,29,The inventor of DNA sequencing,double Nobel prize winner Fred Sanger,Dolly,30,核酸的发现及早期研究,The discovery of DNA,J.F.Miescher(1868),1889年,Altmann,提出核酸这个名称。,31,细菌转化实验1.基础知识,野生型肺炎双球菌(,Strep-tococcus pneumoniae,),菌落为光滑型，一种突变型为粗糙型，两者根本差异在于荚膜形成；,荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；,不同抗原型是遗传的、稳定的，一般情况下不发生互变。,荚膜,菌落,毒性,类型,光滑型,S,发达,光滑,有,I,II,III,粗糙型,R,无,粗糙,无,I,II,32,Griffith,转化研究(1928),33,Griffith,对其试验结论及发展,根据上述研究结果,Griffith,认为：,(有毒)死细菌中的某种物质转移到(无毒)活细菌中，并使之具有毒性，导致小家鼠死亡。,他将这种细菌遗传类型的转变称为转化,，并将引起转化的物质称为,转化因子,(,tranforming principle)。,但是当时的化学与生化分析技术还无法鉴定杀死细菌中的成分，因而不知转化因子为何物。,以后一些研究者重复上述试验，并且加入了体外培养试验，即：将加热杀死的,SIII,细菌与无毒,RII,细菌混合培养，然后注入小家鼠体内，同样导致家鼠死亡。表明：,细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间的定向转化,。,34,阿维利(,Avery),等的转化实验(1944),35,实验结论,上述实验结果表明：来源于加热杀死的,SIII,细菌，并使,RII,细菌转化成为,SIII,型细菌的转化因子是,DNA。,正是在这一认识的基础上，将转化定义为：,某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型的,DNA,而使它的基因型和表现型发生相应变化的现象,。,Avery,等人的实验实际上也表明：,决定细菌遗传类型的物质是,DNA，,即证明了,DNA,就是遗传物质,。,但由于他们采用的实验方法当时不被人们广泛接受，而且得出的结论与当时人们的传统观念(认为蛋白质是遗传物质)不符合，而长期没有得到人们的承认。,36,DNA,双螺旋结构模型的建立,Watson,Crick,1953,Franklin,37,1958年，,Crick,提出了“中心法则”（,central dogma):,复制,DNA,RNA,蛋白质,翻译,转录,反转录复制,38,39,克隆羊的诞生过程,从芬兰,多塞特母绵羊,的乳 腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止了分裂，此细胞称之为,供体细胞,；,从一头苏格兰,黑面母绵羊,的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将其细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为,受体细胞,；,利用电脉冲的方法，使供体细胞和受体细胞发生融合，最后形成了,融合细胞,，由于电脉冲还可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能象受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成胚胎细胞；,将胚胎细胞转移到另一只苏格兰,黑面母绵羊,的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成一只小绵羊。,40,基因工程（,genetic engineering),1972,年，,Berg P et al.,将,噬菌体基因和大肠杆菌乳糖操纵子插入猴病毒,SV40 DNA,中，首次构建,DNA,的重组体（,recombinant)。,基因工程是对携带遗传信息的分子进行设计和施工的分子工程，包括基因重组和表达。,41,聚合酶链式反应（,polymerase chain reaction,PCR),是,DNA,的体外酶促扩增，又称为无细胞分子克隆法。,1985年,K.Mullis,发明这项技术。,1988年,Saiki,等人将,Taq DNA,聚合酶用于此技术。,42,人类基因组计划,1986年，诺贝尔奖获得者,H.Dullecco,在,Science,杂志上提出人类基因组计划（,HGP）。,1990,年，美国政府决定出资30亿美元，用15年时间完成,HGP。,1999年，中国加入进来，承担了1%的测序任务。,生命科学进入到后基因时代（,post-genome are）。,43,蛋白质组学是在整体水平上研究细胞内蛋白质组分及其活动规律的科学。,1994年，澳大利亚学者,M.Wikins,和,K.Williams,蛋白质组-细胞内基因组表达的所有蛋白质。,44,蛋白质工程(,protein engineering),是指通过对蛋白质已知结构与功能的认识,借助计算机辅助设计,利用基因定位诱变等技术改造蛋白质,以达到改进某些性能的目的.,45,生物化学的应用,医药工业：疾病的诊断,食品工业,发酵工业,制药工业,46,Where Do Biochemists Work?,Colleges,Universities and Government agencies employ the majority of biochemists.,Drug companies,Biotechnology companies,Hospitals,47,Salaries,B.S.range from$30-$40 thousand.,M.S.approx.$45 thousand.,PhD approx.$65 thousand.,48,