生物化学发展史省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物化学发展史 法国著名生物学家、化学家法国著名生物学家、化学家巴巴斯德斯德说说:“科学是没有国界，因为它是科学是没有国界，因为它是属于全人类财富，是照亮世界火把；属于全人类财富，是照亮世界火把；但学者属于祖国。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.第1页生物化学研究内容生物化学研究内容 概念概念:生物化学生物化学主要硕士物体分子结构与功效、物质主要硕士物体分子结构与功效、物质代谢与调整以及遗传信息传递分子基础与调控规律代谢与调整以及遗传信息传递分子基础与调控规律。主要研究内容有主要研究内容有:生物体化学组成 新陈代谢与代谢调整控制 生物大分子结构与功效 酶;激素与维生素研究 生物膜和生物力能学 生命起源与进化 方法学第2页核核糖糖体体RNADNA双双螺螺旋旋结结构构 磷磷脂脂双双分分子子层层 tRNA转转录录酶酶第3页生物化学发展大约在19世纪末，德国化学家李比希创建了生理化学，在他著作中首次提出了“新陈代谢”这个词。以后德国霍佩赛勒（将生理化学建成一门独立学科，并于1877年提出“Biochemie”一词，译成英语为“Biochemistry”，即生物化学。生物化学发展大致可分为三个阶段：静态生物化学阶段动态生物化学阶段现代生物化学阶段第4页静态生物化学阶段（19世纪末到20世纪30年代）期间生物学家发觉了生物体主要由糖、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份进行分离、纯化、结构测定、合成及理化性质研究。第5页19，Funk结晶出复合维生素B，提出“Vitamine”，意即生命胺。以后因为相继发觉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物质-激素。它和维生素不一样，不依赖外界供给，而由动物本身产生并在本身中发挥作用。肾上腺素、胰岛素及肾上腺皮质所含甾体激素都是在这一时期发觉。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。第6页酶本质是什么1926年，Sumner从半刀豆中制得了脲酶结晶，并证实它化学本质是蛋白质。今后四、五年间Nothrop等人连续结晶了几个水解蛋白质酶,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。第7页 中国生物化学家吴宪（18931959）在1931年提出了蛋白质变性概念。吴宪堪称中国生物化学奠基人，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主要贡献，并培养了许多生化学家。第8页肉碱发觉 高等动物中以蛋白质中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加脂肪合成，是脂酸代谢主要载体，缺乏时可致脂肪堆积乃至心肌功效障碍。肉碱穿梭机制第9页动态生物化学阶段（20世纪30-50年代）主要特点是硕士物体内物质改变，即代谢路径，确定了糖酵解、三羧酸循环以及脂肪分解等主要分解代谢路径，对呼吸、光合作用以及三磷酸腺苷(ATP)在能量转换中关键位置有了较深入认识。第10页 糖酵解1.准备阶段 2.产能阶段1940年年,德国科学家德国科学家Embden和和Meyerhof提出了糖酵解代谢路径提出了糖酵解代谢路径。第11页三羧酸循环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ATP6、琥珀酸脱氢7、延胡索酸水化8、草酰乙酸再生第12页脂肪分解分解过程：1.脂肪酸活化，生成脂酰CoA。2.脂酰CoA在肉碱帮助下进入线粒体。3.脂肪酸-氧化4.脂肪酸氧化能量生成。1949年，E.Kennedy等证实F.Knoop提出脂肪酸-氧化过程是在线粒体中进行，并指出氧化产物是乙酰CoA。第13页此间中国生化发展在此期间，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学术组织“成都生物化学会”。1938年郑集编写生物化学试验手册(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人中国生物化学学会。第14页当代生物化学阶段（20世纪50年代开始）以提出DNA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结构与其功效之间关系。生物化学在这一阶段发展，以及物理学、微生物学、遗传学、细胞学等其它学科渗透，产生了分子生物学，并成为生物化学主体。第15页DNA分子双螺旋结构模型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应该有什么样结构，才能担当遗传重担？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示以控制细胞活动，而且能够突变并保留突变。这四点，缺一不可，怎样建构一个DNA分子模型解释这一切？第16页当初主要有三个试验室几乎同时在研究DNA分子模型。第一个试验室是伦敦国王学院威尔金斯、弗兰克林试验室，他们用X射线衍射法研究DNA晶体结构。第二个试验室是加州理工学院大化学家莱纳斯鲍林试验室。第三个则是个非正式研究小组，实际上他们可说是不务正业。23岁年轻遗传学家沃森于1951年从美国到剑桥大学做博士后时，即使其真实意图是要研究DNA分子结构，挂着课题项目却是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁克里克当初正在做博士论文，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知识。威尔金斯即使在1950年最早研究DNA晶体结构，当初却对DNA终究在细胞中干什么一无所知，在1951年才以为DNA可能参加了核蛋白所控制遗传。三人共同获1962年诺贝尔生理学或医学奖。第17页1962年，Arber提出限制性核酸内切酶存在第一个试验证据，1967年，Gellert 发觉了DNA连接酶，1972年Berg和Boyer等创建了DNA重组技术。1977年，Berget等发觉了“断裂”基因，并于1993年获诺贝尔医学和生理学奖。1980年F.Sanger设计出一个测定DNA内核苷酸排列次序方法，同年获诺贝尔化学奖。1981年1983年，Cech和Altman相继发觉一些RNA含有酶催化活性，改变了百余年来酶化学本质都是蛋白质传统观念，于1989年共获诺贝尔化学奖。1984年，Simons 和Kleckner等发觉了反义RNA，从此揭开了人类向癌症开展序幕。1987年，Mirkin等在酸性质粒中发觉了三链DNA。1985年，美国R.Sinsheimer首次提出“人类基因组研究计划”，4月14日、美、中、日、德、法、英6国科学家宣告人类基因组图绘制成功，已完成序列图覆盖人类基因组所含基因99%。第18页P.Agre 发觉细胞膜上水通道，证实了19世纪中期科学家猜测“细胞膜有允许水分和盐分进入孔道”，同年获诺贝尔化学奖。年以色列A.Ciechanover,A.Hershko和I.Rose发觉泛素调整蛋白降解，同年获诺贝尔化学奖。206月2日，对于欧洲患有先天性抗凝血酶缺失症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基因工程蛋白药品-重组人抗凝血酶上市许可申请取得了欧洲医药评价署人用医药产品委员会必定同意意见，据预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年人工合成含有生物活性蛋白质-结晶牛胰岛素。1983年，用有机合成酶促合成方法完成酵母丙氨酸转移核糖核酸人工全合成。1979年洪国藩创造了测定DNA序列直读法。第19页20世纪中后期诺贝尔奖1970年 L.F.Leloir发觉核糖核苷酸及其在碳水化合物生物合成中作用。1972年 C.B.Anfinsen研究核苷核酸酶三维结构与功能关系和蛋白质折叠链自然现象。1978年 P.D.Mitchell硕士物系统中能量转移过程。1980年F.Sanger设计出一个测定DNA内核苷酸排列次序方法，同年获诺贝尔化学奖。1981年1983年，Cech和Altman相继发觉一些RNA具有酶催化活性，改变了百余年来酶化学本质都是蛋白质传统观念，于1989年共获诺贝尔化学奖。第20页1984年 B.Merifield研究多肽合成。1988年 J.Deisenhofer解析了细菌光合作用反应中心立体结构，说明了其光合作用进行机制。1989年 S.Altman发觉核糖核酸含有酶催化功效。1993年M.Smith创造寡聚核苷酸基定点诱变技术。1997年 P.B.Boyer博耶美国 发觉人体细胞内负责储备转移能量离子传输酶。，,，,诺贝尔化学奖均授予生物化学研究领域。第21页生物化学前景展望一.经过对DNA序列了解，深入研究影响个体发育和整个生物体特定序列表示规律（功效基因组学）。二.以特定基因组在特定条件下所表示全部蛋白质为研究对象，研究细胞内蛋白质及其运动改变规律。三.对DNA和蛋白质序列中各种信息进行识别，存放，分析模拟和传输，发展生物信息学。四.对生物大分子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。第22页二十一世纪化学四大难题1.怎样怎样建立准确有效而又普遍适建立准确有效而又普遍适用用 化学反应化学反应含时多体量子理论和含时多体量子理论和统计理论统计理论？2.怎样确立结构和性能定量关系怎样确立结构和性能定量关系？3.怎样揭示生命现象化学机理怎样揭示生命现象化学机理？4.怎样怎样揭示纳米尺度基本规律揭示纳米尺度基本规律第23页路漫漫其修路漫漫其修路漫漫其修路漫漫其修远远兮兮兮兮吾将上下而求索吾将上下而求索吾将上下而求索吾将上下而求索第24页