生物化学绪论

生物化学

Biochemistr y园艺学院：赵 辉

生物化学

第一章 绪 论

生物化学

主要内容

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

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一、生物化学的定义

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什么是生物化学？

生物化学化 学

生物化学

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。

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附加：生命的定义

生命的根本特性是什么？千百年来，人们以许多不 同的观点阐述自己对此的看法。19世纪下半叶时，恩格斯给生命下了一个定义： “生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基本 因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢， 而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果 便是蛋白质的分解。” 生命是生物体运动的一种方式，它是一种自然现象， 包括生物体的生长、发育、遗传、变异、衰老、死 亡等。

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生物化学的定义

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。

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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) (2) (3) (4) (5) 由氨基酸为基本单位的蛋白质及多肽。 由含氮杂环化合物构成的核苷酸及其核酸大分子。 糖类及其衍生物。 脂类及其衍生物。 维生素、激素 及其其他生物有机化合物。

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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。

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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。

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二、 生物化学的内容糖类化学 脂类化学

静态生物化学

蛋白质化学 核酸化学 酶学 代谢与能量 糖类代谢

动态生物化学

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

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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C.W.Scheele分离了甘油、柠檬 酸、苹果酸、乳酸、尿酸等 1779-1796年，荷兰人J.Ingenbousz证明在光照条件下 绿色植物吸收CO2 并放出O2 。

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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。

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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，美国化学家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

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30年代，英生化学家A.Krebs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。

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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

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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E.coli中成功表达了人工合成的生长激素释 放抑制因子基因

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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; 1985 年 ， Saiki 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。

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1985 年 5 月 ， 美 国 Santa Cruz 加 州 大 学 校 长 R.

Sinsheimer提出人类基因组研究计划，1986年8月美国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，日本科学家在《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 (C.elegans)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;

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