中国农业大学生物学院生物化学 第01章 绪论1

生物化学Biochemistry刘国琴参考书介绍1. 王镜岩 朱圣庚 徐长法 (2002) 生物化学2. 张曼夫（2002）生物化学 中国农业大学出版社3. Albert L. Lehninger (1993) Principles of Biochemistry4. Lubert Stryer (1998) Biochemistry什么是生物化学？什么是生物化学？生物化学是生物化学是生命生命的的化学化学。研究生命体的化学研究生命体的化学组成组成与化学与化学变化变化。用化学术语解释用化学术语解释生命生命的本质。的本质。生命体共有特征生命体共有特征新陈代谢遗传、进化、变异生长、发育、繁殖生物化学组成的同一性相对稳定的内环境严整的结构对环境的感应性和适应性生命生命- 是是物质运动的高级形式物质运动的高级形式，它建立在物理、，它建立在物理、化学规律之上，但又不能完全归结为物理、化学规律之上，但又不能完全归结为物理、化学规律。生命是以化学规律。生命是以蛋白质和核酸蛋白质和核酸为主的为主的高高度有序的多分子体系度有序的多分子体系，是能进行，是能进行新陈代谢和新陈代谢和自我繁殖自我繁殖的的开放系统开放系统。生物化学生物化学 I （50学时）教学内容学时）教学内容第一章第一章 生物化学导论生物化学导论第二章第二章 糖类糖类第三章第三章 蛋白质蛋白质I：蛋白质的组成蛋白质的组成第四章第四章 蛋白质蛋白质II：蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第五章第五章 蛋白质蛋白质III：蛋白质的性质、分离与鉴定蛋白质的性质、分离与鉴定第六章第六章 酶酶第七章第七章 核酸化学核酸化学第八章第八章 维生素与辅酶、辅基维生素与辅酶、辅基第九章第九章 脂类与生物膜脂类与生物膜第十章第十章 生物能学与生物氧化生物能学与生物氧化第一章第一章 生物化学导论生物化学导论一、生物化学学科的建立和发展一、生物化学学科的建立和发展二、生命物质特征及生物化学反应类型二、生命物质特征及生物化学反应类型三、水三、水生命的溶剂生命的溶剂一、生物化学学科的建立和发展一、生物化学学科的建立和发展（一）生物化学发展简史（一）生物化学发展简史十八世纪十八世纪下半叶法国化学家下半叶法国化学家Lavoisier（1783）发现生物氧化过程发现生物氧化过程十九世纪十九世纪生物化学进展缓慢（德国领先）生物化学进展缓慢（德国领先） J.von Liebig (1803-1873) 新陈代谢 （1842） Hoppe-Seyler (1825-1895) Biochemie（1877）二十世纪初二十世纪初 德、美、英、法生物化学发展德、美、英、法生物化学发展生物化学领域三大发现：生物化学领域三大发现： 酶、维生素、激素 生物化学作为一个独立学科出现！二十世纪中叶二十世纪中叶生物化学快速发展生物化学快速发展原因：原因：1. 生物化学研究方法的改生物化学研究方法的改进进2. 跨学科的合作研究跨学科的合作研究美国生物学家Watson , 英国物理学家Crick： 1953 DNA双螺旋（1962获诺贝尔奖）英国化学家 Sanger : 牛胰岛素结构（1958）英国物理学家 Kendrew: 解析肌红蛋白结构（1962）美国生物化学家 Nirenberg：破遗遗传密码（1969）美国生物化学家 Holly： 解析 tRNA结构（1969）法国生物学家 Jocob, Monod：遗传信息流（1965）英国化学家 Sanger : DNA测序（1983） for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material Francis Harry Compton CrickJames Dewey Watson Maurice Hugh Frederick Wilkins The Nobel Prize in Physiology and Medicine 1962The Nobel Prize in Chemistry 1962Max Ferdinand Max Ferdinand PerutzPerutz John John CowderyCowdery KendrewKendrew 1/2 of the prize 1/2 of the prize 1/2 of the prize 1/2 of the prize United Kingdom United Kingdom United Kingdom United Kingdom MRC Laboratory of Molecular Biology MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom Cambridge, United Kingdom MRC Laboratory of Molecular Biology MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom Cambridge, United Kingdom b. 1914b. 1914d. 2002d. 2002b. 1917b. 1917d. 1997d. 1997Mb(1947- 1960)Kendrew et al. (1960)Nature 185:422Hb(1937-1960)Perutz et al. (1960)Nature 185:416（二）现代生物化学不断取得新进展（二）现代生物化学不断取得新进展光合作用机理光合作用机理酶作用机理酶作用机理生物固氮机理生物固氮机理核酸、蛋白质三维空间结构核酸、蛋白质三维空间结构基因克隆基因克隆 基因表达基因表达 基因调控基因调控最新生物学研究成果激动人心最新生物学研究成果激动人心新概念新概念新知识新知识新技术新技术Noji 1997, Nature 386:299 (旋转马达)DNA HelicaseGelles Lab Nature 2001 409:370人类基因组 后基因组 功能基因组 蛋白质组 pseudogene T-DNA mutant RNAi MALDI-TOF-MS（三）生物化学与其它学科的关系（三）生物化学与其它学科的关系生物化学的现代进展为分子生物学奠定了生物化学的现代进展为分子生物学奠定了基础，基础，对发育生物学对发育生物学 、 分子进化、细胞生物学、遗分子进化、细胞生物学、遗传学产生了传学产生了重要影响重要影响促使许多边缘学科诞生：量子生物学、结构促使许多边缘学科诞生：量子生物学、结构生物学、生物信息学、生物系统学生物学、生物信息学、生物系统学生物化学是生物学科的专业基础课！2121世纪生命科学的特点（世纪生命科学的特点（1 1）生命科学是生命科学是2121世纪自然科学的前沿学科世纪自然科学的前沿学科l美国美国2000年对不同学科投入年对不同学科投入l生命科学生命科学 49l物质科学物质科学 11.36%l环境科学环境科学 8.06%l数学与计算机科学数学与计算机科学 5.77%l心理科学心理科学 4.57%2121世纪生命科学的特点（世纪生命科学的特点（2 2） 生物学与多学科发生交叉生物学与多学科发生交叉 2121世纪生命科学的特点（世纪生命科学的特点（3 3） 分析与综合相结合分析与综合相结合大分子相互作用大分子相互作用（四）我国科学家在生物化学领域中的贡献（四）我国科学家在生物化学领域中的贡献1965 生化所与有机化学所人工合成有功能的蛋白质牛胰岛素1973 X射线分析出猪胰岛素空间结构1983 酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成(tRNAAla)2002 水稻基因组测序l我国生物学研究相对滞后我国生物学研究相对滞后（1992-20011992-2001年年SCISCI论文占论文占2.15%2.15%，生物论文占，生物论文占0.89%0.89%）印度 2.4印度 2.4中国 2.1中国 2.1俄罗斯 1.6俄罗斯 1.6巴西 1.2巴西 1.2意大利 3.6意大利 3.6澳大利亚 2.5澳大利亚 2.5德国德国 6.26.2英国 7.3英国 7.3日本 9.6日本 9.6美国 29.5美国 29.5加拿大 3.7加拿大 3.7其他 25.6其他 25.6“中国人离诺贝尔奖仅一步之遥中国人离诺贝尔奖仅一步之遥”原创性分析问题、解决问题的能力基础知识 （五）学好生化，勇攀高峰（五）学好生化，勇攀高峰 ！ 二、生命物质特征及生物化学反应类型二、生命物质特征及生物化学反应类型（一）生命体的化学组成（一）生命体的化学组成大量元素 H O N C S P Cl Na K Ca 微量元素 Mg V Mn Fe Co Ni Cu Zn Se Mo I元素含量排序（）元素含量排序（）人体 H（63） O（25.5） C（9.5） N（1.4） Ca（0.31 P（0.22） Cl（0.08）K（0.06）海水 H（66） O（33） Cl（0.33） Na（0.28） Mg（0.033） S（0.017） Ca（0.0062） K（0.0060） C（0.0014）地壳 O（47） Si（28） Al（7.9） Fe（4.5） Ca（3.5） Na（2.5） K（2.5） Mg（2.2）生命来自海洋！化学元素 原始物质生物分子Oparin(1922)生物起源假说：地球上的生命是由非生命物质通过长期的化学进化化学进化逐步演变而来的。Miller(1953) 化学进化实验无机物（甲烷、氨、水、氢气） 有机物（氨基酸、氢氧酸、甲醛、氢氰化物）（二）（二）甲烷甲烷、氨氨、水水、氢气氢气 可能是生可能是生命进化的原始物质命进化的原始物质1987，得到上百种有机物，包括10多种氨基酸氨基酸、核酸核酸、蛋白质蛋白质。先有蛋白质还是先有核酸？先有蛋白质还是先有核酸？RNA可能是最早的基因和催化剂