生物化学 Biochemistry

1. 生物化学　Biochemistry 主讲教师：李敏(生工学院生命科学系) 授课时间：2008年~2009学年第二学期 办公电话：88632124 个人电话：88825583 E-Mail: liminsong@hebust.edu.cn

2. 课程性质、授课对象 • 课程性质：………基础课或专业基础课。 • 我校开设本门课程的专业有：11个专业 • 生物工程、食品科学与工程、食品质量与安全 　总学时：102 生物化学：72学时，学分：4.5 　生物化学实验：30学时，学分：1.5

3. 绪论(Introduction) • 生物化学及研究对象、研究内容 • 生物体的化学组成 • 生物化学与其它学科的关系 • 生物化学发展简史与前景展望 • 生物化学课程特点及学习方法

4. 一、生物化学及研究对象、研究内容 化学 生物学 生物化学 是在分子水平上研究生命科学的一门学科。－－－－生命的化学。

5. 生物化学的含义 • 是一门研究生物体的化学组成、物质结构、物质功能、新陈代谢、代谢调节的机理与规律、物质分析与制备方法的一门科学。 • 1877年德国医生Hoppe-Seyler(霍佩-赛勒) • 1903年Neuberg首次使用“生物化学”　一词。

6. 研究对象（研究角度－－分支学科） • 普通生化 • 应用生化 • 生命科学领域 • 免疫生物化学 • 进化生物化学（或比较生物化学） • 分化生物化学等。

7. 研究内容 • 静态生物化学（有机生物化学，1770—1903） • 动态生物化学（生理生物化学，1903—1950） • 机能生物化学（分子或综合生物化学1950年以后） • 生物化学技术

8. 研究手段 • 运用无机化学、有机化学、物理化学、分析化学及物理的理论和方法。

9. 二、生物体的化学组成 • 水 • 无机盐 • 生物分子

10. 1.无机盐 • 无机盐是存在于体内和食物中的矿物质营养素，由有机物和无机物综合组成。约占人体重量的4～5%。 • 常量元素：Ca,K,Na,Mg,S,P,Cl • 微量元素：Fe,Cu,Co,Mn,Zn；F, B,Br, Cr等

11. 2 .生物分子（主要由C,H,O,N，最基本的元素组成） • 蛋白质、糖类、核酸、脂类、维生素、激素、辅酶、核苷酸、氨基酸等。 • 都是有机化合物，约占生物体质量的1/3以上。 • 是和生命现象的结构基础和功能基础。 • 许多重要的生物分子是聚合物。

12. 单糖 　 　多糖 　　糖蛋白 氨基酸 　　蛋白质 　　糖脂 核苷酸 　　核酸 　　脂蛋白 脂类 生物小分子、生物大分子、复合大分子

13. 生物大分子及基本特征 ①由构件分子聚合而成。 ②都具有非常复杂的结构 ③生物分子的手性 ④生物分子之间的相互作用和识别特性　

16. 生物分子之间的相互作用力　　　　　　　　　－－－主要是通过非共价键生物分子之间的相互作用力　　　　　　　　　－－－主要是通过非共价键 ①氢键 ②正负离子之间的静电引力 ③离域键间的π电子重叠作用力：平行方式。 ④疏水键（疏水作用力） ⑤范德华力：非特异性原子间作用力。

17. 生物分子之间的识别特性 • 分子识别 是指生物分子的选择性相互作用。 • 实现分子识别要求 ①两个分子的结合部位是结构互补的。 ②两个结合部位有相应的基团，相互间能产生作用力。

18. 例：酶与底物之间

19. 胞外 P- -P P- -P RPTK P- -P Src -P P- -P PICr -P -P Gap -P PI3K -P 例：受体与配体之间

20. 例：细胞与细胞之间

21. 三、生物化学与其它学科的关系 • 生物化学是分子水平的生物学 • 生物化学是现代生物学科的基础和前沿

23. 生物化学与现代工业 • 生物制药工业、抗菌素制造工业、酿造工业、皮革工业、酶工程、食品工业和发酵工业等都要应用生物化学的理论、技术和方法。

24. 四、生物化学发展与前景展望 • 现代生物化学起源于18世纪晚期，发展于19世纪，随着医学、发酵工业的发展而逐渐在20世纪初期成为一门独立科学。最初称生理化学，到1903年起才称生物化学。 1.早期的生物化学：十八世纪（起源） 2.现代生物化学阶段：十九世纪（发展） 3.生物化学研究中心：二十世纪（学科）

25. 生物化学研究方法 • 向微量、快速、精确、简便和自动化方向发展。

26. 2.0 nm 小沟 大沟 近代生物化学研究的重大成就 • 1953年，DNA双螺旋结构模式

27. 1958年，分子遗传的中心法则

28. 1970年，基因工程方法的建立(反转录酶、限制性内切酶）1970年，基因工程方法的建立(反转录酶、限制性内切酶） • 1981年，发现有催化功能的RNA（Ribozyme）

29. 基因组计划(genome project) ， • 作物基因组计划 • 家畜基因组计划 • 微生物基因组计划 • “人类基因组作图和测序”计划（简称HGP）

30. “人类基因组作图和测序”计划（简称HGP） • 是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。 • 参与国：美国、英国、法国、德国、日本、中国 • 计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称三大科学计划。

31. 1993年，P53被“Science”评为年度分子　　明星（肿瘤抑制基因）1993年，P53被“Science”评为年度分子　　明星（肿瘤抑制基因） • p53基因是一种肿瘤抑制基因，定位于人类17号染色体短臂，编码P53磷蛋白。 • P53磷蛋白的正常功能是调控细胞增殖，在白血病、骨肉瘤、肺癌和结直肠癌中有这P53蛋白的突变和缺失。 • 大量实验表明，人体内约50%的肿瘤发生与P53的缺失，突变有关，也与P53蛋白与病毒蛋白的结合，导致P53蛋白失活有关。

32. 1997年克隆羊诞生（英国罗斯林研究）

34. 1999年，干细胞的研究位列当年科技重大突破首位1999年，干细胞的研究位列当年科技重大突破首位 • 既有自我更新能力，又有多分化潜能的细胞。 • 揭示许多有关细胞生长和发育的基础理论难题 • 可望将其用于创伤修复，神经再生和抗衰老等临床医学研究。

35. 2002年，RNAi荣登重大科技突破榜首 一种称作小RNA的RNA分子参与着多项细胞控制工作，能够关闭基因或改变它们的表达水平。这一现象称为核糖核酸介入（RNAi）。它是体内抵御外在感染的一种重要保护机制。小RNA的这种功能有可能使21世纪的医药研究产生革命性的变化。

36. 20世纪中：酶的结晶、中间代谢途径的阐明、生物能量学的发展、生物大分子结构和功能以及分子生物学兴起。20世纪中：酶的结晶、中间代谢途径的阐明、生物能量学的发展、生物大分子结构和功能以及分子生物学兴起。 • 2003年，人类基因组作图计划完成

37. 我国科学家对生物化学的贡献 • 吴宪教授在世界上首先提出蛋白质变性理论。 • 生物物理所的邹承鲁、梁栋才院士与上海生化所的王应莱、曹天钦等院士、北京大学化学系的刑其毅、有机化学所的汪猷等教授1965年率先用化学方法合成了牛结晶胰岛素。 • 1983年又采用有机合成和酶促合成相结合的方法，完成酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成。

38. 多学科合作深入发展 • 蛋白质结构解析－－国际蛋白质数据库 • 生物工程与生物技术（20世纪70年初）：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程、糖链工程。 • 基因组与蛋白质组研究 • 转基因生物反应器 • 动物克隆技术、植物基因工程、重组DNA技术 • 基因芯片技术 • PCR技术 • 核酸分子杂交技术.

39. 21世纪的生物化学发展趋势 • 生物大分子结构与功能的关系——首要任务 • 生物膜的结构与功能——重大领域 • 机体自身调控的分子机理——核心内容 • 生化技术的创新与发明——必要方面

40. 人口与粮食 能源与资源 分子生物学理论的突破 健康与疾病 环境与生态 生物技术的有效应用 新旧技术的有机结合 更加主动 更为有效 改造生物 创造生物 新兴产业 推动工，农，医 的 发 展 利用生物技术 二十一世纪－－生命科学的世纪

41. 教学参考书目Reference • 考研参考书 • 习题书

42. 五、生物化学课程特点及学习方法 • 内容多、复杂而繁琐； • 理论性强、概念多且前后交错； • 书中上下册共40章，我们整合为15章 • 课后做习题 • 随堂思考题 • 习题书 • 书中章节后习题 • 网上学习，查看相关知识及研究现状、生产应用等。

43. 课程考核方式 • 理论课成绩 • 出勤（10%） • 完成习题情况（每人可不定期交三次，10%~15%） • 期末考试成绩（ 75%~ 80%） • 实验课成绩 • 实验过程（50%　出勤，实验结果，值日） • 实验报告（50%　按要求，保质量完成）

44. 思考题 • 生物化学及研究内容是什么？ • 结合所学专业理解学习生物化学的重要性？ • 生物大分子的特性？ • 分子识别及实现分子识别的要求？ • 生物分子之间的作用力？