第一章概论 一、生物化学的概念及其研究内容 生物体的生命现象(过程)作为物质运动的一种独有的特殊的运动形式,其基本表现形式就是(新陈代谢 和自我繁殖)。那么构成这种特殊运动形式物质基础又是什么呢?恩格斯很早就说过“蛋白质是生命活动的 体现者”。现在已知仅有蛋白质是远远不够的,还要有核酸,糖类、脂类、维生素、激素、萜类,卜啉等。 正是这些生命物质之间的相互协调的作用才形成了丰富多彩的生命现象,那么,这些生命物质到底有那些 呢?他们是怎样产生和消亡,又是怎样相互转变和相互作用呢?这就是生物化学所要研究的内容。 那么就让我们试着给生物化学下一个定义吧 生物化学是研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化的一门科学。 或者说生物化学是研究生命现象中的物质基础和化学变化的一门科学 更简单地说生物化学就是研究生命现象的化学本质 有人也称生物化学就是生命的化学。 生物化学的研究方法 以上讲了生物化学的研究对象,那么现代生物化学家们整天干些什么呢? 四个字:分离分析 从观察一个具体的生命现象开始,通过抽提、过滤、离心、色谱(层析)等生化技术分离出某种未知的生 化物质(生化组分)比如一个新的未知蛋白组分,新基因片段,或新的次生代谢物,然后进行分析, 1.结构与性质:采用系列测定、X—射线衍射、波谱,质谱、圆二色散性等技术分析其结构和功能,结 构是功能的基础,有其结构必有其功能 2.功能:生理、病理、信好转导、抗病、抗旱、耐水肥、肥胖等、 代谢及其细胞调控:表达的时空特异性,该物质何时产生与消亡,在什么组织表达?从哪儿来最终到哪 儿去,其代谢受什么调控?(潜伏、激活、沉默)。 4改造和利用 认识世界是为了改造世界,通过分离、分析后搞清了这些生命现象,最后就可以对症下药 基因治疗:血友病、癌症、肥胖等 生化药物(基因工程药物):红细胞生成素,磺胺药 遗传改良:抗虫、抗病、抗病毒等。 三、生物化学的发展史 生物化学是生命科学中最古老的学科之一(之二:遗传学、细胞学) 科学的发展总是由粗到细再到粗,或综一分—综
第一章 概 论 一、 生物化学的概念及其研究内容 生物体的生命现象（过程）作为物质运动的一种独有的特殊的运动形式，其基本表现形式就是（新陈代谢 和自我繁殖）。那么构成这种特殊运动形式物质基础又是什么呢？恩格斯很早就说过“蛋白质是生命活动的 体现者”。现在已知仅有蛋白质是远远不够的，还要有核酸，糖类、脂类、维生素、激素、萜类，卜啉等。 正是这些生命物质之间的相互协调的作用才形成了丰富多彩的生命现象，那么，这些生命物质到底有那些 呢？他们是怎样产生和消亡，又是怎样相互转变和相互作用呢？这就是生物化学所要研究的内容。 那么就让我们试着给生物化学下一个定义吧。 生物化学是研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化的一门科学。 或者说生物化学是研究生命现象中的物质基础和化学变化的一门科学。 更简单地说生物化学就是研究生命现象的化学本质。 有人也称生物化学就是生命的化学。 二、 生物化学的研究方法 以上讲了生物化学的研究对象，那么现代生物化学家们整天干些什么呢？ 四个字；分离分析。 从观察一个具体的生命现象开始，通过抽提、过滤、离心、色谱（层析）等生化技术分离出某种未知的生 化物质（生化组分）比如一个新的未知蛋白组分，新基因片段，或新的次生代谢物，然后进行分析， 1． 结构与性质：采用系列测定、X—射线衍射、波谱，质谱、圆二色散性等技术分析其结构和功能，结 构是功能的基础，有其结构必有其功能。 2．功能：生理、病理、信好转导、抗病、抗旱、耐水肥、肥胖等、 3．代谢及其细胞调控：表达的时空特异性，该物质何时产生与消亡，在什么组织表达？从哪儿来最终到哪 儿去，其代谢受什么调控？（潜伏、激活、沉默）。 4 改造和利用 认识世界是为了改造世界，通过分离、分析后搞清了这些生命现象，最后就可以对症下药： 基因治疗：血友病、癌症、肥胖等。 生化药物（基因工程药物）：红细胞生成素，磺胺药。 遗传改良：抗虫、抗病、抗病毒等。 三、 生物化学的发展史 生物化学是生命科学中最古老的学科之一（之二：遗传学、细胞学）。 科学的发展总是由粗到细再到粗，或综—分—综
最早的自然科学就是数、理、化、天、地、生。生就是生物学,研究的就是一些力所能及的生物形态观察、 分类等。 随着各学的发展,学科间在理论知识和技术上相互渗透,尤其是化学、物理学的渗透,那么到18世纪 些从事化学研究的科学家,如拉瓦锡、舍勒等人和一些药剂师、炼丹师转向生物领域,这就为生物化学的 诞生播下了种子。这时生物学就逐渐分离成生理化学、遗传学、细胞学。 19世纪末,又从生理化学中分离出生物化学,20世纪中后期又从生物化学中分离出分子生物学并与经典遗 传学结合为分子遗传学,还有发育生物学,结构生物学等等。现在又有统一的趋势,叫二十一世纪的“统一 生物学”或干脆叫生命科学,生物工程严格讲应是生物技术与工程学的杂交学科。 1、静态生物化学时期(1920年以前) 研究内容以分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主 2、动态生物化学时期(1950年以前) 这是一个飞速发展的辉煌时期, 随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用,生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢途 径及动态平衡、能量转化,光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能 酶、维生素、激素、抗生素等的代谢,都基本搞清 3、机能生物化学时期(1950年以后) 真正意义上的现代的生命化学。蛋白质化学和和核酸化学成为研究重点。 生物化学研究深入到生命的本质和奥秘:运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理。 1953年,DNA双螺旋结构、近代实验技术和研究方法奠定了现代分子生物学的基础,从此,核酸成了生 物化学研究的热点和重 1776-1778年,瑞典化学家舍勒( Sheele)从天然产物中分离出 甘油 glycerol 苹果酸 malic acid苹果 柠檬酸 citric acid 檬 尿酸 uric acid膀胱结石 酒石酸 tartaric acid酒石 1937年,英国生物化学家克雷布斯( Krebs)发现三羧酸循环获1953年诺贝尔生理学奖。 1953年,沃森一克里克( Watson-Crick)确定DNA双螺旋结构,获1962年诺贝尔生理、医学奖 195年,英国生物化学家桑格尔( Sanger)确定牛胰岛素结构,获1958年诺贝尔化学奖 1980年,桑格尔和吉尔伯特( Gibet)设计出测定DNA序列得方法,获1980年诺贝尔化学奖
最早的自然科学就是数、理、化、天、地、生。生就是生物学，研究的就是一些力所能及的生物形态观察、 分类等。 随着各学的发展，学科间在理论知识和技术上相互渗透，尤其是化学、物理学的渗透，那么到 18 世纪，一 些从事化学研究的科学家，如拉瓦锡、舍勒等人和一些药剂师、炼丹师转向生物领域，这就为生物化学的 诞生播下了种子。这时生物学就逐渐分离成生理化学、遗传学、细胞学。 19 世纪末，又从生理化学中分离出生物化学，20 世纪中后期又从生物化学中分离出分子生物学并与经典遗 传学结合为分子遗传学，还有发育生物学，结构生物学等等。现在又有统一的趋势，叫二十一世纪的“统一 生物学”或干脆叫生命科学，生物工程严格讲应是生物技术与工程学的杂交学科。 1、 静态生物化学时期（1920 年以前） 研究内容以分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主。 2、 动态生物化学时期（1950 年以前） 这是一个飞速发展的辉煌时期， 随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用，生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢途 径及动态平衡、能量转化，光合作用、生物氧化、糖的分解和合成代谢、蛋白质合成、核酸的遗传功能、 酶、维生素、激素、抗生素等的代谢，都基本搞清。 3、 机能生物化学时期（1950 年以后） 真正意义上的现代的生命化学。蛋白质化学和和核酸化学成为研究重点。 生物化学研究深入到生命的本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、发育、繁殖等的分子机理。 1953 年，DNA 双螺旋结构、近代实验技术和研究方法奠定了现代分子生物学的基础，从此，核酸成了生 物化学研究的热点和重心。 1776—1778 年，瑞典化学家舍勒（Sheele）从天然产物中分离出: 甘 油 glycerol 苹果酸 malic acid 苹果 柠檬酸 citric acid 柠檬 尿 酸 uric acid 膀胱结石 酒石酸 tartaric acid 酒石 1937 年，英国生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三羧酸循环,获 1953 年诺贝尔生理学奖。 1953 年，沃森—克里克（Watson—Crick）确定 DNA 双螺旋结构，获 1962 年诺贝尔生理、医学奖。 1955 年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构，获 1958 年诺贝尔化学奖。 1980 年，桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定 DNA 序列得方法，获 1980 年诺贝尔化学奖
1984年,化学奖, Bruce merrifield(美国),建立和发展蛋白质化学合成方 1994年,生理、医学, Alfred G. Gilman(美国),发现G蛋白及其在细胞内信号转导中的作用 1、 Rechard j. roberts(美)等,发现断裂记因化学奖 2. Karg B.Mall(美)发明PCR方法。 3. Michaet Smith(加拿大)建立DNA合成用与定点诱变研究 1996年, Petr c. Doherty(美)等,发现T细胞对病毒感染细胞的识别和MHC(主要组织相容性复合体)限 制生理医学奖 1997年 1. stanley B prusiner(美)发现一中新型的致病因子一感染性蛋白颗粒“ onion”(疯牛病)生理医学奖 2 paul D. Bover(美)等,说明ATP酶促成机制化学奖 3 Jens c.skon(丹麦)发现输送离子的Na+K+ATP酶。 998年,生理、医学, Robert e. Furchgott(美国),发发现NO是心血管系统的信号分子 四、生物化学与二十一世纪生命科学展望 1、生物化学和分子生物学是二十一世纪生命科学的带头学科 学科热点:基因组、蛋白质组、生物克隆 2、生物化学与农业 原始农业:采集与狩猎,游牧式 传统农业:原始的种植业,畜牧业 现代农业:化肥,农药:绿色革命(杂种优势),生物防治,分子育种。 分子农业(工厂化农业):离开土地,细胞水平甚至是分子水平的生化加工业,仿生学原理 植物:光合作用→固定化细胞培养,叶绿体→光合器 动物:细胞培养 3、生物化学与环保 生物净化 生物传感:酶,细胞,指示植物 4、生物化学与轻工业 发酵工业:抗生素、氨基酸。 食品工业与饲料工业:酶,添加剂,香味剂, 制革与造纸工业
1984 年，化学奖，Bruce Merrifield（美国），建立和发展蛋白质化学合成方法。 1994 年，生理、医学，Alfred G.Gilman（美国），发现 G 蛋白及其在细胞内信号转导中的作用。 1、Rechard J.Roberts(美)等，发现断裂记因化学奖 2．Karg B. Mallis(美)发明 PCR 方法。 3．Michaet Smith(加拿大)建立 DNA 合成用与定点诱变研究 1996 年，Petr c. Doherty（美）等，发现 T 细胞对病毒感染细胞的识别和 MHC(主要组织相容性复合体)限 制。生理医学奖 1997 年 1.stanley B.prusiner(美)发现一中新型的致病因子—感染性蛋白颗粒“pnion”（疯牛病）生理医学奖 2 paul D.Boyer（美）等，说明 ATP 酶促成机制化学奖 3 Jens c. skon(丹麦)发现输送离子的 Na+\K+___ATP 酶。 1998 年，生理、医学，Rolert F. Furchgott（美国），发发现 NO 是心血管系统的信号分子。 四、 生物化学与二十一世纪生命科学展望 1、 生物化学和分子生物学是二十一世纪生命科学的带头学科。 学科热点：基因组、蛋白质组、生物克隆 2、 生物化学与农业 原始农业：采集与狩猎，游牧式 传统农业：原始的种植业，畜牧业 现代农业：化肥，农药；绿色革命（杂种优势），生物防治，分子育种。 分子农业（工厂化农业）：离开土地，细胞水平甚至是分子水平的生化加工业，仿生学原理。 植物：光合作用 → 固定化细胞培养，叶绿体→光合器。 动物：细胞培养。 3、 生物化学与环保 生物净化： 生物传感：酶，细胞，指示植物 4、 生物化学与轻工业 发酵工业：抗生素、氨基酸。 食品工业与饲料工业：酶，添加剂，香味剂， 制革与造纸工业：
生物电子学:DNA储存器 5、生物化学与医药 生化药物:疫苗, 基因工程药物 基因 6、生物化学的机遇与挑战 (1)、机遇:研究手段和研究方法的出现 (2)、挑战:许多重大的理论问题没有解 光合作用 生物能学 基因表达与调控 五、参考书籍 教材:沈同《生物化学》上下、陶慰孙《蛋白质化学》、《 Biochemistry》、《生 物大分子物质的结构与功能》 杂志:《中国科学》 《科学通报》 《Annu.Rev. Biochem.》 练习题 网站:生命科学(生物化学) 六、讲课方式 只讲重点和难点和前沿性的热点,一般性知识看书 讨论和启发式 提问式 七、学习方法 认真听讲,做好笔记 下去看书,即时消化 最好能预习一下 八、应掌握内容 1、基本的生物化学理论和知识 (1)生物大分子的结构、性质和功能(糖、脂、蛋白质、酶、维生素、核酸、激素、抗生素)
生物电子学：DNA 储存器。 5、 生物化学与医药 生化药物：疫苗， 基因工程药物： 基因治疗： 6、 生物化学的机遇与挑战 （1）、 机遇：研究手段和研究方法的出现 （2）、 挑战：许多重大的理论问题没有解决 光合作用 生物能学 基因表达与调控 五、 参考书籍 教材；沈同《生物化学》上下、陶慰孙《蛋白质化学》、《Biochemistry》、《生 物大分子物质的结构与功能》 杂志；《中国科学》 《科学通报》 《Annu. Rev. Biochem.》 练习题； 网站； 生命科学（生物化学） 六、 讲课方式； 只讲重点和难点和前沿性的热点，一般性知识看书。 讨论和启发式 提问式 七、 学习方法 认真听讲，做好笔记。 下去看书，即时消化 最好能预习一下 八、 应掌握内容 1、 基本的生物化学理论和知识 （1）生物大分子的结构、性质和功能（糖、脂、蛋白质、酶、维生素、核酸、激素、抗生素）
功能:生理功能、发育、免疫、进化、生物膜、遗传信息传递等。 (2)生物大分子在生物体内的代谢(分解、合成、转化过程、能量的转化) (3)遗传信息传递的化学基础 DNA复制与修复、RNA生物合成、蛋白质生物合成、代谢调节 2、生化分离分析的一些技术手段(实验生化和生化技术细讲) 第一章糖 、糖的概念 糖类物质是多羟基(2个或以上)的醛类( aldehyde)或酮类( Ketone)化合物,以及它们的衍生物或聚合物 据此可分为醛糖( aldose)和酮糖( ketose)。糖 还可根据碳层子数分为丙糖( triose),丁糖( (erose),戊糖( pentose)、己糖( hexose) 最简单的糖类就是丙糖(甘油醛和二羟丙酮) 由于绝大多数的糖类化合物都可以用通式Cn(H2On表示,所以过去人们一直认为糖类是碳与水的化合物, 称为碳水化合物。现在已经这种称呼并恰当,只是沿用已久,仍有许多人称之为碳水化合物 糖的种类 根据糖的结构单元数目多少分为: (1)单糖:不能被水解称更小分子的糖 (2)寡糖:2-6个单糖分子脱水缩合而成,以双糖最为普遍,意义也较大 (3)多糖 均一性多糖:淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质(壳多糖) 不均一性多糖:糖胺多糖类(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等) (4)结合糖(复合糖,糖缀合物, glycoconjugate):糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 (5)糖的衍生物:糖醇、糖酸、糖胺、糖苷 糖类的生物学功能 (1)提供能量。植物的淀粉和动物的糖原都是能量的储存形式 (2)物质代谢的碳骨架,为蛋白质、核酸、脂类的合成提供碳骨架。 (3)细胞的骨架。纤维素、半纤维素、木质素是植物细胞壁的主要成分,肽聚糖是细胞壁的主要成分 (4)细胞间识别和生物分子间的识别。 细胞膜表面糖蛋白的寡糖链参与细胞间的识别。一些细胞的细胞膜表面含有糖分子或寡糖链,构成细胞的 天线,参与细胞通信。 红细胞表面ABO血型决定簇就含有岩藻
功能：生理功能、发育、免疫、进化、生物膜、遗传信息传递等。 （2）生物大分子在生物体内的代谢（分解、合成、转化过程、能量的转化）。 （3）遗传信息传递的化学基础： DNA 复制与修复、RNA 生物合成、蛋白质生物合成、代谢调节 2、 生化分离分析的一些技术手段（实验生化和生化技术细讲） 第一章 糖 一、 糖的概念 糖类物质是多羟基(2 个或以上)的醛类(aldehyde)或酮类(Ketone)化合物，以及它们的衍生物或聚合物。 据此可分为醛糖(aldose)和酮糖(ketose)。 糖 还可根据碳层子数分为丙糖(triose)，丁糖(terose)，戊糖(pentose)、己糖(hexose)。 最简单的糖类就是丙糖(甘油醛和二羟丙酮) 由于绝大多数的糖类化合物都可以用通式 Cn (H2O)n 表示，所以过去人们一直认为糖类是碳与水的化合物， 称为碳水化合物。现在已经这种称呼并恰当，只是沿用已久，仍有许多人称之为碳水化合物。 二、 糖的种类 根据糖的结构单元数目多少分为： （1）单糖：不能被水解称更小分子的糖。 （2）寡糖：2-6 个单糖分子脱水缩合而成，以双糖最为普遍，意义也较大。 （3）多糖： 均一性多糖：淀粉、糖原、纤维素、半纤维素、几丁质(壳多糖) 不均一性多糖：糖胺多糖类(透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素等) （4）结合糖(复合糖，糖缀合物，glycoconjugate)：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸等 （5）糖的衍生物：糖醇、糖酸、糖胺、糖苷 三、 糖类的生物学功能 (1) 提供能量。植物的淀粉和动物的糖原都是能量的储存形式。 (2) 物质代谢的碳骨架，为蛋白质、核酸、脂类的合成提供碳骨架。 (3) 细胞的骨架。纤维素、半纤维素、木质素是植物细胞壁的主要成分，肽聚糖是细胞壁的主要成分。 (4) 细胞间识别和生物分子间的识别。 细胞膜表面糖蛋白的寡糖链参与细胞间的识别。一些细胞的细胞膜表面含有糖分子或寡糖链，构成细胞的 天线，参与细胞通信。 红细胞表面 ABO 血型决定簇就含有岩藻糖