第十五章 生物化学与新生物技术
生物化学和生物技术的前沿研究
生物化学和生物技术的前沿研究生物化学和生物技术是现代生命科学领域中的两个重要分支，它们的前沿研究不仅推动了生物学的发展，也为人类社会的进步做出了巨大贡献。
一、生物化学的前沿研究生物化学是研究生物体内化学成分及其相互作用的学科，它关注的是生物分子的结构、功能和代谢。
在生物化学的前沿研究中，一项重要的研究方向是蛋白质的结构与功能。
蛋白质是生物体内最重要的分子之一，它们参与了几乎所有生物过程。
通过研究蛋白质的结构，可以深入了解其功能和相互作用机制。
近年来，随着结构生物学的快速发展，科学家们已经成功解析了许多重要蛋白质的结构，如G蛋白偶联受体、离子通道和酶等。
这些结构研究为药物设计和疾病治疗提供了重要的依据。
此外，基因组学和蛋白质组学的发展也是生物化学前沿研究的重要方向。
基因组学研究基因组的组成和结构，而蛋白质组学则关注生物体内所有蛋白质的表达和功能。
通过对基因组和蛋白质组的研究，可以揭示生物体内复杂的分子网络，为疾病的诊断和治疗提供新的思路。
二、生物技术的前沿研究生物技术是应用生物学原理和方法进行研究和开发的学科，它涉及到生物体的改造和利用。
生物技术的前沿研究主要包括基因工程、细胞工程和蛋白质工程等。
基因工程是将外源基因导入生物体内，使其表达所需的蛋白质。
这项技术不仅可以用于基础研究，还可以应用于医学和农业等领域。
例如，通过基因工程技术，科学家们已经成功制备了许多重要的药物，如人胰岛素和重组人血小板生成素。
此外，基因工程还可以用于改良农作物，提高其产量和抗病虫害能力。
细胞工程是利用细胞的特性和功能进行研究和应用的技术。
近年来，干细胞研究成为细胞工程的热点领域。
干细胞具有自我更新和多向分化的能力，被认为是治疗许多疾病的潜在来源。
科学家们通过研究干细胞的特性和调控机制，希望能够开发出新的治疗方法和药物。
蛋白质工程是通过改变蛋白质的结构和功能，设计出具有特定性能的蛋白质。
这项技术在药物研发和工业生产中有着广泛的应用。
化学与生物的生物化学与生物技术
化学与生物的生物化学与生物技术教案：化学与生物的生物化学与生物技术导语：本节课将介绍化学与生物的交叉领域——生物化学与生物技术。
通过学习生物大分子的组成与结构、生物化学反应、生物工程等内容，帮助学生了解生物化学的基本原理和应用技术，培养学生的科学思维和实践能力。
希望同学们能够通过这节课的学习，增加对生物化学和生物技术的认识，并掌握基本的实验操作和数据分析能力。
特色小节：一、生物大分子的结构与功能1. 蛋白质的组成和结构：氨基酸、多肽链、特殊结构的蛋白质。
2. 蛋白质的功能：结构蛋白、酶和激素。
3.核酸的组成和结构：核苷酸、DNA和RNA的结构。
4.核酸的功能：存储遗传信息、蛋白质合成。
二、生物化学反应及其调控1. 酶的基本知识：酶的特性、酶的分类、酶的活性调控。
2. 代谢途径的调控：代谢调节的基本原理、调控途径的分类。
3. 糖代谢的调控：糖酵解、糖异生的调控。
三、生物技术及其应用1. DNA技术：DNA的重组与克隆、PCR技术、基因测序技术。
2. 蛋白质工程：蛋白质的结构与功能改造、重组蛋白的产生与应用。
3. 酶工程：酶的固定化、高效酶的筛选与改造。
4. 细胞工程：细胞培养与鉴定、细胞的遗传改造与应用。
深入拓展：一、生物大分子的进化与多样性1.生命起源：生命的起源和演化理论。
2.进化的意义：进化对生物多样性的影响，物种形成机制。
二、基因组学与转基因技术1.基因组学：基因的发现、基因组的结构、比较基因组学。
2.转基因技术：转基因动植物的培育、转基因食品的安全性。
三、生物大分子的分析方法1.质谱分析：质谱仪的基本原理、应用及数据解析。
2.结构分析：X射线晶体学、核磁共振等方法的原理及应用。
四、生物大分子与疾病1.蛋白质与疾病关联：蛋白质的异常与疾病的关系，蛋白质药物研发的现状。
2.基因与疾病关联：突变基因与遗传性疾病，基因治疗的进展。
小结：通过本次课程的学习，同学们已经掌握了生物化学与生物技术方面的基本知识和实验技能，对生物大分子的结构与功能、生物化学反应及其调控、生物技术及其应用等方面有了更深入的了解。
应用生物化学和生物技术
应用生物化学和生物技术生物化学和生物技术是现代生命科学的两个重要分支，它们在许多领域中发挥着重要的作用。
本文将重点探讨生物化学和生物技术在医学、农业和环境保护等方面的应用。
首先，生物化学在医学领域的应用非常广泛。
生物化学研究了生物体内各种化合物的组成、结构和功能，通过研究生物分子和细胞的生理生化过程，可以帮助我们理解疾病的发生机制，为疾病的诊断和治疗提供依据。
例如，通过研究疾病相关基因的表达和调控，生物化学可以帮助人们发现新的治疗靶点，开发新的药物和治疗方法。
此外，生物化学还可以通过检测血液、尿液等体液中的生物化学指标来辅助诊断和监测疾病的进展，比如血糖、血脂等指标在糖尿病和心血管疾病的诊断和治疗中起着重要作用。
另外，生物技术在医学领域也发挥着重要的作用。
生物技术利用生物体的活性物质和生物分子进行研究和应用，可以帮助我们开发新的生物治疗方法和药物。
例如，蛋白质工程技术可以通过改造蛋白质的结构和功能来设计和制造药物，提高药物的疗效和减少副作用。
基因工程技术可以通过引入外源基因或篡改内源基因，实现对遗传性疾病的基因治疗。
此外，生物技术在细胞培养、组织工程、干细胞研究等方面也有广泛的应用，为临床治疗和再生医学提供了新的方法和手段。
在农业方面，生物化学和生物技术的应用也非常重要。
生物技术可以帮助改良农作物的性状和品质，提高农作物的抗病虫害能力，增加产量和营养价值，减少对农药和化肥的依赖。
基因工程技术可以通过引入外源基因来改善农作物的抗性，例如转基因作物具有抗虫、抗草甘膦等特点。
此外，生物技术还可以帮助传统育种方法的改良和优化，通过分析和筛选植物遗传资源中的有效基因和遗传标记，加快传统育种的进程，提高育种效率和成功率。
最后，生物化学和生物技术在环境保护和生态治理方面也起着重要作用。
生物技术可以帮助我们开发新的环境治理方法，降解有机污染物和重金属，修复土地和水体的污染。
例如，菌根真菌和植物的合作可以有效去除土壤中的重金属，微生物与植物共同修复受污染的水体等。
生物化学教程 张洪渊TEL (0813 )
14
3 .生化与其他学科关系
经典生物学
生物化学
化学,物理
遗传学，微生物学
分子生物学
生物工程
基因工程 酶工程 蛋白质工程 细胞工程15 发酵工程
多学科合作研究：物理、化学、遗传、仪器等 专家的合作研究，如蛋白质X-射线晶体衍射
13
测定蛋白质结构，DNA测序等。
我国的现代生物化学研究起步较晚，由留美、德、法、 英等学者开始主要有吴宪教授，王英睐，曹天钦，邹 承鲁等教授。
1965年上海有机化学研究所汪猷、北京大学邢其毅 教授用化学法人工合成了具有生物活性的结晶牛胰岛 素。
17
生物化学的发展前景
• 借助于现代科技成果，高速发展生化理论与技术，促进生物学理论技术及生物工程学 的发展。
18
5 .学习生化的方法
A. 教材作用（借鉴、利用－ 学习生化科学的知识体系）
a. 主要参考体系，其他资料利用
b. 合理取舍( 知识系统－－ 时间、专业 )：
讲课：重点（核心）与线条结合；
8
十九世纪末随着医学、发酵工业的发展而逐渐形成的一门独立的学科，与化 学、有机化学的发展密切相关，涉及农业、工业、医药、国防等各个方面。
早期的生物化学：十八世纪 拉瓦锡 （Attoine-Laurent Lavoisier, 1743－1794，法国） 研究燃烧和呼吸现 象，推翻”燃素学说” 舍 勒 (Carl Wilhelm Scheele, 瑞典）与Joseph Priestly
6
信息代谢：代谢调控
1.2.3 生命物质的结构、功能与生命现象 的关系（功能或机能生化）
生物化学中的基因工程和生物技术
生物化学中的基因工程和生物技术基因工程和生物技术，作为生物化学领域的重要分支，在当今科学研究和生产实践中扮演着至关重要的角色。
基因工程是指利用分子生物学和细胞生物学的原理和技术，对生物体的遗传信息进行操作和改造的一门学科；而生物技术则是应用基因工程技术，研发各种产品和服务的综合学科。
本文将就基因工程和生物技术的原理、应用及伦理问题进行探讨。
首先，基因工程技术的原理主要包括基因克隆、DNA重组、基因突变和基因表达等过程。
基因克隆是指将某种具有特定功能的DNA片段复制多份，形成多个完全相同的基因片段。
而DNA重组则是利用限制酶和DNA连接酶等酶类工具，将两个或多个不同DNA片段连接在一起，形成新的DNA组合。
基因突变则是通过诱发DNA序列发生变异，改变生物的遗传信息。
而基因表达是指基因转录和翻译的过程，使得基因的信息转化为特定蛋白质的生物过程。
其次，生物技术的应用领域广泛，包括医疗保健、农业、食品工业、环境保护等多个领域。
在医疗保健方面，基因工程技术已经被应用于基因治疗、药物研发和生产等方面，为许多疾病的治疗提供了新的希望。
在农业领域，生物技术可以用于育种改良，提高农作物的产量和抗病性，以满足不断增长的人口需求。
在食品工业中，转基因技术可以帮助提高食品的营养价值和品质，增加作物产量，解决粮食短缺问题。
在环境保护方面，基因工程技术可以处理废水、净化空气、治理污染等，为人类改善生活环境做出贡献。
然而，随着基因工程和生物技术的日益发展，也伴随着一些伦理问题的产生。
例如，转基因食品的安全性和风险性引发了广泛的争议；基因编辑技术的道德约束和风险管理也值得深思。
同时，遗传信息的隐私保护和滥用、生物资源的公平分配等问题也需要引起足够重视。
因此，科学家、政府和公众需共同努力，建立健全的生物伦理学框架，确保基因工程和生物技术的发展不违背伦理道德，维护人类和自然生态的和谐共处。
综上所述，基因工程和生物技术作为生物化学领域的重要研究方向，对人类社会和生态环境的发展有着重要的影响。
生物化学与分子生物学的新技术研究
生物化学与分子生物学的新技术研究随着科技的不断进步，生物医学研究领域也不断涌现出新的技术，其中生物化学和分子生物学的新技术更是为生物医学研究的发展带来了巨大的推动力。
在生物化学和分子生物学领域，新技术的发明和应用促进了许多新的发现和探索，本文将对一些最新的生物化学和分子生物学技术进行探讨。
蛋白质质谱技术蛋白质质谱技术是一种用于识别和测定蛋白质的方法，它利用蛋白质特异性分子质量和其他化学特性相互作用，通过质谱检测来分析和鉴定蛋白质。
近年来，随着质谱仪等设备的进步和成本的降低，蛋白质质谱技术已经广泛应用于蛋白质组学和蛋白质相互作用等领域。
目前，蛋白质质谱技术的应用非常广泛，其中包括对蛋白质组成、结构、功能和相互作用的研究等。
例如，在药物开发和疾病诊断方面，蛋白质质谱技术已经成为一种重要的工具。
此外，蛋白质质谱技术还可以用于鉴定新的蛋白质相互作用点，从而为药物设计提供新的思路。
CRISPR-Cas9基因编辑技术CRISPR-Cas9基因编辑技术是一种能够快速准确地改变DNA序列的方法。
它通过使用CRISPR（簇状排列的短回文重复序列）和Cas9（CRISPR相关蛋白9）等工具来进行编辑，可以实现对人类基因组的准确操作。
这种技术被称为“基因剪刀”，在生物医学领域中得到广泛的应用。
CRISPR-Cas9基因编辑技术具有准确、高效、便捷等优势，它可以很容易地指定 DNA 序列，精确将目标基因修饰或删除。
这项技术可以在很多方面用于人类疾病的治疗和预防，例如用于婴儿基因缺陷的矫正，用于治疗肿瘤等等。
单细胞测序技术单细胞测序技术是在细胞水平下进行分子测序的一种方法。
该技术使用高通量测序技术对单个细胞的基因表达或基因组进行测序，可以获得单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞DNA测序（scDNA-seq）等数据。
这项技术在生物学研究中具有广泛的应用前景。
单细胞测序技术因为具有独特的优势，已经在人类及动物体内单细胞研究中大放异彩。
生物化学与生物技术
生物化学与生物技术生物化学与生物技术是现代生物科学领域中重要的学科，它们紧密相关但又各自独立。
本文将对生物化学和生物技术进行介绍和探讨。
一、生物化学生物化学是研究生物体内生物分子的结构、组成、功能和代谢等方面的科学。
生物化学的主要研究对象包括蛋白质、核酸、多糖和生物膜等生物分子，以及其在生物体内的相互作用和调控。
1. 蛋白质蛋白质是生物体内非常重要的生物分子，它们是由氨基酸组成的。
生物化学研究揭示了蛋白质的结构与功能之间的关系，从而使我们更好地理解了生物体内各种生理过程的发生机制。
2. 核酸核酸是生物体内存储遗传信息的分子，包括DNA和RNA。
生物化学的研究使我们对DNA与RNA的结构和功能有了更全面的认识，使得我们能够深入探究基因的遗传规律以及基因的表达调控。
3. 代谢代谢是生物体内发生的化学反应的总和，包括合成代谢和分解代谢两个方面。
生物化学的研究揭示了生物体内各种代谢途径的机制，从而深化了我们对生命活动的认识。
二、生物技术生物技术是一门利用生物体和生物分子进行实验和应用的技术。
它利用生物体的自然特性和生物分子的特异性以及科学家对其认识的深入，创造出许多在医药、农业、环境保护等领域具有重大影响的新技术。
1. 基因工程基因工程是生物技术中最重要的分支之一。
它通过改造和重组生物体的基因，创造出了许多在农业和医药领域具有巨大潜力的新型生物体和药物。
2. 发酵工程发酵工程利用微生物的发酵能力来生产生物制品，比如酒精、乳酸、抗生素等。
它为食品工业、制药工业等提供了高效、低成本的生产方法。
3. 细胞培养技术细胞培养技术是通过体外培养细胞来研究细胞生物学、制备生物制品等的技术。
它在医学研究、疫苗制备、组织工程等方面发挥着重要作用。
生物化学与生物技术的交叉和融合带来了许多重要的科学成果和技术突破。
它们对于解决人类面临的食品安全、环境保护、疾病治疗等问题具有重大意义。
综上所述，生物化学和生物技术都是生物科学领域中不可或缺的学科，它们在深化对于生物体内生物分子的认识、解决实际问题等方面具有重要意义。
生物化学教学大纲
《生物化学》教学大纲一、课程在培养方案中的地位、目的和任务生物化学是研究生命现象及其化学本质的科学。
它运用化学的理论和方法来揭示生物体的化学组成及其发展规律。
生物化学是现代生物科学的理论和技术基础，是医学专业的重要基础课程，是联系基础医学和临床医学的桥梁，是医学主干学科。
通过本课程的学习，要求学生较全面了解生物体的基本化学组成，理解其主要组成物质的结构、性质及这些物质在体内的合成、降解和相互转化等的代谢规律，深入了解这些代谢活动与各种重要生命现象之间的联系，学会综合运用所学的基本知识和技术来解决一些实际问题，并为学习后续课程打下坚实的基础。
二、课程基本要求(一)基础理论和基本知识1．生物分子的结构基础（1）掌握构件分子和生物大分子的概念及种类；（2）掌握核酸、蛋白质等重要生物大分子的结构、性质和功能；（3）掌握糖类和脂类的性质、结构和功能；（4）掌握酶的催化特性、作用机理以及辅基、辅酶与维生素的关系及其在酶催化过程中的作用和酶的动力学特点。
2．生命分子的代谢基础（1）掌握新陈代谢的概念；（2）熟悉生物体内特别是糖类相互转化的化学机制；（3）掌握糖类分解代谢的主要途径及其特点；（4）掌握生物氧化的概念与电子传递、氧化磷酸化的运行规律和机制；（5）掌握蛋白质、核酸和脂类的合成与分解过程；（6）熟悉体内主要物质代谢的相互关系及代谢的调节机制；（7）熟悉细胞间信息的传递，基因表达的调控；（8）掌握复制、转录、翻译的过程及特点；（8）熟悉肝脏生化、血液生化；（9）熟悉基因重组与基因工程、癌基因、抑癌基因与生长因子，了解基因诊断与基因治疗的原理及其应用；（10）了解分子生物学常用技术的原理及其应用。
（二）基本技能1．掌握一、二种测定核酸、蛋白质等生物分子含量的方法；2．了解生物化学新的研究方法及新的研究进展；3．在教师的指导下能设计和组合实验内容，对实验结果能进行综合判断分析和解释。
三、课程学时分配生物化学教学内容及学时安排第一篇生物大分子的结构与功能体内发挥重要功能的各种大分子通常由基本结构单位按一定的排列顺序和连接方式而形成的多聚体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
精品课件
生物化学
物理图
主编 张洪渊 万海清
• 物理图是指以已知核苷酸序列的DNA片段为“路标”，以 碱基对（bp，kb，Mb）作为基本测量单位（图距）的基 因组图。
酵母第三号染色体遗传图 （右）和物理图（左）的比较
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
• 用机器进行自动测策序，略一次可读400－800
2001 Draft Genome published: Celera & Public
2003 Completion (almost) of Human Genome
Celera: Craig Venter
Intl. Cons: Francis Collins
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
人类基因组计划HGP
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
遗传标记
• 所有的标记都必须具有多态性 • 由于不能对人类进行“选择性”婚配，而且人类子代个体数
量有限、世代寿命较长，呈共显多态性的蛋白质数量不多， 等位基因的数量不多。 • 形态标记 • 细胞学标记 • 生化标记 • DNA分子标记
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
• 将较长的基因片鸟段打枪断法，构建一系列的随
机亚克隆，然后测定每个亚克隆的序列， 用计算机分析以发现重叠区域，最终对大 片段的DNA定序。
精品课件
生全物基化因组学鸟枪法测序主要步骤：
主编 张洪渊 万海清
•建立高测序的克隆片段的碱基总数应达到基
因组5倍以表物种的基因组大小
物种
基因组大小/bp
T4噬菌体
2.0×105
大肠杆菌(Escherichia coli )
4.2×106
酵母(பைடு நூலகம்ccharomyces cerevisiae )
1.5×107
拟南芥(Arabidopsis thaliana )
1.0×108
秀丽小杆线虫(Caenorhbditis elagans ) 1.0×108
1.6×1010
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
基因组学genomics
• 发展和应用DNA制图、测序新技术以及计 算机程序，研究生命体（包括人类）全部 基因组结构及功能的学科
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
基因组学研究的最终目标
获得生物体全部基因组序列 鉴定所有基因的功能 明确基因之间的相互作用关系 阐明基因组的进化规律
生物化学
生物化学（第三版）
主编 张洪渊 万海清 参编 刘文彬 李永红 姚舜
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
第十五章 生物化学与新生物技术
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
• 基因组是生基物因体组内全g部en遗o传m信e息的集合
• 一个物种单倍体的一套染色体DNA
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
生H物i化sto学ry
of
the
Human
Genome
主编 张洪渊
Project
万海清
1990 Official start of HGP with 3 billion $ and a 15 year horizon.
1999 Sanger Centre publishes chromosome 22
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
人类基因组计划的科学意义在于：
（1）确定人类基因组中约5万个编码基因的序列及其在基 因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能。 （2）了解转录和剪接调控元件的结构与位置，从整个基因 组结构的宏观水平上理解基因转录与转录后调节。 （3）从整体上了解染色体结构，包括各种重复序列以及非 转录“框架序列”的大小和组织，了解各种不同序列在形 成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的影响 与作用。 （4）研究空间结构对基因调节的作用。有些基因的表达调 控序列与被调节基因从直线距离上看，似乎相距甚远，但 若从整个染色体的空间结构上看则恰恰处于最佳的调节位 置，因此，有必要从三维空间的角度来研究真核基因的表 达调控规律。
果蝇(Drosophila melanogaster )
1.65×108
水稻(Oryza sativa )
3.89×108
小白鼠(Mus musculus )
3.0×109
人类(Homo sapiens)
3.3×109
玉米(Zea mays )
5.4×109
普通小麦(Triticum aestivum )
精品课件
生物化学
主编 张洪渊 万海清
（5）发现与DNA复制、重组等有关的序列。DNA的忠实复制保障 了遗传的稳定性，正常的重组提供了变异与进化的分子基础。局部 DNA的推迟复制、异常重组等现象则导致疾病或者胚胎不能正常发 育，因此，了解与人类DNA正常复制和重组有关的序列及其变化， 将对研究人类基因组的遗传与进化提供重要的结构上的依据。 （6）研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制， 包括遗传性疾病、易感性疾病、放射性疾病甚至感染性疾病引发的 分子病理学改变及其进程，为这些疾病的诊断、预防和治疗提供理 论依据。 （7）确定人类基因组中转座子、逆转座子和病毒残余序列，研究其 周围序列的性质。了解有关病毒基因组侵染人类基因组后的影响， 可能指导人类有效地利用病毒载体进行基因治疗。 （8）研究染色体和个体之间的多态性。这些知识可被广泛用于基因 诊断、个体识别、亲子鉴定、组织配型、发育进化等许多医疗、司 法和人类学的研究。此外，这些遗传信息还有助于研究人类历史进 程、人类在地球上的分布与迁移精以品课及件人类与其他物种之间的比较。
个碱基，由于测定的序列长度有一定限制。
• 克隆重叠群法
• 鸟枪法
精品课件
生物化学
克隆重叠群法
主编 张洪渊 万海清
❖ 将基因组DNA切割长度为0.1Mb－1Mb的大片段， 克隆到YAC或BAC载体上
❖ 然后再进行亚克隆，分别测定单个亚克隆的序列 ❖ 再装配、连接成连续的DNA分子。 ❖ 这是一种自上而下（up to down）的测序策略 ❖ clone-by-clone method