生物化学 01.第一章 绪论
生物化学第01章_绪论
The Nobel Prize in Chemistry 1962
Hb (1937-1960)
Perutz et al. (1960) Nature 185:416
Mb (1947- 1960)
Kendrew et al. (1960) Nature 185:422
Max Ferdinand Perutz 1/2 of the prize United Kingdom
（二）现代生物化学不断取得新进展 光合作用机理 酶作用机理 生物固氮机理 核酸、蛋白质三维空间结构 基因克隆 基因表达 基因调控
最新生物学研究成果激动人心 新概念 新知识 新技术
Noji 1997, Nature 386:299 (旋转马达)
DNA Helicase Gelles Lab Nature 2001 409:370
弱键虽然作用力小，但数量之大， 在维持生物大分子结构和生物分子 相互作用中起重要作用。
A0089901.mo
思考题 生命体的基本特征是什么？ 生命物质的特征是什么？ 生物化学反应主要类型。 讨论水的性质与生命体的关系。
填空题
中国科学家在 岛素。
年 用 法合成牛胰
中国科学家在1983年人工合成
。
其他 25.6
美国 29.5
巴西 1.2
俄罗斯 1.6
中国 2.1
印度 2.4
澳大利亚 2.5
意大利 3.6
德国 6.2
加拿大 3.7
日本 9.6 英国 7.3
“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 ！
二、生命物质特征及生物化学反应类型
生物化学 Biochemistry
第一章 生物化学绪论
生物化学不仅是一门对生命科学有着指导性的基础
理论学科，也是一门对国民经济有着重要意义之一的应用
学科，主要表现在以下几个方面：
（1）生物化学在工业上的应用
生物化学是食品发酵工业理论基础。
例如：食品工业制酱、酿酒、制醋；纺织工业上棉布浆化； 制革业上的毛皮毛脱脂；
（2）生物化学在农业上应用
生物化学也是农业的基础课。农作物的代谢都离不开生物 化学，以及农作物病虫防治等等。
Biochemistry 或 Biological Chemistry
现译为“生物化学”，简称“生化”。 实用文档
2、生物化学发展与起源
生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪
初步发展，20世纪初才成为独立的学科。
首先，起源于法国，由法国传之于德
国，由德国而传到美国和英国。在20世纪
后，再由上述国家流传于其他各国。大约
生物化学
BIOCHEMISTRY
主讲：生物与制药工程学院 申 宁 实用文档
第一章 绪 论
生命与生物化学
实用文档
一 、生命的定义
具有复制的能力 具有催化的能力 具有突变的能力
实用文档
地球充满着生物，从最简单的病毒到菌 藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类， 千姿百态。不同的生物，其形态、生理 特征和对环境的适应能力各不相同，都 经历着生长、发育、衰老、死亡的变化， 都具有繁殖后代的能力。
真核细胞中含有被核膜包着的核
实用文档
真核细胞的结构
实用文档
植物细胞的结构
实用文档
原核生物：地球上数量最多、分 布最广。代谢系多样性能适应各种 环境。 真核生物：一般为原核细胞的上千 倍～上万倍，有核，其构造与机能 均比原核生物复杂。
《生物化学教学课件》第一章绪论
生物化学与工程学
工程学原理和方法在生物化学领域的 应用，如生物反应工程、生物分离工 程等，将促进生物化学的产业化发展。
生物化学的挑战与机遇
80%
环境保护与可持续发展
随着全球环境问题日益严重，生 物化学在环境保护和可持续发展 方面将面临重大挑战和机遇。
100%
人类健康与疾病治疗
随着人口老龄化和疾病谱的变化 ，生物化学在人类健康和疾病治 疗方面将发挥更加重要的作用。
《生物化学教学课件》第一章 绪论
目
CONTENCT
录
• 引言 • 生物化学的概述 • 生物化学的基本概念 • 生物化学的研究方法 • 生物化学的未来发展
01
引言
课程背景
生物化学是生命科学领域的重要学科，是医学、农学、生物学等 学科的基础。
随着生命科学技术的快速发展，生物化学知识在解决人类面临的 健康、环境、能源等问题中发挥着越来越重要的作用。
能量转化与代谢是生物体内物质和能量转化的过程，是维持生命 活动所必需的。生物体通过摄取食物获得能量，经过一系列生化 反应将能量转化为可利用的形式，并储存起来以供日后使用。例 如，葡萄糖在细胞内经过糖解和三羧酸循环等过程，最终转化为 ATP，这是一种存在于生物体内的能量货币。
总结词
遗传信息的传递与表达是生物遗传和变异的根本原 因，涉及到基因的复制、转录和翻译等过程。
理论模拟法可以预测在特定条件下生物化学过程的可 能结果，并解释其机制。
理论模拟法可以弥补实验研究的不足，特别是在处理 大规模、复杂和抽象的问题时。
系统生物学方法
系统生物学方法是一种跨学科的研究方法，旨在从整体和全局的角度研究生物系统 的结构和功能。
系统生物学方法强调对生物系统的整体性、动态性和复杂性进行研究，而不仅仅是 孤立地研究单个分子或细胞。
生物化学-第一章-绪论幻灯片
本章主要内容：
生物化学的概述 生物化学研究的内容 生物化学的发展历史与现状 与动物生产和动物健康的关系
1.生物化学概述
1.1 生物化学的定义：
生物化学（biochemistry）： 是从分子水平上阐明生命有机体 化学本质的一门学科。
1.2 生物化学的分类：
①根据研究对象分为：动物生物化学、植物生物化学、 微生物生物化学等。
以基因工程技术为核心，与现代发酵工程、细胞工程、胚胎工程 、酶工程、蛋白质工程等集合而成的生物工程学（Biotechnology）， 已经和正在展现出其推动生产力发展的巨大潜力。
遗传工程的工厂
4.与动物生产和健康的关系
生物化学是生物科学，如农学、医学、畜牧、兽医、水产等的基 础学科之一。现代生物化学的理论和实验方法已经作为通用的“语言 ”与有力的“工具”被广泛用于生命科学的表述和研究之中。它与动 物生理学、动物营养学、动物遗传学、动物繁殖学、药理学、动物病 理学、微生物学、免疫学、动物疾病诊断学等学科有着不可分割的联 系，因此学习和掌握生物化学的知识对于从事动物生产和动物健康事 业十分重要。
在分子水平、细胞和组织水平以及整体水平上全面、系统地 认识动物组织器官的生理机能，认识它们之间的联系、认识它们 与环境互作的机制，也是动物生物化学的研究目的之一。
3.生物化学的发展历史和现状
3.1 历史回顾
我国古代对于生物化学的发展有重要的贡献。 科学发展的道路不是平坦的，人们对事物的认识在正确与错误， 真理与谬误的斗争中前进，生物化学的发展也不例外。
大肠杆菌中的蛋白质组
❖ 基因表达的调节
1960年，F.Jacob和J.Monod发现细菌利用乳糖时，相关酶的基因 表达时序受到严格的控制，于是提出了原核生物基因调节操纵子（ operon）模型，开辟了对基因表达调节研究的新领域。
生物化学01第一章绪论
磷脂是细胞膜的主要成分，参与信号传导等过程；胆固醇 是合成胆汁酸、维生素D和激素的原料。
氮代谢途径及调控机制
氨基酸的合成与分解
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过转氨基作用、脱 氨基作用等步骤合成或分解。
嘌呤和嘧啶代谢
嘌呤和嘧啶是核酸的基本组成单位，参与遗传信息的传 递和表达。
ABCD
针对肿瘤免疫的靶向治疗
通过激活患者自身的免疫系统来攻击肿瘤细胞，如CAR-T细胞疗法等。
针对肿瘤代谢的靶向治疗
通过干扰肿瘤细胞的能量代谢和生物合成过程来抑制其生长和扩散。
针对特定基因突变的靶向治疗
针对特定基因突变开发的靶向药物能够精准地杀死携带这些突变的肿 瘤细胞，而对正常细胞影响较小。
05 细胞信号传导途径和受体 介导作用
未来发展趋势预测和挑战分析
发展趋势
生物化学技术将不断向更高灵敏度、更高分辨率、更快速度、更低成本的方向发展，同时将与人工智能、大数据 等技术深度融合，实现更智能化的应用。
挑战分析
随着生物化学技术的广泛应用，也面临着伦理、安全、隐私等方面的挑战，需要加强相关法律法规的制定和执行， 保障技术的合理应用和社会稳定。同时，技术更新换代速度快，需要不断学习和掌握新技术，以适应快速发展的 领域需求。
特点
生物化学以分子水平研究生命现 象，涉及多种化学分子的结构和 功能，以及它们之间的相互作用 和调控机制。
生物化学研究历史与现状
历史
生物化学的发展经历了多个阶段，包 括早期对生物大分子的研究、近代生 物化学的快速发展以及现代生物化学 的多元化和交叉融合。
现状
当前生物化学领域研究活跃，涉及基 因组学、蛋白质组学、代谢组学等多 个方向，为生命科学和医学的发展提 供了有力支持。
第一章 生物化学绪论
第一节、生物化学发展简史
生物化学是在近代化学和生理学的基础上逐渐发展 起来的，故最初称为“生理化学”。直到 1903年才由 德国科学家C.A. Neuberg 提出“Biochemistry” 而成 为一门独立的学科。 纵观生物化学的发展史，可大致分为三个阶段，即 叙述生物化学、动态生物化学和分子生物学阶段。
第三节 生物化学与药学的关系
由生物化学、分子生物学、微生物学相结合而快速发展起
来的现代生物技术已有可能生产人体内几乎所有痕量、稀有 的多肽和蛋白质， 这些技术包括基因工程、酶工程、细胞工 程和发酵工程。生物技术制药从1982年重组人胰岛素上市至 今新批准用于治疗的生物技术药物已超百种，我国亦有包括 胰岛素、白细胞介素、干扰素、促红细胞生成素、粒细胞集 落刺激因子、胸苷激酶基因工程细胞制剂，乙肝疫苗共20多 种生物技术药物批准上市。 因此生物化学基本理论、方法和技术是药学专业学生 必备的理论知识和实践技能。
第一节、生物化学发展简史
20世纪70年代Berg成功地进行了DNA 体外重组， 标志现代基因工程的诞生。20世纪80年代后，分子 生物学和基因工程得以飞速发展，推动了医药工业 和农业的发展。20世纪末启动人类基因组计划，经 近10年努力，终于在2001年2月由人类基因组计划 和Cerela共同公布了人类基因组草图。这是人类认 识生命本质的又一重大突破。将为人类的健康和疾 病的研究带来根本性的变革。
第二节
生物化学研究的主要内容
二、物质代谢、能量代谢及代谢调节
组成生物体的物质不断地进行着复杂而有规律的化学 变化，即新陈代谢。新陈代谢是生命的基本特征之一。生 物经新陈代谢不断与外界环境进行物质交换，以维持生物 体的繁殖、生长、发育、修补和自我更新。 物质代谢 新陈代谢 能量代谢
生物化学
第一章．生物化学绪论1.生命的生物化学定义：生命系统包含储藏遗传信息的核酸和调节代谢的酶蛋白。
但是已知某种病毒生物却无核酸(朊病毒)。
2.生命（生物体）的基本特征：（1）细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）。
( 2 ) 新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能。
( 3 )生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。
（4）生物具有个体发育和系统进化的历史。
( 5 )生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境有适应性。
3.化学是在原子、分子水平上，研究物质的组成，结构、性质和变化规律的一门基础自然科学。
生物化学就是生命的化学。
4.生物化学：运用化学的原理和方法，研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化，进而深入揭示生命活动的化学本质的一门科学。
5.生命体的元素组成：在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现。
第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。
这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。
第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。
这类元素也是组成生命体的基本元素。
第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。
是生物体内存在的主要少量元素。
第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。
偶然存在的元素。
6.生命分子是碳的化合物：生命有机体的化学是围绕着碳骨架组织起来的。
生物分子中共价连接的碳原子可以形成线状的、分支的或环状的结构。
7.生物（生命）分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。
生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子。
维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等小分子。
8 .生物大分子的结构与功能：研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。
9.生物化学的内容：静态生物化学：研究生物有机体的化学组成、结构、性质和功能。
动态生物化学：研究生命现象的物质代谢、能量代谢与代谢调节。
生物化学第一章绪论
引言概述：生物化学是研究生物体内化学结构、组织和生命活动的科学，它承接了有机化学、生物学和物理学等多个学科的基础知识，并运用这些知识来解析生物体内的复杂化学反应。
本文将围绕生物化学第一章的绪论部分展开叙述，重点介绍生命的起源、生物大分子、生命的能量转化、生物膜和细胞器等方面的内容。
正文内容：一、生命的起源1.生命的化学基础：讲述有机分子在地球早期的环境下的合成过程，以及如何形成简单有机分子的实验模拟研究。
2.生命的起源理论：介绍了地球早期环境和过渡环境中生命起源的几种理论，如原生生命体说、RNA世界假说等，并对比分析它们的优缺点。
3.生命的进化：阐述了生命的起源与进化之间的关系，以及自然选择和基因突变在生命进化中的作用。
二、生物大分子1.蛋白质：描述蛋白质的组成、结构和功能，包括氨基酸的基本性质和反应、蛋白质的一级、二级、三级和四级结构以及蛋白质的功能多样性。
2.核酸：介绍DNA和RNA的结构和功能，包括核苷酸的组成、碱基配对的规则、DNA的双螺旋结构和复制等重要过程。
3.多糖：讲述多糖的种类和结构，包括淀粉、糖原和纤维素等，以及它们在生物体内的生理功能和代谢途径。
三、生命的能量转化1.糖代谢：详细阐述糖的有氧和无氧代谢途径，包括糖解、糖酵解、异源糖母嗣和糖异生等过程，以及这些过程的调控机制。
2.脂肪代谢：解析脂肪在生物体内的合成和降解途径，包括脂肪酸的合成、三酰甘油的降解和胆固醇的合成等重要过程。
3.氨基酸代谢：探讨氨基酸的合成和降解途径，以及转氨酶和脱氨酶在这些过程中的作用。
四、生物膜1.生物膜的结构：介绍生物膜的组成和结构，包括磷脂双分子层的构成、蛋白质和其他分子在生物膜中的分布以及生物膜的流动性等特点。
2.生物膜的功能：阐述生物膜在细胞内外界物质交换、信号传导和细胞间相互作用等方面的重要功能，并介绍生物膜的选择性通透性。
3.膜蛋白：探讨膜蛋白的结构和功能，包括通道蛋白、离子泵和受体蛋白，以及它们在维持细胞内外环境平衡和信号转导中的作用。
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第一章绪论
(Introduction)
生物化学研究生物体的化学组成和生命过程中化学变化规律的科学，称为生物化学。
分子生物学通常将生物大分子的结构、功能及其代谢调控等的研究，称为分子生物学。
从广义的角度可将分子生物学视为生物化学的重要组成部分。
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一、生物化学发展简史
生物化学是既古老又年轻的一门学科。
在我国可追溯到公元前21世纪，而欧洲约为200年前。
直到 1903年才由德国科学家C.A. Neuberg 提出“Biochemistry”而成为一门独立的学科。
(一)古代生物化学的发展
1.公元前21世纪我国人民已能用曲(麯)造酒，称曲为酒母，即酶。
2.公元前12世纪前，我们的祖先已能利用豆、谷、麦等为原料，制成酱、饴和醋，饴是淀粉酶催化淀粉水解的产物，这足已表明是酶学的萌芽时期。
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3.汉代淮南王刘安制作豆腐，说明当时在提取豆类蛋白质方面已经应用了近代生物化学及胶体化学的方法。
4. 公元7世纪孙思邈用猪肝治疗雀目的记载，实际上是用富含维生素A的猪肝治疗夜盲症。
5. 北宋沈括记载的“秋石阴炼法”，实际上就是采用皂角汁沉淀等方法从尿中提取性激素制剂。
6. 明末宋应星记载的用石灰澄清法将甘蔗制糖的工艺，被近代公认为最经济的方法。
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(二)近代生物化学的发展
1.18世纪下半叶，德国药师K.S c h e e l e首次从动植物材料中，分离出乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、尿酸和甘油等。
2.法国化学家A.L.L a v o i s i e r的实验证明，有机体的呼吸和蜡烛的燃烧同样都是碳氢化合物的氧化。
在氧化过程中，氧被消耗而水和二氧化碳被生成，同时放出热能。
这一发现被视为生物氧化研究的开端。
3.1868年瑞士青年医生F.M i e s c h e r发现了核素，后来定名为核酸，为后续的研究作出了重要贡献。
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(三)现代生物化学的发展
1.20世纪初期德国化学家E.F i s c h e r在发现缬氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸之后，又用化学方法合成了18个氨基酸的多肽。
我国生物化学家吴宪等在血液分析方面，创立了血滤液的制备及血糖的测定等方法，并在蛋白质的研究中，提出了蛋白质变性的学说。
在营养学方面，发现了必需氨基酸、必需脂肪酸及多种维生素；在内分泌学方面，发现了多种激素；在酶学方面，酶结晶获得成功。
在物质代谢方面，确定了主要代谢途径，包括糖代谢及三羧酸循环、脂肪酸β氧
化、尿素合成等。
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2.20世纪50年代初期发现了蛋白质α螺旋的二级结构形式，完成了胰岛素的氨基酸全序列分析等。
1953年J．D．W a t s o n和F．H．C r i c k提出的D N A双螺旋结构模型，为揭示遗传信息传递规律奠定了基础。
1965年我国生物化学工作者采用人工合成方法，首次合成具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素，同时还采用X线衍射方法成功地测定猪胰岛素分子的空间结构，分辨率达0.18n m。
N i r e n b e r g等人经过5年多的努力于1966年终于破译了m R N A分子中的遗传密码，书写了最为激动人心的篇章。
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3.20世纪70年代重组D N A技术的建立，不仅促进了对基因表达调控机制的研究，而且使人们主动改造生物体成为可能。
由此，相继获得了多种基因工程产品，大大推动了医药工业和农业的发展。
转基因动植物和基因剔除的成功是重组D N A技术发展的结果。
基因诊断与基因治疗也是重组D N A技术在医学领域中应用的重要方面。
1981年我国生物化学工作者首次成功的合成了酵母丙氨酰t R N A。
核酶(r i b o z y m e)的发现补充了对生物催化剂本质的认识。
聚合酶链反应(P C R)技术的发明，使体外高效扩增D N A成为可能。
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4. 20世纪90年代开始实施的人类基因组计划(human genome project，HGP)是生命科学领域有史以来最庞大的全球性研究计划，旨在确定人类基因组的全部序列。
进入21世纪后，随着人类基因组草图的公布，将进一步深入研究各种基因的功能与调节。
近年来蛋白质组学、RNA组学等的研究迅速兴起，这些研究结果必将进一步加深人们对生命本质的认识，也将极大地推动医学的发展。
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二、生物化学研究内容
植物生化、动物生化、微生物生化、医学生化*
水：55％～67％
蛋白质：15％～18％
脂类：10 ％～15％
糖类：1％～2％
无机盐：3％～4％
(一)人体的物质组成 (占体重)
(二)生物分子的结构与功能
结构是功能的基础，而功能是结构的体现。
生物大分子的功能可通过分子之间的相互识别和作用来实现，如蛋白质、核酸自身之间、蛋白质与核酸之间的相互作用在基因表达调节中起着决定性作用。
目前这一领域的研究是生物化学的热点之一。
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(三) 物质代谢及其调节
1. 生物体的基本特征是新陈代谢，人的一生中与外界环境进行交换的水大约为60000 kg 、糖类10000 kg 、蛋白质1600 kg 、脂类1000 kg ，其总量约高达人体重量的1300余倍。
2. 各种物质代谢途径之间存在着密切而复杂的关系，按照一定规律有条不紊地进行，需要神经、激素等整体性精确的调节来完成。
3. 物质代谢中的绝大部分化学反应由酶催化，酶结构和含量的变化起着重要调节作用。
4. 细胞信息传递参与多种物质代谢的调节，其机制及网络也是近代生物化学研究的重要课题。
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(四) 基因信息传递及调控
1.基因信息传递涉及到遗传、变异、生长、分化等生命过程，与遗传性疾病、恶性肿瘤、代谢异常性疾病、免疫缺陷性疾病、心血管病等的发病机制有关。
2.随着基因工程技术的发展，许多基因工程产品将应用于疾病的诊断和治疗。
进一步研究基因信息传递过程的机制及基因表达调控的规律(DNA 重组、转基因、基因剔除、基因克隆、人类基因组计划及功能基因组计划)将大大推动这一领域的研究进程。
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三、生物化学与医学
生物化学既是重要的医学基础学科，又与医学的发展密切相关相互促进。
各种疾病发病机制的阐明，诊断手段、治疗方案、预防措施等的实施，都无一不依据生物化学的DNA 复制
RNA
复制 转录
逆转录 蛋白质 翻译
理论和技术。
(一)发病机制的阐明
1.糖类代谢紊乱导致的糖尿病。
2.脂类代谢紊乱导致的动脉粥样硬化。
3.氨代谢异常与肝性脑病。
4.胆色素代谢异常与黄疸。
5.维生素缺乏与夜盲症和佝偻病。
6.基因突变导致肿瘤和分子病。
7.遗传性酶缺乏导致白化病、痛风等。
8.蛋白质空间构象改变导致疯牛病。
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(二)疾病的诊断、治疗和预防
1.体液中无机盐类、有机化合物和酶类等的检测诊断。
2.P C R技术和基因诊断检测技术的临床应用、法医学鉴定和流行病学调查。
3.遗传病基因疗法、传染病基因疗法、肿瘤基因疗法和其他疾病基因疗法的完善和应用。
4.基因工程药物(如胰岛素)的研究开发应用。
生物化学的发展必将对临床、预防、护理、影像、检验和药学等领域产生重大影响。
只有扎实地掌握生物化学的基本理论和基本技能，才能有望成为合格的医务工作者。