生物化学　 biochemistry

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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

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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　　

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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

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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。

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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。

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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。

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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

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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。

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二、生物体的化学组成

水 无机盐 生物分子

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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

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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。

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生物小分子、生物大分子、复合大分子

　 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

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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　

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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。

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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。

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例：酶与底物之间

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例：受体与配体之间

-P-P-P-P

P-P-P-P- Src

GapPI3

K

PICr

RPTK-P

-P-P

-P-P

胞外

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例：细胞与细胞之间

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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

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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。

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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）

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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。

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近代生物化学研究的重大成就

1953 年， DNA双螺旋结构模式 2.0 nm

小沟

大沟

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1958 年，分子遗传的中心法则

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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 ）

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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）

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“ 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。

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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。

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1997 年克隆羊诞生（英国罗斯林研究）

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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。

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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。

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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

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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。

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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 .

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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

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二十一世纪－－生命科学的世纪

人口与粮食能源与资源

健康与疾病

环境与生态

分子生物学理论的突破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

利用生物技术 改造生物

创造生物

新兴产业

推动工，农，医 的 发 展

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教学参考书目　 Reference

考研参考书 习题书

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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。

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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）

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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？