生物化学-绪论(1)

华东理工大学EastChinaUniversityofScienceAndTechnology生物化学2020/8/11任宇红华东理工大学生物工程学院联系方式办公室:徐汇校区实验十四楼东鲁华所204室Tel:[phone]E-mail:[e-mail]2020/8/122020/8/13绪论一、概述绪论部分主要解决为什么学、学什么、如何学的问题。主要内容有生物化学的概念、研究对象、研究内容、发展简史，以及本课程的地位、要求和学习方法。2020/8/142020/8/15生物化学教学内容与时间安排章节内容名称课时数绪论2第一章蛋白质4第二章酶化学4第三章核酸化学2第四章生物氧化2第五章糖与糖类代谢4第六章脂类代谢2第七章蛋白质降解及氨基酸代谢4第八章核苷降解和核苷酸代谢2第九章核酸的生物合成2第十章蛋白质的生物合成2第十一章代谢调节2生物大分子生物代谢能量的产生和储藏及大分子前体的生物合成遗传信息的存储传递和表达1.生物化学的概念生物化学（Biochemistry）：是用物理的、化学的原理与技术，从分子水平来研究生物体化学组成和生命过程中化学变化规律的科学。2020/8/16组成：1.蛋白质核酸多糖脂类—四大基本组成2.维生素激素有机酸—次生物质3.水和无机盐生命的特征基本单位原生质细胞新陈代谢调节应激性生长、生殖、代谢、感应（四大基本特征）细胞泛指生物细胞的全部生命物质生物体的基本构成单位，生物体通过细胞的活动进行各种生命活动。生命的基本特征之一，生命活动过程化学变化总称。新陈代谢是在高度自动、非常精细的调节下进行的。生物体对环境变化引起的刺激作出相应反应。原子分子基本生物分子生物大分子超分子复合物细胞器生物生物体的形成过程动物细胞粗糙性内质网植物细胞核糖体原生质膜细胞壁原核细胞2.研究内容及范围1本质:研究生命现象的化学本质2生物化学研究的主要内容2.1生物体的物质组成2.2物质代谢及其调控2.3物质的分子结构与功能的关系3生物化学在生物科学中的地位和作用(交叉学科)研究手段：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2020/8/1121、细胞膜的主要化学成分和结构是怎样的？2、细胞膜的结构特点和功能特点？3、细胞膜的主要功能？5、糖被由什么成分组成？有哪些功能？4、植物细胞壁的主要成分及功能是什么？糖蛋白有保护、湿润、识别保护和支持纤维素和果胶细胞膜和细胞壁主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成结构特点：具有一定的流动性。功能特性：具有选择透过性。保护细胞，维持细胞内部环境相对稳定。物质交换、细胞识别、排泄、分泌、免疫等。细胞膜的主要功能1、自由扩散②.不需要细胞膜上的载体协助③.不需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量①.从浓度高的一侧通过细胞膜浓度低的一侧转运。２、主动运输①.从浓度低的一侧通过细胞膜向浓度高的一侧转运。②.需要细胞膜上的载体协助③.需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量主动运输这种物质出入细胞的方式，能够保证活细胞按照生命活动的需要，主动地选择吸收需要的营养物质，排出新陈代谢产生的废物和对细胞有害的物质。细胞质基质成分:功能:是活细胞进行新陈代谢的主要场所为新陈代谢提供所需的物质和一定的环境条件,如提供ATP、核苷酸、氨基酸等.细胞器水、无机离子、脂类、糖类、氨基酸、核苷酸等,还有很多种酶线粒体内质网核糖体高尔基体液泡叶绿体中心体细胞质的结构和功能线粒体线粒体——“动力工厂”（有氧呼吸的主要场所）有研究表明，马拉松运动员腿部肌肉细胞中线粒体的数量比一般人多出一倍以上？外膜内膜嵴外膜、内膜、嵴、基质（含少量DNA和有关酶）形状:功能：椭球形结构:有氧呼吸的主要场所思考叶绿体叶绿体——“养料制造工厂”和“能量转换站”结构：形状:功能：扁平的椭球形或球形外膜、内膜、基粒、基质（含少量DNA和有关酶）光合作用的场所线粒体叶绿体分布形态结构双层膜外膜内膜基粒基质功能光合作用的场所有氧呼吸的主要场所都含有少量的DNA和RNA含与暗反应有关的酶含与有氧呼吸有关酶片层膜堆叠成圆柱形，含色素和与光反应有关的酶。是一层光滑的膜向内折叠形成嵴与周围的细胞质基质分开扁平的椭球形或球形椭球形主要存在于植物的叶肉细胞动植物细胞中线粒体和叶绿体比较表内质网分布：类型粗面型内质网：扩大膜面积，蛋白质运输通道滑面型内质网：糖类和脂类合成形态结构：内质网--有机物合成的“车间”绝大多数动植物细胞都有内质网。细胞核附近较多，并与核膜有一定的联系。由单层膜结构连接而成的网状物核糖体——蛋白质的“装配车间”核糖体存在：形态结构：主要功能：附着在内质网上或游离在细胞质基质中椭球形的粒状小体，无膜结构细胞内合成蛋白质的场所高尔基体存在部位：动植物细胞中细胞核附近形态结构：扁平囊状结构，有大小囊泡主要功能：与细胞分泌物的形成有关对蛋白质有加工和转运功能植物细胞分裂时与细胞壁的形成有关高尔基体－－蛋白质的“加工工厂”中心体中心体（由两个垂直排列的中心粒组成）功能：动物细胞内和低等的植物细胞中与细胞有丝分裂有关，形成纺锤体。分布：结构：液泡与渗透吸水有关，与代谢产物贮存有关，与花、果等颜色有关。存在：形态结构：主要功能：植物细胞泡状结构；表面有单层液泡膜，内有细胞液调节细胞内环境细胞核1.分布：真核细胞中2.结构：染色质染色体核膜外膜内膜核孔核仁染色质：蛋白质+DNA螺旋缩短解螺旋分裂间期分裂期3.功能：是遗传物质储存和复制的主要场所，是细胞遗传特性和细胞代谢活动的控制中心。形态膜结构功能内质网单层膜核糖体无膜结构高尔基体单层膜中心体无膜结构液泡单层膜网状结构，与细胞膜和核膜相连通和蛋白质、脂类、糖类合成有关；蛋白质流通的通道；椭球形，有的游离在细胞质基质中，有的附在核膜和内质网上；合成蛋白质与动物细胞的有丝分裂有关调节细胞内环境；储存物质；保持细胞的渗透压，维持细胞形态由单层膜组成的扁平囊状组合结构两个互相垂直的中心粒组成内有细胞液动物：分泌植物：细胞壁的形成细胞的分类细胞真核细胞原核细胞动物细胞植物细胞蓝藻细菌真核生物原核生物真菌衣原体放线菌原核细胞与真核细胞的区别原核细胞真核细胞细胞大小较小,1-10um较大,10-100um细胞壁主要成分为肽聚糖纤维素.果胶核结构无核膜.核仁,有DNA,无染色体有核膜.核仁.染色体细胞器有核糖体,无其他细胞器有各种细胞器2020/8/128生命体组成生物化学的基本内容包括：发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组成、结构和性质；生物分子的结构、功能与生命现象的关系；生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。新陈代谢遗传的分子基础及代谢调控实验研究/技术方法2020/8/1293任务：以生物（包括人）为研究对象或研究材料，主要以化学科学特有的理论、技术方法还要综合生物学、物理学、数学、计算机科学等的理论和方法，研究生命个体的物质化学组成、化学变化及调节，以及这些物质组成、变化、调节与功能的关系。揭示生物体（从受精卵开始）的发育、生长、衰老死亡全生命过程及生殖、遗传的本质和规律。2020/8/130实验研究/技术方法生物化学是以实验技术为前提的技术方法的新进展推动生物化学的深入研究2020/8/1313.生物化学的分类根据研究对象可分为:人、动物、植物、微生物生化根据生物的进化程度，可以分为两大类：原核生物生化(Prokaryote）和真核生化(Eukaryote)。根据应用目的医学（药学）生化,农业生化,工业生化等.2020/8/132二.生物化学的发展历史2020/8/1331.中国：古代4200年前已开始造酒、酿醋、做豆腐2.世界：生化是在物理、化学、生物学、医学有了一定发展才出现的3.生化发展史：（1）静态生化：18世纪下半叶开始，主要工作：组成、结构、生理功能（2）动态生化：1930年后研究代谢过程（3）50年代后：分子生物学、蛋白质、核酸、DNA—双螺旋模型—分子遗传学生化在几十年中飞速发展，在较短年代里集中着大量科学发现。其中很多都称的上是人类认识自然界的里程碑，有划时代的意义。有相当数量的科学家因此获得诺贝尔奖2020/8/134（一）静态(叙述）生物化学时期（20世纪20年代以前）研究内容：分析生物体内物质的化学组成、性质和含量为主。2020/8/1351776—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malicacid柠檬酸citricacid柠檬尿酸uricacid膀胱结石酒石酸tartaricacid酒石（二）动态生物化学时期（20世纪前半叶）飞速发展的辉煌时期研究内容：物质代谢2020/8/136（一）Embden-MeyerhofPathway（二）三羧酸循环（三）生物能原理（四）中间代谢网络（三）机能生物化学时期（1950年以后）蛋白质和核酸成为研究重点。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、繁殖等分子机理。2020/8/137蛋白质分子结构－α螺旋Pauling遗传物质基础－DNADNA双螺旋－生物学敲门砖遗传信息传递规律－中心法则DNA克隆HGP2020/8/1382020/8/1392020/8/1402020/8/1412020/8/1422020/8/1432020/8/1442020/8/1452020/8/1462020/8/147FrancisCrick(35y)，剑桥大学CavendishLab.JamesWatson(23y)，丹麦哥本哈根生物化学的发展时间史18世纪下半叶,现代生物化学之父:法国化学家拉瓦锡研究燃烧和呼吸,开始现代生物化学;1903年,Neuberg首先使用“生物化学”一词;1944年,麦克劳德(Macleod)和麦卡蒂(McCarty)(美)证明DNA是遗传物质;1953年,Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型;1955年,Sanger(英)确定牛胰岛素的一级结构;1965年,首次人工合成有活性的结晶牛胰岛素---中国;1973年,基因重组技术建立.(美)1981年又成功合成了酵母丙氨酰tRNA---中国;2000年,人类基因组计划完成.2020/8/148人类基因组计划的出现2020/8/14920世纪70年代，Sanger等开始病毒全基因组测序1984年，完成了噬菌体фX174(5386bp)、人线粒体基因组(16kb)等的全测序1984年，美国Utah州，能源部召开的会议上讨论了测定整个基因组DNA的意义与前景1985年，美国能源部的‘HGP’草案形成1986年，Dulbecco在Science发表HGP的短文1988年，Watson主持成立‘美国国家人类基因组研究中心’1990年，美国国会批准本国的‘HGP’，正式启动癌症研究的转折点——人类基因组的全序列分析RenatoDulbecco，Science19862020/8/150回顾了70年代以来癌症研究的进展，使人们认识到包括癌症在人类疾病的发生，都与基因直接、间接有关；同时指出，要么仍处在零打碎敲的方法研究，要么从整体上研究和分析整个人类基因组及其序列。这一计划的意义重大。这样的工作是任何一个实验室难以单独承担的项目。这个世界所发生的一切事情，都与这一人类的DNA序列息息相关。2020/8/151HGP的研究目标及内容•总体目标：15年内投入30亿美元，完成人类23对染色体的3×109bp核苷酸序列分析•1993年马里兰会议上进行修订，内容包括：1.基因组制图（遗传图谱、物理图谱、序列图谱、基因图谱）2.基因的定位与分析3.基因组研究技术的建立、改进4.模式生物基因组的图谱绘制及测序5.相关课题的研究人类基因组计划的步伐2020/8/1521990年，HGP正式启动1991年，人类染色体基因组数据库（GDB）建立1992年，低分辨率人类基因组遗传图谱发表1993年，对HGP的目标进行了修正1994年，遗传图谱比原目标提前一年完成1995年，最小的细菌——生殖