1、生物化学,刘 洛 生 Tel: 82378 E-mail: ,一、生物化学的概念,生化定义 研究生命现象化学本质的科学。 具体讲：用化学的理论和方法研究生物体的化学组成、结构、功能和生命活动过程中物质及能量变化规律、阐明生命现象的化学本质的学科。 简单讲：是生命的化学。,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一一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。,生物化学是在分子水平上研究生命科学的一门学科 , 是生命科学的重要基础学科之一。,生物化学成为目前最活跃、发展最迅速的学科之一，主要有如下
2、几方面原因 ：,(1) 生命现象基本的化学本质已经开始被揭示。近 50 年来 , 科学家们发现 了具有划时代意义的脱氧核糖核酸 (DNA) 双螺旋结构 , 发展了 DNA 重组技术 , 揭示了生命遗传的化学本质。在此期间 , 蛋白质三维结构、酶作用机制、生物能量转换机制以及神经传导物质等的发现和阐明 , 使人们看到了最终揭示生命奥秘的前景 。,(2) 发现和阐明了构成生命现象的共同基础和原则。从大肠杆菌到人类 , 从藻类到高等植物 , 虽然表面上看千差万别 , 但是 , 都存在一些最基本的共同点 : 所有的生命物体都由糖、脂、核酸和蛋白质等生物分子以及水和无机离子组成 ; 所有的生命物体的遗传
3、信息物质都是 DNA( 极少数是 RNA), 并且具有基本相 同的遗传信息传递模式 ; 所有生命物体都具有相似的能量转换机制 ,ATP 是所有生物的能量转换中间体。,(3) 现代生物化学的发展深刻地影响着医学科学和农业科学的发展。 (4) 化学和物理科学的理论和技术的迅速发展 , 为生物化学的研究提供了先进的方法和手段 , 使人类有可能对生命现象中的前沿问题进行深入的研究。 (5) 生物化学中提出的化学问题和物理问题 , 吸引了越来越多的化学家和物理学家的参与。,生物无机化学、生物有机化学、生物电化学和生物物理等交叉学科的产生和发展 , 表明生命科学已经成为现代自然科学发展的重要动力之一。 同
4、时 , 生物化学的理论和技术 , 也对其它相关科学 , 特别是化学的发展有着重要 影响。,生命现象中的化学问题与现代化学发展的关系,生物化学发展的历史告诉我们 , 生物化学是在不断地研究和阐明生命现象中的化学问题过程中发展起来的。 几乎所有生物化学的重要发现和突破 , 都包含了大量化学方面的研究工作。 例如 , 三竣酸循环的发现和阐明 , 遗传物质 DNA 的确定以及 DNA 双螺旋结构的发现 , 蛋白质的组成和结构测定等 , 都是生物化学家和化学家们共同努力的结果。 生物化学与化学科学之间的相互渗透、相互促进 , 对于生物化学和化学的发 展都起着极其重要作用。,现代生物化学的发展，需要化学学
5、科更深人的渗透和融合。,生命科学中化学问题的研究已经成为化学学科的重要研究内容。 对这些问题的深入研究和阐明 , 不仅对于生命科学的发展具有重要意义 , 而且必将对化学学科本身的发展产生深远影响。例如 , 酶为什么具有催化作用 , 而且具有特殊的选择性和高效性 ?,为了阐明酶的这一特性 , 就需要详细研究酶分子的化学组成、特殊的立体结构、 酶分子中各种基团的相互影响 , 以及酶分子与底物分子之间的相互作用等。在此基础上 , 发展和建立了两个新的化学研究领域 :模型酶的研究 , 已经成为现代有机化学、无机化学和理论化学的重要发展方向。,细胞中的很多结构单元都是执行某种功能的微型机器： 核糖体是按
6、照基因密码的指令安排氨基酸顺序制造蛋白质分子的加工器； 高尔基体是给新制造的蛋白质进行修饰的加工厂； 加工好的蛋白质可以按照信号肽的指令由膜囊泡运送到确定的部位发挥功能； 完成了功能使命的蛋白质会被贴上标签送去被水解成氨基酸成为合成新蛋白的原材料。,超分子化学：是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学。它主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用，如氢键、 配位键、亲水/疏水相互作用及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。,分子识别和超分子的研究 , 极大地丰富了人们对于非共价作用力在复杂的分子体系中重要作用的认识。,“反应停”的两种手性结构分子,化学名称叫做酞胺呱
7、啶酮，是一种常用于 安定精神和抑制妊娠恶心的镇静药和催眠药。,被反应停夺去胳膊的孩子们,“海豹”式畸形，不是手足全无，就是缺胳膊少腿，甚至手掌直接长在肩膀上；或者出现心脏等内脏器官畸形、脑障碍、听力或视力丧失、发生自痹症和癫痫症等,威廉诺尔斯 美国 2001化学奖 在不对称合成方面 野依良治 日本巴里夏普雷斯 美国,他们的发现开拓了分子合成的新领域，对学术研究和新药研制都具有非常重要的意义。其成果已被应用到心血管药、抗生素、激素、抗癌药及中枢神经系统类药物的研制上。现在，手性药物的疗效是原来药物的几倍甚至几十倍，在合成中引入生物转化已成为制药工业中的关键技术。,研究对象,生物体: 包括病毒、微
8、生物、动植物和人体。 生命：是由生物大分子所组成，具有系列特殊功能的系列复杂机构。 生命的特征：生长、代谢、感应、繁殖,基本单位：细胞 原生质：泛指生物细胞的全部生命物质。 细胞：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。 新陈代谢：生命的基本特征之一，生命活动过程化学变化的总称。 调节：新陈代谢是在高度自动、非常精细的调节下进行的。 应激性：生物体对环境变化引起的刺激作出相应反应。,1. 生物体的化学组成 2. 生物体的物质代谢、能量转换和代谢调节 3. 生物体的信息代谢 4. 当前研究的主要内容,研究内容,1、 生物体的化学组成,组成生命体的物质是极其复杂的 , 但是它们
9、的元素组成则比较简单。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。,自然界所有的生命物体都由三类物质组成 : 水、无机离子和生物分子。水约占生物体质量的三分之二 , 生物分子约占三分之一 , 无机离子约占百分之一。,生命体的各种元 素 组成：,元素组成：C、H、O、N、P、S 及微量元素。 基本成分：（1）蛋白质、核酸、多糖、脂类生物体四大基本组成，作为生物体骨架，提供能量。（2）维生素、激素、有机酸次生物质酶、维生素、激素三者又称为催化调节物质。（3）无机盐和水。常见无机盐K、Na 、Ca、Mg盐等。,2、生物体的物质代谢、能量转换和代谢调节新陈代谢是生物
10、体与外界环境进行物质交换与能量交换的过程。分成两个阶段进行研究： 同化作用：生物机体吸收外物加工转化构成自身，是一个合成的过程。 异化作用：分解排泄的过程，是一个分解的过程。,机体内的代谢反应相互联系、协同制约组成许多代谢途径和网络，在严密精巧的调控下，有条不紊地进行。,代谢调控是近代生物化学研究的一个重要方面。活细胞内的数万个反应能在同一时间互不干扰、互相配合、有条不紊地在各自代谢途径中进行，而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地合乎生物体的各种需要。生物体这种高度自动调控机制对于代谢的正常进行十分重要，是近代生物化学研究的重点课题。,3、 生物体的信息代谢 核酸是遗传信息的携带者，核酸
11、的生物合成，包括DNA的复制和RNA的合成，以及蛋白质的合成构成构成了生物体内遗传信息传递的主要通路。这也是分子生物学的主要基础和研究核心。,4、当前研究的主要内容：构成生物体的各种物质是怎样表现出生命活动现象的。即: 生物分子是怎样相互识别和相互作用的？这种相互作用所遵循的原理是什么？,生化与其他学科的关系,以生物体为研究对象的生物学科有很多分支：生物体 动物、植物生物学 器官 心、肝、肺根、茎、叶、花、果实、等组织 机械组织、输导组织、肌肉组织等细胞 红细胞、白细胞、叶肉细胞、薄壁细胞、 细胞生物学细胞器 线粒体、叶绿体、内质网、细胞核等生物超分子复合物 染色体、核糖体、糖蛋白、多酶复合物等 生物化学 生物大分子 多糖、蛋白质、核酸、脂类基本生物分子 单糖、AA、核苷酸、甘油、羧酸等分子 水、二氧化碳、无机盐等 化学原子 C、H、O、N、P、S等,
