1 第一章生命与生物化学

nullnull　欢迎你进入 　精彩的生物化学世界生物化学*生物化学Biochemistry生物化学 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 绪论1、课程的目的*1、课程的目的　用化学的理论和方法作为主要手段研究生命运动的（物质和能量变化）本质，阐述构成生物体的基本物质（如糖类、脂类、蛋白质、核酸等）的结构、性质及其在生命活动的过程（新陈代谢）中的 变化规律。 　根据研究专业方向和课题，为同学们提供生化、生物工程技术和生命科学相关的基础知识。 生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 绪论2、教学主要内容*2、教学主要内容生命的物质组成：糖、脂、蛋白质、核酸 生命催化剂：酶 生命的三大营养、保护和调节物质：维生素、激素、抗生素 生命物质和能量代谢：糖，脂，蛋白质代谢 生命的遗传与变异：DNA和RNA代谢 生命的表达：蛋白质的合成 生命的调节与控制基础生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 绪论3、教学重点*3、教学重点生命物质的物理、化学和生化性质 生命物质的制备、分离和提纯原理和方法 生命物质（及代谢中间产物）的检测方法 生命物质在细胞代谢过程中的生化反应历程 代谢调控模式生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 绪论4、教学计划*4、教学计划生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 绪论5、参考书目*5、参考书目使用教材： 《生物化学》王镜岩 , 高等教育出版社，2002 参考书目： 《生物化学导论》Trudy Mckee高等教育出版社 《Biochemistry》B.D.Hames,N.M.Hooper.et al. 　 BIOSCIENTIFIC PUB. LIMT生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 绪论绪论　生命与生物化学*绪论　生命与生物化学生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*1、生命的本质生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学（1）对生命的描述*（1）对生命的描述　19世纪（1878年），恩格斯：生命是蛋白体的存在方式，这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质的分解。 　恩格斯的生命定义在一定程度上揭示了生命的物质基础，即具有新陈代谢功能的蛋白体。100多年来，这个定义一直指导人们认识生命的思想武器。生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学（2）从不同学科对生命的定义 *（2）从不同学科对生命的定义 生理学: 例如把生命定义为具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功能的系统。但某些细菌却不呼吸。 新陈代谢: 生命系统具有界面，与外界经常交换物质但不改变其自身性质。 生物化学: 生命系统包含储藏遗传信息的核酸和调节代谢酶蛋白。但是已知某种病毒样生物却无核酸。 遗传学: 通过基因复制、突变和自然选择而进化的系统。 热力学: 生命是个开放系统，它通过能量流动和物质循环而不断增加内部秩序。生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学（3）生命的基本特征*（3）生命的基本特征生命具有两个重要的基本特征 质能转化（ Transformation between Substance and Energy ）：物质和能量代谢 信息流（Information Flux）：生物遗传与表达 建立在两者基础之上的生物体调控体系生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*2、生命与生物化学生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*（1）生从何来？生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生命起源想像图 自生乎？外来乎达尔文的自然进化论*达尔文的自然进化论生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学神创说 基督教（宗教）的精神独裁 自生论 认为生物可以随时由非生物产生。 化学演化 √null*原 初 地 表 图 景null*雷电可能为化学进化提供能量null*1952年，Chicago Unv.米勒的实验H2, CH4, NH3, H2Onull* 米勒模拟实验得到的有机物 （共计20多种） 有机物 产量 /mol 甲醛 　　　 2330 　　脲（尿素）　　　 20 　　乳酸 　　　 310 　　琥珀酸　　　 40 　　 甘氨酸　　　 6 　　谷氨酸生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学生命可能起源于 原始海洋的有机汤外来乎？*外来乎？生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学＊ “外来学说” 的证据*＊ “外来学说” 的证据彗星撞击创世说：40亿年前，软撞击带来水，持续5亿年； 发现太空糖：2.6万光年银河系的气尘云团，脱氢乙二醇（糖），太空有生命？ 陨石中的生命：1965，澳，陨石，左手螺旋AA，与地球一致。60多种有机化合物：卟啉，嘌呤，嘧啶，AA。美火星陨石磁场：上嵌长链状排列的磁化体，可能是由曾经具有长链的有机体形成，即细菌。火星的生命形式易到达地球。 南极冰层发现微生物：1999，南极维斯图克湖，-3 Km处发现微生物群落，佐证“水即生命”－－火星曾经有水，欧罗巴（木星的卫星6/17，最大）有冰（-162℃）；外来生命能存活？ 生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生命的进化历程50亿年前：地球形成 15亿年前：从原核细胞中分化出真核细胞 12亿年前：真菌（yeast & mold）分化出来 10亿年前：动植物分化 4亿年前：鱼类出现 3亿年前：哺乳动物和鸟类出现 5000万年前：人类出现null*（2）神奇的生命现象生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null年度最佳灰姑娘神奇的生命世界俺们那疙瘩都是活雷锋俺们那疙瘩都是活雷锋神奇的生命世界null神奇的生命世界null神奇的生命世界最致命的黑手党*最致命的黑手党null*（3）生命体的分类生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*三界学说： 微生物 植物 动物五界学说： 病毒：非细胞生命体 原核微生物 真核微生物 植物 动物细 胞生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*（4）生命体的物质组成生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*组成生命体的物质是极其复杂的。在地球上的 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：C、H、O、N，最基本的元素，占99%以上。 第二类元素：S、P、Cl、Ca、K、Na、Mg，基本元素。 第三类元素：Fe、Cu、Co、Mn、Zn，主要的少量元素 第四类元素：Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si微量元素。 生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学生物体的物质组成null*（5）生物分子生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学生物分子*生物分子生物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。主要类型包括： 糖、脂、核酸和蛋白质四种生物大分子 维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*（6）生物化学研究的内容？生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生物化学主要是应用化学理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。 基本内容： 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 生物分子的组成、结构、功能与生命运动之间的关系 生物分子在生物机体中的相互转化及调控规律生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生物学动物学植物学微生物学化学生物化学有机化学物理化学无机化学分析化学高分子化学生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学与相关学科的关系null*3、生命科技发展与应用生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*null*什么是生物工程（生物技术）？ 是以生命科学为基础，利用生物体系（组织、细胞及组分）和工程原理，向社会提供商品或服务的综合科学技术。 生物工程（技术）的内容 * 根据生物工程操作的对象及操作的技术不同，生物工程主要包括以下5项工程（技术）。 生物工程（技术）的内容 （一）基因工程（gene engineering） *（一）基因工程（gene engineering） 基因工程是上世纪70年代兴起的一项新技术，其主要原理是应用人工的方法把生物的遗传物质DNA在体外进行切割、拼接和重组，然后将重组的DNA导入某种宿主细胞或个体，从而改变它的遗传特性；或者使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）。这种创造新生物并给予新生物以特殊功能的过程称为基因工程，也称DNA重组技术。（二）细胞工程（cell engineering） *（二）细胞工程（cell engineering） 细胞工程是以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速繁育动植物个体，以获得某种有用的物质的过程。细胞工程包括动、植物细胞的体外培养技术、细胞融合技术（细胞杂交技术）、细胞移植技术等。null*（三）酶工程（enzyme engineering） *（三）酶工程（enzyme engineering） 酶工程是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包括酶的制备技术、酶的固定化技术、酶的修饰改造技术和酶反应器的设计技术。（四）发酵工程（fermentation engineering） *（四）发酵工程（fermentation engineering） 利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适的条件下，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品的过程称为发酵工程。也称微生物工程。 （五）蛋白质工程（protein engineering） *（五）蛋白质工程（protein engineering） 蛋白质工程是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识，通过对基因的人工定向改造等手段，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以生产能满足人类需要的蛋白质。 null*首先，生物工程是解决全球性经济问题的关键技术。在解决人口、资源、能源、粮食和环境等五大危机中将大显身手。 其次，生物工程广泛应用于医药卫生、农林牧渔、轻工、食品、化工和能源等领域，促进传统产业的技术改造和新兴产业的形成，对人类社会生活将产生革命性的影响。 为什么生物工程（技术）引起各个国家的重视？null* 因此，生物技术产业已成为世界经济中最富有活力的产业，并有望在未来取得更重大的突破性进展，引发新的技术革命乃至产业革命。大力发展生物技术产业，抢占未来世界经济竞争制高点，已成为各国特别是发达国家经济发展战略的重点。生物工程（技术）所涉及的学科行业 *1、生物工程（技术）所涉及的学科 与生物技术相关的学科很多，有生物学（生物化学、分子生物学、微生物学、细胞学、遗传学）、化学（有机化学、无机化学、分析化学）、工程学（化学工程、机械工程、电子工程等）、医学、药学、农学等。但从基础学科讲，主要是生物学、化学和工程学。生物工程（技术）所涉及的学科行业 null*生 物化 学工程学123 生物技术与各学科的关系2、与生物工程（技术）相关的行业* 生物技术的应用领域非常广泛，它包括医药、食品、化工、农业、林业、畜牧业、环境保护、采矿冶金、、能源等领域。2、与生物工程（技术）相关的行业null*生物技术应用的七大领域null*就是他生命科学技术的应用null*神奇的生命世界Animal clone*生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学Animal clonenull*生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学杂交稻意杨null*有问题呀？生物入侵*生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学生物入侵转基因食品*转基因食品生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学Cloned Mannullnull*4、生物化学研究的重要体系－细胞？生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学（1）生命组成的基本单元：cell*（1）生命组成的基本单元：cell19世纪30年代，德国植物学家施莱登首先指出，所有植物体都是由细胞构成的。 他的这个观点被德国动物学家施旺在动物组织和细胞研究中证实，所有动物也是由细胞构成的。 施旺指出：“细胞是有机体，整个动物或植物体乃是细胞的集合体。它们依照一定的规律排列在动植物体内。”在此基础上他们创立了细胞学说。生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*生命体的大小生命体的大小null生 命 的 结 构 层 次某 些 原 核 细 胞 的 形 状某 些 原 核 细 胞 的 形 状生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学杆菌螺旋状菌螺旋状体藻青菌立克次氏体支原体葡萄糖球菌大肠杆菌真核细胞的结构*真核细胞的结构生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*植物细胞模式结构图生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*动物细胞模式结构图生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学溶酶体高尔基体质膜细胞支架微体 线粒体核糖体粗内质网鞭毛 中心粒光滑内质网微管 微纤丝null生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学人体部分细胞（2） 细胞结构及生理功能*（2） 细胞结构及生理功能 细胞是组成生物体的基本结构单元，是生物体进行代谢、能量转换、遗传及其它生理活动的基本场所。细胞的细胞膜、细胞质和细胞器是细胞的功能机构。 分子细胞学：是由许多特异的生物大分子组成的集成系统，关键是DNA、RNA和PN。 生命现象中的许多重要过程，例如：细胞的进化，遗传信息的传递，生物的生殖、发育和衰老，生物代谢和调节，能量的产生和转换，激素的作用机制，神经信息传递等都与生物膜和细胞器功能密切相关。 一切高等有机体都是按照一个共同规律发育和生长的，而且通过细胞的变异，改变自己，向更高发育道路迈进。生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学亚细胞结构-1： 细胞膜*亚细胞结构-1： 细胞膜细胞膜是真核细胞表层的一层薄膜，是活细胞的重要组成部分 它具有保护细胞、进行物质交换、传递信息、能量转换、运动和免疫等生理功能。生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学糖蛋白 磷脂胆固醇细胞质亚细胞结构-2： 细胞质* 细胞质是非常复杂的生物胶体。 细胞质含有各种细胞器，细胞器之间为胞液。 细胞胞液主要由酶、激素、脂类、糖类以及多种无机盐和水组成。 胞液是细胞内各种细胞器之间相互联系的介质。亚细胞结构-2： 细胞质亚细胞结构-3： 细胞器*细胞质内含有一些具有独立形态的结构，称为细胞器。 细胞器通过膜（细胞内膜）与周围环境分开，具有特定的生理功能。亚细胞结构-3： 细胞器亚细胞结构-4：细胞核*亚细胞结构-4：细胞核生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学核原生质 核仁 染色质 核膜原核细胞的原始核无核膜和核仁，没有固定的形状，只有一个含有DNA遗传信息的区域。 真核细胞含有固定形状的细胞核，它有核膜、核仁和组蛋白等，主要成分是DNA、 RNA和有关的合成酶。 细胞核具有遗传信息的存储、复制和转录等功能。null*原核细胞不含线粒体，大多数动植物真核细胞都含有线粒体。 线粒体为棒状小粒，由内外膜和基质组成。 外膜包围着内膜，内膜部分曲折伸入基质使内外膜之间形成孔穴。 内膜为半透膜，只有部分小分子物质可以通过。外膜通透性较大，分子量小于一万的分子都可以通过。亚细胞结构5：线粒体生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学嵴mitochondrion 线粒体功能* 线粒体功能线粒体含有多种酶系。 主要是呼吸链电子传递酶系、糖类分解氧化酶系、脂酸的氧化酶系、氧化磷酸化酶系、核酸合成酶系和蛋白质合成酶系等。 线粒体是进行生物代谢和能量转换最重要的场所。null*核糖核蛋白体又称为核糖体，由核糖核酸与多种结合蛋白构成。是蛋白质生物合成的主要场所。亚细胞结构6：ribosome核糖体生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学核糖体由大、小两个亚单位组成。由于沉降系数不同，核糖体又分为70S型和80S型。70S型核糖体主要存在于原核细胞及叶绿体、线粒体基质中，其小亚单位为30S，大亚单位为50S；80S型核糖体主要存在于真核细胞质中，其小亚单位为40S，大亚单位60S。亚细胞结构7：endoplasmic reticulum 内质网*亚细胞结构7：endoplasmic reticulum 内质网生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*内质网是由细胞膜引伸形成的小管和小胞构成的网状结构。 原核细胞无内质网，而所有的真核细胞都有内质网。不同细胞的内质网的大小、形状和数目都不相同。 内质网上附着有核糖核蛋白体的部分，表面粗糙，称为粗面内质网。不附有核糖核蛋白体的部分，表面光滑，称为滑面内质网。 内质网上含有多种重要酶系，参与有关蛋白质、甘油酯和磷脂的合成及解毒等。null*高尔基体是真核细胞内一种由网状小管或泡组成的复杂结构。 功　能：可能与细胞内物质的转运和细胞膜更新有关。亚细胞结构8： Golgi高尔基体生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学转移泡null*溶酶体是由30-40种水解酶和膜基质组成的一种细胞器。 RNA水解酶、DNA水解酶、蛋白酶、酸性糖苷酶、酸性磷酸酯酶、脂酶和磷脂酶等 是细胞内代谢物质的分解、清除主要场所。亚细胞结构9： Lysosomes溶酶体生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学null*叶绿体存在于绿色植物和藻类的细胞中。 主要含有叶绿素，是进行光合作用的场所。亚细胞结构10：Chloroplast叶绿体生物化学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　生命与生物化学叶绿体基质内囊体基粒nullBT & Me