李新梅

生 物 化 学BiochemistryBiochemistry

————绪论

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一、为什么需要学习生物化学？（Why）

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n生物化学是用化学的语言讲述精彩的故事——生命–研究生命中的分子和化学反应的学科

–应用化学的理论和方法研究微生物、植物、动物及人体等的化学组成、生命物质各组分的结构和性质及它们在生命过程中的变化规律的一门科学

生命的化学生命的化学生物化学生物化学 就就 是是

什么是生物化学？

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1、生物化学是用化学的语言讲述生命故事n 故事的内容就是讲述生命的共性和个性

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n（1）生物化学讲述的生命共性：– 成千上万种生物体内发生许多几乎完全相同的生物化学反应

– 例1：无论在羚羊还是猎豹,奔跑时利用能量的生化反应是相同的

• 羚羊和猎豹的奔跑• 它们需要能量都来自相同的生化反应——乳酸循环，这就是共性

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乳酸循环又称Cori循环，是Cori夫妇发现，他们因此在1947年获得诺贝尔生理学和医学奖

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n （2）生物化学也揭示了生命个性

n 例2：为什么猎豹的速度比大多数食草动物快？（从生化角度）– 猎豹的Cori循环进行的快

• 全身没有一点赘肉，肌糖原含量高，肌肉中糖原分解产生乳酸的速度非常快

• 肝非常大，可以尽快回收乳酸合成糖原

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n 例3:菲尔普斯体内的乳酸代谢速度比一般运动员快三倍– 乳酸是被认为导致人

体疲劳的物质，这意味着他休息20分钟就能达到对手休息一小时的状态

n 从生化角度上来说，猎豹和菲尔普斯都是在乳酸循环这个最普遍的生化途径上进行适应性进化，具有自己的代谢特征。

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2、生物化学是一门非常有用的学科

n (1)学好生物化学，你就是半个医生– 从生物化学中你可以得到很多与医药，营养，保健和疾病预防治疗知识

n①你可以回答以下问题吗？– 为什么喝酒会脸红？脸红的人酒量大吗？

– 你觉得奶茶可以经常喝吗？

– 为什么三鹿牛奶要添加三聚氰胺？

– 为什么马铃薯发芽不能吃？

– 你会看体检单吗？湖南大学生物学院

②常见的体检验单里的部分内容

n肝功能– 丙氨酸氨基转移酶(ALT) 10-40 U/L – 门冬氨酸氨基转移酶(AST) 0.0-40 U/L

n血 糖(mmol/l) – 餐前3.9~6.1mmol/L – 餐后2小时 3.9~7.8mmol/L

n血 脂– 总胆固醇 2.85-5.89mmol/L– 低密度脂蛋白胆固醇 (LDL 1.88-4.1 mmol/L )– 高密度脂蛋白胆固醇（HDL 0.9-2 mmol/L ）

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n③所有疾病都有其生化基础– 或是结构的变化、或是量发生变化、或是代谢过程发生变化、或是代谢过程的酶发生变化等

n当今五大疑难疾病：– 糖尿病 --------------------------糖代谢

– 心脑血管病------------------------脂代谢

– 肿瘤------------------------------核酸代谢

– 爱滋病等病毒性传染病 -------核酸蛋白质代谢

– 老年痴呆症等退行性病变-----核酸蛋白质代谢

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利用转基因工程菌来生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等等。

（2）生产上的重要应用

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转基因棉花n 1997年，我国开始种植

Bt棉花，这是中国首个批准商业化种植的农作物– 苏云金杆菌

(Bacillus thuringiensis简称Bt)

– 中科院粮食政策研究中心主任黄季焜表示，目前超过95%的中国棉花都是转基因棉花

– 减少农药使用量65万吨，农田环境污染指数降低21%

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用转基因动物作器官移植的供体

可长人耳的裸鼠

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n（3）理论角度:– 生物化学是联系生物学科之间的桥梁

• 所有生物学科都不是孤立的，而是相互联系、相互补充、相互渗透，其基础就是“生命的化学语言”

•生物化学与分子生物学是化学的最高层次

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生命的微观层次

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植物生化 动物生化 微生物生化 病理生化

农业生化 生物化学分支 食品生化

无机生化 有机生化 生理生化 临床生化

基因工程 发酵工程 蛋白质工程 酶工程

近代生物化学的发展

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生物技术专业培养计划

大学英语Ⅰ

高等数学A Ⅰ

中英文应用写作实训

中国语文

程序设计基

础

第一学期 第二学期

高等数学AⅡ

线性代数A

第三学期

大学英语Ⅲ

有机化学A

概率论与数理统计A

植物生物学

动物生物学

第四学期

大学英语Ⅳ

生物化学Ⅰ

微生物学

遗传学

遗传学实验

第五学期

细胞生物学

细胞生物学实验 现代免疫学

酶与发酵工程

生物化学实验Ⅱ

生物技术专业英语

生化仪器原理与方法

化工原理

第六学期

基因工程

发育生物学

分子生物学

分子生物学实验

蛋白质工程与蛋白质组

学

发酵工程大实验

第七学期

生物制药技术

生物制药技术

分子生物学进展

分子生物学进展

生物信息学生物信息学

思想道德修养与法律基础

毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论

大学英语Ⅱ

中国近现代史纲要

细胞工程

生理学生理学马克思主义基本原理下

生命科学前沿

生物材料学生物材料学

生化分离技术

生化分离技术

药理学药理学

分子遗传学进展

分子遗传学进展

就业与发展课：

1）生物农业与新能源方向

2)生物医药方向

第八学期

病毒学

毕业论文

无机化学

有机化学实验B

生物化学Ⅱ

生物化学实验Ⅰ

细胞生物学进展

细胞生物学进展

生物技术综合大实验生物技术综合大实验

分析化学B

普通物理实验B Ⅰ

普通物理实验B Ⅱ

普通物理B Ⅰ

普通物理B Ⅱ

科研实践

/SIT基础分析化学实验A

专业介绍与职业生涯规

划

军事理论（含军训）

计算机概论A

基础操作化学实验A

体育Ⅰ

体育Ⅳ

体育Ⅲ

体育Ⅱ

工程制图

程序设计训练

野外专业认知实习 毕业实习

马克思主义基本原理上

建议3选2 建议12选8 建议4选2

发酵工程专

业课程设计

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生物医学工程专业培养计划

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20世纪Nobel生理学或医学奖、化学奖中半数以上在生物化学领域取得重大突破

« 2012年的诺贝尔化学奖由两位美国科学家罗伯特·莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩·克比尔卡（Brian K. Kobilka）因“G蛋白偶联受体研究”获奖。

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n 生物化学还有很多有待于解决的问题– 例如癌症的化学治疗靶向性？

• 化疗基于肿瘤细胞生长的生化机制

• 5-FU是第一个根据一定设想而合成的抗代谢药并在临床上是目前应用最广的抗嘧啶类药物

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二、我们要学习哪些内容（What）？

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学习目标

n（1）组成生物体的元素有多少种？组成人体的常量元素有哪些？

n（2）生物化学研究哪些生物分子？

n（3）生命的基本结构单位是什么？

n（4）原核细胞和真核细胞有什么不同？

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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，而这些物质都由元素构成。

1、书写故事的“字母”在哪里？——生命的由哪些元素组成？

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有哪些元素参与生物体组成？

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n只有28种元素在生物体内被发现

n根据含量不同分为四类元素– 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，Mg

– 在人体第一类和第二类元素又称常量元素

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常量元素常量元素————————在人体中含量较大在人体中含量较大

微量元素微量元素————————在人体中含量很少在人体中含量很少

常 量 元 素 微 量 元 素 元 素 体 重 % 干 重 % 元 素 含 量 ( m g ) 日 推 荐 量 ( m g ) C 9 . 4 6 1 . 7 F e 4 5 0 0 1 0 - - 1 8 H 6 5 5 . 7 F 2 6 0 0 0 . 1 — 4 O 2 5 . 5 9 . 3 Z n 2 0 0 0 3 — 1 5 N 1 . 4 1 1 S i 2 4 1 g S e 1 3 1 0 — 2 0 0 u g P 0 . 2 2 3 . 3 M n 1 2 0 . 5 — 5 S 0 . 0 5 1 . 0 I 1 1 4 0 — 1 5 0 u g M o 9 0 . 1 5 — 0 . 5 N a + 0 . 0 3 0 . 7 C r 6 1 0 — 2 0 u g K + 0 . 0 6 1 . 3 C o 1 . 1 1 4 0 — 5 8 0 u g M g + 2 0 . 0 1 0 . 3 N i C a + 2 0 . 3 1 5 . 0 S n C l ` 0 . 0 8 0 . 7 V S r B A l

微量元素常量元素

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Ø 第三类元素：Ø包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn

Ø是生物体内存在的主要少量元素

Ø 第四类元素：Ø包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等

Ø人体内的第三类和第四类元素称为微量元素

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2、由元素组成生命故事的“词汇”:——生物分子

n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

– 包括• 多糖、聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子

• 氨基酸，单糖，核苷酸，脂肪酸，甘油维生素等生物小分子

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n例如胰岛素由C,H,O,N和S元素组成，构件分子为51个氨基酸

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3、故事发生在哪里？

（1）细胞是生命的基本结构单位，一切生命都离不开细胞

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乳酸菌 血细胞甲烷八叠球菌

植物细胞神经细胞

恐龙蛋化石

绿藻 小肠绒毛细胞

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n（2）细胞分为两大类：原核细胞和真核细胞– 生物体分为两大类：原核生物和真核生物

n思考题：– 原核细胞和真核细胞有什么区别？

– 细菌属于原核细胞还是真核细胞？

– 真核细胞• 哪一个细胞器是生物体的主要产能细胞器？

• 制造蛋白质的是哪一个细胞器？

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大肠杆菌

蓝藻

支原体

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n 原核细胞– 包括

• 细菌，支原体和蓝藻• 衣原体，立克次体

– 其特点是细胞中没有明显的细胞核

• 没有明显细胞器• 唯一细胞器为核糖体• 蓝藻有叶绿体

细菌结构图湖南大学生物学院

真核细胞的结构真核细胞的结构

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n真核细胞– 动物，植物，原生生物和真菌– 细胞核

– 各个细胞器具有不同的生物功能，它们之间的协调运作，使细胞内的代谢和各种生理活动能够有条不紊地进行

n非细胞类生物– 病毒

湖南大学生物学院 各种病毒的形态

逆转录病毒

细菌病毒

腺病毒

烟草花叶病毒痘病毒

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（3）生物体以细胞为单位进行生命活动

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三、生物化学的学习方法（How）

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1、教材

n 王镜岩 生物化学 第三版高等教育出版社

n 上册：

– 生物大分子的结构与功能：

– 糖，蛋白质、酶 ，核酸和脂类

n 下册

– 物质代谢：

– 糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧化、代谢调节

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生物化学

生物大分子

的代谢

•生物大分子的

结构和功能

第一章

蛋白质第二章

酶第三章糖类

第四章脂类

第五章核酸

生物化学知识结构

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2、参考书

n（1）生物化学（第三版），王希成，清华大学出版社

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n （2）生物化学原理– 作者：杨荣武

– 第二版– 高等教育出版社– 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

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n （3）生化原理

– Principles of Biochemistry

– The Fifth Edition– Nelson DL, Cox MM：

Lehninger– Worth Publishers，

New York，2008

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2、学习的方法n (1)一条主线：生物分子结构和生物功能为轴线

– 维生素类化合物有30多种• 它们的化学结构相差很大

• 可分别属于有机化学的醇、酸、酚、酮、醛、胺、苷等化合物

• 因为它们在体内部有调节代谢、维持生命的作用，故同归为一类，叫做维生素

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例如：维生素C

n生物分子 功能 结构

n维生素C 抗坏血病 还原型L-维生素C– 维持羟化酶活性，

– 保证 胶原蛋白正确装配

还原型维生素C湖南大学生物学院

n（2）多种方法 反复练习– 生化内容无论怎样编排，前后内容都是互相联系，互相依存，随学随消化

– 平时成绩（50%）• 课堂作业（应该掌握的知识点）

• 课堂提问讨论

• 测验

– 考试成绩（50%）

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n (3)提供学习网站– 在课程中心网址为：http://kczx.hnu.cn

– 搜索“生物化学A”或李新梅

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课程的考核方式

n期末考试为闭卷考试，占50%– 进入考试周

n平时成绩 占50%– 平时提问10%

– 小班讨论课15%– 平时测验15%– 平时考勤 10%

• 不得迟到，早退和旷课• 有正当事由的写请假条，班长签字

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四、那些发现生命故事的人

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n 1、前期：公元前几百年到17世纪——中国炼丹术阶段，中国的炼金术随丝绸之路传到了阿拉伯文化圈，chemistry中的chem来自中国的“ 金” 的古汉语发音

——11~13世纪十字军的侵略将中国的炼金术带进入了西方文明

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n 2、静态生物化学– 十九世纪

– 发现了生物体主要由糖类、脂类、蛋白质和核酸四大类物质组成

– 主要完成了各种生物体化学组成的分析研究

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n 3、动态生物化学阶段

n从二十世纪初到二十世纪五十年代，研究酶的本质，动力学和生化反应

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n 4、功能生物化学：也称为分子生物学阶段

n从1953年Watson和 Crick提出的DNA双螺旋结构模型为标志，生物化学的研究进入分子生物学阶段

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