主讲教师：杨志敏
生命科学学院
生物化学与分子生物学系
Biochemistry
绪 论
生物化学 （ Biochemistry） 是研究生物体中有机分
子化学组成, 结构和功能, 代谢变化和调节及其分析方
法的科学 。
生物化学是研究细胞中生物分子运动的化学本质,
是研究活细胞内各种物质的化学组成及其分解与合成的
普遍规律 。 因此,生物化学研究的对象不局限于哪种生
物, 哪类细胞, 哪个器官或组织, 而是以整个生物界所
有生物细胞内所发生的各种化学事件, 研究其生物化学
特性, 阐明这些事件的发生与消亡 。 它的研究对象具有
普遍性和代表性 。
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
随着现代科学和技术的迅速发展, 生物学家正在不
断揭开生命的分子奥秘 。 生物科学在过去的 20多年中出
现了令人惊愕的进展 。 主要特点是,1,许多其他学科
的科学家如数学家, 物理学家, 信息学家, 化学家等纷
纷地汇聚到这个领域 。 2.最明显的一个特点就生物技术
的进步与基础领域生物化学发展紧密联系在一起 。
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
要理解生物化学的真正涵义首先要了解生物化学研
究的内容以及相关知识体系是什么 。 与无机化学比较,
生物化学主要研究生物体内的化学组成及其变化规律,
它是生命的化学 。 这一基本特性一直相伴着的生物化学
学科的诞生, 成长和发展 。 经过一个多世纪的不断地研
究和探索, 生物化学家已经建立起来一些基本原理, 一
方面已经帮助人们去理解生命的奥秘, 这些原理包括：
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
1.所有不同类型的生物体几乎都利用一些相同的生物分
子如碳水化合物, 脂肪, 蛋白质, 核酸, 而且这些生物
体 几 乎 都具 备合 成 和分 解这 些 分子 的 代谢 途 径
（ pathway） ；
2.生物体的宏观表型如生长, 发育, 繁殖等都受细胞内
DNA遗传特性的控制 ;
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
3,生命活动的过程是由成千上万个生物化学反应组成,
但这些反应并非杂乱无章, 而是以网络状的途径形式存在 。
例如在生物体内合成乙醇反应 。 如果从一个反应来看, 精
确和调控这些反应 （ 或途径 ） 是保持正常生命活动的基础；
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
4,生物大分子如蛋白质, 核酸的化学结构与特定功能是
密切相关的, 人们可以通过分子结构去了解或推断分子的
功能, 这对理解生物分子的作用机理有很大的帮助,
一, 生物化学的涵义 -基本概念
A topological model of the A,thaliana monosaccharide transporter
部分核苷酸序列与对应氨基酸序列
绪 论
一, 生物化学的涵义 -基本概念
研究生命现象的化学本质的科学
—— 研究动物, 植物, 微生物及人类等的 化学组成 和
生命过程中的 化学变化 。
即 运用化学的原理和方法，来探究生命现象的本质
Sumary
绪 论
二, 生物化学的内容
研究生物体内各种化合物的结构、
化学性质和功能（主要有糖类、
脂类、蛋白质、核酸、酶、维生
素和激素）
研究构成生物体的基本物质在生
命活动中进行的化学变化，即新
陈代谢及代谢过程中能量的转换
和调节
静态生物化学
动态生物化学
绪 论
二, 生物化学的内容
代谢与能量
糖类化学
脂类化学
蛋白质化学
核酸化学
酶学
静态生物化学
动态生物化学
糖类代谢
脂类代谢
蛋白质代谢
核酸代谢
代谢调节
蛋白质的降解
氨基酸代谢
蛋白质的生物合成
核酸的降解
核苷酸代谢
核酸的生物合成
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第一阶段 18世纪 70年代以后, 随着近代化学和生理学的发
展, 生物化学学科开始形成
? 1770-1774年, 英国 J.Priestly发现了氧气, 并指出动物消耗
氧而植物产生氧
? 1770-1786年, 瑞典人 C.W.Scheele分离了甘油, 柠檬酸,
苹果酸, 乳酸, 尿酸等
? 1779-1796年, 荷兰人 J.Ingenbousz证明在光照条件下绿色
植物吸收 CO2 并放出 O2
? 1828年, Wohler合成了有机物尿素
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第一阶段 18世纪 70年代以后, 随着近代化学和生理学的发
展, 生物化学开始形成
? 1877年, Hoppe-Seyler首先使用, Biochemistry”,生物化
学作为一门新兴学科诞生
? 1897年, Buchner证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵
这个阶段, 生物化学的主要工作是分离和鉴
定了各种氨基酸, 羧酸, 糖类, 发现了核酸, 开
始进行酶学研究 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第二阶段 从 20世纪初到 20世纪 40年代, 随着分析鉴定技术
的进步, 尤其是放射性同位素技术的应用, 生物
化学进入动态生物化学的时期 。
? 1926年, 美国化学家 J.B,Sumner首次得到脲酶结晶
? 1912-1933,生物氧化得到了卓有成效的研究
? 30年代, 陆续得到了胃蛋白酶, 胰蛋白酶, 胰凝乳蛋白酶,
从而进一步证明酶是蛋白质
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第二阶段 从 20世纪初到 20世纪 40年代, 随着分析鉴定技术
的进步, 尤其是放射性同位素技术的应用, 生物
化学进入动态生物化学的时期 。
? 30年代，英生化学家 A.Krebs提出尿素循环和三羧酸循环
? 40年代，能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了基础
? 此外, 糖酵解途径, 光合碳代谢途径得到证明, 发现了维生
素和激素, 血红素核叶绿素等
这个阶段, 基本上阐明了酶的化学本质以及
能量代谢有关的物质代谢途径 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第三阶段 1950年以来, 借助于各种理化技术, 对蛋白质,
酶, 核酸等生物大分子进行化学组成, 序列, 空
间结构及其生物学功能的研究, 并发展到人工合
成, 创立了基因工程 。
? 1950年, Pauling提出蛋白质二级结构的 a-螺旋
? 1953年, Watson& Crick提出了 DNA的双螺旋模型
? 1958年, Crick提出, 中心法则,
? 1953及 1975年, Sanger分别研究出蛋白质序列和核酸序列
的测定方法
? 1961年, Jacob & Monod 提出了操纵子学说
绪 论
三, 生物化学的发展简史
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第三阶段 1950年以来, 借助于各种理化技术, 对蛋白质,
酶, 核酸等生物大分子进行化学组成, 序列, 空
间结构及其生物学功能的研究, 并发展到人工合
成, 创立了基因工程 。
? 1965年, Holly 排出酵母 tRNAAla 的一级结构
? 1966年, Nirenberg & Khorana 破译了遗传密码
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1970年, Temin和 Baltimore几乎同时发现逆向转录酶,
证实了 Temin 1964年提出的, 前病毒假说,, 阐明在
劳氏肉瘤病毒 （ RSV） 感染以后, 首先产生含 RNA病毒
基因组全部遗传信息的 DNA前病毒, 而子代病毒的
RNA则是以前病毒的 DNA为模板进行合成 。
?1972年～ 1973年, Berg等成功地进行了 DNA体外重
组； Cohen创建了分子克隆技术, 在体外构建成具有生
物学功能的细菌质粒, 开创了基因工程新纪元 。 在此同
时, Boyer等在 E.coli中成功表达了人工合成的生长激
素释放抑制因子基因
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1975年, Southern发明了凝胶电泳分离 DNA片段的印
迹法；
?1979年, Solomon和 Bodmer最先提出至少 200个限制
性片段长度多态性 （ RELP） 可作为连接人的整个基因
组图谱之基础 ;
?1985年, Saiki等发明了聚合酶链式反应 （ PCR） ；
Smith等报导了 DNA测序中应用荧光标记取代同位素标
记的方法 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?198 5年 5月, 美国 Santa Cruz加 州大学校长 R.
Sinsheimer提出人类基因组研究计划, 1986年 8月美国
科学院生命科学委员会确定由 Bruce Alberts负责的 15
人小组起草确定这个提议的报告, 联邦政府 1987年正
式开始起动这一计划 ;
?1994年, 日本科学家在, Nature Genetics,上发表了
水稻基因组遗传图, Wilson等用 3年时间完成了线虫
（ C.elegans） 3号染色体连续的 2.2 Mb的测定, 预示
着百万碱基规模的 DNA序列测定时代的到来 ;
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1997年, Wilmut等首次不经过受精, 用成年母羊体细
胞的遗传物质, 成功地获得克隆羊 ——多莉 （ Dolly）
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1998年, Renard等用体细胞操作获得克隆牛 ——
Marguerife,再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全
相同的哺乳动物； Gene Bank公布最新人的, 基因图谱
98”, 代表了 30181条基因定位的信息； Venter对人
类基因组计划提出新的战略 ——全基因组随机测序, 毛
细血管电泳测序仪启动 ;
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1999年, Günter Blobel发现了细胞中蛋白质有其内在
的运输和定位信号, 并具体显示了这种信号发送过程中
的分子状态, 为此荣获该年度诺贝尔奖 ;
?2001年, Hartwell发现和研究细胞周期分裂基因；
Nurse和 Hunt 分别发现调节细胞周期的关键分子周期
蛋白依赖性激酶 （ cyclin-dependent kinases,CDKs）
及调节 CDKs功能的因子周期蛋白 ;
绪 论
三, 生物化学的发展简史
? 2003年, Peter Agre 和 Roderck Mackinnon发现真
细胞膜水通道蛋白并描述特征；阐述了钾离子通道结构
及功能机制 。 两者均解决了前四次诺贝尔奖获得者所遗
留尚未清楚的问题 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
从以上所述的生物化学的发展中, 可以看出 20世纪
50年代以来是以核酸的研究为核心, 带动着分子生物学
向纵深发展, 如 50年代的双螺旋结构, 60年代的操纵子
学说, 70年代的 DNA重组, 80年代的 PCR技术, 90年代的
DNA测序都具有里程碑的意义, 将生命科学带向一个由
宏观到微观再到宏观, 由分析到综合的时代；现代生物
化学正在进一步发展, 其基本理论和实验方法均已渗透
到科学各个领域, 无论在哪个方面都在不断取得重大进
展,
绪 论
四, 生物化学课程的性质
21世纪是生物科学与技术高速发展的时代 。 它的
发展使人类活动和生活方式发生了深刻变化, 同时给
农业, 轻工业, 医药行业等带来了重大的革新, 而这
些变化都离不开生物化学学科的发展 。 现代生物化学
主要是在分子水平上研究生物体内各种物质分子的化
学本质及其在生命活动过程中的化学变化规律 。 人类
要了解各种生物的生长, 生殖, 生理, 遗传, 衰老,
抗性, 疾病, 生命起源和演化等现象, 都需要用生物
化学的原理和方法进行探讨 。
绪 论
四, 生物化学课程的性质
因此, 生物化学是各门生物科学的基础, 特别是
生理学, 微生物学, 遗传学, 细胞学等各科的基础,
在分子生物学, 基因 -蛋白质组学, 生物信息学等新
兴学科中占有特别重要的位置 。
,生物化学, 课程是我国高等农业院校生物学类
和大多数非生物学类专业学生的学科基础课, 是后继
一系列重要课程的基础课, 具有举足轻重的重要地位 。
绪 论
1.促进对人或动物致病机理的认识, 提高对疾病的正确诊断
从医学方面讲，人或动物的病理状态常常是由于细
胞中化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂
类物质含量增高是心血管疾病的特征之一（如冠心病、
血管栓塞引起脑溢血、脑血栓等症状）；血红蛋白一级
结构的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命，
是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血细胞溶血所致等，
许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测定。
五, 生物化学地位作用
绪 论
2,生 物化 学理论和方法促进生物药物研究与开发
生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分
离、纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本
物质。这些药物的特点是来自生物体，基本生化成份即
氨基酸、肽、蛋白质、酶与辅酶、多糖（粘多糖类）脂
质、核酸及其降解产物。这些物质成分均具有生物活性
或生理功能，毒副作用极小，药效高而被服用者接受。
生化药物在制药行业和医药上占有重要地位。
五, 生物化学地位作用
绪 论
3,农业生产的基础研究依赖于生物化学的理论和方法
高产农作物新品种的培育和开发依赖于生物化学的
基本原理和技术方法。农业生产中的两个重要问题即光
合作用和氮素固定，这是制约农业生产提高的重要因素：
①大田作物一般只能利用太阳全年辐射能的 0.1%～ 1%。
怎样提高对辐射能利用率和 CO2的固定率，涉及光合作
用中的生物化学方面的研究；②大气中的氮气占 78%，
自然界中只有几种微生物能够固定氮气，如果几种主要
作物都能利用氮气，那么农业生产的产量就可大幅度地
提高。
五, 生物化学地位作用
绪 论
4,生化理论和方法有利于推动着我国农副产品的加工产业
我国是农业大国，农业总产值占国民经济总产值
40%。农产品产量每年以 4%幅度增加，而农产品加工附
加值很小。德国农产品产值与附加值之比为 1︰ 2.3、美
国为 1︰ 1.8、日本 1︰ 2.2,而我国仅 1︰ 0.5，与发达国
家相比相差较大，大量农产品只作为廉价原料提供给国
外，然后再买回别人的产品。
家畜屠宰血、骨头、肉类和蔬菜加工的脚料都可加工
成药品或食品添加剂。若农副产品深加工带来的附加值
能达到国外发达国家的一半，不仅可以使农业利税增加 2
个百分点，而且将帮助大量农民从事高技术含量的劳动。
五, 生物化学地位作用
绪 论
5.研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业的基础
氨基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长
激素、维生素 C等也可通过微生物发酵手段进行生产。发
酵产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物
化学理论和技术。此外，研究微生物新陈代谢过程及其
调节控制对于选育高产优质的菌株 ﹑ 筛选最佳发酵理化
因子及提高发酵效率具有指导意义。
五, 生物化学地位作用
绪 论
6,生物化学理论和方法对改善人类生存环境具有特殊的意义
高新技术产品不断涌现但也给人类居住的环境产生
巨大的污染，严重危害人类的生存，如三废的处理、水
质的净化等。如筛选良好的微生物菌株进行转化，或微
生物发酵产物进行对, 三废, 处理。这些都与生化理论
和方法密切相关。此外，还有航空航天事业、海洋资源
的开发利用都离不开生物化学及由它发展起来的生物化
学工程技术。
五, 生物化学地位作用
绪 论
1,通过对 DNA序列的了解，深入研究影响个体发育和整个生
物体特定序列表达规律 —— 即功能基因组学。
该项研究就是在选择一定的典型生物材料，搞
清全部染色体的全部序列、基因组的碱基长度、可
能的编码蛋白质基因、编码的 rRNA,snRNA和
tRNA基因 。 在此基础上进一步研究全部的基因中在
不同生长发育期内，同时有多少基因协同表达，搞
清适应于某一时期的全套基因表达谱（ gene
expression pattern）。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
目前用于检测分化细胞基因表达谱的方法，有 基因
表达连续分析法（ serial analysis of gene expression,
SAGE）,微阵列法（ microarray）,有序差异显示
（ ordered differential display,ODD） 和 DNA芯片
（ DNA chips） 技术等。当前，已把酵母基因组作为研
究真核生物基因组功能的模式，拟建立酵母基因组 6000
多个基因的 单突变体文库（ single mutant library）,
并可用于其它高等真核生物基因组之“基因功能作图”。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
2.以特定基因组在特定条件下所表达的全部蛋白质 （ specific
proteome indicates the protein expressed by a genome） 为研
究对象，研究细胞内蛋白质及其动态变化规律
通过本项对蛋白质动态性、时空性、可调节性，以
及能够在细胞和生命有机体整体水平上阐明生命现象和
活动规律的研究，回答由于仅从 DNA序列尚不能回答的
某些基因的表达时间，表达量，蛋白质翻译后加工和修
饰及亚细胞分布状况等问题。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
为了尽可能分辨细胞或组织内所有蛋白质，目前一
般采用高分辨率的双向凝胶电泳。一种正常细胞的双向
电泳图谱通过扫描仪扫描并数字化，运用二维分析软件
可对数字化的图谱进行各种图像分析，包括分离蛋白在
图谱上的定位，分离蛋白的计数、图谱间蛋白质差异表
达的检测等。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
从提出蛋白质组的概念到现在短短几年中，已于
1997年构建成第一个完整的蛋白质组数据库 ——酵母蛋
白质数据库（ yeast protein database,YPD）,进展
速度极快，新的思路和技术不断涌现，蛋白质组学这门
新兴学科，在今后的实践中将会不断完善，充实壮大，
发展成为后基因组时代的带头学科。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
3．对 DNA和蛋白质序列资料中各种类型信息进行识别、存储、
分析、模拟和转输，建立由数据库、计算机网络和应用软件
三大部分组成的信息库，发展信息学。
建立的核苷酸数据库，已存有数百种生物的 cDNA
和基因组 DNA序列的信息。在已应用的软件中，有 DNA
分析、基因图谱构建,RNA分析、多序列比较、同源序
列检索、三维结构观察与演示、进化树生成与分析等。
当今及今后的研究趋势是科学家们将利用生物信息学研
究蛋白质的性质，并估计基因的功能。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
4．对生物大分子行为的研究由体外转向细胞内，将在大分子
高级结构及遗传信息传递规律的认识将有较大突破
至今为止，对生命现象本质的认识多为生命科学家
在研究试管中的生物大分子相互作用规律中得到的。 由
于研究细胞内新生肽折叠的固有困难尚未解决，今天还
不能进行细胞内蛋白质折叠的实时研究。故设计模拟细
胞内的条件及尽可能地在接近细胞的环境中进行研究。
六, 生物化学学科的展望
绪 论七, 怎样学习好生化
?要舍得花时间, 要长期投入
?扎扎实实学好每一章节, 培养没有重点章节的习惯
?动手：做作业勤抄结构式, 代谢方程式, 及代谢途
径 。 注意：抄一遍比看 10遍心里更踏实
?至少阅读 ≧ 2本同类的, 生物化学, 书籍 。 绝对有好
处 ！
?,适当, 做一些习题加以巩固学过的 知识
?重视 实验课, 练习题等过程, 巩固课堂知识
具体的学习方法
绪 论七, 怎样学习好生化
?通过学习, 生物化学, 课程不但要学到课程的
全部内容, 更重要的是要学到如何获取知识的方
法
达到的目的
绪 论
参考书：
?沈同, 生物化学, 上, 下
?郑集《普通生物化学》
?Lehninger, Principle of Biochemistry》
?Davis J,等,Elementary Biochemistry,An
Introduction to the Chemistry of Living Cells》
?Donald Voet 等,Biochemistry》
七, 怎样学习好生化
生命科学学院
生物化学与分子生物学系
Biochemistry
绪 论
生物化学 （ Biochemistry） 是研究生物体中有机分
子化学组成, 结构和功能, 代谢变化和调节及其分析方
法的科学 。
生物化学是研究细胞中生物分子运动的化学本质,
是研究活细胞内各种物质的化学组成及其分解与合成的
普遍规律 。 因此,生物化学研究的对象不局限于哪种生
物, 哪类细胞, 哪个器官或组织, 而是以整个生物界所
有生物细胞内所发生的各种化学事件, 研究其生物化学
特性, 阐明这些事件的发生与消亡 。 它的研究对象具有
普遍性和代表性 。
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
随着现代科学和技术的迅速发展, 生物学家正在不
断揭开生命的分子奥秘 。 生物科学在过去的 20多年中出
现了令人惊愕的进展 。 主要特点是,1,许多其他学科
的科学家如数学家, 物理学家, 信息学家, 化学家等纷
纷地汇聚到这个领域 。 2.最明显的一个特点就生物技术
的进步与基础领域生物化学发展紧密联系在一起 。
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
要理解生物化学的真正涵义首先要了解生物化学研
究的内容以及相关知识体系是什么 。 与无机化学比较,
生物化学主要研究生物体内的化学组成及其变化规律,
它是生命的化学 。 这一基本特性一直相伴着的生物化学
学科的诞生, 成长和发展 。 经过一个多世纪的不断地研
究和探索, 生物化学家已经建立起来一些基本原理, 一
方面已经帮助人们去理解生命的奥秘, 这些原理包括：
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
1.所有不同类型的生物体几乎都利用一些相同的生物分
子如碳水化合物, 脂肪, 蛋白质, 核酸, 而且这些生物
体 几 乎 都具 备合 成 和分 解这 些 分子 的 代谢 途 径
（ pathway） ；
2.生物体的宏观表型如生长, 发育, 繁殖等都受细胞内
DNA遗传特性的控制 ;
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
3,生命活动的过程是由成千上万个生物化学反应组成,
但这些反应并非杂乱无章, 而是以网络状的途径形式存在 。
例如在生物体内合成乙醇反应 。 如果从一个反应来看, 精
确和调控这些反应 （ 或途径 ） 是保持正常生命活动的基础；
一, 生物化学的涵义 -基本概念
绪 论
4,生物大分子如蛋白质, 核酸的化学结构与特定功能是
密切相关的, 人们可以通过分子结构去了解或推断分子的
功能, 这对理解生物分子的作用机理有很大的帮助,
一, 生物化学的涵义 -基本概念
A topological model of the A,thaliana monosaccharide transporter
部分核苷酸序列与对应氨基酸序列
绪 论
一, 生物化学的涵义 -基本概念
研究生命现象的化学本质的科学
—— 研究动物, 植物, 微生物及人类等的 化学组成 和
生命过程中的 化学变化 。
即 运用化学的原理和方法，来探究生命现象的本质
Sumary
绪 论
二, 生物化学的内容
研究生物体内各种化合物的结构、
化学性质和功能（主要有糖类、
脂类、蛋白质、核酸、酶、维生
素和激素）
研究构成生物体的基本物质在生
命活动中进行的化学变化，即新
陈代谢及代谢过程中能量的转换
和调节
静态生物化学
动态生物化学
绪 论
二, 生物化学的内容
代谢与能量
糖类化学
脂类化学
蛋白质化学
核酸化学
酶学
静态生物化学
动态生物化学
糖类代谢
脂类代谢
蛋白质代谢
核酸代谢
代谢调节
蛋白质的降解
氨基酸代谢
蛋白质的生物合成
核酸的降解
核苷酸代谢
核酸的生物合成
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第一阶段 18世纪 70年代以后, 随着近代化学和生理学的发
展, 生物化学学科开始形成
? 1770-1774年, 英国 J.Priestly发现了氧气, 并指出动物消耗
氧而植物产生氧
? 1770-1786年, 瑞典人 C.W.Scheele分离了甘油, 柠檬酸,
苹果酸, 乳酸, 尿酸等
? 1779-1796年, 荷兰人 J.Ingenbousz证明在光照条件下绿色
植物吸收 CO2 并放出 O2
? 1828年, Wohler合成了有机物尿素
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第一阶段 18世纪 70年代以后, 随着近代化学和生理学的发
展, 生物化学开始形成
? 1877年, Hoppe-Seyler首先使用, Biochemistry”,生物化
学作为一门新兴学科诞生
? 1897年, Buchner证实不含细胞的酵母提取液也能使糖发酵
这个阶段, 生物化学的主要工作是分离和鉴
定了各种氨基酸, 羧酸, 糖类, 发现了核酸, 开
始进行酶学研究 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第二阶段 从 20世纪初到 20世纪 40年代, 随着分析鉴定技术
的进步, 尤其是放射性同位素技术的应用, 生物
化学进入动态生物化学的时期 。
? 1926年, 美国化学家 J.B,Sumner首次得到脲酶结晶
? 1912-1933,生物氧化得到了卓有成效的研究
? 30年代, 陆续得到了胃蛋白酶, 胰蛋白酶, 胰凝乳蛋白酶,
从而进一步证明酶是蛋白质
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第二阶段 从 20世纪初到 20世纪 40年代, 随着分析鉴定技术
的进步, 尤其是放射性同位素技术的应用, 生物
化学进入动态生物化学的时期 。
? 30年代，英生化学家 A.Krebs提出尿素循环和三羧酸循环
? 40年代，能量代谢的提出为生物能学的发展奠定了基础
? 此外, 糖酵解途径, 光合碳代谢途径得到证明, 发现了维生
素和激素, 血红素核叶绿素等
这个阶段, 基本上阐明了酶的化学本质以及
能量代谢有关的物质代谢途径 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第三阶段 1950年以来, 借助于各种理化技术, 对蛋白质,
酶, 核酸等生物大分子进行化学组成, 序列, 空
间结构及其生物学功能的研究, 并发展到人工合
成, 创立了基因工程 。
? 1950年, Pauling提出蛋白质二级结构的 a-螺旋
? 1953年, Watson& Crick提出了 DNA的双螺旋模型
? 1958年, Crick提出, 中心法则,
? 1953及 1975年, Sanger分别研究出蛋白质序列和核酸序列
的测定方法
? 1961年, Jacob & Monod 提出了操纵子学说
绪 论
三, 生物化学的发展简史
绪 论
三, 生物化学的发展简史
第三阶段 1950年以来, 借助于各种理化技术, 对蛋白质,
酶, 核酸等生物大分子进行化学组成, 序列, 空
间结构及其生物学功能的研究, 并发展到人工合
成, 创立了基因工程 。
? 1965年, Holly 排出酵母 tRNAAla 的一级结构
? 1966年, Nirenberg & Khorana 破译了遗传密码
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1970年, Temin和 Baltimore几乎同时发现逆向转录酶,
证实了 Temin 1964年提出的, 前病毒假说,, 阐明在
劳氏肉瘤病毒 （ RSV） 感染以后, 首先产生含 RNA病毒
基因组全部遗传信息的 DNA前病毒, 而子代病毒的
RNA则是以前病毒的 DNA为模板进行合成 。
?1972年～ 1973年, Berg等成功地进行了 DNA体外重
组； Cohen创建了分子克隆技术, 在体外构建成具有生
物学功能的细菌质粒, 开创了基因工程新纪元 。 在此同
时, Boyer等在 E.coli中成功表达了人工合成的生长激
素释放抑制因子基因
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1975年, Southern发明了凝胶电泳分离 DNA片段的印
迹法；
?1979年, Solomon和 Bodmer最先提出至少 200个限制
性片段长度多态性 （ RELP） 可作为连接人的整个基因
组图谱之基础 ;
?1985年, Saiki等发明了聚合酶链式反应 （ PCR） ；
Smith等报导了 DNA测序中应用荧光标记取代同位素标
记的方法 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?198 5年 5月, 美国 Santa Cruz加 州大学校长 R.
Sinsheimer提出人类基因组研究计划, 1986年 8月美国
科学院生命科学委员会确定由 Bruce Alberts负责的 15
人小组起草确定这个提议的报告, 联邦政府 1987年正
式开始起动这一计划 ;
?1994年, 日本科学家在, Nature Genetics,上发表了
水稻基因组遗传图, Wilson等用 3年时间完成了线虫
（ C.elegans） 3号染色体连续的 2.2 Mb的测定, 预示
着百万碱基规模的 DNA序列测定时代的到来 ;
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1997年, Wilmut等首次不经过受精, 用成年母羊体细
胞的遗传物质, 成功地获得克隆羊 ——多莉 （ Dolly）
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1998年, Renard等用体细胞操作获得克隆牛 ——
Marguerife,再次证明从体细胞可克隆出遗传上完全
相同的哺乳动物； Gene Bank公布最新人的, 基因图谱
98”, 代表了 30181条基因定位的信息； Venter对人
类基因组计划提出新的战略 ——全基因组随机测序, 毛
细血管电泳测序仪启动 ;
绪 论
三, 生物化学的发展简史
?1999年, Günter Blobel发现了细胞中蛋白质有其内在
的运输和定位信号, 并具体显示了这种信号发送过程中
的分子状态, 为此荣获该年度诺贝尔奖 ;
?2001年, Hartwell发现和研究细胞周期分裂基因；
Nurse和 Hunt 分别发现调节细胞周期的关键分子周期
蛋白依赖性激酶 （ cyclin-dependent kinases,CDKs）
及调节 CDKs功能的因子周期蛋白 ;
绪 论
三, 生物化学的发展简史
? 2003年, Peter Agre 和 Roderck Mackinnon发现真
细胞膜水通道蛋白并描述特征；阐述了钾离子通道结构
及功能机制 。 两者均解决了前四次诺贝尔奖获得者所遗
留尚未清楚的问题 。
绪 论
三, 生物化学的发展简史
从以上所述的生物化学的发展中, 可以看出 20世纪
50年代以来是以核酸的研究为核心, 带动着分子生物学
向纵深发展, 如 50年代的双螺旋结构, 60年代的操纵子
学说, 70年代的 DNA重组, 80年代的 PCR技术, 90年代的
DNA测序都具有里程碑的意义, 将生命科学带向一个由
宏观到微观再到宏观, 由分析到综合的时代；现代生物
化学正在进一步发展, 其基本理论和实验方法均已渗透
到科学各个领域, 无论在哪个方面都在不断取得重大进
展,
绪 论
四, 生物化学课程的性质
21世纪是生物科学与技术高速发展的时代 。 它的
发展使人类活动和生活方式发生了深刻变化, 同时给
农业, 轻工业, 医药行业等带来了重大的革新, 而这
些变化都离不开生物化学学科的发展 。 现代生物化学
主要是在分子水平上研究生物体内各种物质分子的化
学本质及其在生命活动过程中的化学变化规律 。 人类
要了解各种生物的生长, 生殖, 生理, 遗传, 衰老,
抗性, 疾病, 生命起源和演化等现象, 都需要用生物
化学的原理和方法进行探讨 。
绪 论
四, 生物化学课程的性质
因此, 生物化学是各门生物科学的基础, 特别是
生理学, 微生物学, 遗传学, 细胞学等各科的基础,
在分子生物学, 基因 -蛋白质组学, 生物信息学等新
兴学科中占有特别重要的位置 。
,生物化学, 课程是我国高等农业院校生物学类
和大多数非生物学类专业学生的学科基础课, 是后继
一系列重要课程的基础课, 具有举足轻重的重要地位 。
绪 论
1.促进对人或动物致病机理的认识, 提高对疾病的正确诊断
从医学方面讲，人或动物的病理状态常常是由于细
胞中化学成份的变化，从而引起功能的紊乱。血液中脂
类物质含量增高是心血管疾病的特征之一（如冠心病、
血管栓塞引起脑溢血、脑血栓等症状）；血红蛋白一级
结构的改变可以溶血，如人被毒蛇咬伤后致人于丧命，
是由于蛇毒液中含有磷酸二酯酶，使血细胞溶血所致等，
许多疾病的临床诊断愈来愈多地依赖于生化指标的测定。
五, 生物化学地位作用
绪 论
2,生 物化 学理论和方法促进生物药物研究与开发
生化药物是一类采用生化方法化学合成从生物体分
离、纯化所得并用于预防、治疗和诊断疾病的生化基本
物质。这些药物的特点是来自生物体，基本生化成份即
氨基酸、肽、蛋白质、酶与辅酶、多糖（粘多糖类）脂
质、核酸及其降解产物。这些物质成分均具有生物活性
或生理功能，毒副作用极小，药效高而被服用者接受。
生化药物在制药行业和医药上占有重要地位。
五, 生物化学地位作用
绪 论
3,农业生产的基础研究依赖于生物化学的理论和方法
高产农作物新品种的培育和开发依赖于生物化学的
基本原理和技术方法。农业生产中的两个重要问题即光
合作用和氮素固定，这是制约农业生产提高的重要因素：
①大田作物一般只能利用太阳全年辐射能的 0.1%～ 1%。
怎样提高对辐射能利用率和 CO2的固定率，涉及光合作
用中的生物化学方面的研究；②大气中的氮气占 78%，
自然界中只有几种微生物能够固定氮气，如果几种主要
作物都能利用氮气，那么农业生产的产量就可大幅度地
提高。
五, 生物化学地位作用
绪 论
4,生化理论和方法有利于推动着我国农副产品的加工产业
我国是农业大国，农业总产值占国民经济总产值
40%。农产品产量每年以 4%幅度增加，而农产品加工附
加值很小。德国农产品产值与附加值之比为 1︰ 2.3、美
国为 1︰ 1.8、日本 1︰ 2.2,而我国仅 1︰ 0.5，与发达国
家相比相差较大，大量农产品只作为廉价原料提供给国
外，然后再买回别人的产品。
家畜屠宰血、骨头、肉类和蔬菜加工的脚料都可加工
成药品或食品添加剂。若农副产品深加工带来的附加值
能达到国外发达国家的一半，不仅可以使农业利税增加 2
个百分点，而且将帮助大量农民从事高技术含量的劳动。
五, 生物化学地位作用
绪 论
5.研究新陈代谢规律及其调控是开发微生物发酵工业的基础
氨基酸、酶（含遗传工程酶）、抗生素、植物生长
激素、维生素 C等也可通过微生物发酵手段进行生产。发
酵产物的提炼和分离及下游加工技术也必须依赖于生物
化学理论和技术。此外，研究微生物新陈代谢过程及其
调节控制对于选育高产优质的菌株 ﹑ 筛选最佳发酵理化
因子及提高发酵效率具有指导意义。
五, 生物化学地位作用
绪 论
6,生物化学理论和方法对改善人类生存环境具有特殊的意义
高新技术产品不断涌现但也给人类居住的环境产生
巨大的污染，严重危害人类的生存，如三废的处理、水
质的净化等。如筛选良好的微生物菌株进行转化，或微
生物发酵产物进行对, 三废, 处理。这些都与生化理论
和方法密切相关。此外，还有航空航天事业、海洋资源
的开发利用都离不开生物化学及由它发展起来的生物化
学工程技术。
五, 生物化学地位作用
绪 论
1,通过对 DNA序列的了解，深入研究影响个体发育和整个生
物体特定序列表达规律 —— 即功能基因组学。
该项研究就是在选择一定的典型生物材料，搞
清全部染色体的全部序列、基因组的碱基长度、可
能的编码蛋白质基因、编码的 rRNA,snRNA和
tRNA基因 。 在此基础上进一步研究全部的基因中在
不同生长发育期内，同时有多少基因协同表达，搞
清适应于某一时期的全套基因表达谱（ gene
expression pattern）。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
目前用于检测分化细胞基因表达谱的方法，有 基因
表达连续分析法（ serial analysis of gene expression,
SAGE）,微阵列法（ microarray）,有序差异显示
（ ordered differential display,ODD） 和 DNA芯片
（ DNA chips） 技术等。当前，已把酵母基因组作为研
究真核生物基因组功能的模式，拟建立酵母基因组 6000
多个基因的 单突变体文库（ single mutant library）,
并可用于其它高等真核生物基因组之“基因功能作图”。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
2.以特定基因组在特定条件下所表达的全部蛋白质 （ specific
proteome indicates the protein expressed by a genome） 为研
究对象，研究细胞内蛋白质及其动态变化规律
通过本项对蛋白质动态性、时空性、可调节性，以
及能够在细胞和生命有机体整体水平上阐明生命现象和
活动规律的研究，回答由于仅从 DNA序列尚不能回答的
某些基因的表达时间，表达量，蛋白质翻译后加工和修
饰及亚细胞分布状况等问题。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
为了尽可能分辨细胞或组织内所有蛋白质，目前一
般采用高分辨率的双向凝胶电泳。一种正常细胞的双向
电泳图谱通过扫描仪扫描并数字化，运用二维分析软件
可对数字化的图谱进行各种图像分析，包括分离蛋白在
图谱上的定位，分离蛋白的计数、图谱间蛋白质差异表
达的检测等。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
从提出蛋白质组的概念到现在短短几年中，已于
1997年构建成第一个完整的蛋白质组数据库 ——酵母蛋
白质数据库（ yeast protein database,YPD）,进展
速度极快，新的思路和技术不断涌现，蛋白质组学这门
新兴学科，在今后的实践中将会不断完善，充实壮大，
发展成为后基因组时代的带头学科。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
3．对 DNA和蛋白质序列资料中各种类型信息进行识别、存储、
分析、模拟和转输，建立由数据库、计算机网络和应用软件
三大部分组成的信息库，发展信息学。
建立的核苷酸数据库，已存有数百种生物的 cDNA
和基因组 DNA序列的信息。在已应用的软件中，有 DNA
分析、基因图谱构建,RNA分析、多序列比较、同源序
列检索、三维结构观察与演示、进化树生成与分析等。
当今及今后的研究趋势是科学家们将利用生物信息学研
究蛋白质的性质，并估计基因的功能。
六, 生物化学学科的展望
绪 论
4．对生物大分子行为的研究由体外转向细胞内，将在大分子
高级结构及遗传信息传递规律的认识将有较大突破
至今为止，对生命现象本质的认识多为生命科学家
在研究试管中的生物大分子相互作用规律中得到的。 由
于研究细胞内新生肽折叠的固有困难尚未解决，今天还
不能进行细胞内蛋白质折叠的实时研究。故设计模拟细
胞内的条件及尽可能地在接近细胞的环境中进行研究。
六, 生物化学学科的展望
绪 论七, 怎样学习好生化
?要舍得花时间, 要长期投入
?扎扎实实学好每一章节, 培养没有重点章节的习惯
?动手：做作业勤抄结构式, 代谢方程式, 及代谢途
径 。 注意：抄一遍比看 10遍心里更踏实
?至少阅读 ≧ 2本同类的, 生物化学, 书籍 。 绝对有好
处 ！
?,适当, 做一些习题加以巩固学过的 知识
?重视 实验课, 练习题等过程, 巩固课堂知识
具体的学习方法
绪 论七, 怎样学习好生化
?通过学习, 生物化学, 课程不但要学到课程的
全部内容, 更重要的是要学到如何获取知识的方
法
达到的目的
绪 论
参考书：
?沈同, 生物化学, 上, 下
?郑集《普通生物化学》
?Lehninger, Principle of Biochemistry》
?Davis J,等,Elementary Biochemistry,An
Introduction to the Chemistry of Living Cells》
?Donald Voet 等,Biochemistry》
七, 怎样学习好生化
