机能生化
指出镰刀形红细 胞贫血是一种分 子病，并于1951 年提出蛋白质存 在二级结构。
莱纳斯·鲍林
Linus Carl Pauling （1901-1994） 美国化学家
1954年获诺贝尔化学奖 1962年获诺贝尔和平奖 量子化学和结构生物学
的先驱者之一
机能生化
1953年首次描绘了DNA双螺旋结构 模型，使人们第一次获知基因结构 的实质
有机物的C骨架的氧化分解，是物质分解代谢的中心。
(1743-1794) 法国化学家
生物氧化及 能量代谢研 究的开端
静态生化
尤斯图斯·冯·李比希
Justus von Liebig （1803－1873）
德国化学家
是农业化学的奠基 人，也是生物化学 和碳水化合物化学 的创始人之一。首 次提出新陈代谢这 个学术名词。发现 了马尿酸、氯仿。
静态生化
与Liebig 1828年在实
基，其非极性烃长链也是一种重复结构。
• 多糖的构件分子是单糖，单糖间通过糖苷键相连，
淀粉、纤维素、糖原的糖链骨架均呈葡萄糖基的 重复。
生物大分子主干链的重复性是生物大分子稳定性 的基础。
生物大分子
• 蛋白质—20种AA（氨基酸） • 核酸—5种含氮碱基（A、T、C、U、G） • 糖类—G6（葡萄糖）、F（果糖） • 脂质—FA（脂肪酸）+甘油
有机小分子
• 维生素、辅酶、激素、有机酸、色素等等。 • 生物复杂多少样，但在分子水平有简单的统一性
1.3.3 物质代谢和能量代谢的规律性
• 新陈代谢是生命的特征，生物体内新陈代谢的
途径错综复杂，更加复杂的是，几乎每一个反 应都有一个特定的酶催化，都伴随着能量的变 化。
• 每一个代谢途径都可以随着细胞的状态变化来
• 蛋白质的构件分子是20种基本氨基酸，氨基酸之
间通过肽键相连。肽链具有方向性（N端-C端）， 蛋白质主链骨架呈“肽单位”重复。
• 核酸的构件分子是核苷酸，核苷酸通过3’，5’-磷
酸二酯键相连，核酸链也具有方向性(5’-3’)，核酸 的主链骨架呈“磷酸-核糖（或脱氧核糖）”重复。
• 脂质的构件分子是甘油、脂肪酸和一些其他取代
机能生化
1973年Stanley Cohen等（美） 用核酸限制性内 切酶EcoR1，首 次基因重组成功
斯坦利·科恩 Stanley Cohen
1986年获得诺贝尔生 理学或医学奖
时期特美征国生：物科化学学家家对生物的研究已从整体水平
逐步深入到细胞、亚细胞、分子水平。伴随实
验手段、技术的不断改进，使得对生物大分子
1962年共获诺贝尔生理学或医 学奖
弗朗西斯·克里克 （Francis H. Crick）
詹姆斯·沃森 （James D. Watson）
机能生化
1969-1972年，在核酸限
制酶的分离与应用方面
做出突出贡献
1978年共获诺贝尔奖
沃纳·亚伯
Werner Arber 瑞士微生物学家
汉弥尔顿·史密斯 丹尼尔·那森斯
卡尔·威尔海姆·舍勒
Carl Wilhelm Scheele （1742－1786） 瑞典化家学
奠定现代生物化学 基础的工作
静态生化
1780-1789 Lavoisier 研究“生物体内的燃 烧”，指出此类“燃 烧”耗氧并排出二氧 化碳。后人称他为 “生物化学之父”
安托万-洛朗·德·拉瓦锡 Antoine-Laurent de Lavoisier
生（化3）在机几能十生年化中：飞分速子生发物展学，、在蛋较白短质、年核代酸里、集中 着大量科学发现。其DN中A-很-双多螺都旋称模型的-上-分是子人遗类传学认识 自然界的里程碑，（有发划展时时代期的）意义。有相当数量 的科学家因此获得“诺贝尔奖”
静态生化
1770-1786年，分离得到 甘油、柠檬酸、苹果酸、 乳酸、尿酸、酒石酸等。
1946年诺贝尔化 学奖
动态生化
三羧酸循环或柠檬酸循环 或克氏循环 （Tricarboxylic acid cycle
or Citric Acid cycle or Krebs cycle）
克雷布斯
Hans Adolf Krebs （1900-1981） 英国化学家
1953年的诺贝尔生 理学或医学奖
“锁－匙”学说；
赫尔曼·埃米尔·费歇尔 合成了糖及嘌呤。
Hermann Emil Fischer
（1852-1919） 德国化学家
1902年获得诺贝尔奖 生物化学的创始人
动态生化
得到脲酶的结晶， 证明了酶的化学本 质是蛋白质。
詹姆斯·B·萨姆纳 James Batcheller Sumner
（1887-1955） 美国化学家
调控，各个途径之间的交叉调控有条不紊。
生物体用最基本的化学反应，最简单的组合方式， 构成了最复杂的反应系统。
• （1）新陈代谢的化学反应类型
C-C键的断裂和形成 分子重排反应（包括分子异构化、双键的移位及顺反重排） 构件分子间脱水缩合反应 基团转移反应（包括葡萄糖基、磷酰基、酰基、氨基） 氧化还原反应（包括电子转移、氢原子转移、直接与氧原子结合）
代谢研究的里程碑
动态生化
因与 Andrew
Benson 和 James Bassham 发现卡尔文循环， 或称Calvin-BensonBassham 循环 而声名显著 梅尔文·埃利斯·卡尔文
时泛期深M（特入el1美v征的9in1国：研1E-化l对究li学1s9生，C家9a7物基l）v物本in 质阐代明谢了、酶1平的96尔衡化1年化等学获学进本诺奖行质贝了以广及 与能量代谢有关的物质代谢途径。
但是在分子水平上，生命的物质组成及其变 化规律有着惊人的一致性。
• 建立对生命现象基本原理整体框架的认识，
可以掌握生物化学知识结构的脉络，化繁为 简有助于对生物化学研究内容和知识的理解。
1.3.1 生命物质主要元素组成的规律
• 种类：常见的有28种，不同生物体的元素种类
大体相同
• 常量元素：含量占生物体总重量万分之一以上 • 微量元素：含量占生物体总重量万分之一以下
生物生命活动所必需但需要量很少
常量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Na、Mg、Cl
最 基 本 元 素
基 本 元 素
主 要 元 素
97.3%
以微量上元2素8种：元V、素N对i 、于B、构S成n、生Si、物F大e、分I、子Zn的、结Mn构、，Co对、 维持生物体Mo的、物Cu质、S代e、谢Cr、、能F、量A代谢及生命过程 的各种生理功能起着至关重要的作用，称为生 物体的必需元素（essential element）
Hamilton O. Smith Daniel Nathans 美国微生物学家 美国分子生物学家
机能生化
1972 Berg在基因工程基础 研究方面作出了杰出成果
保罗·伯格 Paul Berg 美国生物学家 第一个重组的DNA
1980年共诺贝尔奖
赫伯特·韦恩·伯耶
Herbert Wayne Boyer 美国微生物学家 基因工程之父
基团转移和氧 化还原反应最
为常见
• （2）三羧酸循环是新陈代谢的共同途径
参与新陈代谢的各种分子之间（少数除外）通常可以 相互转换，其转换枢纽为三羧酸循环。三羧酸循环不 仅是糖分解代谢的主要途径，也是其他生物大分子氧 化分解的必经途径。
糖类、脂质、蛋白质、核酸首先在酶的作用下由大分 子降解为小分子，即蛋白质依次降解为多肽→氨基酸； 核酸降解为核酸的碎片→核苷酸；糖类依次降解为多 糖碎片→单糖；脂质降解为甘油、脂肪酸等。
碳的几种 成键方式
N、O、S、P元素构成了生物分子碳骨架上的 氨基、羟基、羰基、羧基、巯基、磷酸基等功 能基团（极性基团而具有亲水性）。
1.3.2 生物大分子组成的共同规律
• 种类：蛋白质、核酸、糖类、脂质 • 在结构上有着共同的规律性
复杂多变导致 了生物多样性 与各种神奇的 生命现象产生
生物大分子均由相同类型的构件通过一定的共价 键聚合成链状，其主链骨架呈现周期性重复。
• 中国：古代4200年前已开始酿酒、制醋、制酱；掌握
生产豆腐的工艺（贾思勰的《齐民要术》， 是我国最 早的一部完整的古农书）。
• 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
• 近代生化发展史：
（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（萌芽时期）
（2）动态生化：1930年后研究代谢过程（奠基时期）
结构及功能的研究也更加深入。
2001年 Venter（美）等报道完成了人类基因组草图测序
我国生物化学的开拓者——吴宪教授
蛋白质研究领域内国际上最具有权威性的 综述性丛书《Advances in Protein Chemistry》第47卷（1995年）发表了美国 哈佛大学教授、蛋白质研究的老前辈J. T. Eddsall的文章“吴宪与第一个蛋白质变性 理论（1931）Hsien Wu and the first Theory of Protein Denaturation(1931)”， 对吴宪教授的学术成就给予了极高的评价。 该卷还重新刊登了吴宪教授六十四年前关于 蛋白质变性的论文。一篇在1931年发表的 论文居然在1995年仍然值得在第一流的丛 书上重新全文刊登，不能不说是国际科学界 的一件极为罕见的大事。
1.2.1 核酸的研究历程
• 核酸的发现及结构的确定 • 核酸功能及规律的研究 • 转基因技术的发展及应用 • 基因组计划（人体、植物） • RNA干扰及应用 • 微核糖核酸（miRNA）的发现及应用 • 核酸疫苗的发现、研究及利用 • DNA甲基化 • 核酸营养研究
1.3 知识框架和学习方法
• 生物的种类千差万别，生命现象错综复杂，