1、環(huán)境生物化學(xué) Environmental Biochemistry,趙景聯(lián),教材： 環(huán)境生物化學(xué)，趙景聯(lián)主編，化學(xué)工業(yè)出版社，2007,1緒論,環(huán)境生物化學(xué),1.1生物化學(xué)概述,1.1.1生物化學(xué)的涵義,1.1.2生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容,1.1.3生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系,1.1.4生物化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景,環(huán)境生物化學(xué),1.1.1生物化學(xué)的涵義,生物化學(xué)（Biochemistry） 是介于生物與化學(xué)之間的門邊緣科學(xué)。 它是用化學(xué)的理論和方法作為主要手段來研究生命現(xiàn)象，從而揭示生命的奧秘。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.1生物化學(xué)的涵義,生物化學(xué)的任務(wù),靜態(tài)生物化學(xué):研究構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)(糖類、脂

2、類、蛋白質(zhì)、核酸)及對體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)起催化和調(diào)節(jié)作用的酶、維生素和激素的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。,動態(tài)生物化學(xué):研究構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)在生命活動過程中進行的化學(xué)變化，也就是新陳代謝及在代謝過程中能量的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)規(guī)律。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.1生物化學(xué)的涵義,生物化學(xué)研究的是生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)，一切與生命有關(guān)的化學(xué)現(xiàn)象都是生物化學(xué)的研究對象。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.1生物化學(xué)的涵義,此外，根據(jù)不同的研究對象和目的，生物化學(xué)還可有許多分支如微生物生化、醫(yī)學(xué)生化、農(nóng)業(yè)生化和工業(yè)生化等等。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.2生物化學(xué)研究的主要內(nèi)容,研究體內(nèi)的物質(zhì)組成 (敘述生化),研究體內(nèi)物質(zhì)代謝 (動態(tài)生化)

3、,研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能 (分子生物學(xué)),這三個部分是緊密聯(lián)系的,環(huán)境生物化學(xué),(1)生物體的物質(zhì)組成,生物體是由許多物質(zhì)按嚴格的規(guī)律組建起來的。在生物體內(nèi)除水外，每一類物質(zhì)又包括很多種化合物。如人體蛋白質(zhì)就有10萬種以上。各種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，因而也就各種不同的功能。此外，人體內(nèi)還含有核酸、激素、微量元素等，它們占體重的分量雖少，但也是維持正常生命活動不可缺乏的物質(zhì)。,環(huán)境生物化學(xué),(1)生物體的物質(zhì)組成,所有這些物質(zhì)不是雜亂處堆積在一起的，它們彼此之間有一定組成規(guī)律，從而構(gòu)成能夠體現(xiàn)多種生物功能的生物學(xué)結(jié)構(gòu)。,環(huán)境生物化學(xué),(1)生物體的物質(zhì)組成,蛋白質(zhì)和核酸是實現(xiàn)生命活動的主要物質(zhì)基

4、礎(chǔ)，而且分子量很大。通常稱之為生物高分子(biomacromolecule)，這些生物高分子化合物由較簡單的小分子物質(zhì)構(gòu)成，常將這些小分子稱為構(gòu)件分子。這些構(gòu)件分子除構(gòu)成生物大分于發(fā)揮作用外，它單獨存在時也有某些特殊作用。,環(huán)境生物化學(xué),(1)生物體的物質(zhì)組成,研究生物體物質(zhì)組成的另一個重要方面，是用人工方法來合成生物大分子，其目的，不僅是驗證對體內(nèi)物質(zhì)進行化學(xué)分析的結(jié)果，更重要的是在于深入認識分子結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系，探索生命現(xiàn)象的奧秘，追索生命的起源，還可制備極難獲得的生物活性物質(zhì)。 我國科學(xué)家在1965年首先人工合成了胰島素，1981年合成了酵母丙氨酸t(yī)RNA，這些郁是國際上的首創(chuàng)成果為

5、人類作出的重大貢獻。,環(huán)境生物化學(xué),(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控,生物體不斷與外界環(huán)境進行著物質(zhì)交換，生物體內(nèi)時時刻刻都在進行著極其有規(guī)律的化學(xué)反應(yīng)，將這些過程總的稱為物質(zhì)代謝或新陳代謝(metabolism)。 生物體通過消化吸收新攝取的營養(yǎng)物質(zhì)，在體內(nèi)一部分被轉(zhuǎn)變成其組成成分，以保證生長發(fā)育和組織更新的需要，另一部分被氧化分解釋放能量以維持生命活動。,環(huán)境生物化學(xué),(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控,體內(nèi)進行的物質(zhì)代謝叫做中間代謝、中間代謝的化學(xué)反應(yīng)絕大多放都在細胞內(nèi)進行。,環(huán)境生物化學(xué),(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控,中間代射中的化學(xué)反應(yīng)絕大多數(shù)是連鎖反應(yīng)，將這種連鎖反應(yīng)叫做代謝途徑。在許多種酶的催化下進行。一個

6、細胞內(nèi)有近2千種酶，在同一時間內(nèi)催化著各種不同代謝途徑中的各種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)彼此密切配合并與機體的需要精確地相應(yīng)、構(gòu)成非常協(xié)調(diào)的統(tǒng)一體系。,環(huán)境生物化學(xué),(2)物質(zhì)代謝及其調(diào)控,生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)為什么能如此巧妙地進行呢? 是由于多種調(diào)節(jié)因素進行調(diào)節(jié)控制來實現(xiàn)的。首先酶的催化作用有嚴格專一性和可調(diào)控性，又有區(qū)域分布和多酶體等特點。這些是在一個細胞內(nèi)各條代謝途徑能有序進行的基礎(chǔ)。 此外，動物和人體內(nèi)還有神經(jīng)系統(tǒng)、激素及其它調(diào)節(jié)物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)酶的活力來調(diào)節(jié)代謝途徑的方向和強度。,環(huán)境生物化學(xué),(3)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,組成生物體的各種物質(zhì)都與其生理功能密切相關(guān)，尤其是生物高分子顯得

7、格外突出，可以說結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)功能是結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。一切生命現(xiàn)象都是從具體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)代謝的基礎(chǔ)上體現(xiàn)出來的。,環(huán)境生物化學(xué),(3)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,因此，生物高分子的結(jié)構(gòu)與功能的研究是生物化學(xué)-分子生物學(xué)中最引人注目的內(nèi)容,WatsonCrick發(fā)表了DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型,Sanger 發(fā)表了胰島素分子中氨基酸殘基的排列順序,蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基排列順序是其空間結(jié)構(gòu)與生物功能的重要基礎(chǔ),闡明DNA半保留復(fù)制機理，破譯遺傳密碼，證實反轉(zhuǎn)錄作用,提出了遺傳中心法則的現(xiàn)代見解,在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的基因重組技術(shù),為改造生物性狀、揭開生命奧秘又向前跨進了一大步,環(huán)境生物化學(xué),1.1

8、.3生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系,生物化學(xué)與化學(xué)的關(guān)系,生物化學(xué)的問題主要由化學(xué)(特別是有機化學(xué))及生理學(xué)分別研究,生物化學(xué)才成為一門獨立科學(xué).研究生物體的化學(xué)成分必須應(yīng)用化學(xué)的方法.,生物化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能以及物質(zhì)代謝的研究上已經(jīng)廣泛應(yīng)用了物理化學(xué)的理論及技術(shù),環(huán)境生物化學(xué),1.1.3生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系,1,生物化學(xué)的一個目的就是通過體內(nèi)的化學(xué)變化來認識生物體的生理機能，找出其化學(xué)依據(jù)。因此生物化學(xué)的研究工作不能脫離生理學(xué)，生理學(xué)的研究也離不開生物化學(xué)。,2,微生物學(xué)的研究更需要廣泛應(yīng)用生物化學(xué)的原理與技術(shù)，例如微生物的生理活動、病毒的本質(zhì)、免疫的化學(xué)程序、抗體的生成機制等均與生物化

9、學(xué)有密切關(guān)系。,3,此外，細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、胚胎學(xué)、組織學(xué)、進化論甚至分類學(xué)的研究都離不開生物化學(xué)。,生物化學(xué)與其他生物科學(xué)的關(guān)系,環(huán)境生物化學(xué),1.1.3生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系,生物化學(xué)與有機化學(xué)、生理學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)等雖然有密切的聯(lián)系，但是作為一門獨立的科學(xué)，生物化學(xué)本身具有獨特的研究對象和研究方法。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.3生物化學(xué)與其他科學(xué)的關(guān)系,今天人們根據(jù)一定的研究對象和目的以及人類生活的需要，把生物化學(xué)分為植物生物化學(xué)、動物生物化學(xué)、人體生物化學(xué)、微生物生物化學(xué)、病理生物化學(xué)、臨床生物化學(xué)、工業(yè)生物化學(xué)、農(nóng)業(yè)生物化學(xué)、環(huán)境生物化學(xué)、生物物理化學(xué)等等，因此生物化學(xué)的研究和

10、發(fā)展是多方面的。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.4生物化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景,現(xiàn)代生物科學(xué),生產(chǎn)實踐,農(nóng)業(yè)科學(xué),生物工程或生物高技術(shù),絕大多數(shù)生物學(xué)問題都需要從生化角度和用生化方法才可能較深入地得到了解。,如食品、發(fā)酵、制藥及皮革工業(yè)，預(yù)防、治療醫(yī)學(xué)等都與生物化學(xué)有密切關(guān)系。,如研究植物的新陳代謝的各種過程，就有可能控制植物的發(fā)育，此外，農(nóng)產(chǎn)品的貯藏與加工，植物病蟲害的防治等。,遺傳工程或基因工程；蛋白質(zhì)工程和酶工程；以及細胞培養(yǎng)、組織培養(yǎng)等體外技術(shù)，用于改造物種和生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)物。,環(huán)境生物化學(xué),1.1.4生物化學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展前景,以生物化學(xué) 的理論和技術(shù) 為基礎(chǔ)的生 物工程具有 廣闊的前景,改造

11、物種培育高抗逆性、 具有特殊品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因植物,與工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)W科相結(jié)合， 在材料工業(yè)污水和廢物 處理方面發(fā)揮作用。,利用植物建造“植物工廠” ，生產(chǎn)對人類有用的 特殊生物化學(xué)物質(zhì)。,生產(chǎn)新型的藥物和疫苗，對于治療疾病、維護人類健康有著重要的意義,分子生物電子學(xué)對電 子計算機制造、疾病 防治和生物模擬都有 重要的推動作用。,極大地改變社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 和人們的勞動生產(chǎn)方式。,環(huán)境生物化學(xué),1.2環(huán)境生物化學(xué)概述,1.2.1環(huán)境生物化學(xué)定義,1.2.2環(huán)境生物化學(xué)的研究對象與任務(wù),1.2.3環(huán)境生物化學(xué)的由來,1.2.4環(huán)境生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法,環(huán)境生物化學(xué),1.2.1環(huán)境生物化學(xué)定義,環(huán)境科學(xué)向化學(xué)提

12、出的基本問題已經(jīng)從早期的分析監(jiān)測方法和環(huán)境治理方法轉(zhuǎn)向環(huán)境過程研究。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.1環(huán)境生物化學(xué)定義,環(huán)境生物化學(xué)主要是研究生物對污染物質(zhì)降解與轉(zhuǎn)化的能力，討論生物代謝污染物質(zhì)的途徑。,環(huán)境生物化學(xué)是介于環(huán)境污染化學(xué)與生物化學(xué)之間的一門科學(xué)。它是研究環(huán)境中的污染物質(zhì)在生物體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)化規(guī)律。,環(huán)境生物化學(xué)主要研究天、地、生相互作用的基本化學(xué)反應(yīng)，特別是人和生物對外來物質(zhì)和能量所做的應(yīng)答以及人類生活生產(chǎn)活動對環(huán)境影響的化學(xué)基礎(chǔ)。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.2環(huán)境生物化學(xué)的研究對象與任務(wù),產(chǎn)能物質(zhì)糖類、脂類和蛋白質(zhì)的化學(xué)、代謝規(guī)律和基本理論,酶工程、基因工程、微生物 細胞工程和發(fā)酵工程四大

13、現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)原理、 作用機理及應(yīng)用技術(shù),生物催化劑-酶的化學(xué)、作用機理和應(yīng)用技術(shù),遺傳物質(zhì)-核酸的化學(xué)、 作用機理和應(yīng)用技術(shù),研究烴、有機農(nóng)藥、石油 及環(huán)境激素等不易降解物 質(zhì)的生物代謝與轉(zhuǎn)化規(guī)律 及其生物降解的分子機制,研究有毒污染物的生物積累與生物轉(zhuǎn)化與有毒物質(zhì)的生物化學(xué)效應(yīng),環(huán)境生物化學(xué),1.2.2環(huán)境生物化學(xué)的研究對象與任務(wù),環(huán)境生物化學(xué)是一門年輕的科學(xué)，我們希望通過系統(tǒng)地闡明環(huán)境污染及其工程處理中的生物化學(xué)基礎(chǔ)理論、原理和目前這一領(lǐng)域的最新成果的介紹和討論，對這方面知識的全面了解，有助于環(huán)境污染工程技術(shù)的改進和提高，促進環(huán)境污染的治理和整個環(huán)境科學(xué)的發(fā)展。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.

14、3環(huán)境生物化學(xué)的由來,環(huán)境生物化學(xué)是生物化學(xué)的一個分支學(xué)科，迄今為止，還沒有一個完整的定義和概念。 近年來，隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，逐漸形成了環(huán)境化學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)和環(huán)境生物學(xué)等分支，而且正在形成獨立的體系。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.3環(huán)境生物化學(xué)的由來,但目前這方面的內(nèi)容多半是單純從化學(xué)或生物學(xué)的角度討論較多，在工程方面還出現(xiàn)了工程生物化學(xué)，內(nèi)容多半局限于發(fā)酵工業(yè)方面的生物與生物化學(xué)原理，盡管有的論著中也涉及到一些環(huán)境生物化學(xué)問題，但仍欠全面系統(tǒng)，特別是在適合環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專業(yè)參考內(nèi)容方面更顯不足。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.3環(huán)境生物化學(xué)的由來,我國目前有近200個院校開設(shè)環(huán)境科學(xué)和環(huán)境工程專業(yè)

15、，西安交通大學(xué)等校已將環(huán)境生物化學(xué)作為環(huán)境工程專業(yè)本科生，環(huán)境工程和環(huán)境科學(xué)專業(yè)研究生必修課，在據(jù)了解其他數(shù)院校也已開設(shè)或打算開設(shè)環(huán)境生物化學(xué)課程。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.4環(huán)境生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法,生物化學(xué)雖然與化學(xué)，特別是有機化學(xué)密切相關(guān)，但性質(zhì)畢竟有所不同，主要區(qū)別是生物化學(xué)反應(yīng)是在生物體內(nèi)進行的，反應(yīng)的環(huán)境比體外復(fù)雜，般由生物催化劑(酶)參加。有些在體外發(fā)生的反應(yīng)，在體內(nèi)就不一定照樣進行，因此，不能簡單地根據(jù)體外的化學(xué)反應(yīng)去理解體內(nèi)的反應(yīng)。,環(huán)境生物化學(xué),1.2.4環(huán)境生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法,生物化學(xué)分為動態(tài)（代謝）和靜態(tài)（結(jié)構(gòu)）兩大部分，兩部分之間是互相聯(lián)系的。結(jié)構(gòu)是代謝的基礎(chǔ)，而在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)時，往往也涉及一些代謝的知識。學(xué)完代謝之后，如果再復(fù)習(xí)一下結(jié)構(gòu)的知識，會有更深刻的理解。 學(xué)習(xí)生物化學(xué)時，應(yīng)對教師指定的教材內(nèi)容作全面了解，分析比較，明確概念；對糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸以及其他有關(guān)化學(xué)物質(zhì)的學(xué)習(xí)，要