动物生化课件

动物生物化学Animal Biochemistry第 1章 绪 论本章主要内容：生物化学的概述生物化学研究的内容生物化学的 发 展 历 史与 现 状与 动 物生 产 和 动 物健康的关系1.生物化学概述1.1 生物化学的定 义 ：生物化学（ biochemistry）： 是从分 子水平上 阐 明生命有机体化学本 质 的一 门 学科。1.2 生物化学的分 类 ： 根据研究 对 象分 为 ： 动 物生物化学 、植物生物化学、微生物生物化学等。 根据研究目的分 为 ：医学生化、 农业 生化、工 业 生化、 环 境生化和 营 养生化等。2.生物化学研究内容2.1 关于生命有机体的化学 组 成、生物分子，特 别 是生物大分子（ biological macromolecule）的 结 构、相互关系及其功能。生物大分子是由小分子 单 体聚合而成的多聚体。如氨基酸 蛋白 质 、核苷酸 核酸、葡萄糖 淀粉等。生物大分子 执 行着各种各样 的生物学功能，如生物催化、物 质 运 输 、代 谢调节 、 贮 存、 传递与表达 遗传 信息等。 它 们 复 杂 的空 间结 构是其功能的化学基 础 。N2CO2H2O单 体生物大分 子超分子复合体细 胞和 细胞器细胞2.2 细 胞中的物 质 代 谢 与能量代 谢 ，或称中 间 代 谢（ intermediary metabolism）， 也就是 细 胞中 进 行的化学 过 程合成代 谢 （ anabolism）： 将小分 子的前体（ precursor） 经过 特定的代 谢 途径构建成 较 大的分子，并且消耗能量。分解代 谢 （ catabolism）： 将 较 大的分子 经过 特定的代 谢 途径，分解成小的分子并且 释 放出能量。物 质 代 谢 与能量代 谢 相伴随。在 这 个 过 程中， ATP（三磷酸腺苷）是能量 转换 和 传递 的中 间 体。2.3 组织 和器官机能的生物化学生命有机体是一个 统 一 协调 的整体。任何 组织 器官的形 态结 构、代 谢 方式都是以其化学 组 成和分子 结 构 为 基 础 的。在分子水平、 细 胞和 组织 水平以及整体水平上全面、系 统地 认识动 物 组织 器官的生理机能， 认识 它 们 之 间 的 联 系、 认识它 们 与 环 境互作的机制，也是 动 物生物化学的研究目的之一。3.生物化学的 发 展 历 史和 现 状3.1 历 史回 顾我国古代 对 于生物化学的 发 展有重要的 贡 献。科学 发 展的道路不是平坦的，人 们对 事物的 认识 在正确与 错误 ，真理与 谬误 的斗争中前 进 ，生物化学的 发 展也不例外。Friedrich Wohler ， Eduard 和 Hans Buchner 弟兄以及 J.Sumner 等与 “ 生机 论 （ vitalism） ” 的 谬论进 行了 长 期的争 论 ，“生机 论 ”最后以失 败 告 终 。科学的 发 展也不是 单枪 匹 马 的，多学科的互相交叉与渗透、研究技 术 和 实验 手段的 进 步推 动 和加速了科学 进 步的步伐。化学、物理学、 细 胞学、 遗传 学、微生物学以及 电 子 显 微 镜 、超离心（ ultra-centrifugation）、色 谱 （ chromatography）、同位素示踪（ isotope tracing）、 X-射 线 衍射（ X-ray reflection）、质谱 （ mass chromatography）以及核磁共振（ nuclear magneticresonance）等技 术 都 为现 代生物化学的 发 展作出了重要 贡 献。1953年 Wats on 和Crick描 绘 出了DNA的双螺旋 结 构模型 ， 这 在生命科学 发 展 历 史上是一个具有里程碑意 义的重大事件 。生命科学从此 进入了分子生物学新时 代。悼念克里克生物化学与分子生物学都以从分子水平上 认识生命、 诠释 生命 为 目 标 。广 义 地 说 ，两者没有截然的区 别 。只是前者注重生命有机体的化学 过 程，后者更 强 调 生物分子的 结 构与功能，尤其是在 遗传 分子核酸方面。3.2 生物化学的前景和 现 状目前，有关生物化学的研究主要集中在以下几个方面：生物大分子的 结 构、功能与相互作用基因 组 学和蛋白 质组 学基因表达的 调节细 胞信号的 传导生物工程学分子生物学的迅速 发 展从根本上改 变 了生命科学的面貌，也极大地丰富和 扩 展了生物化学的内涵。一方面， 经 典的生物化学原理不断得到验证 ，另一方面，人 们对 生命有机体中化 学 过 程的 认识 不断更新和深化，现 代生物化学的 发 展已 经 从各个方面融入了生命科学 发 展的主流当中。生物大分子的 结 构、功能与相互作用大分子之 间 的相互作用；大分子 结 构模体（ motif）和 结 构域的独特作用；生物大分子三 维 构象和构象运 动进 行描述 ；蛋白 质 空 间构象的正确折叠和 “分子伴 侣 ”（ molecular chaperone）的作用；磷酸化、 酰 基化等化学修 饰 作用 对 于蛋白 质 和 酶 在快速、高效 传递 代 谢信息和 调节 基因表达中的机制；核酸 与蛋白 质 的相互作用与基因表达的 调节 ；催化核酸等。信息爆炸 导 致了 结 构生物学 （ structural biology）的 诞 生。蛋白 质 和核酸大分子之 间 的相互作用基因 组 学和蛋白 质组 学“人 类 基因 组计 划 ” （ human genome project， HGP） 历经 10个年头 ，在 进 入本世 纪 后不久宣布完成，人 类 基因 组 的解 读为 疾病的 诊 断、防治和新 药 的研究开 发 提供了有力的武器。科学家已 绘 制出 40余种生物的基因 组图谱 ，基因 组 的研究将 进 入功能基因 组 （ functionalgenomics） 阶 段，即确定基因 结 构与功能的 应 用 阶 段。蛋白 质组 学 （ proteomics）作 为 后基因 组时 代生命科学新的研究 领 域正在崛起。它将一系列精 细 的技 术 ，主要有 2D-凝胶 电 泳、 计算机 图 象分析、 质谱 、氨基酸 测 序和生物信息学 结 合起来，高通量地、综 合地定量和 鉴 定蛋白 质 。建立蛋白 组 的生物信息数据 库 ，将 为 重大病症的 发 生提供新的 预 警和 诊 断 标 志，并 为 新 药 的开 发 提供新的思路 。大 肠 杆菌中的蛋白 质组基因表达的 调节1960年， F.Jacob和 J.Monod发现细 菌利用乳糖 时 ，相关 酶 的基因表达 时 序受到 严 格的控制，于是提出了原核生物基因 调节 操 纵 子（ operon）模型，开辟 了 对 基因表达 调节 研究的新 领 域。真核基因表达的 调 控 产 要涉及核小体的重构、 组 蛋白的乙 酰 化、DNA的甲基化等化学修 饰 和 DNA超螺旋的拓扑异构化；基因的的 调节 也在 转录 后的加工、翻 译 和新生多 肽链 的化学修 饰 等各个 层 次上 进行。这 一 领 域的研究将最 终 揭开生命的 进 化、胚胎的分化、个体的生长 、 发 育、繁殖、衰老、疾病和死亡之 谜 。细 胞信号的 传导第二信使学 说cAMP、 cGMP、 IP3、 DG、 Ca2+等G蛋白偶 联 系 统G蛋白、 PKA、 PKG、 PKC和 TPK信号 转导 系 统 等小分子气体物 质NO、 CO生物工程学到 70年代 ，重 组 DNA技 术 （ Recombinant DNA technology） 诞 生，人 类 可以按照自己的意愿 改造 遗传 基因和操 纵遗传过 程。 这 个技 术 的规 模化和工 业 化，就是基因工程，也称 遗传 工程（ Geneticengineering）。以基因工程技 术为 核心，与 现 代 发 酵工程、 细 胞工程、胚胎工程、酶 工程、蛋白 质 工程等集合而成的生物工程学（ Biotechnology），已经 和正在展 现 出其推 动 生 产 力 发 展的巨大潜力。遗传 工程的工厂4.与 动 物生 产 和健康的关系生物化学是生物科学，如 农 学、医学、畜牧、 兽 医、水 产 等的基础 学科之一。 现 代生物化学的理 论 和 实验 方法已 经 作 为 通用的 “语 言”与有力的 “工具 ”被广泛用于生命科学的表述和研究之中。它与 动物生理学、 动 物 营 养学、 动 物 遗传 学、 动 物繁殖学、 药 理学、 动 物病理学、微生物学、免疫学、 动 物疾病 诊 断学等学科有着不可分割的 联系，因此学 习 和掌握生物化学的知 识对 于从事 动 物生 产 和 动 物健康事业 十分重要。阐 明 动 物新 陈 代 谢 活 动 的 规 律生理学、 营 养学培养 优质 高 产 的畜禽品种遗传 育种药 物的作用机理研究和新 药 的研 发药 理学、毒理学疾病的 发 生和 发 展机理病理学、免疫学、微生物学动 物疫病的 诊疗 与防治临 床病理与 临 床 诊 断学教学安排与要求（ 1）教材 动 物生物化学 （第四版）（ 2）学 时 ： 40小 时（ 3） 课 外自 习（ 4） 辅导 与答疑（ 5）考 试 方式参考 书1. 王 镜 岩，朱圣庚，徐 长 法 . 生物化学（第三版） . 北京：高等教育出版社， 20022. 汪玉松， 邹 思湘， 张 玉静 . 现 代 动 物