《动物生物化学》

动物生物化学 Animal Biochemistry 教材： 动物生物化学 （第4版） ，中国农业出版社，邹思湘主 编，2005 动物生物化学 （第3版） ，中国农业出版社，周顺伍主 编，1999 第第1 1章章 绪绪 论论 本章主要内容： 4 生物化学的概述 4 生物化学研究的内容 4 生物化学的发展历史与现状 4 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）：生物化学是用化学的原理和方法，从分 子水平来研究生物体的化学组成，及其在体内的代谢转变规律从而阐 明生命现象本质的一门科学。 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。 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。 詹姆斯沃森（James D. Watson） 1953年 Watson（美）与 Crick（英）提出DNA分子的双螺 旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖。 弗朗西斯克里克（Francis H. Crick） 悼念克里克 1969-1972, Arber(瑞士),Smith(美)与Nathans(美)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。 1972 Berg（美）在基因工 程基础研究方面作出了杰出 成果，获1980年诺贝尔奖。 1973 Cohen等（美）用核 酸限制性内切酶EcoR1，首 次基因重组成功。 Hamilton O. Smith Daniel Nathans Werner Arber Paul Berg Herbert Boyer Stanley Cohen 2001 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。 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 magnetic resonance）等技术都为现代生物化学的发展作出了重要 贡献。 化学 有机化学 物理化学 无机化学 分析化学 高分子化学 生物化学与其它学科的关系 生物学 动物学 植物学 微生物学 化学 生 物 学 生物化学 生理学 遗传学 栽培、育种 生态 生物化学与普通化学的区别 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： F 生物大分子的结构、功能与相互作用 F 基因组学和蛋白质组学 F 基因表达的调节 F 细胞信号的传导 F 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。 v 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 v 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（functional genomics）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 v 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。 v 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 v 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（Genetic engineering）。 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。 v 阐明动物新陈代谢活动的规律 生理学、营养学 v 培养优质高产的畜禽品种 遗传育种 v 药物的作用机理研究和新药的研发 药理学、毒理学 v 疾病的发生和发展机理 病理学、免疫学、微生物学 v 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：54小时 （3）课外自习 （4）辅导与答疑 （5）考试方式 一条主线：生命的化学、化学的生命 一个中心：认识生命、改造生命 万能方法：理解记忆 学习方法 一、较简单的内容：自学+上课抽查 二、重点：上课讲 三、重点中的难点：反复讲 授课方式： 注意： 需要有机化学的基础； 中途缺课，可能听不懂； 随堂考试，请及时复习。 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，2002 2. 汪玉松，邹思湘，张玉静. 现代动