動物生物化學第四版

1、動物生物化學動物生物化學animal biochemistry 教材：教材：動物生物化學動物生物化學 （第（第4 4版）版） ，中國農(nóng)業(yè)出版社，鄒思湘，中國農(nóng)業(yè)出版社，鄒思湘主編，主編，20052005動物生物化學動物生物化學 （第（第3 3版）版） ，中國農(nóng)業(yè)出版社，周順伍，中國農(nóng)業(yè)出版社，周順伍主編，主編，19991999本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：4 生物化學的概述生物化學的概述4 生物化學研究的內(nèi)容生物化學研究的內(nèi)容4 生物化學的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀生物化學的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀4 與動物生產(chǎn)和動物健康的關系與動物生產(chǎn)和動物健康的關系 1.1.生物化學概述生物化學概述1.1 1.1 生物化學的定義

2、：生物化學的定義： 生物化學生物化學（biochemistry）：生物化學是用化學的原理和方法，從：生物化學是用化學的原理和方法，從分子水平分子水平來研究生物體的來研究生物體的化學組成化學組成，及其在體內(nèi)的，及其在體內(nèi)的代謝轉(zhuǎn)變規(guī)律代謝轉(zhuǎn)變規(guī)律從而從而闡明闡明生命生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門科學?，F(xiàn)象本質(zhì)的一門科學。1.2 1.2 生物化學的分類：生物化學的分類： 根據(jù)研究對象分為：根據(jù)研究對象分為：動物生物化學動物生物化學、植物生物化學、植物生物化學、 微生物生物化學等。微生物生物化學等。 根據(jù)研究目的分為：醫(yī)學生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、環(huán)境生根據(jù)研究目的分為：醫(yī)學生化、農(nóng)業(yè)生化、工業(yè)生化、環(huán)境生化和

3、營養(yǎng)生化等?；蜖I養(yǎng)生化等。 2.2.生物化學研究內(nèi)容生物化學研究內(nèi)容2.1 2.1 關于生命有機體的化學組成、生物分子，特別是關于生命有機體的化學組成、生物分子，特別是生物大分子（生物大分子（biological macromolecule）的結(jié)構(gòu)、相）的結(jié)構(gòu)、相互關系及其功能?；リP系及其功能。 生物大分子是由小分子單體聚合而成的多聚體。如氨基酸生物大分子是由小分子單體聚合而成的多聚體。如氨基酸蛋蛋白質(zhì)、核苷酸白質(zhì)、核苷酸核酸、葡萄糖核酸、葡萄糖淀粉等。生物大分子執(zhí)行著各種各淀粉等。生物大分子執(zhí)行著各種各樣的生物學功能，如生物催化、物質(zhì)運輸、代謝調(diào)節(jié)、貯存、傳遞樣的生物學功能，如生物催化、物

4、質(zhì)運輸、代謝調(diào)節(jié)、貯存、傳遞與表達遺傳信息等。與表達遺傳信息等。 它們復雜的空間結(jié)構(gòu)是其功能的化學基礎。它們復雜的空間結(jié)構(gòu)是其功能的化學基礎。2.2 2.2 細胞中的物質(zhì)代謝與能量代謝，或稱中間代謝細胞中的物質(zhì)代謝與能量代謝，或稱中間代謝（intermediary metabolism）， 也就是細胞中進行的化學過程也就是細胞中進行的化學過程 合成代謝合成代謝（anabolism）： 將小分子的前體將小分子的前體（precursor）經(jīng)過特經(jīng)過特 定的代謝途徑構(gòu)建成較大的分子，并且消定的代謝途徑構(gòu)建成較大的分子，并且消 耗能量。耗能量。 分解代謝分解代謝（catabolism）： 將較大的分子

5、經(jīng)過特定的代謝途徑，將較大的分子經(jīng)過特定的代謝途徑， 分解成小的分子并且釋放出能量。分解成小的分子并且釋放出能量。 物質(zhì)代謝與能量代謝相伴隨。在這個過程中，物質(zhì)代謝與能量代謝相伴隨。在這個過程中，atp（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷） 是能量轉(zhuǎn)換和傳遞的中間體。是能量轉(zhuǎn)換和傳遞的中間體。 2.3 2.3 組織和器官機能的生物化學組織和器官機能的生物化學 生命有機體是一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體。生命有機體是一個統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體。 任何組織器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝方式都是以其化學組成和任何組織器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝方式都是以其化學組成和分子結(jié)構(gòu)為基礎的。分子結(jié)構(gòu)為基礎的。 在分子水平、細胞和組織水平以及整體水平上全面

6、、系統(tǒng)在分子水平、細胞和組織水平以及整體水平上全面、系統(tǒng)地認識動物組織器官的生理機能，認識它們之間的聯(lián)系、認識它地認識動物組織器官的生理機能，認識它們之間的聯(lián)系、認識它們與環(huán)境互作的機制，也是動物生物化學的研究目的之一。們與環(huán)境互作的機制，也是動物生物化學的研究目的之一。 3.3.生物化學的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀生物化學的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀3.1 3.1 歷史回顧歷史回顧1 1）中國：早在）中國：早在42004200年前已開始造酒、釀醋、做豆腐，對于生物化學年前已開始造酒、釀醋、做豆腐，對于生物化學的發(fā)展有重要的貢獻。的發(fā)展有重要的貢獻。2 2）世界：生化是在物理、化學、生物學、醫(yī)學有了一發(fā)展才出現(xiàn)的。）

7、世界：生化是在物理、化學、生物學、醫(yī)學有了一發(fā)展才出現(xiàn)的。3 3）生化發(fā)展史：）生化發(fā)展史： （1 1）靜態(tài)生化：）靜態(tài)生化：1818世紀下半葉開始，主要工作：世紀下半葉開始，主要工作： 組成、結(jié)構(gòu)、生理功能組成、結(jié)構(gòu)、生理功能 （2 2）動態(tài)生化：）動態(tài)生化：19301930年后研究代謝過程年后研究代謝過程 （3 3）5050年代后：分子生物學、蛋白質(zhì)、核酸、年代后：分子生物學、蛋白質(zhì)、核酸、 dnadna雙螺旋模型雙螺旋模型分子遺傳學分子遺傳學 生化在幾十年中飛速發(fā)展，在較短年代里集中著大量科學發(fā)現(xiàn)。其中很多都稱的上是人類認識自然界的里程碑，有劃時代的意義。有相當數(shù)量的科學家因此獲得諾貝爾

8、獎詹姆斯詹姆斯沃森（沃森（james d. watson）1953年年 watson（美）與（美）與 crick（英）（英）提出提出dna分子的雙螺分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，旋結(jié)構(gòu)模型，1962年共獲諾貝爾獎。年共獲諾貝爾獎。 弗朗西斯弗朗西斯克里克（克里克（francis h. crick）悼念克里克悼念克里克1969-1972, arber(瑞士瑞士),smith(美美)與與nathans(美美)在在核酸限制核酸限制酶的分離與應用酶的分離與應用方面做出突出貢獻方面做出突出貢獻,1978年共獲諾貝爾獎。年共獲諾貝爾獎。 1972 berg（美）在（美）在基因工基因工程基礎研究程基礎研究方面作出了

9、杰出方面作出了杰出成果，獲成果，獲1980年諾貝爾獎。年諾貝爾獎。1973 cohen等（美）用核等（美）用核酸限制性內(nèi)切酶酸限制性內(nèi)切酶ecor1，首，首次次基因重組基因重組成功。成功。hamilton o. smith daniel nathans werner arber paul bergherbert boyer stanley cohen 2001 venter（美）等報道完成了人類基因組草圖測序。（美）等報道完成了人類基因組草圖測序。我國生物化學的開拓者吳憲吳憲教授蛋白質(zhì)研究領域內(nèi)國際上最具有權(quán)威性的綜蛋白質(zhì)研究領域內(nèi)國際上最具有權(quán)威性的綜述性叢書述性叢書advances in

10、protein chemistry第第47卷（卷（1995年）發(fā)表了美國年）發(fā)表了美國哈佛大學教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩哈佛大學教授、蛋白質(zhì)研究的老前輩j. t. eddsall的文章的文章“吳憲與吳憲與第一個蛋白質(zhì)變性第一個蛋白質(zhì)變性理論理論（1931）hsien wu and the first theory of protein denaturation(1931)”，對吳憲教授的學術成就給予了極高的評價。對吳憲教授的學術成就給予了極高的評價。該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關于該卷還重新刊登了吳憲教授六十四年前關于蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在蛋白質(zhì)變性的論文。一篇在1931年發(fā)表的年發(fā)表的

11、論文居然在論文居然在1995年仍然值得在第一流的叢年仍然值得在第一流的叢書上重新全文刊登，不能不說是國際科學界書上重新全文刊登，不能不說是國際科學界的一件極為罕見的大事。的一件極為罕見的大事。 科學的發(fā)展也不是單槍匹馬的，多學科的互相交叉與滲透、科學的發(fā)展也不是單槍匹馬的，多學科的互相交叉與滲透、研究技術和實驗手段的進步推動和加速了科學進步的步伐。研究技術和實驗手段的進步推動和加速了科學進步的步伐。 化學、物理學、細胞學、遺傳學、微生物學以及電子顯微鏡、化學、物理學、細胞學、遺傳學、微生物學以及電子顯微鏡、超離心（超離心（ultra-centrifugation）、色譜（）、色譜（chroma

12、tography）、同）、同位素示蹤（位素示蹤（isotope tracing）、）、x-射線衍射（射線衍射（x-ray reflection）、）、質(zhì)譜（質(zhì)譜（mass chromatography）以及核磁共振（）以及核磁共振（nuclear magnetic resonance）等技術都為現(xiàn)代生物化學的發(fā)展作出了重要貢獻。）等技術都為現(xiàn)代生物化學的發(fā)展作出了重要貢獻。 化學化學有機化學有機化學物理化學物理化學無機化學無機化學分析化學分析化學高分子化學高分子化學生物化學與其它學科的關系生物化學與其它學科的關系生物學生物學動物學動物學植物學植物學微生物學微生物學化學化學生生物物學學生物化學生

13、物化學生理學遺傳學栽培、育種生態(tài)生物化學與普通化學的區(qū)別生物化學與普通化學的區(qū)別 生物化學與分子生物學都以從生物化學與分子生物學都以從分子水平分子水平上認識上認識生命、詮釋生命為目標。廣義地說，兩者沒有截然生命、詮釋生命為目標。廣義地說，兩者沒有截然的區(qū)別。只是前者注重的區(qū)別。只是前者注重生命有機體的化學過程生命有機體的化學過程，后，后者更者更強調(diào)生物分子的結(jié)構(gòu)與功能強調(diào)生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，尤其是在遺傳分，尤其是在遺傳分子核酸方面。子核酸方面。3.2 3.2 生物化學的前景和現(xiàn)狀生物化學的前景和現(xiàn)狀 目前，有關生物化學的研究主要集中在以下幾個方面：目前，有關生物化學的研究主要集中在以下幾個方

14、面： f 生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能與相互作用生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能與相互作用 f 基因組學和蛋白質(zhì)組學基因組學和蛋白質(zhì)組學 f 基因表達的調(diào)節(jié)基因表達的調(diào)節(jié) f 細胞信號的傳導細胞信號的傳導 f 生物工程學生物工程學 分子生物學的迅速發(fā)展從根本上改變了生命科學的面貌，也極大地分子生物學的迅速發(fā)展從根本上改變了生命科學的面貌，也極大地豐富和擴展了生物化學的內(nèi)涵。一方面，經(jīng)典的生物化學原理不斷得到豐富和擴展了生物化學的內(nèi)涵。一方面，經(jīng)典的生物化學原理不斷得到驗證，另一方面，人們對生命有機體中化學過程的認識不斷更新和深化，驗證，另一方面，人們對生命有機體中化學過程的認識不斷更新和深化，現(xiàn)代生物化學的發(fā)

15、展已經(jīng)從各個方面融入了生命科學發(fā)展的主流當中?，F(xiàn)代生物化學的發(fā)展已經(jīng)從各個方面融入了生命科學發(fā)展的主流當中。 v 生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能與相互作用生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能與相互作用 大分子之間的相互作用；大分子結(jié)構(gòu)模體（大分子之間的相互作用；大分子結(jié)構(gòu)模體（motif）和結(jié)構(gòu)域的）和結(jié)構(gòu)域的獨特作用；生物大分子三維構(gòu)象和構(gòu)象運動進行描述獨特作用；生物大分子三維構(gòu)象和構(gòu)象運動進行描述 ；蛋白質(zhì)空間；蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的正確折疊和構(gòu)象的正確折疊和“分子伴侶分子伴侶”（molecular chaperone）的作用；磷）的作用；磷酸化、?；然瘜W修飾作用對于蛋白質(zhì)和酶在快速、高效傳遞代謝酸化、酰基化等化

16、學修飾作用對于蛋白質(zhì)和酶在快速、高效傳遞代謝信息和調(diào)節(jié)基因表達中的機制；核酸與蛋白質(zhì)的相互作用與基因表達信息和調(diào)節(jié)基因表達中的機制；核酸與蛋白質(zhì)的相互作用與基因表達的調(diào)節(jié)；催化核酸等。的調(diào)節(jié)；催化核酸等。 信息爆炸導致了信息爆炸導致了結(jié)構(gòu)生物學結(jié)構(gòu)生物學（structural biology）的誕生。）的誕生。 蛋白質(zhì)和核酸大分子之間的相互作用蛋白質(zhì)和核酸大分子之間的相互作用v 基因組學和蛋白質(zhì)組學基因組學和蛋白質(zhì)組學 “人類基因組計劃人類基因組計劃”（human genome project，hgp）歷經(jīng)）歷經(jīng)10個年個年頭，在進入本世紀后不久宣布完成，人類基因組的解讀為疾病的診斷、頭，在進

17、入本世紀后不久宣布完成，人類基因組的解讀為疾病的診斷、防治和新藥的研究開發(fā)提供了有力的武器。科學家已繪制出防治和新藥的研究開發(fā)提供了有力的武器?？茖W家已繪制出40余種生余種生物的基因組圖譜，基因組的研究將進入功能基因組（物的基因組圖譜，基因組的研究將進入功能基因組（functional genomics）階段，即確定基因結(jié)構(gòu)與功能的應用階段。）階段，即確定基因結(jié)構(gòu)與功能的應用階段。 蛋白質(zhì)組學蛋白質(zhì)組學（proteomics）作為后基因組時代生命科學新的研）作為后基因組時代生命科學新的研究領域正在崛起。它將一系列精細的技術，主要有究領域正在崛起。它將一系列精細的技術，主要有2d-凝膠電泳、計凝

18、膠電泳、計算機圖象分析、質(zhì)譜、氨基酸測序和生物信息學結(jié)合起來，高通量地、算機圖象分析、質(zhì)譜、氨基酸測序和生物信息學結(jié)合起來，高通量地、綜合地定量和鑒定蛋白質(zhì)。建立蛋白組的生物信息數(shù)據(jù)庫，將為重大綜合地定量和鑒定蛋白質(zhì)。建立蛋白組的生物信息數(shù)據(jù)庫，將為重大病癥的發(fā)生提供新的預警和診斷標志，并為新藥的開發(fā)提供新的思路病癥的發(fā)生提供新的預警和診斷標志，并為新藥的開發(fā)提供新的思路。大腸桿菌中的蛋白質(zhì)組大腸桿菌中的蛋白質(zhì)組v 基因表達的調(diào)節(jié)基因表達的調(diào)節(jié) 1960年，年，f.jacob和和j.monod發(fā)現(xiàn)細菌利用乳糖時，相關酶的基因發(fā)現(xiàn)細菌利用乳糖時，相關酶的基因表達時序受到嚴格的控制，于是提出了原核

19、生物基因調(diào)節(jié)表達時序受到嚴格的控制，于是提出了原核生物基因調(diào)節(jié)操縱子操縱子（operon）模型，開辟了對基因表達調(diào)節(jié)研究的新領域。）模型，開辟了對基因表達調(diào)節(jié)研究的新領域。 真核基因表達的調(diào)控產(chǎn)要涉及核小體的重構(gòu)、組蛋白的乙?；⒄婧嘶虮磉_的調(diào)控產(chǎn)要涉及核小體的重構(gòu)、組蛋白的乙酰化、dna的甲基化等化學修飾和的甲基化等化學修飾和dna超螺旋的拓撲異構(gòu)化；基因的的調(diào)超螺旋的拓撲異構(gòu)化；基因的的調(diào)節(jié)也在轉(zhuǎn)錄后的加工、翻譯和新生多肽鏈的化學修飾等各個層次上進節(jié)也在轉(zhuǎn)錄后的加工、翻譯和新生多肽鏈的化學修飾等各個層次上進行。行。 這一領域的研究將最終揭開生命的進化、胚胎的分化、個體的生這一領域的研究將

20、最終揭開生命的進化、胚胎的分化、個體的生長、發(fā)育、繁殖、衰老、疾病和死亡之謎。長、發(fā)育、繁殖、衰老、疾病和死亡之謎。 v 細胞信號的傳導細胞信號的傳導 第二信使學說第二信使學說 camp、cgmp、ip3、dg、ca2+等等 g蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)蛋白偶聯(lián)系統(tǒng) g蛋白、蛋白、pka、pkg、pkc和和tpk信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)等信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)等小分子氣體物質(zhì)小分子氣體物質(zhì) no、co v 生物工程學生物工程學 到到70年代，重組年代，重組dna技術（技術（recombinant dna technology）誕生，）誕生，人類可以按照自己的意愿改造遺傳基因和操縱遺傳過程。這個技術的人類可以按照自己的意愿改造遺傳

21、基因和操縱遺傳過程。這個技術的規(guī)模化和工業(yè)化，就是基因工程，也稱遺傳工程（規(guī)模化和工業(yè)化，就是基因工程，也稱遺傳工程（genetic engineering）。）。 以基因工程技術為核心，與現(xiàn)代發(fā)酵工程、細胞工程、胚胎工程、以基因工程技術為核心，與現(xiàn)代發(fā)酵工程、細胞工程、胚胎工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程等集合而成的生物工程學（酶工程、蛋白質(zhì)工程等集合而成的生物工程學（biotechnology），已），已經(jīng)和正在展現(xiàn)出其推動生產(chǎn)力發(fā)展的巨大潛力。經(jīng)和正在展現(xiàn)出其推動生產(chǎn)力發(fā)展的巨大潛力。 遺傳工程的工廠遺傳工程的工廠4.4.與動物生產(chǎn)和健康的關系與動物生產(chǎn)和健康的關系 生物化學是生物科學，如農(nóng)學、

22、醫(yī)學、畜牧、獸醫(yī)、水產(chǎn)等的基生物化學是生物科學，如農(nóng)學、醫(yī)學、畜牧、獸醫(yī)、水產(chǎn)等的基礎學科之一?，F(xiàn)代生物化學的理論和實驗方法已經(jīng)作為通用的礎學科之一?，F(xiàn)代生物化學的理論和實驗方法已經(jīng)作為通用的“語言語言”與有力的與有力的“工具工具”被廣泛用于生命科學的表述和研究之中。它與動被廣泛用于生命科學的表述和研究之中。它與動物生理學、動物營養(yǎng)學、動物遺傳學、動物繁殖學、藥理學、動物病物生理學、動物營養(yǎng)學、動物遺傳學、動物繁殖學、藥理學、動物病理學、微生物學、免疫學、動物疾病診斷學等學科有著不可分割的聯(lián)理學、微生物學、免疫學、動物疾病診斷學等學科有著不可分割的聯(lián)系，因此學習和掌握生物化學的知識對于從事動物生產(chǎn)和動物健康事系，因此學習和掌握生物化學的知識對于從事動物生產(chǎn)和動物健康事業(yè)十分重要。業(yè)十分重要。v 闡明動物新陳代謝活動的規(guī)律闡明動物新陳代謝活動的規(guī)律 生理學、營養(yǎng)學生理學、營養(yǎng)學v 培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的畜禽品種培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的畜禽品種 遺傳育種遺傳育種v 藥物的作用機理研究和新藥的研發(fā)藥物的作用機理研究和新藥的研發(fā) 藥理學、毒理學藥理學、毒理學v 疾病的發(fā)生和發(fā)展機理疾病的發(fā)生和發(fā)展機理 病