動物生物化學緒論

1、 |共50學時 |理論38學時 |實驗12學時 第一章第一章 緒論緒論 |生物化學概述生物化學概述 |生物化學研究內容生物化學研究內容 |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 |與動物生產(chǎn)和健康的關系與動物生產(chǎn)和健康的關系 一、生物化學概述一、生物化學概述 1、概念：、概念： 生物化學：生物化學：是用化學的原理和方法，是用化學的原理和方法， 從分子水平來研究生物體的化學組從分子水平來研究生物體的化學組 成，及其在體內的代謝轉變規(guī)律從成，及其在體內的代謝轉變規(guī)律從 而闡明生命現(xiàn)象本質的一門科學而闡明生命現(xiàn)象本質的一門科學， 有有“生命的化學生命的化學”之稱之稱。 2 2、生物化學的分

2、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：動物生物動物生物 化學化學、植物生物化學、微生物生、植物生物化學、微生物生 物化學等。物化學等。 |根據(jù)研究目的分為：醫(yī)學生化、根據(jù)研究目的分為：醫(yī)學生化、 農業(yè)生化、工業(yè)生化、環(huán)境生化農業(yè)生化、工業(yè)生化、環(huán)境生化 和營養(yǎng)生化等。和營養(yǎng)生化等。 二、生物化學研究內容二、生物化學研究內容 |1、關于生命有機體的化學組成、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分子，特別是生物大分子 （biological macromolecule）的）的 結構、相互關系及其功能結構、相互關系及其功能 |2、細胞中的物質代謝與能量代謝，

3、、細胞中的物質代謝與能量代謝， 或稱中間代謝（或稱中間代謝（intermediary metabolism），）， 也就是細胞中進也就是細胞中進 行的化學過程行的化學過程 |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 1、關于生命有機體的化學組成、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分子，特別是生物大分子 (biological macromolecule)的結的結 構、相互關系及其功能構、相互關系及其功能 |生物體的化學組成生物體的化學組成 |生物分子生物分子 |生命體的元素組成生命體的元素組成 自然界自然界 所有的所有的 生命物生命物 體都由體都由 三類物

4、三類物 質組成質組成 水、無水、無 機離子機離子 和生物和生物 分子分子 |生物分子生物分子：是生物體和生命現(xiàn)象：是生物體和生命現(xiàn)象 的結構基礎和功能基礎，是生物的結構基礎和功能基礎，是生物 化學研究的基本對象?；瘜W研究的基本對象。 |生物分子的主要類型包括：多糖、生物分子的主要類型包括：多糖、 脂質、核酸和蛋白質等生物大分脂質、核酸和蛋白質等生物大分 子子 維生素、輔酶、激素、核苷維生素、輔酶、激素、核苷 酸和氨基酸等。酸和氨基酸等。 在地球上存在的在地球上存在的9292種天然元素中，種天然元素中， 只有只有2828種元素在生物體內被發(fā)現(xiàn)種元素在生物體內被發(fā)現(xiàn) 第一類元素：包括第一類元素：包

5、括C、H、O和和N四四 種元素，種元素，是組成生命體最基本的元是組成生命體最基本的元 素。這四種元素約占了生物體總質素。這四種元素約占了生物體總質 量的量的99%99%以上。以上。 第二類元素：包括第二類元素：包括S、P、Cl、Ca、 K、Na和和Mg。這類元素也是組成這類元素也是組成 生命體的基本元素。生命體的基本元素。 第三類元素：包括第三類元素：包括Fe、Cu、Co、 Mn和和Zn。是生物體內存在的是生物體內存在的 主要少量元素。主要少量元素。 第四類元素：包括第四類元素：包括Al、As、B、 Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、 Si等等。 |生物大分子是由小分子單體聚合生物大分子是

6、由小分子單體聚合 而成的多聚體。而成的多聚體。 |如氨基酸如氨基酸蛋白質、核苷酸蛋白質、核苷酸核核 酸、葡萄糖酸、葡萄糖淀粉等。淀粉等。 |生物大分子執(zhí)行著各種各樣的生生物大分子執(zhí)行著各種各樣的生 物學功能，如生物催化、物質運物學功能，如生物催化、物質運 輸、代謝調節(jié)、貯存、傳遞與表輸、代謝調節(jié)、貯存、傳遞與表 達遺傳信息等。達遺傳信息等。 |它們復雜的空間結構是其功能的它們復雜的空間結構是其功能的 化學基礎?；瘜W基礎。 2、 細胞中的物質代謝與能量代謝，細胞中的物質代謝與能量代謝， 或稱中間代謝或稱中間代謝(intermediary metabolism)， 也就是細胞中進也就是細胞中進 行

7、的化學過程行的化學過程 |合成代謝（合成代謝（anabolism）：）： 將小將小 分子的前體（分子的前體（precursor）經(jīng)過特）經(jīng)過特 定的代謝途徑構建成較大的分子，定的代謝途徑構建成較大的分子， 并且消耗能量。并且消耗能量。 |分解代謝（分解代謝（catabolism）：）： 將將 較大的分子經(jīng)過特定的代謝途較大的分子經(jīng)過特定的代謝途 徑，分解成小的分子并且釋放徑，分解成小的分子并且釋放 出能量。出能量。 3 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)調的整體。生命有機體是一個統(tǒng)一協(xié)調的整體。 任何組織器官的形態(tài)結構、代謝方任何組織器官的形態(tài)結構、代

8、謝方 式都是以其化學組成和分子結構為基礎式都是以其化學組成和分子結構為基礎 的。的。 在分子水平、細胞和組織水平以及在分子水平、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、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。生物化學的研究目的之一。 1、動物生物化學的發(fā)展：、動物生物化學的發(fā)展： 初期階段（初期階段（18世紀世紀-20世紀初）：世紀初）： |生物化學的研究始于生物化學的研究始于18世紀，但世紀，但 作為一門獨立的科學是

9、在作為一門獨立的科學是在20世紀世紀 初期。初期。 |主要研究生物體的化學組成，對主要研究生物體的化學組成，對 生物體各組成成分進行分離、純生物體各組成成分進行分離、純 化、結構測定、合成、理化性質化、結構測定、合成、理化性質 研究。研究。 蓬勃發(fā)展階段（蓬勃發(fā)展階段（20世紀初世紀初-20世世 紀中期）：紀中期）： |主要在營養(yǎng)學、內分泌學、酶主要在營養(yǎng)學、內分泌學、酶 學、物質代謝及其調控等方面學、物質代謝及其調控等方面 取得了重大進展。取得了重大進展。 |研究生物體內物質的變化，即研究生物體內物質的變化，即 代謝途徑。代謝途徑。 分子生物學發(fā)展階段（從分子生物學發(fā)展階段（從20世紀世紀

10、中期至今）：中期至今）： |主要有物質代謝途徑的研究繼續(xù)主要有物質代謝途徑的研究繼續(xù) 發(fā)展，重點進入代謝調節(jié)與合成發(fā)展，重點進入代謝調節(jié)與合成 代謝的研究。代謝的研究。 |人們通常將研究核酸、蛋白質等人們通常將研究核酸、蛋白質等 所有生物大分子的結構、功能及所有生物大分子的結構、功能及 基因結構、表達與調控的內容，基因結構、表達與調控的內容， 稱為稱為分子生物學分子生物學，所以分子生物，所以分子生物 學是生物化學的重要組成部分。學是生物化學的重要組成部分。 1780-1789，拉瓦錫，拉瓦錫 Lavoisier（法）研究（法）研究 “生物體內的燃燒生物體內的燃燒”， 指出此類指出此類“燃燒燃燒

11、”耗氧耗氧 并排出二氧化碳。后人并排出二氧化碳。后人 稱他是生物化學之父。稱他是生物化學之父。 1830-1842 Liebig（德）（德） 將食物分為糖、脂、蛋將食物分為糖、脂、蛋 白質類，提出白質類，提出“代謝代謝” 一詞，證明動物體溫形一詞，證明動物體溫形 成是食物在體內成是食物在體內“燃燒燃燒” 的緣故。最先寫出兩本的緣故。最先寫出兩本 生物化學生物化學相關專著。相關專著。 生物化學的創(chuàng)始人埃米爾生物化學的創(chuàng)始人埃米爾費舍爾（費舍爾（Emil Fischer） 18901902 Fischer （德）首次證明了蛋（德）首次證明了蛋 白質是多肽；發(fā)現(xiàn)酶白質是多肽；發(fā)現(xiàn)酶 的專一性，提出并

12、驗的專一性，提出并驗 證了酶催化作用的證了酶催化作用的 “鎖鎖-匙匙”學說；合成學說；合成 了糖及嘌呤。了糖及嘌呤。1902年年 獲諾貝爾獎。獲諾貝爾獎。 漢斯?jié)h斯克雷勃斯（克雷勃斯（Hans A. Krebs） 1937年年 Krebs（英）（英） 發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)，發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)， 1953年獲諾貝爾獎。年獲諾貝爾獎。 李納斯李納斯鮑林（鮑林（Linus Pauling） 1949 Pauling（美）指出（美）指出 鐮刀形紅細胞性貧血是一鐮刀形紅細胞性貧血是一 種分子病，并于種分子病，并于1951年提年提 出蛋白質存在二級結構。出蛋白質存在二級結構。 1954年獲諾貝爾獎年獲諾貝爾獎 詹姆

13、斯詹姆斯沃森（沃森（James D. Watson） 1953年年 Watson（美）與（美）與 Crick（英）提出（英）提出DNA分子的雙螺分子的雙螺 旋結構模型，旋結構模型，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） 1969-1972, Arber(瑞士瑞士),Smith(美美)與與Nathans(美美)在核酸限制在核酸限制 酶的分離與應用方面做出突出貢獻酶的分離與應用方面做出突出貢獻,1978年共獲諾貝爾獎。年共獲諾貝爾獎。 1972 Berg（美）在基因工（美）在基因工 程基礎研究方面作出了杰出程基礎研究方面作出了杰

14、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 酸限制性內切酶酸限制性內切酶EcoR1，首，首 次基因重組成功。次基因重組成功。 Hamilton O. Smith Daniel Nathans Werner Arber Paul Berg Herbert Boyer Stanley Cohen 2001 Venter（美）等報道完成了人類基因組（美）等報道完成了人類基因組 草圖測序。草圖測序。 我國生物化學的開拓者吳憲吳憲教授 蛋白質研究領域內國際上最具有權威性的綜蛋白質研究領域內國際上最具有權威性的綜 述性叢書述性叢書Advances i

15、n 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、蛋白質研究的老前輩哈佛大學教授、蛋白質研究的老前輩J. T. Eddsall的文章的文章“吳憲與第一個蛋白質變性吳憲與第一個蛋白質變性 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 蛋白質變性的論文。一篇在蛋白質變性的論文。一篇在1931

16、年發(fā)表的年發(fā)表的 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。 1940 我國生物化我國生物化 學家劉思職發(fā)現(xiàn)學家劉思職發(fā)現(xiàn) 抗體、抗原反應抗體、抗原反應 存在定量關系。存在定量關系。 劉思職劉思職 2、生物化學的前景和現(xiàn)狀、生物化學的前景和現(xiàn)狀 |生物大分子的結構、功能與相生物大分子的結構、功能與相 互作用互作用 |基因組學和蛋白質組學基因組學和蛋白質組學 |基因表達的調節(jié)基因表達的調節(jié) | 細胞信號的傳導細胞信號的傳導 | 生物工程學生物工

17、程學 v 生物大分子的結構、功能與相互作用生物大分子的結構、功能與相互作用 大分子之間的相互作用；大分子結構模體（大分子之間的相互作用；大分子結構模體（motif）和結構域的）和結構域的 獨特作用；生物大分子三維構象和構象運動進行描述獨特作用；生物大分子三維構象和構象運動進行描述 ；蛋白質空間；蛋白質空間 構象的正確折疊和構象的正確折疊和“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和酶在快速、高效傳遞代謝酸化、?；然瘜W修飾作用對于蛋白質和酶在快速、高效傳遞代謝 信息和調節(jié)基因表達中的機制；核酸與蛋白質的相互作用與

18、基因表達信息和調節(jié)基因表達中的機制；核酸與蛋白質的相互作用與基因表達 的調節(jié)；催化核酸等。的調節(jié)；催化核酸等。 信息爆炸導致了信息爆炸導致了結構生物學結構生物學（structural biology）的誕生。）的誕生。 v 基因組學和蛋白質組學基因組學和蛋白質組學 “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?？茖W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

19、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，即確定基因結構與功能的應用階段。）階段，即確定基因結構與功能的應用階段。 蛋白質組學蛋白質組學（proteomics）作為后基因組時）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，主要有精細的技術，主要有2D-凝膠電泳、計算機圖象分凝膠電泳、計算機圖象分 析、質譜、氨基酸測序和生物信息學結合起來，析、質譜、氨基酸測序和生物信息學結合起來， 高通量地、綜合地定量和鑒定蛋白

20、質。建立蛋白高通量地、綜合地定量和鑒定蛋白質。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)提供新的新的預警和診斷標志，并為新藥的開發(fā)提供新的 思路思路。 v 基因表達的調節(jié)基因表達的調節(jié) 1960年，年，F(xiàn).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，于是提出了原核生物基因調節(jié)表達時序受到嚴格的控制，于是提出了原核生物基因調節(jié)操縱子操縱子 （operon）模型，開辟了對基因表達調節(jié)研究的新領域。）模型，開辟了對基因表達調節(jié)研究的新領域。

21、 真核基因表達的調控產(chǎn)要涉及核小體的重構、組蛋白的乙?；⒄婧嘶虮磉_的調控產(chǎn)要涉及核小體的重構、組蛋白的乙?；?DNA的甲基化等化學修飾和的甲基化等化學修飾和DNA超螺旋的拓撲異構化；基因的的調超螺旋的拓撲異構化；基因的的調 節(jié)也在轉錄后的加工、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信號轉導系統(tǒng)等信號轉導系統(tǒng)等 小分子氣體物質小分子氣體物質 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。