生物化學(xué)1緒論課件

1、動(dòng)物生物化學(xué)Animal Biochemistry 課程概述共80學(xué)時(shí)，理論56學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)24學(xué)時(shí)。分17章：1緒論；2生命的化學(xué)特征；3蛋白質(zhì)；4核酸；5糖類；6生物膜與物質(zhì)運(yùn)輸；7生物催化劑-酶；8糖代謝；9生物氧化；10脂類代謝；11含氮小分子的代謝；12物質(zhì)代謝的聯(lián)系與調(diào)節(jié)；13DNA的物質(zhì)合成-復(fù)制；14RNA的物質(zhì)合成-轉(zhuǎn)錄15蛋白質(zhì)的生物合成-翻譯16基因的表達(dá)調(diào)節(jié)；17核酸技術(shù)第1章 緒 論本章主要內(nèi)容： 生物化學(xué)的意義生物化學(xué)的概述 生物化學(xué)研究的內(nèi)容 生物化學(xué)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 與動(dòng)物生產(chǎn)和動(dòng)物健康的關(guān)系 (a) microscopiccomplexity(b) energy

2、 comsumption,food chain(c) reproduction含羞草羽狀的葉片，輕觸和搖動(dòng)可使葉片很快合攏和下垂。Garden of Eden (diversity and unity)生物有效物質(zhì)的提取制藥工業(yè)： 鏈激酶、尿激酶、氨基酸、 核甘酸（所謂基因營(yíng)養(yǎng)物）、SOD、 MT、 紫杉醇等。生物制品： 疫苗皮革工業(yè)： 角質(zhì)酶脫毛 生物化學(xué)不但為這些生產(chǎn)過(guò)程建立了科學(xué)基礎(chǔ)并為其技術(shù)改造創(chuàng)造了條件。3.與農(nóng)業(yè)方面有密切聯(lián)系 舉例作物病理研究 a.玉米大斑?。磕険p失20-40%產(chǎn)量）抗病蛋白 b.水稻白葉枯?。〒p失20-30%產(chǎn)量）奶牛產(chǎn)奶量與營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系 中國(guó)奶牛 一般4-5噸

3、/年產(chǎn) 國(guó)外奶牛 8-10噸/年產(chǎn) 食量自動(dòng)化，營(yíng)養(yǎng)個(gè)體化4.生物工程（Biotechnology)作物防蟲（轉(zhuǎn)基因棉花、轉(zhuǎn)基因西紅柿）生物制藥 （轉(zhuǎn)基因動(dòng)物-人血白蛋白）作物育種（轉(zhuǎn)基因水稻-抗除草劑）Transfer of T-DNA from Agrobacterium into a plant cellA tobacco plant expressing the gene for firefly luciferase. Light was produced after the plant was watered with a solution containing luciferin,

4、 the substrate for the light-producing luciferase enzyme (see Box 132). Dont expect glow-in-the-dark ornamental plants at your local plant nursery anytime soon. The light is actually quite weak; this photograph required a 24-hour exposure. The real pointthat this technology allows the introduction o

5、f new traits into plantsis neverthelesselegantly made.煙草表達(dá)螢火蟲熒光素基因表達(dá)抗蟲基因的西紅柿Glyphosate-resistant soybean plants. The photographs show two areas of a soybean field in Wisconsin. (a)Without glyphosate treatment, this part of the field is overrun with weeds. (b) Glyphosateresistant soybean plants thriv

6、e in the glyphosate-treated section of the field. Glyphosate breaks down rapidly in the environment. Agricultural use of engineered plants such as these proceeds only after considerable deliberation, balancing the extraordinary promise of the technology with the need to select new traits with care.

7、Both science and society as a whole have a stake in ensuring that the use of the resultant plants has no adverse impact on the environment or on human health.轉(zhuǎn)草甘膦基因大豆Cloning in mice. The gene for human growth hormone was introduced into the genome of the mouse on the right. Expressionof the gene res

8、ulted in the unusually large size of this mouse.表達(dá)人生長(zhǎng)激素的老鼠5. 生化與司法鑒定司法鑒定是健全法制中的一個(gè)必需的工作環(huán)節(jié)，它包含了法律上要鑒定的一切事、屋和人。受傷與死亡現(xiàn)象中的生化 a. DNA含量隨死亡時(shí)間而下降 b.心肌丁二酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶 隨死亡時(shí)間而上升 c.精子DNA5. 生化與司法鑒定刑事偵察中的生化 a.指紋 攝取犯罪嫌疑人的指紋是公安人員常用的刑偵技術(shù) 維生素B2、B6 激光手指排泄物 產(chǎn)生熒光 潛在指紋 氨基酸、蛋白質(zhì) 彩色激光照相 印三酮 彩色拍攝 黑白相紙 b. 血跡-Luminol-發(fā)光司法鑒定2-親子鑒

9、定 一起親子鑒定案的DNA指紋圖譜可判定父親2為孩子生父生物化學(xué)的概念、研究對(duì)象和內(nèi)容用化學(xué)、物理的理論和方法研究生物體的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、功能和生命活動(dòng)過(guò)程中物質(zhì)及能量變化規(guī)律的學(xué)科。生物體，包括病毒、微生物、動(dòng)植物和人體。生物體的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能。研究物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)換和代謝調(diào)控研究遺傳信息的傳遞和表達(dá)生物化學(xué) 概 念對(duì)象內(nèi)容生物化學(xué)的概念化學(xué)組成物質(zhì)代謝能量代謝功能結(jié)構(gòu)生物體核苷酸氨基酸脂肪酸葡萄糖運(yùn)輸儲(chǔ)存保護(hù)供能分泌運(yùn)動(dòng)C、H、O、N等合成代謝分解代謝合成代謝分解代謝2.生物化學(xué)研究?jī)?nèi)容2.1 關(guān)于生命有機(jī)體的化學(xué)組成、生物分子，特別是生物大分子（biological macr

10、omolecule）的結(jié)構(gòu)、相互關(guān)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。如氨基酸蛋白質(zhì)、核苷酸核酸、葡萄糖淀粉等。生物大分子執(zhí)行著各種各樣的生物學(xué)功能，如生物催化、物質(zhì)運(yùn)輸、代謝調(diào)節(jié)、貯存、傳遞與表達(dá)遺傳信息等。 它們復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)是其功能的化學(xué)基礎(chǔ)。細(xì)胞內(nèi)4種大分子糖類核酸蛋白質(zhì)脂類大分子細(xì)胞內(nèi)4種大分子的功能蛋白質(zhì)核酸糖類脂類DNARNA肌肉酶細(xì)胞壁葡聚糖細(xì)胞膜 遺傳信息傳遞 蛋白質(zhì)合成 細(xì)胞構(gòu)造 生理功能 細(xì)胞構(gòu)造 能量 細(xì)胞構(gòu)造N2CO2H2O 單 體生物大分 子細(xì)胞器細(xì)胞細(xì)胞生命物質(zhì)的化學(xué)特征生命物質(zhì)是少數(shù)幾類有機(jī)物組成的生命物質(zhì)從分子水平上來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)復(fù)雜生物大分子以

11、簡(jiǎn)單小分子為結(jié)構(gòu)單元在所有的生物體系中，結(jié)構(gòu)單元相同非共價(jià)鍵在生物學(xué)中占有重要地位植物病毒動(dòng)物病毒噬菌體2.2 細(xì)胞中的物質(zhì)代謝與能量代謝，或稱中間代謝(intermediary metabolism),即細(xì)胞中進(jìn)行的化學(xué)過(guò)程 合成代謝（anabolism）： 將小分子的前體（precursor）經(jīng)過(guò)特定的代謝途徑構(gòu)建成較大的分子，并且消耗能量。分解代謝（catabolism）： 將較大的分子經(jīng)過(guò)特定的代謝途徑，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(gè)過(guò)程中，ATP（三磷酸腺苷） 是能量轉(zhuǎn)換和傳遞的中間體。 2.3 組織和器官機(jī)能的生物化學(xué) 生命有機(jī)體是一個(gè)統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體

12、。 任何組織器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)、代謝方式都是以其化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。 在分子水平、細(xì)胞和組織水平以及整體水平上全面、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)動(dòng)物組織器官的生理機(jī)能，認(rèn)識(shí)它們之間的聯(lián)系、認(rèn)識(shí)它們與環(huán)境互作的機(jī)制，也是動(dòng)物生物化學(xué)的研究目的之一。 生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史機(jī)能生化時(shí)期動(dòng)態(tài)生化時(shí)期靜態(tài)生化時(shí)期？1920年以前1950年以前1950年以后分析物質(zhì)的組成、性質(zhì)及含量物質(zhì)代謝途徑、動(dòng)態(tài)平衡、能量轉(zhuǎn)化生命的本質(zhì)和奧秘：分子生物學(xué)，分子遺傳學(xué)基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)現(xiàn)在。將來(lái)。生物化學(xué)重大發(fā)現(xiàn)年代表1897年1902年1926年1935年1944年Buchner發(fā)現(xiàn)酵母細(xì)胞質(zhì)能使糖發(fā)酵

13、 Fischer肽鍵理論Sumner得到脲酶結(jié)晶，證明酶是蛋白質(zhì)chneider將同位素應(yīng)用于代謝研究 Avery等人證明遺傳信息在核酸上生物化學(xué)重大發(fā)現(xiàn)年代表1951年1953年1958年1970年1972年 Sunger胰島素氨基酸序列測(cè)定Perutz等解明肌紅蛋白的立體結(jié)構(gòu) 發(fā)現(xiàn)DNA限制性內(nèi)切酶 DNA重組技術(shù)建立 Wadton-Click提出DNA雙螺旋模型生物化學(xué)重大發(fā)現(xiàn)年代表1978年1990年2003年20世紀(jì)末21世紀(jì)初 DNA雙脫氧測(cè)序發(fā)的成功 人類基因組計(jì)劃的實(shí)施 人類基因組計(jì)劃完成后基因組時(shí)代功能基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)，結(jié)構(gòu)基因組學(xué)等3.生物化學(xué)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀3.1 歷

14、史回顧 我國(guó)古代對(duì)于生物化學(xué)的發(fā)展有重要的貢獻(xiàn)。 科學(xué)發(fā)展的道路不是平坦的，人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)在正確與錯(cuò)誤，真理與謬誤的斗爭(zhēng)中前進(jìn)，生物化學(xué)的發(fā)展也不例外。 Friedrich Wohler，Eduard 和 Hans Buchner 弟兄以及 J. Sumner 等與“ 生機(jī)論（vitalism）” 的謬論進(jìn)行了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論， “生機(jī)論”最后以失敗告終。 科學(xué)的發(fā)展也不是單槍匹馬的，多學(xué)科的互相交叉與滲透、研究技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)步推動(dòng)和加速了科學(xué)進(jìn)步的步伐。 化學(xué)、物理學(xué)、細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)、微生物學(xué)以及電子顯微鏡、超離心（ultra-centrifugation）、色譜（chromatograph

15、y）、同位素示蹤（isotope tracing）、X-射線衍射（X-ray reflection）、質(zhì)譜（mass chromatography）以及核磁共振（nuclear magnetic resonance）等技術(shù)都為現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。 1953年Watson 和Crick描繪出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這在生命科學(xué)發(fā)展歷史上是一個(gè)具有里程碑意義的重大事件 。 生命科學(xué)從此進(jìn)入了分子生物學(xué)新時(shí)代。悼念克里克 生物化學(xué)與分子生物學(xué)都以從分子水平上認(rèn)識(shí)生命、詮釋生命為目標(biāo)。廣義地說(shuō)，兩者沒有截然的區(qū)別。只是前者注重生命有機(jī)體的化學(xué)過(guò)程，后者更強(qiáng)調(diào)生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，尤其是

16、在遺傳分子核酸方面。3.2 生物化學(xué)的前景和現(xiàn)狀 生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能與相互作用 基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué) 基因表達(dá)的調(diào)節(jié) 細(xì)胞信號(hào)的傳導(dǎo) 生物工程學(xué) 分子生物學(xué)的迅速發(fā)展從根本上改變了生命科學(xué)的面貌，也極大地豐富和擴(kuò)展了生物化學(xué)的內(nèi)涵。一方面，經(jīng)典的生物化學(xué)原理不斷得到驗(yàn)證，另一方面，人們對(duì)生命有機(jī)體中化學(xué)過(guò)程的認(rèn)識(shí)不斷更新和深化，現(xiàn)代生物化學(xué)的發(fā)展已經(jīng)從各個(gè)方面融入了生命科學(xué)發(fā)展的主流當(dāng)中。目前，有關(guān)生物化學(xué)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面： 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（motif）和結(jié)構(gòu)域的獨(dú)特作用；生物大分子三維構(gòu)象和構(gòu)象運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述 ；蛋白質(zhì)空間

17、構(gòu)象的正確折疊和“分子伴侶”（molecular chaperone）的作用；磷酸化、酰基化等化學(xué)修飾作用對(duì)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(dá)中的機(jī)制；核酸與蛋白質(zhì)的相互作用與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)；催化核酸等。 信息爆炸導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)生物學(xué)（structural biology）的誕生。 蛋白質(zhì)和核酸大分子之間的相互作用 基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué) “人類基因組計(jì)劃”（human genome project，HGP）歷經(jīng)10個(gè)年頭，在進(jìn)入本世紀(jì)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(xué)家已繪制出40余種生物的基因組圖譜，基因組的研究將進(jìn)入功能基因

18、組階段，即確定基因結(jié)構(gòu)與功能的應(yīng)用階段。 蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）作為后基因組時(shí)代生命科學(xué)新的研究領(lǐng)域正在崛起。它將一系列精細(xì)的技術(shù)，主要有2D-凝膠電泳、計(jì)算機(jī)圖象分析、質(zhì)譜、氨基酸測(cè)序和生物信息學(xué)結(jié)合起來(lái)，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(kù)，將為重大病癥的發(fā)生提供新的預(yù)警和診斷標(biāo)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 基因表達(dá)的調(diào)節(jié) 1960年，F(xiàn).Jacob和J.Monod發(fā)現(xiàn)細(xì)菌利用乳糖時(shí)，相關(guān)酶的基因表達(dá)時(shí)序受到嚴(yán)格的控制，于是提出了原核生物基因調(diào)節(jié)操縱子（operon）模型，開辟了對(duì)基因表達(dá)調(diào)節(jié)研究的新領(lǐng)域。 真核基因表達(dá)的調(diào)控產(chǎn)要

19、涉及核小體的重構(gòu)、組蛋白的乙?；NA的甲基化等化學(xué)修飾和DNA超螺旋的拓?fù)洚悩?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(xué)修飾等各個(gè)層次上進(jìn)行。 這一領(lǐng)域的研究將最終揭開生命的進(jìn)化、胚胎的分化、個(gè)體的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、衰老、疾病和死亡之謎。 細(xì)胞信號(hào)的傳導(dǎo) 第二信使學(xué)說(shuō) cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+等 G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng) G蛋白、PKA、PKG、PKC和TPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)等小分子氣體物質(zhì) NO、CO 生物工程學(xué) 到70年代，重組DNA技術(shù)（Recombinant DNA technology）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(guò)程。這個(gè)技術(shù)的規(guī)?；凸?/p>

20、業(yè)化，就是基因工程，也稱遺傳工程（Genetic engineering）。 以基因工程技術(shù)為核心，與現(xiàn)代發(fā)酵工程、細(xì)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(xué)（Biotechnology），已經(jīng)和正在展現(xiàn)出其推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展的巨大潛力。 遺傳工程的工廠4.與動(dòng)物生產(chǎn)和健康的關(guān)系生物化學(xué)是生物科學(xué)，如農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、畜牧、獸醫(yī)、水產(chǎn)等的基礎(chǔ)學(xué)科之一。現(xiàn)代生物化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)作為通用的“語(yǔ)言”與有力的“工具”被廣泛用于生命科學(xué)的表述和研究之中。與動(dòng)物生理學(xué)、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、動(dòng)物遺傳學(xué)、動(dòng)物繁殖學(xué)、藥理學(xué)、動(dòng)物病理學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)、動(dòng)物疾病診斷學(xué)等學(xué)科有著不可分割的聯(lián)系，因此學(xué)習(xí)

21、和掌握生物化學(xué)的知識(shí)對(duì)于從事動(dòng)物生產(chǎn)和動(dòng)物健康事業(yè)十分重要。 闡明動(dòng)物新陳代謝活動(dòng)的規(guī)律 生理學(xué)、營(yíng)養(yǎng)學(xué) 培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的畜禽品種 遺傳育種 藥物的作用機(jī)理研究和新藥的研發(fā) 藥理學(xué)、毒理學(xué) 疾病的發(fā)生和發(fā)展機(jī)理 病理學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué) 動(dòng)物疫病的診療與防治 臨床病理與臨床診斷學(xué)生物化學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系數(shù)學(xué)化學(xué)生物化學(xué)生物學(xué)Title in here信息科學(xué)Title in here物理學(xué)Title in here分子生物學(xué)1.生物化學(xué)與分子生物學(xué)是生物學(xué)的最深層次；2.生物化學(xué)與分子生物學(xué)是化學(xué)的最高層次；3.生物化學(xué)與分子生物學(xué)為農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)和食品科學(xué)提供理論依據(jù)和研究手段；4.物理學(xué)、信息科

22、學(xué)和數(shù)學(xué)為生物化學(xué)與分子生物學(xué)提供研究手段。教學(xué)安排與要求（1）教材 動(dòng)物生物化學(xué)（第四版）（2）學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)理論，26學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)（3）課外自習(xí)（4）輔導(dǎo)與答疑（5）考試方式：閉卷考試生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法 記憶理解聯(lián)系注重學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法和科學(xué)技能注重與數(shù)理化特別是化學(xué)的聯(lián)系注重與生物功能的聯(lián)系結(jié)構(gòu)性質(zhì)功能注重實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的培養(yǎng)興趣是最好的老師實(shí)驗(yàn)主要參考書及期刊鄒思湘：動(dòng)物生物化學(xué)王鏡巖：生物化學(xué)第三版 鄭集：生物化學(xué)第三版CellNatureScience 參考書王鏡巖，朱圣庚，徐長(zhǎng)法. 生物化學(xué)（第三版）. 北京：高等教育出版社，20022. 汪玉松，鄒思湘，張玉靜. 現(xiàn)代動(dòng)物生物化學(xué)（第三版）. 北京： 高等教育出版社，20054. DL Nelson，MM Cox. Lehninger Principles of Biochemistry（3rdedition）. 2000，Worth Publisher5. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry (4th edition ), 2002 , Freeman 課外閱