1、动物生物化学动物生物化学Animal Biochemistry 菏泽学院动物科学系菏泽学院动物科学系 本章主要内容：本章主要内容：4 生物化学的概述生物化学的概述4 生物化学研究的内容生物化学研究的内容4 生物化学的发展历史与现状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与动物生产和动物健康的关系 第一节、生物化学概述第一节、生物化学概述一、一、生物化学的定义：生物化学的定义：生物化学生物化学（biochemistry）：是从分子水平上阐明生命有机体是从分子水平上阐明生命有机体 化学本质的一门学科。化学本质的一门学科。二、生物化学的分类：二、生物化学的分类：基础生物化学：基础生物化
2、学：动物生物化学动物生物化学、植物生物化学、植物生物化学、微生物生物化学等。微生物生物化学等。应用生物化学：医学生化、农业生化、工业生化、环境生化应用生物化学：医学生化、农业生化、工业生化、环境生化 和营养生化等。和营养生化等。三、三、生物化学是非常有趣的科学：生物化学是非常有趣的科学：从低等生物从低等生物 到高等生物生成乳酸的过程完到高等生物生成乳酸的过程完全相同。全相同。从低等生物从低等生物 到高等生物生成蛋白质所用的到高等生物生成蛋白质所用的密码基本相同。密码基本相同。从低等生物从低等生物 到高等生物构成蛋白质的氨基到高等生物构成蛋白质的氨基酸酸2020种种 人和大猩猩的基因相差人和大猩
3、猩的基因相差2%2%，和小鼠相差，和小鼠相差1%1%。四、生物化学是非常重要的科学：四、生物化学是非常重要的科学：各种动物和人的所有疾病均与生化有关。各种动物和人的所有疾病均与生化有关。有关生命三大奥秘的探索需有生物化学来有关生命三大奥秘的探索需有生物化学来完成。完成。生命的起源。生命的起源。生命的老化。生命的老化。思维、学习、记忆。思维、学习、记忆。有关生命的起源有三个主要学说有关生命的起源有三个主要学说 认为生命来自超自然的力量，当然是神，认为生命来自超自然的力量，当然是神，上帝。上帝。认为地球上的化学物质进化的结果。认为地球上的化学物质进化的结果。外星球起源学说。外星球起源学说。第二节、
4、生物化学研究内容第二节、生物化学研究内容一、一、生物体的物质组成及其结构和功能生物体的物质组成及其结构和功能 生物大分子是由小分子单体聚合而成的多聚体。如氨生物大分子是由小分子单体聚合而成的多聚体。如氨基酸基酸蛋白质、核苷酸蛋白质、核苷酸核酸、葡萄糖核酸、葡萄糖淀粉等。生物淀粉等。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。质运输、代谢调节、贮存、传递与表达遗传信息等。它它们复杂的空间结构是其功能的化学基础。们复杂的空间结构是其功能的化学基础。蛋白质、核酸和多糖蛋白质、核酸和多糖 生物大分子生
5、物大分子 、生物信息分、生物信息分子物质的组成、结构与化学性质等子物质的组成、结构与化学性质等 静态生物化学静态生物化学N2CO2H2O 单单 体体生物大生物大分分 子子细胞器细胞器细胞细胞细细胞胞二、二、物质代谢及其代谢调节物质代谢及其代谢调节 动态生物化学动态生物化学物质在体内的代谢变化物质在体内的代谢变化规律、能量代谢及其代谢调节是生物化学规律、能量代谢及其代谢调节是生物化学的中心内容的中心内容 合成代谢（合成代谢（anabolismanabolism）：）：将小分子的前体（将小分子的前体（precursorprecursor）经）经过特定的代谢途径构建成较大的分子，并且消过特定的代谢途
6、径构建成较大的分子，并且消 耗能量。耗能量。分解代谢（分解代谢（catabolismcatabolism）：）：将较大的分子经过特定的代谢将较大的分子经过特定的代谢途径，途径，分解成小的分子并且释放出能量。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，物质代谢与能量代谢相伴随。在这个过程中，ATPATP（三磷酸腺苷）（三磷酸腺苷）是能量转换和传递的中间体。是能量转换和传递的中间体。三、组织和器官机能的生物化学 物质代谢变化与生理机能的关系物质代谢变化与生理机能的关系机能生物化学。机能生物化学。生命有机体是一个统一协调的整体。生命有机体是一个统一协调的整体。任何组织器官的
7、形态结构、代谢方式都是以其化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。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。生物化学的研究目的之一。四、基因表达及其调控 DNA RNA Pr 基因：基因：携带一定遗传信息的特定携带一定遗传信息的特定DNA片断以及相关的片断以及相关的 调控序列调控序列.五、专题
8、生化 肝胆生化、水盐代谢和酸碱平衡等。肝胆生化、水盐代谢和酸碱平衡等。转录转录 翻翻译译第三节、生物化学的发展历史和现状第三节、生物化学的发展历史和现状一、一、历史回顾历史回顾 初期：初期：18世纪中叶世纪中叶20世纪初。主要研究世纪初。主要研究生物体的化学组成。生物体的化学组成。成长：成长：20世纪初世纪初50年代，主要研究生物年代，主要研究生物体内物质的转变体内物质的转变新陈代谢。新陈代谢。发展：发展：1955至今分子生物学时代，生物至今分子生物学时代，生物活动的本质。活动的本质。我国生物化学的发展我国生物化学的发展 公元前公元前2222世纪的夏朝（杜康世纪的夏朝（杜康可能可能是夏代的第六
9、世君王少康是夏代的第六世君王少康）就知道造）就知道造酒。酒。公元前公元前12 12世纪已会发酵制酱。世纪已会发酵制酱。公元前公元前4 4世纪用海藻酒治疗瘿病（甲状世纪用海藻酒治疗瘿病（甲状腺肿大）腺肿大）科学的发展也不是单枪匹马的，多学科的互相交叉与渗透、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。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、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（超离心（ultra-centrifugation）、色谱（）、色谱（ch
10、romatography）、同）、同位素示踪（位素示踪（isotope tracing）、）、X-射线衍射（射线衍射（X-ray reflection）、）、质谱（质谱（mass chromatography）以及核磁共振（）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。）等技术都为现代生物化学的发展作出了重要贡献。1828年，德国化学家维勒(F.Wohlen，18001882)用人工合成的方法用无机物（氰酸铵）合成了哺乳动物的代谢产物尿素，说明了生命的产物和无机化合物一样，都可以离开“生命力”在体外合成。这是对生命力学说这是对
11、生命力学说的有力冲击。的有力冲击。维勒使用的实验室 19041904年克努普年克努普(F.Knoop)(F.Knoop)德德国生物化学家提出了脂国生物化学家提出了脂肪酸体内氧化的肪酸体内氧化的“氧化学说氧化学说”。英国化学家桑格尔(F.Sanger)用1945年至1955年的十年时间，完成了牛胰岛素的氨基酸组成结构的分析，这是第一个蛋白质组成结构的分析。H.A.克雷布斯H.Krebs（19001981）德裔英国生物化学家，1930年发现了哺乳动物体内尿素合成的途径（鸟氨酸循环）。1937年又提出了三羧酸循环理论，并解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、蛋白质的相互联系及相互转变机理。于19
12、53年获诺贝尔奖。FA李普曼(18991986)德裔美国生物化学家。1945年发现并分离出辅酶A，证明其对生理代谢的重要性,于1953年获诺贝尔奖。辅酶A可用于治疗代谢失调引起的疾病。1953年沃森（J.D.Watson 美国美国）和克里克（F.H.C.Crick英国英国）提出了DNA双螺旋三维结构模型。这一模型的建立，揭开了生物遗传信息传递的秘密，从遗传物质结构变化的角度解释了遗传性 状突变的原因，并标志着遗传学完成 了由“经典”向“分子”时代的过渡。1953年年Watson 和和Crick描绘出了描绘出了DNA的双螺旋结构的双螺旋结构模型模型，这在生命科，这在生命科学发展历史上是一学发展历
13、史上是一个具有里程碑意义个具有里程碑意义的重大事件的重大事件。生命科学从此进生命科学从此进入了分子生物学新入了分子生物学新时代。时代。悼念克里克悼念克里克1953年年4月月25日，克里克和沃森日，克里克和沃森合作在顶级的合作在顶级的自然自然杂志上发杂志上发表了一篇名为表了一篇名为“核酸的分子结构核酸的分子结构-DNA的一种可能结构的一种可能结构”的论文的论文 罗莎琳 富兰克林 罗莎琳埃尔西富兰克林（Rosalind Elsie Franklin，1920年7月25日1958年4月16日），是一位英国物理化学家与晶体学家。她所做的研究，专注于DNA、病毒、煤炭与石墨等物质的结构。其中她所拍摄的D
14、NA晶体衍射图片“照片51号”，以及关于此物质的相关数据，是詹姆斯华生与佛朗西斯克里克解出DNA结构的关键线索 1965年9月17日，在中国首次人工合成胰岛素。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。中国科学家研制人工合成牛胰岛素中国科学家研制人工合成牛胰岛素 尼伦伯格尼伦伯格MarshallNireaberg（美国人）破译（美国人）破译遗传密码遗传密码1968年获年获诺贝尔生理医学奖诺贝尔生理医学奖 用大肠杆菌破碾碎，用大肠杆菌破碾碎，得到蛋白质合成反得到蛋白质
15、合成反应液。应液。UUU苯丙氨酸苯丙氨酸 AAA赖氨酸赖氨酸 CCC脯氨酸脯氨酸 1978年F.Sanger提出了末端终止法测定核苷酸顺序 1982年塞克（T.R.Cech）等在四膜虫中发现了具有催化活性的RNARibozyem 2019年英国I.Wilmut维尔穆特等运用羊的体细胞（乳腺细胞）繁育出了第一只克隆羊多莉 克隆人耳鼠 “人类基因组计划人类基因组计划”（human genome human genome projectproject，HGPHGP）历经）历经1010个年头，在进入本世纪后个年头，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、不久宣布完成，人类基因组的解读
16、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。科学家已绘制出家已绘制出4040余种生物的基因组图谱，基因组的余种生物的基因组图谱，基因组的研究将进入功能基因组（研究将进入功能基因组（functional genomicsfunctional genomics）阶段，即确定基因结构与功能的应用阶段。阶段，即确定基因结构与功能的应用阶段。二、二、生物化学的前景和现状生物化学的前景和现状 遗传信息的基本单位遗传信息的基本单位基因（基因（genegene）基因是在染色体上占有一定位置的遗传单位，从分子水平看，基因是基因是在染色体上占有一定位置的遗传单位，
17、从分子水平看，基因是DNA分子的一个片段。其储存有遗传信息，可以准确的复制，也可发生分子的一个片段。其储存有遗传信息，可以准确的复制，也可发生突变，并可经过转录和翻译控制蛋白质的合成，从而表达各种遗传性状。突变，并可经过转录和翻译控制蛋白质的合成，从而表达各种遗传性状。在一种细胞内存在的全部蛋白质称为蛋白质组。在特定时间、特定环在一种细胞内存在的全部蛋白质称为蛋白质组。在特定时间、特定环境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白质为功能蛋白质组境和实验条件下基因组活跃表达的蛋白质为功能蛋白质组(Functiond Proteome)，蛋白质组和功能蛋白质组是生命科学的新的研究内容，蛋白质组和功能蛋白质
18、组是生命科学的新的研究内容(对象对象)。基因组基因组(genemo)(genemo)蛋白质组（蛋白质组（proteomeproteome）基因组是指人体所有遗传信息的总和，携带有细胞或生物机体的基因组是指人体所有遗传信息的总和，携带有细胞或生物机体的一整一整套遗传指令套遗传指令的核酸量称为基因组。的核酸量称为基因组。二十世纪三大计划二十世纪三大计划 1942年6月开始实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划，亦称曼哈顿计划，历时3年，耗资20亿美元，于1945年7月16日成功地进行了世界上第一次核爆炸。阿波罗计划引（Apollo Project），又称阿波罗工程，是美国从1961年到1972年从
19、事的一系列载人登月飞行任务。6次11年二十世纪三大计划二十世纪三大计划 20 20世纪世纪9090年代，由国际合作年代，由国际合作组织包括有美、英、日、中组织包括有美、英、日、中、德、法等国参加进行了人、德、法等国参加进行了人体基因作图，测定人体体基因作图，测定人体2323对对染色体由染色体由3 3109109核苷酸组成的核苷酸组成的全部全部DNADNA序列，于序列，于20002000年完成年完成了人类基因组了人类基因组“工作框架图工作框架图“人类基因组计划人类基因组计划”(Human(Human Genome ProjectGenome Project，HGP)HGP)历经历经10 10年年
20、时间完成。时间完成。二十世纪三大计划二十世纪三大计划HGP将给人类带来的好处将给人类带来的好处 1、将带动一场医学革命、将带动一场医学革命 用基因图谱看病用基因图谱看病 基因药物治病基因药物治病 基因检测预防隐患基因检测预防隐患 基因治疗疾病基因治疗疾病2、获取了操纵生命的工具、获取了操纵生命的工具 控制生命的孕育控制生命的孕育优生优育优生优育 延长人的寿命延长人的寿命 选择最佳生活环境选择最佳生活环境3、得以进行精确的个体鉴定、得以进行精确的个体鉴定 基因身份证基因身份证 生物考古生物考古4、将带来、将带来巨大的商机巨大的商机 生物制药生物制药 器官培植器官培植HGP HGP 可能给人类带来
21、的隐患可能给人类带来的隐患 社会平等与基因歧视社会平等与基因歧视 科技进步与基因技术滥用科技进步与基因技术滥用 社会公正与基因成果利益的均等分配社会公正与基因成果利益的均等分配 技术的不确定性和基因安全技术的不确定性和基因安全 生物工程学生物工程学 到到70年代，重组年代，重组DNA技术（技术（Recombinant DNA technology）诞生，）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（规模化和工业化，就是基因工程，也称遗传工程（Genetic engine
22、ering）。）。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、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（酶工程、蛋白质工程等集合而成的生物工程学（Biotechnology），已），已经和正在展现出其推动生产力发展的巨大潜力。经和正在展现出其推动生产力发展的巨大潜力。遗传工程的工厂遗传工程的工厂第四节、与动物生产和健康的关系第四节、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础学
23、科之一。现代生物化学的理论和实验方法已经作为通用的“语言语言”与有力的与有力的“工具工具”被广泛用于生命科学的表述和研究之中。它与动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。业十分重要。v 阐明动物新陈代谢活动的规律阐明动物新陈代谢活动的规律 生理学、营养学生理学、营养学v 培养优质高产的畜禽品种培养优质高产的畜禽品种 遗传育种遗传育种v 药物的作用机理研究和新药的研发药物的作用机理研究和新药的研发 药理学、毒理学药理学、毒理学v 疾病的发生和发展机理疾病的发生和发展机理 病理学、免疫学、微生物学病理学、免疫学、微生物学v 动物疫病的诊疗与防治动物疫病的诊疗与防治 临床病理与临床诊断学临床病理与临床诊断学
