动物生物化学--绪论课件

1953年Watson和Crick描绘出了 DNA的双螺旋结构模型，这在生命科学 发展历史上是一个具有里程碑意义的重 大事件 。生命科学从此进入了分子生物 学新wenku.baidu.com代。获1962年诺贝尔生理医学奖
Francis H Crick 英国 James D.Watson 美国
注重生命 有机体的 化学过程
强调生物分子的 结构与功能，尤 其是在遗传分子 核酸方面
1777年：Lavoisier呼吸和燃烧实验首先对此提出了挑战
1828年： Wohlen用无机物氰酸铵人工合 成了哺乳动物的代谢产物－尿素，向“活 力论”作出有力的冲击。
1896年：Buchner兄弟发现将蔗糖放入酵 母细胞汁液中，没有完整的酵母细胞，蔗 糖也能发酵，说明没有生命力也能发酵， 彻底地推翻了“活力论”。
适宜性和可获得性
组成生命体的生物大分子:
生物体干重的90%以上由生物大分子构成， 生物分子是生物体和生命现象的结构基础和 功能基础，是生物化学研究的基本对象。
生物大分子由相对简单的单体（构件分子） 通过聚合形成的高分子量的聚合物。是表现 生命特征的基本物质。最主要的是蛋白质、 核酸、多糖和脂类四类物质。
所有生物含有多种不同 种类的生物分子
生物的多样性
生物分子多 样性及其结 构复杂性
生物功能需要 细胞生命属性
物种特征
分子经济学原则
酶作为代谢反应催化剂
酶是催化细胞内大多数代谢反应的蛋白质。酶 催化的反应类型包含有生物分子的化学变化和 伴随的能量转移。
一个细胞内有数百种不同的酶促反应，通常它 们以2～20个反应步骤连接成专一的反应序列， 称之为代谢途径（metabolic pathways）。
四 与动物生产和健康的关系
① 阐明动物新陈代谢活动的规律
生理学、营养学
② 培养优质高产的畜禽品种
遗传育种
③ 生物化学是动物生产学的发展源泉
畜禽养殖学
阐明疾病的发生和发展机理
病理学、免疫学、微生物学
动物疫病的诊疗与防治
临床病理与临床诊断学
药物的作用机理研究和新药的研发
药理学、毒理学
五 生命的化学特征
由两个原子来分享一个氢原子，具有高度定 向性，一个是氢供体，另一个是氢受体
离子键（ionic bonds）
正、负电荷之间的静电引力
范德华力（Van der Waals bonds）
一定距离内（0.3~0.4nm）的一类原子之间通 过偶极发生的相互作用，本质上也是静电引 力，分子距离处于范德华半径时吸引力最大
重点、难点 5. 生物化学与分子生物学内容的有机结合
参考书目
❖ 《生物化学》龙良启主编 科学出版社 ❖ 《动物生物化学》（第四版）邹思湘主编 中国农业出版社 ❖ 《动物生物化学》（第三版）周顺伍主编 中国农业出版社 ❖ 王镜岩, 徐长法等《生物化学》第三版，高等教育出版社 ❖ 动物生物化学精要.题解.测试 刘维全 主编 化学工业出版社 ❖ ncbi.nlm.nih.gov ❖ expasy.org
疏水作用力（hydrophobic interaction）
非极性分子或基团在水相环境中相互吸引、 聚集的作用力
4 种非共价作用力的示意图
5. 水—生命的溶剂
• 水是生命有机体中含量最多的物质，一般占体 重的70%以上；
• 水有自由水和结合水，前者流动性大，含量可 变，后者主要存在在胶体中，相对稳定；
生长激素基因注入小鼠受精卵中培育出了“硕鼠”
抗老化转基因兰花
转基因荧光鱼
畜產系 鄭登貴 教授
转基因抗虫烟草
转基因羊
我国生物化学的开拓者-吴宪教授
1931第一个提出了蛋白 质变性理论。64年后(2019) 国际一流丛书《Advances in Protein Chemistry》重新刊 登了吴宪教授前关于蛋白质 变性的论文，是国际科学界 的一件极为罕见的大事。
（3）细胞是生命的基本单位
细胞是生物生命的结构与功能单位。活细胞
是由无生命的分子组成的，这些分子经过装 配、组织化、分子间相互作用而赋予细胞以 活的生命形式。
细胞是生物体进行各种生化反应、物质与能 量代谢、遗传等生理活动的场所。
元素（C、H、O、N、P、S） 前体（水、氨气、二氧化碳等） 构件分子 (核苷酸、氨基酸、单糖、脂肪酸等) 生物大分子 (核酸、蛋白质、多糖、脂类等) 超分子复合物 (核糖体、染色体、膜、微管等) 细胞器 (真核: 核、线粒体、叶绿体、高尔基体等)
（1）生物体内的化学反应遵循普通物理化学规律 （2）结构与功能的高度统一 （3）细胞是生命的基本单位 （4）生命在分子水平表现出相似性 （5）蛋白质与核酸在生命系统中的中心地位
4. 生物分子的特征
主要的生物分子由轻元素组成 生物大分子是含碳的化合物 生物大分子由单体组成 非共价键在生物分子结构中的重要性
再见
本章主要内容
生物化学概述 生物化学研究内容 生物化学发展简史 与动物生产和动物健康的关系 生命的化学特征
重点与难点：生物化学的定义、
研究内容和简史 生命的基本化学特征 生命化学的逻辑
一 生物化学概述
1. 生物化学的概念：
生命的化学
传统定义：运用化学、物理学和生物学的现 代理论和技术，研究生物体的物质组成与结 构、物质代谢与能量转变，以及这些变化与 生理机能之间关系的一门科学。
2. 生物化学的发展
第一阶段：静态生物化学阶段 第二阶段：动态生物化学阶段 第三阶段：分子水平研究阶段
静态生物化学阶段
大约从十九世纪到二十世纪初，主要完成了各种 生物体化学组成的分析研究，发现了生物体主要 由糖、脂、蛋白质和核酸四大类有机物质组成。
生物科学的活力论：生命过程由一种神秘的 超物质的生命力所支配。
细胞
细胞器 生物大分子 单体
细
NH3
胞
CO2
H2O
生命物质的结构包括：构成生命的元素、生物小分子、生物大 分子、亚细胞、细胞、组织、器官、生命有机体等８个层次。
物质代谢和能量代谢
生 物
合成代谢
小分子合成大分子
体 （同化作用） 内 新
需要能量 能 物 量质 代代
陈 代
分解代谢
释放能量 谢 谢
谢 （异化作用） 大分子分解成小分子
1. 生物体的化学组成
所有生命体都有3中物质组成：水、无机盐离子、生物大分子
2. 生命的基本化学特征
所有生物含有多种不同种类的生物分子 所有生物都是一个复杂和高度组织化的
分子系统 所有生物要求酶作为代谢反应催化剂 所有生物都需要能量供应 所有生物的遗传信息都编码在基因中
3. 生命化学的逻辑
• 水分子是极性分子，既是氢键的受体，又是氢 键的供体。水分子的极性和形成氢键的能力使 其具有高度反应性，直接参与许多的代谢反应， 没有水就没有生命。
学习生物化学的五个基本原则：
1. 学会抽象思维 2. 理解与记忆并重，更着重对生化内容的理解 3. 加强各章内容的前后联系与综合思考 4. 在全面复习的基础上要抓住各章基本要求与
代表性的成就：
• 1944年 Avery等人首次证明DNA是遗传物质 • 1945年 Sanger完成牛胰岛素序列分析 • 1950年 Chargaff发现碱基互补配对法则A=T G=C • 1953年 Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构 • 1958年 遗传中心法则（Crick) • 1960年 Jacob和Monod创立操纵子学说 • 1966年 遗传密码破译 • 1982年 Palmiter 转基因技术 • 1990年 人类基因组计划开始实施
三 生物化学发展简史
1. 生物化学的萌芽 2. 生物化学的发展
1. 生物化学的萌芽
生物化学产生前时期，最早可追溯到 离现在4000多年前（经验观察阶段）：
公元前22世纪 夏禹时代 酿酒 公元前12世纪 商周时代 制酱、制醋 公元4世纪 葛洪 海藻治疗瘿病（地方性甲状腺肿） 唐代孙思邈 米糠熬粥治疗脚气病 猪肝治疗夜盲症 明代李时珍 《本草纲目》
德国化学家李比希 （J.Liebig, 1803-1873）
Krebs等1937发现尿素合 成的鸟氨酸循环，提出了 各种化学物质的中心环节 发现三羧酸循环，1953年 获得诺贝尔奖。
Krebs，英国生物学家
分子的或综合生物化学发展时期
（二十世纪中叶~至今，分子水平阶段）
主要研究工作就是探讨各种生物大分 子的结构与其功能之间的关系。如生命的 本质和奥秘：运动、神经、内分泌、生长、 发育、繁殖等分子机理。
细胞
（4）生命在分子水平表现出相似性
整体水平差异和生物化学类似性的辩证 统一是生物的特征。
相似性
所有生物都使用相同构件去构造大分子 相同种类重要的生物分子在功能上是一致的 相同功能生物分子精细结构的类似性 基本代谢过程的类似性 生物使用相同的能量物质ATP 所有生物的信息传递方式是一样的 编码基因的遗传密码也基本上是通用的
生物大分子是由其构件分子（单体）聚合形成的多聚物。 构件分子包括：20种氨基酸、2 种糖、脂肪酸、甘油、胆碱、 5 种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）
生物分子中的化学键:
在生物大分子之间主要存在的非共价相互作用 力包括氢键、离子键、范德华力、疏水作用力。
氢键（hydrogen bonds）
生命的新陈代谢反应过程也能在体外 进行研究，生物化学进入发展的新时代。
动态生物化学阶段
从二十世纪初到二十世纪中叶。此阶 段以物质和能量代谢为主要研究内容，研 究生物组成物质的代谢变化、生物活性物 质在代谢中的作用，以及代谢过程中的能 量变化。弄清了生物体内各种主要化学物 质的代谢途径 。
19世纪末，首 次提出了新陈 代谢一词。
组成生命体的元素：
• C、H、O、N四种元素是组成生命体最基本的 元素，占生物体总质量的99%以上；
• S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg是组成生命体的 主要元素。
• Fe、Cu、Co、Mn和Zn是生物体内存在的主 要少量元素，另外还有Al、As、B、Br、Cr、 F、Ga、I、Mo、Se、Si等。
现代定义：在分子水平上研究生物体的化学 本质及生命活动过程中化学变化规律的科学。
2. 生物化学的分类
人体生化
微
生 物 生
研究对象
植 物 生 化
化
动物生化
环境、营养生化
工 业
研究目的
农 业
生
生
化
化
医学生化
二 生物化学研究内容
研究生命有机体的化学组成、生物分子，特 别是生物大分子的结构、相互关系及其功能。 研究生物体内物质代谢（新陈代谢）、能量转 变及其调控机理。 研究生物体遗传的物质基础，基因信息传递、 表达及其调控规律。