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1、動 物 生 物 化 學(xué)Animal Biochemistry 國 家 級 精 品 課 程 江 蘇 省 高 校 教 學(xué) 名 師 、 動 物 生 物 化 學(xué) （ 第 4版 ） 主 編 鄒 思 湘 教 授 、 博 士 生 導(dǎo) 師 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 動 物 醫(yī) 學(xué) 院 基 礎(chǔ) 獸 醫(yī) 系 逸 夫 樓 3011， 電 話 ： 84396763 本 章 主 要 內(nèi) 容 ：4 生 物 化 學(xué) 的 概 述4 生 物 化 學(xué) 研 究 的 內(nèi) 容4 生 物 化 學(xué) 的 發(fā) 展 歷 史 與 現(xiàn) 狀4 與 動 物 生 產(chǎn) 和 動 物 健 康 的 關(guān) 系 1.生 物 化 學(xué) 概 述1.1 生 物 化 學(xué) 的 定

2、義 ： 生 物 化 學(xué) （ biochemistry） ： 是 從 分 子 水 平 上 闡 明 生 命 有 機 體 化 學(xué) 本 質(zhì) 的 一 門 學(xué) 科 。1.2 生 物 化 學(xué) 的 分 類 ： 根 據(jù) 研 究 對 象 分 為 ： 動 物 生 物 化 學(xué) 、 植 物 生 物 化 學(xué) 、 微 生 物 生 物 化 學(xué) 等 。 根 據(jù) 研 究 目 的 分 為 ： 醫(yī) 學(xué) 生 化 、 農(nóng) 業(yè) 生 化 、 工 業(yè) 生 化 、 環(huán) 境 生 化 和 營 養(yǎng) 生 化 等 。 2.生 物 化 學(xué) 研 究 內(nèi) 容2.1 關(guān) 于 生 命 有 機 體 的 化 學(xué) 組 成 、 生 物 分 子 ， 特 別 是生 物 大 分

3、 子 （ biological macromolecule） 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 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) 。 N2CO2H2O 單 體生 物 大分 子超 分 子復(fù)

4、合 體細(xì) 胞和 細(xì)胞 器細(xì)胞 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） ， 也 就 是 細(xì) 胞 中 進 行 的 化 學(xué) 過 程 合 成 代 謝 （ anabolism） ： 將 小 分 子 的 前 體 （ precursor） 經(jīng) 過 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 特 定 的 代 謝 途 徑 ， 分 解 成 小 的 分 子 并 且 釋 放 出 能 量 。 物

5、 質(zhì) 代 謝 與 能 量 代 謝 相 伴 隨 。 在 這 個 過 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 能 的 生 物 化 學(xué) 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(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 動 物 組 織 器 官 的 生 理 機 能 ， 認(rèn) 識 它 們 之 間

6、的 聯(lián) 系 、 認(rèn) 識 它們 與 環(huán) 境 互 作 的 機 制 ， 也 是 動 物 生 物 化 學(xué) 的 研 究 目 的 之 一 。 3.生 物 化 學(xué) 的 發(fā) 展 歷 史 和 現(xiàn) 狀3.1 歷 史 回 顧 我 國 古 代 對 于 生 物 化 學(xué) 的 發(fā) 展 有 重 要 的 貢 獻 。 科 學(xué) 發(fā) 展 的 道 路 不 是 平 坦 的 ， 人 們 對 事 物 的 認(rèn) 識 在 正 確 與 錯 誤 ，真 理 與 謬 誤 的 斗 爭 中 前 進 ， 生 物 化 學(xué) 的 發(fā) 展 也 不 例 外 。 Friedrich Wohler， Eduard 和 Hans Buchner 弟 兄 以 及 J. Sumn

7、er 等 與 “ 生 機 論 （ vitalism） ” 的 謬 論 進 行 了 長 期 的 爭 論 ， “ 生 機 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 驗 手 段 的 進 步 推 動 和 加 速 了 科 學(xué) 進 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 （ chromatography） 、 同位 素 示 蹤

8、（ 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 。 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 具 有 里 程 碑 意 義的 重 大 事 件 。 生 命 科 學(xué) 從 此 進入 了 分 子 生 物 學(xué) 新時 代 。 悼念克里

9、克 生 物 化 學(xué) 與 分 子 生 物 學(xué) 都 以 從 分 子 水 平 上 認(rèn) 識生 命 、 詮 釋 生 命 為 目 標(biāo) 。 廣 義 地 說 ， 兩 者 沒 有 截 然的 區(qū) 別 。 只 是 前 者 注 重 生 命 有 機 體 的 化 學(xué) 過 程 ， 后者 更 強 調(diào) 生 物 分 子 的 結(jié) 構(gòu) 與 功 能 ， 尤 其 是 在 遺 傳 分子 核 酸 方 面 。 3.2 生 物 化 學(xué) 的 前 景 和 現(xiàn) 狀 目 前 ， 有 關(guān) 生 物 化 學(xué) 的 研 究 主 要 集 中 在 以 下 幾 個 方 面 ： F 生 物 大 分 子 的 結(jié) 構(gòu) 、 功 能 與 相 互 作 用 F 基 因 組 學(xué) 和

10、蛋 白 質(zhì) 組 學(xué) F 基 因 表 達(dá) 的 調(diào) 節(jié) F 細(xì) 胞 信 號 的 傳 導(dǎo) F 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 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 證 ， 另 一 方 面 ， 人 們 對 生 命 有 機 體 中 化 學(xué) 過 程 的 認(rèn) 識 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 方 面 融 入 了 生 命 科 學(xué) 發(fā) 展 的 主 流 當(dāng) 中 。 v 生

11、 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 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 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 制 ； 核 酸 與 蛋 白 質(zhì)

12、 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 v 基 因 組 學(xué) 和 蛋 白 質(zhì) 組 學(xué) “人 類 基 因 組 計 劃 ” （ human genome project， HGP） 歷 經(jīng) 10個 年頭 ， 在 進 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

13、。 科 學(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 入 功 能 基 因 組 （ functional genomics） 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 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 、 計算 機 圖 象 分 析 、 質(zhì) 譜 、 氨 基 酸 測 序 和 生 物 信 息 學(xué) 結(jié) 合 起 來 ， 高 通 量 地 、

14、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(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 v 基 因 表 達(dá) 的 調(diào) 節(jié) 1960年 ， F.Jacob和 J.Monod發(fā) 現(xiàn) 細(xì) 菌 利 用 乳 糖 時 ， 相 關(guān) 酶 的 基 因表 達(dá) 時 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 基 因 表 達(dá)

15、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 涉 及 核 小 體 的 重 構(gòu) 、 組 蛋 白 的 乙 酰 化 、DNA的 甲 基 化 等 化 學(xué) 修 飾 和 DNA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(xué) 修 飾 等 各 個 層 次 上 進行 。 這 一 領(lǐng) 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 。 v 細(xì) 胞 信 號 的 傳 導(dǎo)

16、第 二 信 使 學(xué) 說 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 轉(zhuǎn) 導(dǎo) 系 統(tǒng) 等小 分 子 氣 體 物 質(zhì) NO、 CO v 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 程 。 這 個 技 術(shù) 的規(guī) 模 化 和 工 業(yè) 化 ， 就 是 基 因 工 程 ， 也 稱 遺 傳 工 程 （ Genetic engineerin

17、g） 。 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 生 產(chǎn) 力 發(fā) 展 的 巨 大 潛 力 。 遺 傳 工 程 的 工 廠 4.與 動 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 驗 方 法 已 經(jīng)

18、 作 為 通 用 的 “ 語 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 。 它 與 動物 生 理 學(xué) 、 動 物 營 養(yǎng) 學(xué) 、 動 物 遺 傳 學(xué) 、 動 物 繁 殖 學(xué) 、 藥 理 學(xué) 、 動 物 病理 學(xué) 、 微 生 物 學(xué) 、 免 疫 學(xué) 、 動 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) 和 掌 握 生 物 化 學(xué) 的 知 識 對 于 從 事 動 物 生 產(chǎn) 和 動 物 健 康 事業(yè) 十 分 重 要 。 v 闡 明 動 物 新 陳 代 謝 活 動 的 規(guī) 律 生 理 學(xué) 、

19、營 養(yǎng) 學(xué)v 培 養(yǎng) 優(yōu) 質(zhì) 高 產(chǎn) 的 畜 禽 品 種 遺 傳 育 種v 藥 物 的 作 用 機 理 研 究 和 新 藥 的 研 發(fā) 藥 理 學(xué) 、 毒 理 學(xué)v 疾 病 的 發(fā) 生 和 發(fā) 展 機 理 病 理 學(xué) 、 免 疫 學(xué) 、 微 生 物 學(xué)v 動 物 疫 病 的 診 療 與 防 治 臨 床 病 理 與 臨 床 診 斷 學(xué) 教 學(xué) 安 排 與 要 求（ 1） 教 材 動 物 生 物 化 學(xué) （ 第 四 版 ）（ 2） 學(xué) 時 ： 54小 時（ 3） 課 外 自 習(xí)（ 4） 輔 導(dǎo) 與 答 疑（ 5） 考 試 方 式 參 考 書1. 王 鏡 巖 ， 朱 圣 庚 ， 徐 長 法 . 生

20、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 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（ 3 rd edition） . 2000， Worth Publisher5. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry (4th edition ), 2002 , Freeman 本 章 結(jié) 束