1、動(dòng) 物 生 物 化 學(xué) Zoic Biochemistry,課 程 介 紹Introduction of curricula,一、課程性質(zhì)與學(xué)習(xí)目標(biāo),課程性質(zhì) 生物化學(xué)是在分子水平上闡明生命現(xiàn)象的科學(xué) 生物化學(xué)是動(dòng)物科學(xué)和水產(chǎn)養(yǎng)殖專業(yè)的重要基礎(chǔ)課（專業(yè)必修課） 學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握動(dòng)物生物化學(xué)的基本理論和相應(yīng)的試驗(yàn)技能 了解生物化學(xué)研究領(lǐng)域的部分重大成果及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景 為學(xué)習(xí)其它專業(yè)知識(shí)并從事生產(chǎn)和科研工作奠定基礎(chǔ),動(dòng)物生物化學(xué)content,第一章 緒論 第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 第三章 酶 第四章 糖類代謝 第五章 生物氧化 第六章 脂類代謝 第七章 含氮小分子的代謝 第八章

2、 核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu) 第九章 核酸的生物學(xué)功能 第十章 生物膜結(jié)構(gòu)與功能,二、學(xué)時(shí)分配,本課程總參考學(xué)時(shí)數(shù) 80 學(xué)時(shí) 其中 理論講授50學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)30 學(xué)時(shí),三、課程考核方法,考試: 70分 課程論文：10分 課堂參與: 10 分 實(shí)驗(yàn): 10 分,第一章 緒 論 Chapter 1 Introduction,講授內(nèi)容,生物化學(xué)的概念 生物化學(xué)的主要內(nèi)容 生物化學(xué)的分支及與其它學(xué)科的關(guān)系 生物化學(xué)的發(fā)展史 生物化學(xué)的應(yīng)用 生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法,教學(xué)目標(biāo),掌握生物化學(xué)的概念和研究?jī)?nèi)容 了解生物化學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 了解生物化學(xué)在專業(yè)中所處的地位及在生產(chǎn)中的應(yīng)用前景,一、生物化學(xué)的概念,What is

3、Biochemistry?,生命的奧秘是什么？,動(dòng)物學(xué)、植物學(xué)、人類學(xué) 進(jìn)一步縮小分析 生理學(xué)、細(xì)胞學(xué),進(jìn)入分子原子領(lǐng)域,“看不見了” 提問：如何研究呢？ 化學(xué)、物理學(xué)的研究方法與手段 分離（有時(shí)需分解更小分子）、純化、化學(xué)物理分析（分子量、元素組成）,器官（肝臟）,消化系統(tǒng),肝臟 竇狀小管,肝細(xì)胞,細(xì)胞核,分子（DNA）,化學(xué),生物學(xué),生物化學(xué),Biochemistry 生物化學(xué)生命的化學(xué) 一門交叉學(xué)科,Biochemistry生物化學(xué)，由德國(guó)霍佩賽勒 (E.F.Hoppe - seyler, 1825-1895) 于1877年提出 生物化學(xué)是研究生命的化學(xué)的一門科學(xué)，簡(jiǎn)稱為生命的化學(xué) 生物

4、化學(xué)主要是應(yīng)用化學(xué)的理論和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。,What is Biochemistry,Biochemistry Seeks to Explain Life in Chemical Terms Chemical processes associated with living things. Biochemistry may be defined as the study of the molecular basis of life.,二、生物化學(xué)主要內(nèi)容Biochemical main content,靜態(tài)化學(xué) 生物大分子(包括蛋白質(zhì)、酶及核酸等)的分子結(jié)構(gòu)、主要理

5、化性質(zhì)，并在分子水平上闡述其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 動(dòng)態(tài)化學(xué) 物質(zhì)代謝(包括糖類、脂類及蛋白質(zhì))的代謝變化，重點(diǎn)闡述主要代謝途徑(減少逐步化學(xué)反應(yīng)的講解)、生物氧化與能量轉(zhuǎn)換、代謝途徑間的聯(lián)系以及代謝調(diào)節(jié)原理及規(guī)律 分子生物學(xué)基礎(chǔ) 闡明遺傳學(xué)中心法則所揭示的信息流向，包括DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄、翻譯及基因表達(dá)調(diào)控,1.靜態(tài)化學(xué),Biochemistry as a Biological ScienceDistinguishing Characteristics of Living Matter - Describe structure, organization, function of cells

6、in molecular termsStructural Chemistry,生物體的化學(xué)組成,所有生物體都由三類物質(zhì)組成 水 無機(jī)離子 生物分子,Chemical Elements of Living Matter,生物分子 / Biological Molecules,生物分子是生物體和生命現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和功能基礎(chǔ)，是生物化學(xué)研究的基本對(duì)象 生物分子的主要類型包括： Saccharide(糖)、lipids(脂)、Nucleic Acids(核酸)、protein(蛋白質(zhì)) 維生素、輔酶、激素、核苷酸和氨基酸等 生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白質(zhì)四類物質(zhì)，分子量一般都很大，所以又稱為

7、生物大分子,All Macromolecules Are Constructed from a Few Simple Compounds,生命的物質(zhì)組成,肽,核苷,多聚糖,磷脂酸,氨基酸,含N堿 核糖,葡萄糖,脂肪酸 甘油 膽堿,基本生物分子,4種生物大分子,蛋白質(zhì),核苷酸,多糖,脂類,多酶復(fù)合體 染色體 生物膜,細(xì)胞器,細(xì)胞,組織,器官,生物體,動(dòng)物植物微生物,4種生物高分子,2.動(dòng)態(tài)化學(xué),物質(zhì)的新陳代謝 Metabolism 物質(zhì)在體內(nèi)發(fā)生了什么變化？ 怎樣的變化？ 伴隨的能量是如何轉(zhuǎn)變（物質(zhì)代謝和能量代謝）？ 包括： （1）糖代謝 （2）脂代謝 （3）生物氧化 （4）氨基酸代謝 （5）核

8、苷酸代謝 代謝調(diào)節(jié) 復(fù)雜的生命現(xiàn)象是如何有條不紊進(jìn)行？ 是受到怎么樣 的精確調(diào)控的？ 物質(zhì)代謝是如何相互聯(lián)系的?,3.分子遺傳學(xué)基礎(chǔ) Molecular Genetics,從分子水平揭開生命遺傳的奧秘 DNA的生物合成 復(fù)制 RNA的生物合成 轉(zhuǎn)錄 蛋白質(zhì)的生物合成 翻譯,三、生物化學(xué)的分支、與其它學(xué)科的關(guān)系,1.生物化學(xué)的分支,動(dòng)物生化（zoic ）、植物生化（botanic ）、微生物生化（microbial ）、普通生化（general ） 進(jìn)化生化（Evolutional）或比較生化（Comparative ） 生理化學(xué)（physiological） 醫(yī)學(xué)生化（medicinal）、農(nóng)

9、業(yè)生化（agricultural）、工業(yè)生化（industrial）、 Cellular 細(xì)胞生物化學(xué)、Functional 機(jī)能生化, 功能生化、Marine 海洋生物化學(xué)、Molecular 分子生物化學(xué)、Radiation 輻射生物化學(xué)。,2.與有關(guān)科學(xué)的關(guān)系,包含、交叉、基礎(chǔ)、延伸 化學(xué)（chemistry） 生理學(xué)(physiology) 遺傳學(xué)(genetics) 生態(tài)學(xué)(ecology) 細(xì)胞生物學(xué)(cytobiology) 微生物學(xué)(microbiology) 分類學(xué)(taxolgy),四、生物化學(xué)發(fā)展史Biochemical Phylogeny,1. 早期萌芽階段 2.迅速發(fā)

10、展階段 3.分子生物學(xué)與基因工程階段,1.早期萌芽階段,經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、積累與應(yīng)用 我國(guó)遠(yuǎn)在公元前22世紀(jì)的夏禹時(shí)代就知道釀酒。 公元前12世紀(jì)“周禮”已有發(fā)酵制醬的記載。 公元前4世紀(jì)，莊子已記載有“瘦病”，即現(xiàn)代的地方性甲狀腺腫??；到公元4世紀(jì)時(shí)，葛洪已知用含碘豐富的海藻來治療。 我國(guó)早有記載，孫思邈(公元581682年)用米糠熬成的粥來治療腳氣病，用豬肝治療“雀目”。 從公元10世紀(jì)起，我國(guó)的學(xué)者已利用各種動(dòng)物器官來治療疾病,成為近代內(nèi)分泌學(xué)的開端。,2.迅速發(fā)展階段,以實(shí)證科學(xué)的方法進(jìn)行系統(tǒng)的研究 18世紀(jì)拉瓦錫進(jìn)行了動(dòng)物呼吸試驗(yàn) 19世紀(jì)：德國(guó)霍佩賽勒 (E.F.Hoppe - s

11、eyler, 1825-1895) 首創(chuàng)蛋白質(zhì)一詞，開始核酸的研究，創(chuàng)立生物化學(xué) 1897年布克納兄弟（Hans Buchner 和 Edward Buchner）用酵母胞液發(fā)酵蔗糖，徹底推翻了“活理論”，同時(shí)也打開了現(xiàn)代生物化學(xué)的大門 到20世紀(jì)50年代，生物化學(xué)中有關(guān)物質(zhì)代謝、能量代謝及維生素和相關(guān)營(yíng)養(yǎng)學(xué)等，都已經(jīng)搞得比較清楚。,3.分子生物學(xué)與基因工程階段,生物化學(xué)的領(lǐng)域向廣度和深度發(fā)展 1944年，艾弗里（O.Aery）、麥克勞德（C.Macleod）和麥卡蒂（M.McCarty）首次證明DNA是遺傳物質(zhì) 1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）提出了D

12、NA雙螺旋三維空間結(jié)構(gòu)模型 1962年Arber等人發(fā)現(xiàn)了限制性內(nèi)切酶，于70年代初出現(xiàn)了DNA重組技術(shù)，終于實(shí)現(xiàn)了改變生物的遺傳性狀的目的。在一定程度上使生物按人的意愿行事,1944年艾弗里（Avery）等從肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化因子是DNA（脫氧核糖核酸），而不是蛋白質(zhì)，接著又積累了大量事實(shí)，證明DNA是遺傳物質(zhì)。,1953 Determined the structure of DNA James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins , Rosalind Franklin,1954 Central dogma (Crick),4、生物化

13、學(xué)的成就,1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式 1958年，分子遺傳的中心法則 1970年，基因工程方法的建立 1981年，發(fā)現(xiàn)有催化功能的RNA（Ribozyme） 1985年，人類基因組作圖和測(cè)序計(jì)劃 1993年，P53被“Science”評(píng)為年度分子明星 1997年，第一只克隆羊誕生 1999年，干細(xì)胞的研究位列當(dāng)年科技重大突破首位 2000年，人類基因組作圖計(jì)劃即將完成 2002年，RNAi榮登重大科技突破榜首 2005年，觀察進(jìn)化發(fā)生位列科技突破首位,章首,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式,DNA分子結(jié)構(gòu)是由美國(guó)生物學(xué)家沃森（James Dewey Watson,1926）和英國(guó)生物物理學(xué)家克里克（

14、Francis Harry Compton Crick,1916）所確定的?？死锟擞?949年入劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)研究組。1951年沃森來到該研究所，克里克接受了他的觀點(diǎn)：了解DNA三維結(jié)構(gòu)即可明了它在遺傳中所起的作用。1953年，他們建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式,并跟已知的物理化學(xué)性質(zhì)相符合。這一發(fā)現(xiàn)成為分子生物學(xué)的里程碑。后來他們分享了62年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。,章首,節(jié)首,分子遺傳的中心法則,中心法則(central dogma)是指遺傳信息的流向所遵循的法則。Crick提出，在DNA分子可以自我復(fù)制（replication）傳給子代的基礎(chǔ)上，遺傳信息可以從DNA傳遞給RNA（稱為

15、轉(zhuǎn)錄transcription）再從RNA傳遞給蛋白質(zhì)（稱為翻譯translation），這是遺產(chǎn)信息流所遵循的中心法則。 Temin又證實(shí)RNA也可以是遺傳信息的攜帶者，即DNA以RNA為模板反向轉(zhuǎn)錄合成，再推動(dòng)RNA的合成及蛋白質(zhì)的合成。,章首,節(jié)首,圖片,分子遺傳的中心法則,章首,節(jié)首,基因工程方法的建立,1970年，Temin和Baltimore從雞肉瘤病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶。 Smith和Wilcox在E.coli中發(fā)現(xiàn)芽豆類限制性內(nèi)切酶,由此為基因工程方法的建立打下了基礎(chǔ)。,章首,節(jié)首,Ribozyme,章首,節(jié)首,1978年，Altman在提純RNAaseP時(shí)發(fā)現(xiàn)，此酶由蛋白質(zhì)和一個(gè)

16、RNA片段組成，單獨(dú)的RNA能完成對(duì)前體tRNA的剪切，而單獨(dú)的蛋白質(zhì)卻無此能力。1981年，Cech在研究四膜蟲前體rRNA的加工過程中發(fā)現(xiàn)，在沒有蛋白質(zhì)存在的情況下，一段RNA序列（IVS）能進(jìn)行自動(dòng)剪切，生成L-19IVS。后者在離體條件下能催化五聚胞嘧啶核苷酸的合成。由此提出了具有催化功能的核酸（Ribozyme）的概念。 Ribozyme的提出為解決人類的起源問題提供了一種新的假說，為此，Cech與Altman共同獲得了1989年化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。,“人類基因組作圖和測(cè)序”計(jì)劃,1985年，美國(guó)科學(xué)家率先提出“人類基因組測(cè)序和作圖”計(jì)劃（簡(jiǎn)稱HGP）。國(guó)際合作始于1990年 該計(jì)劃的核心

17、就是測(cè)定人類基因組的全部DNA序列，從整體上破譯人類遺傳信息，以使人類能在分子水平上全面地認(rèn)識(shí)自我。 HGP的精神是：全球共有，國(guó)際合作。即時(shí)公布，免費(fèi)共享。,章首,節(jié)首,P53被“Science”評(píng)為年度分子明星,p53基因是一種腫瘤抑制基因，定位于人類17號(hào)染色體短臂，其編碼的p53磷蛋白具有調(diào)控細(xì)胞增殖功能。大量實(shí)驗(yàn)表明，人體內(nèi)約50%的腫瘤發(fā)生與p53的缺失，突變有關(guān)，也與p53蛋白與病毒蛋白的結(jié)合，導(dǎo)致p53蛋白失活有關(guān)。 03年10月央視國(guó)際報(bào)道了我國(guó)用于惡性腫瘤治療的基因藥物誕生并批準(zhǔn)上市。這種由深圳賽百諾基因技術(shù)有限公司研制的基因藥物名為重組腺病毒P53抗癌注射液，主要用于治療

18、頭頸部鱗癌和其他惡性腫瘤。,章首,節(jié)首,老化：抑制癌癥的代價(jià)？ 在細(xì)胞水平，p53可以使細(xì)胞停止分裂最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在器官水平，p53的過量會(huì)導(dǎo)致衰老 p53蛋白：長(zhǎng)壽的敵人？ 當(dāng)降低果蠅神經(jīng)細(xì)胞中p53蛋白活性，果蠅壽命明顯延長(zhǎng),p53與細(xì)胞凋亡,克隆羊誕生,章首,節(jié)首,1997年2月23日，英國(guó)羅斯林研究所宣布，他們成功創(chuàng)造了世界上第一個(gè)克隆羊 多莉。它的意義在于，人類已能用高度分化的乳腺細(xì)胞作為核供體，通過無性繁殖方法，復(fù)制出與核供體完全一致的新個(gè)體。,1999年干細(xì)胞的研究工作位列年度科學(xué)技術(shù)重大突破首位,干細(xì)胞（stem cell）是一類既有自我更新能力，又有多分化潛能的細(xì)胞。干細(xì)

19、胞的研究一方面可以揭示許多有關(guān)細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育的基礎(chǔ)理論難題；另一方面可望將其用于創(chuàng)傷修復(fù)，神經(jīng)再生和抗衰老等臨床醫(yī)學(xué)研究。,章首,節(jié)首,上一頁,人類基因組計(jì)劃即將完成,2000年6月26日，參與人類基因組計(jì)劃的各國(guó)科學(xué)家，同時(shí)向全世界宣布人類基因組“工作框架圖”繪制完成。 2004年10月21日出版的自然雜志公布了人類基因組最精確的序列（包含有28.5億個(gè)堿基對(duì)），同時(shí)澄清人類基因組只有2到2.5萬個(gè)基因（而不是原來的10萬個(gè)基因） 這篇文章標(biāo)志著人類基因組計(jì)劃又邁出了里程碑意義的一步。,章首,節(jié)首,上一頁,下一頁,人類基因組計(jì)劃的應(yīng)用前景,將揭示生命世界的一些重大奧秘，如生命起源，生物進(jìn)化等

20、。 將應(yīng)用于疾病的診斷和治療，將改變21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)。 將有利于人類培育優(yōu)良的動(dòng)植物品種。 將大大促進(jìn)生命科學(xué)工業(yè)的發(fā)展，特別是基因制藥工業(yè)的發(fā)展。,章首,節(jié)首,上一頁,精神病基因的發(fā)現(xiàn),研究人員確認(rèn)了增加患上由家族遺傳的精神分裂、抑郁癥和其他精神疾病的基因。發(fā)現(xiàn)了一組增加患上抑郁癥機(jī)會(huì)的基因，但患者在受到嚴(yán)重壓力下才會(huì)觸發(fā)基因活動(dòng)。 這一成果位列2003年重大科技突破第二位,垃圾DNA,人體內(nèi)非編碼雖然占人體基因組的，但它卻不像編碼基因那樣控制產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)，所以曾經(jīng)被稱為“垃圾”。英國(guó)科學(xué)家最近研究發(fā)現(xiàn)，這些貌似無用的對(duì)某些疾病的嚴(yán)重程度卻有著很大影響。 這些DNA對(duì)于基因在正確的位置和正

21、確的時(shí)間“開啟”起到關(guān)鍵的幫助 這一成果位列04年重大科技突破第五位,返回,2002年 RNAi榮登重大科技突破榜首,RNA曾被認(rèn)為是一種缺乏活力的生物分子，但最近一系列發(fā)現(xiàn)表明，一種小分子RNA參與著多項(xiàng)細(xì)胞控制工作，能夠關(guān)閉基因或改變它們的表達(dá)水平。這一現(xiàn)象稱為核糖核酸干擾（RNAi），它是體內(nèi)抵御外在感染的一種重要保護(hù)機(jī)制。小RNA的這種功能有可能使21世紀(jì)的醫(yī)藥研究產(chǎn)生革命性的變化。,章首,節(jié)首,世界首次RNAi臨床試驗(yàn)初獲成功,2006年6月，美國(guó)一項(xiàng)研究顯示，導(dǎo)致老年人失明的最常見病因老年性黃斑變性（AMD），能夠通過siRNA分子來對(duì)付。這些結(jié)果是由評(píng)估RNAi(RNA干擾)療法

22、對(duì)人類患者效果的首次臨床試驗(yàn)獲得。,2005年 觀察進(jìn)化發(fā)生位列科技突破首位,自從達(dá)爾文1859年把進(jìn)化理論首次引入科學(xué)界以來，該理論一直是生物學(xué)的基礎(chǔ)，但也受到其它理論的挑戰(zhàn)。2005年研究人員在對(duì)1918年大流行的流感病毒基因、黑猩猩基因以及其它物種的基因進(jìn)化研究中發(fā)現(xiàn)，達(dá)爾文的進(jìn)化理論仍然對(duì)當(dāng)代生物學(xué)具有指導(dǎo)意義。并且這些研究成果對(duì)現(xiàn)實(shí)生活具有重要影響。,五、生物化學(xué)的應(yīng)用,Revolution in biological sciences,作為其它生命科學(xué)的理論基礎(chǔ) 對(duì)各種生命現(xiàn)象和生物生產(chǎn)過程進(jìn)行機(jī)理和本質(zhì)解釋 作為方法與工具直接應(yīng)用于生產(chǎn)過程 生物產(chǎn)品生產(chǎn)制備提取加工等 生物操作技

23、術(shù)進(jìn)行創(chuàng)造和改造生物,生物化學(xué)的最終目的是控制生命過程為人類的健康與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù),The Uses of Biochemistry,Medicine Agriculture Nutrition Clinical Chemistry Pharmacology Toxicology Industry,1.醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,疾病的診斷與病理分析、新藥物的開發(fā)設(shè)計(jì)、各類保健品開發(fā)、基因療法、器官克隆等 臨床生化診斷：血糖濃度糖尿病，血清酸性磷酸酶 前列腺癌，堿性磷酸酶骨癌 替代治療：口服胃蛋白酶、胰蛋白酶等治療消化不良 抗癌治療：利用氨甲蝶呤抑制癌細(xì)胞的二氫葉酸還原酶 對(duì)癥治療：DNA酶可降低支氣管分泌物的粘滯性,2. 農(nóng)業(yè)豐產(chǎn),轉(zhuǎn)基因技術(shù)進(jìn)行育種、生物病蟲害防止、利用代謝調(diào)控技術(shù)保證產(chǎn)品儲(chǔ)存等、高級(jí)動(dòng)植物品種的克隆技術(shù) 研究植物新陳代謝本質(zhì)以控制其發(fā)育，用生物化學(xué)技術(shù)測(cè)定新品種的特性，抗菌素、殺蟲劑、除草劑的研制及激素的應(yīng)用等均離不開生物化學(xué),3 .在水產(chǎn)、畜牧業(yè)上的應(yīng)用