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1、动 物 生 物 化 学 Zoic Biochemistry,课 程 介 绍Introduction of curricula,一、课程性质与学习目标,课程性质生物化学是在分子水平上阐明生命现象的科学生物化学是动物科学和水产养殖专业的重要基础课（专业必修课）学习目标掌握动物生物化学的基本理论和相应的试验技能了解生物化学研究领域的部分重大成果及其在生命科学中的应用现状与前景为学习其它专业知识并从事生产和科研工作奠定基础,动物生物化学content,第一章 绪论第二章 蛋白质的结构与功能第三章 酶第四章 糖类代谢 第五章 生物氧化 第六章 脂类代谢 第七章 含氮小分子的代谢 第八章 核酸的化学结构
2、第九章 核酸的生物学功能第十章 生物膜结构与功能,二、学时分配,本课程总参考学时数 80 学时其中理论讲授50学时实验教学30 学时,三、课程考核方法,考试:70分课程论文：10分课堂参与:10 分实验:10 分,第一章 绪 论 Chapter 1 Introduction,讲授内容,生物化学的概念生物化学的主要内容生物化学的分支及与其它学科的关系生物化学的发展史生物化学的应用生物化学的学习方法,教学目标,掌握生物化学的概念和研究内容了解生物化学的发展简史了解生物化学在专业中所处的地位及在生产中的应用前景,一、生物化学的概念,What is Biochemistry?,生命的奥秘是什么？,动物
3、学、植物学、人类学进一步缩小分析生理学、细胞学,进入分子原子领域,“看不见了”提问：如何研究呢？化学、物理学的研究方法与手段分离（有时需分解更小分子）、纯化、化学物理分析（分子量、元素组成）,器官（肝脏）,消化系统,肝脏 窦状小管,肝细胞,细胞核,分子（DNA）,化学,生物学,生物化学,Biochemistry生物化学生命的化学 一门交叉学科,Biochemistry生物化学，由德国霍佩赛勒(-seyler,1825-1895)于1877年提出生物化学是研究生命的化学的一门科学，简称为生命的化学生物化学主要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。,What is Bioc
4、hemistry,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、生物化学主要内容Biochemical main content,静态化学生物大分子(包括蛋白质、酶及核酸等)的分子结构、主要理化性质，并在分子水平上阐述其结构与功能的关系动态化学物质代谢(包括糖类、脂类及蛋白质)的代谢变化，重
5、点阐述主要代谢途径(减少逐步化学反应的讲解)、生物氧化与能量转换、代谢途径间的联系以及代谢调节原理及规律分子生物学基础阐明遗传学中心法则所揭示的信息流向，包括DNA复制、RNA转录、翻译及基因表达调控,1.静态化学,Biochemistry as a Biological ScienceDistinguishing Characteristics of Living Matter-Describe structure,organization,function of cells in molecular termsStructural Chemistry,生物体的化学组成,所有生物体都由三类物
6、质组成水无机离子生物分子,Chemical Elements of Living Matter,生物分子/Biological Molecules,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分子的主要类型包括：Saccharide(糖)、lipids(脂)、Nucleic Acids(核酸)、protein(蛋白质)维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白质四类物质，分子量一般都很大，所以又称为生物大分子,All Macromolecules Are Constructed from a Few Simple Compound
7、s,生命的物质组成,肽,核苷,多聚糖,磷脂酸,氨基酸,含N碱核糖,葡萄糖,脂肪酸甘油胆碱,基本生物分子,4种生物大分子,蛋白质,核苷酸,多糖,脂类,多酶复合体染色体生物膜,细胞器,细胞,组织,器官,生物体,动物植物微生物,4种生物高分子,2.动态化学,物质的新陈代谢 Metabolism物质在体内发生了什么变化？怎样的变化？伴随的能量是如何转变（物质代谢和能量代谢）？包括：（1）糖代谢（2）脂代谢（3）生物氧化（4）氨基酸代谢（5）核苷酸代谢代谢调节复杂的生命现象是如何有条不紊进行？是受到怎么样 的精确调控的？物质代谢是如何相互联系的?,3.分子遗传学基础 Molecular Genetics
8、,从分子水平揭开生命遗传的奥秘 DNA的生物合成 复制RNA的生物合成 转录蛋白质的生物合成 翻译,三、生物化学的分支、与其它学科的关系,1.生物化学的分支,动物生化（zoic）、植物生化（botanic）、微生物生化（microbial）、普通生化（general）进化生化（Evolutional）或比较生化（Comparative）生理化学（physiological）医学生化（medicinal）、农业生化（agricultural）、工业生化（industrial）、Cellular 细胞生物化学、Functional 机能生化,功能生化、Marine 海洋生物化学、Molecular
9、 分子生物化学、Radiation 辐射生物化学。,2.与有关科学的关系,包含、交叉、基础、延伸化学（chemistry）生理学(physiology)遗传学(genetics)生态学(ecology)细胞生物学(cytobiology)微生物学(microbiology)分类学(taxolgy),四、生物化学发展史Biochemical Phylogeny,1.早期萌芽阶段2.迅速发展阶段3.分子生物学与基因工程阶段,1.早期萌芽阶段,经验性知识的发现、积累与应用我国远在公元前22世纪的夏禹时代就知道酿酒。公元前12世纪“周礼”已有发酵制酱的记载。公元前4世纪，庄子已记载有“瘦病”，即现代的
10、地方性甲状腺肿病；到公元4世纪时，葛洪已知用含碘丰富的海藻来治疗。我国早有记载，孙思邈(公元581682年)用米糠熬成的粥来治疗脚气病，用猪肝治疗“雀目”。从公元10世纪起，我国的学者已利用各种动物器官来治疗疾病,成为近代内分泌学的开端。,2.迅速发展阶段,以实证科学的方法进行系统的研究18世纪拉瓦锡进行了动物呼吸试验 19世纪：德国霍佩赛勒(-seyler,1825-1895)首创蛋白质一词，开始核酸的研究，创立生物化学1897年布克纳兄弟（Hans Buchner 和 Edward Buchner）用酵母胞液发酵蔗糖，彻底推翻了“活理论”，同时也打开了现代生物化学的大门到20世纪50年代，
11、生物化学中有关物质代谢、能量代谢及维生素和相关营养学等，都已经搞得比较清楚。,3.分子生物学与基因工程阶段,生物化学的领域向广度和深度发展1944年，艾弗里（O.Aery）、麦克劳德（C.Macleod）和麦卡蒂（M.McCarty）首次证明DNA是遗传物质1953年沃森（）和克里克（）提出了DNA双螺旋三维空间结构模型1962年Arber等人发现了限制性内切酶，于70年代初出现了DNA重组技术，终于实现了改变生物的遗传性状的目的。在一定程度上使生物按人的意愿行事,1944年艾弗里（Avery）等从肺炎链球菌的转化试验中发现，转化因子是DNA（脱氧核糖核酸），而不是蛋白质，接着又积累了大量事实
12、，证明DNA是遗传物质。,1953 Determined the structure of DNAJames Watson,Francis Crick,Maurice Wilkins,Rosalind Franklin,1954 Central dogma(Crick),4、生物化学的成就,1953年，DNA双螺旋结构模式1958年，分子遗传的中心法则1970年，基因工程方法的建立1981年，发现有催化功能的RNA（Ribozyme）1985年，人类基因组作图和测序计划1993年，P53被“Science”评为年度分子明星1997年，第一只克隆羊诞生1999年，干细胞的研究位列当年科技重大突破
13、首位2000年，人类基因组作图计划即将完成2002年，RNAi荣登重大科技突破榜首2005年，观察进化发生位列科技突破首位,章首,DNA双螺旋结构模式,DNA分子结构是由美国生物学家沃森（James Dewey Watson,1926）和英国生物物理学家克里克（Francis Harry Compton Crick,1916）所确定的。克里克于1949年入剑桥大学卡文迪什实验室医学研究组。1951年沃森来到该研究所，克里克接受了他的观点：了解DNA三维结构即可明了它在遗传中所起的作用。1953年，他们建立了DNA双螺旋结构模式,并跟已知的物理化学性质相符合。这一发现成为分子生物学的里程碑。后来
14、他们分享了62年的诺贝尔生理医学奖。,章首,节首,分子遗传的中心法则,中心法则(central dogma)是指遗传信息的流向所遵循的法则。Crick提出，在DNA分子可以自我复制（replication）传给子代的基础上，遗传信息可以从DNA传递给RNA（称为转录transcription）再从RNA传递给蛋白质（称为翻译translation），这是遗产信息流所遵循的中心法则。Temin又证实RNA也可以是遗传信息的携带者，即DNA以RNA为模板反向转录合成，再推动RNA的合成及蛋白质的合成。,章首,节首,图片,分子遗传的中心法则,章首,节首,基因工程方法的建立,1970年，Temin和B
15、altimore从鸡肉瘤病毒中发现反转录酶。Smith和Wilcox在E.coli中发现芽豆类限制性内切酶,由此为基因工程方法的建立打下了基础。,章首,节首,Ribozyme,章首,节首,1978年，Altman在提纯RNAaseP时发现，此酶由蛋白质和一个RNA片段组成，单独的RNA能完成对前体tRNA的剪切，而单独的蛋白质却无此能力。1981年，Cech在研究四膜虫前体rRNA的加工过程中发现，在没有蛋白质存在的情况下，一段RNA序列（IVS）能进行自动剪切，生成L-19IVS。后者在离体条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。Riboz
16、yme的提出为解决人类的起源问题提供了一种新的假说，为此，Cech与Altman共同获得了1989年化学诺贝尔奖。,“人类基因组作图和测序”计划,1985年，美国科学家率先提出“人类基因组测序和作图”计划（简称HGP）。国际合作始于1990年 该计划的核心就是测定人类基因组的全部DNA序列，从整体上破译人类遗传信息，以使人类能在分子水平上全面地认识自我。HGP的精神是：全球共有，国际合作。即时公布，免费共享。,章首,节首,P53被“Science”评为年度分子明星,p53基因是一种肿瘤抑制基因，定位于人类17号染色体短臂，其编码的p53磷蛋白具有调控细胞增殖功能。大量实验表明，人体内约50%的
17、肿瘤发生与p53的缺失，突变有关，也与p53蛋白与病毒蛋白的结合，导致p53蛋白失活有关。03年10月央视国际报道了我国用于恶性肿瘤治疗的基因药物诞生并批准上市。这种由深圳赛百诺基因技术有限公司研制的基因药物名为重组腺病毒P53抗癌注射液，主要用于治疗头颈部鳞癌和其他恶性肿瘤。,章首,节首,老化：抑制癌症的代价？在细胞水平，p53可以使细胞停止分裂最终导致细胞死亡。在器官水平，p53的过量会导致衰老p53蛋白：长寿的敌人？当降低果蝇神经细胞中p53蛋白活性，果蝇寿命明显延长,p53与细胞凋亡,克隆羊诞生,章首,节首,1997年2月23日，英国罗斯林研究所宣布，他们成功创造了世界上第一个克隆羊
18、多莉。它的意义在于，人类已能用高度分化的乳腺细胞作为核供体，通过无性繁殖方法，复制出与核供体完全一致的新个体。,1999年干细胞的研究工作位列年度科学技术重大突破首位,干细胞（stem cell）是一类既有自我更新能力，又有多分化潜能的细胞。干细胞的研究一方面可以揭示许多有关细胞生长和发育的基础理论难题；另一方面可望将其用于创伤修复，神经再生和抗衰老等临床医学研究。,章首,节首,上一页,人类基因组计划即将完成,2000年6月26日，参与人类基因组计划的各国科学家，同时向全世界宣布人类基因组“工作框架图”绘制完成。2004年10月21日出版的自然杂志公布了人类基因组最精确的序列（包含有28.5亿
19、个碱基对），同时澄清人类基因组只有2到2.5万个基因（而不是原来的10万个基因）这篇文章标志着人类基因组计划又迈出了里程碑意义的一步。,章首,节首,上一页,下一页,人类基因组计划的应用前景,将揭示生命世界的一些重大奥秘，如生命起源，生物进化等。将应用于疾病的诊断和治疗，将改变21世纪的医学。将有利于人类培育优良的动植物品种。将大大促进生命科学工业的发展，特别是基因制药工业的发展。,章首,节首,上一页,精神病基因的发现,研究人员确认了增加患上由家族遗传的精神分裂、抑郁症和其他精神疾病的基因。发现了一组增加患上抑郁症机会的基因，但患者在受到严重压力下才会触发基因活动。这一成果位列2003年重大科技
20、突破第二位,垃圾DNA,人体内非编码虽然占人体基因组的，但它却不像编码基因那样控制产生特定的蛋白质，所以曾经被称为“垃圾”。英国科学家最近研究发现，这些貌似无用的对某些疾病的严重程度却有着很大影响。这些DNA对于基因在正确的位置和正确的时间“开启”起到关键的帮助这一成果位列04年重大科技突破第五位,返回,2002年 RNAi荣登重大科技突破榜首,RNA曾被认为是一种缺乏活力的生物分子，但最近一系列发现表明，一种小分子RNA参与着多项细胞控制工作，能够关闭基因或改变它们的表达水平。这一现象称为核糖核酸干扰（RNAi），它是体内抵御外在感染的一种重要保护机制。小RNA的这种功能有可能使21世纪的医
21、药研究产生革命性的变化。,章首,节首,世界首次RNAi临床试验初获成功,2006年6月，美国一项研究显示，导致老年人失明的最常见病因老年性黄斑变性（AMD），能够通过siRNA分子来对付。这些结果是由评估RNAi(RNA干扰)疗法对人类患者效果的首次临床试验获得。,2005年 观察进化发生位列科技突破首位,自从达尔文1859年把进化理论首次引入科学界以来，该理论一直是生物学的基础，但也受到其它理论的挑战。2005年研究人员在对1918年大流行的流感病毒基因、黑猩猩基因以及其它物种的基因进化研究中发现，达尔文的进化理论仍然对当代生物学具有指导意义。并且这些研究成果对现实生活具有重要影响。,五、生
22、物化学的应用,Revolution in biological sciences,作为其它生命科学的理论基础对各种生命现象和生物生产过程进行机理和本质解释作为方法与工具直接应用于生产过程 生物产品生产制备提取加工等生物操作技术进行创造和改造生物,生物化学的最终目的是控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务,The Uses of Biochemistry,MedicineAgricultureNutritionClinical ChemistryPharmacologyToxicologyIndustry,1.医学上的应用,疾病的诊断与病理分析、新药物的开发设计、各类保健品开发、基因疗法、器官
23、克隆等临床生化诊断：血糖浓度糖尿病，血清酸性磷酸酶 前列腺癌，碱性磷酸酶骨癌 替代治疗：口服胃蛋白酶、胰蛋白酶等治疗消化不良抗癌治疗：利用氨甲蝶呤抑制癌细胞的二氢叶酸还原酶对症治疗：DNA酶可降低支气管分泌物的粘滞性,2.农业丰产,转基因技术进行育种、生物病虫害防止、利用代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品种的克隆技术研究植物新陈代谢本质以控制其发育，用生物化学技术测定新品种的特性，抗菌素、杀虫剂、除草剂的研制及激素的应用等均离不开生物化学,3.在水产、畜牧业上的应用,提高畜禽生产性能改善肉质、乳质、蛋质营养提高饲料及畜产品加工水平,4.在工业上的应用,酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工
24、、酿造、制革、新材料、新能源的开发与研制等工业领域进行工业污染的治理，其成本低、效率高、无毒害生物工程技术与产品,Return,六、生物化学的学习方法,生物化学,1.生物化学特点,内容多而复杂名词术语生疏英文多结构式多,2 学习要求与方法,适当的记忆加反复活用注意系统性、联系性作笔记记代号主要内容在课堂解决课后作习题与思考题,3.参考书,基于生物化学的经典宝书Lehninger Principles of Biochemistry 香港一位教授曾经向Lehninger当面说,“有史以来,发行量最大的三本书是:1圣经，2毛主席语录，3Lehninger Principles of Biochem
25、istry”一点不假，这本书绝对是生化圣经！生物化学 第二版（沈同 王静岩 编）生物化学 第三版（王静岩 编）,Enjoy your study and experiments,but not suffer!,课程论文,1944年著名物理学家薛定谔在英国出版生命是什么？一书，启发了人们用物理学的思想和方法探讨生命物质运动的兴趣。该书被誉为“唤起生物学革命的小册子”。生命是什么？是机器吗？二者有何区别？请以“生命是什么”为题，查阅文献，撰写课程论文。从哲学、物理学、化学的角度阐述自己的观点和见解。要求字数约三千字，撰写符合科技论文写作规范，并列出参考文献。期中将评选十佳论文公开进行宣读。,思考题,生物化学主要从哪一水平来揭示生命规律？它包括哪几部分？为何现代自然科学源于欧洲，而不是拥有悠久历史的中国？我国的生命科学研究现状如何？生物化学在动物生产中具有怎样的地位？应用前景如何？,
