动物生物化学+杨满军2019

❖ 阐明动物新陈代谢活动的规律
生理学、营养学
❖ 培养优质高产的畜禽品种
遗传育种
❖ 药物的作用机理研究和新药的研发
药理学、毒理学
❖ 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
教学安排与要求
（1）学时：72学时 （2）课外自习 （3）辅导与答疑 （4）考试方式 闭卷考试
HH
OH AMP
N
HH OH
环化核苷酸： cAMP、cGMP
含核苷酸的生物活性物质： NAD+、 NADP+、CoASH、FAD等都含有AMP
NH 2
N
N
N
N
O CH 2 O
HH
HO P O
O cAMP
HH OH
第二节
核酸的结构
核酸的组成 核酸 nucleic acid
核苷酸 nucleotide
分解代谢（catabolism）： 将较大的分子经过特定的代谢途径， 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，ATP（三磷酸腺苷） 是 能量转换和传递的中间体。
2.3 组织和器官机能的生物化学
生命有机体是一个统一协调的整体。 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。
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（Biotechnology），已 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
4.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 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“语言 ”与有力的“工具”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 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 业十分重要。
3.2 生物化学的前景和现状
分子生物学的迅速发展从根本上改变了生命科学的面貌，也极大地丰 富和扩展了生物化学的内涵。一方面，经典的生物化学原理不断得到验 证，另一方面，人们对生命有机体中化学过程的认识不断更新和深化， 现代生物化学的发展已经从各个方面融入了生命科学发展的主流当中。
目前，有关生物化学的研究主要集中在以下几个方面： 生物大分子的结构、功能与相互作用 基因组学和蛋白质组学 基因表达的调节 细胞信号的传导 生物工程学
细胞
细胞器
生物大 分子
单体
细
N2
胞 CO2
H2O
2.2 细胞中的物质代谢与能量代谢，或称中间代谢（intermediary metabolism）， 也就是细胞中进行的化学过程
合成代谢（anabolism）： 将小分子的前体（precursor）经过特 定的代谢途径构建成较大的分子，并且消 耗能量。
这一领域的研究将最终揭开生命的进化、胚胎的分化、个体的生 长、发育、繁殖、衰老、疾病和死亡之谜。
❖ 细胞信号的传导
第二信使学说 cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+等
G蛋白偶联系统 G蛋白、PKA、PKG、PKC和TPK信号转导系统等
小分子气体物质 NO、CO
❖ 生物工程学
到70年代，重组DNA技术（Recombinant DNA technology）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 规模化和工业化，就是基因工程，也称遗传工程（Genetic engineering）。
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（ultra-centrifugation）、色谱（chromatography）、同 位素示踪（isotope tracing）、X-射线衍射（X-ray reflection）、 质谱（mass chromatography）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。
Adenine
Guanine
Nitrogenous
Phosphate
base
核苷酸 核苷 磷酸
Pentose sugar
戊糖 碱基
HOCH2
OH
HOCH2
OH
HO
H
Ribose (in RNA) Doxyribose (in DNA)
核酸是由核苷酸为基本单位形成的生物大分子 核苷酸之间是如何连接形成核酸分子的？
O
N
O
N
H
胞 嘧 啶 (cytosine, C )
O
HN
HN
CH 3
O
N
H
尿 嘧 啶 (uracil, U )
O
N
H
胸 腺 嘧 啶 (thym ine, T )
五种碱基上的酮基或氨基，均位于杂环上氮原子的邻 位。因此都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异 构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。
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。
3.生物化学的发展历史和现状
3.1 历史回顾
我国古代对于生物化学的发展有重要的贡献。 科学发展的道路不是平坦的，人们对事物的认识在正确与错误， 真理与谬误的斗争中前进，生物化学的发展也不例外。
核苷 nucleoside
磷酸 phosphate
嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base
（碱基 base）
核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose （戊糖 amyl sugar）
Pyrimidines
核苷酸
Purihes
CT
U
A
G
Cytosine Thymine Uracil
信息爆炸导致了结构生物学（structural biology）的诞生。
蛋白质和核酸大分子之间的相互作用
❖ 基因组学和蛋白质组学
“人类基因组计划”（human genome project，HGP）历经10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、 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40余种生 物的基因组图谱，基因组的研究将进入功能基因组（functional genomics）阶段，即确定基因结构与功能的应用阶段。
H 2'
H
OH
OH
腺嘌呤核苷
1
OΒιβλιοθήκη Baidu
N
CH 2 OH O
HH
2
H '
1
' H
糖苷键
OH
H
胞嘧啶脱氧核苷
糖苷键
三、核苷酸（nucleotide）
核苷（或脱氧核苷）与磷酸通过酯键，
结合构成核苷酸（或脱氧核苷酸）。
NH 2
酯键 N
N
9
O
N
N
HO P O CH 2 O
OHH
2
H '
1
' H
OH
OH
腺苷酸
糖苷键
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 时代。
悼 念 克 里 克
生物化学与分子生物学都以从分子水平上认识生 命、诠释生命为目标。广义地说，两者没有截然的 区别。只是前者注重生命有机体的化学过程，后者 更强调生物分子的结构与功能，尤其是在遗传分子 核酸方面。
O
C HN
酮式
NH
+ 2
HN
亚氨式
OH C N
烯醇式
NH 2 +HN
氨式
O-
C N
+H+
NH 2
N
+ H+
二、戊糖与核苷 戊糖结构：
5
CH 2OHO
OH
4H H3
H1 2H
OH OH
β -D-核 糖
（ β -D -r ibo se） （ 构 成 RNA ）
5
CH
2
OH O
OH
4H H3
H1 2H
OH H
β -D-2-脱 氧 核 糖
（ β - D- 2-d eo xy ri bose） （ 构 成 DNA ）
核苷（ribonucleoside) 嘌呤碱N-9或嘧
NH 2
N
N
啶碱N-1与核糖或脱 氧核糖C-1′通过糖 苷键相连形成核苷 或脱氧核苷。
NH 2 N
9
N
N
CH 2 OH O
HH
1'
Friedrich Wohler，Eduard 和 Hans Buchner 弟兄以及 J. Sumner 等与“ 生机论（vitalism）” 的谬论进行了长期的争论， “生机论” 最后以失败告终。
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。
粒体内。 储存和携带遗传信息。
核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA): 分布于胞核、胞浆中。 参与遗传信息的表达。
第一节
核酸的化学组成
核酸可在核酸酶的作用下水解。
磷酸
核酸 核苷酸
戊糖
核苷
碱基
一、碱基 (base)
腺嘌呤（A）
嘌呤 鸟嘌呤（G） 两种核酸均有
碱基
胞嘧啶（C）
嘧啶 尿嘧啶（U） —RNA有
核酸 ？
核苷酸
核酸中核苷酸的连接方式：
酸碱滴定结果显示，核酸分子中的磷酸 基只有一级解离，因此它的另外两个酸基 必定与糖环的羟基形成了磷酸二酯键。
蛋白质组学（proteomics）作为后基因组时代生命科学新的研 究领域正在崛起。它将一系列精细的技术，主要有2D-凝胶电泳、计 算机图象分析、质谱、氨基酸测序和生物信息学结合起来，高通量地、 综合地定量和鉴定蛋白质。建立蛋白组的生物信息数据库，将为重大 病症的发生提供新的预警和诊断标志，并为新药的开发提供新的思路。
参考书
1. 王镜岩，朱圣庚，徐长法. 生物化学（第三版）. 北京：高等教育出版 社，2019 2. 汪玉松，邹思湘，张玉静. 现代动物生物化学（第三版）. 北京： 高等 教育出版社，2019
4. DL Nelson，MM Cox. Lehninger Principles of Biochemistry（3rd edition）. 2000，Worth Publisher
2.生物化学研究内容
2.1 关于生命有机体的化学组成、生物分子，特别是 生物大分子（biological macromolecule）的结构、相 互关系及其功能。
生物大分子是由小分子单体聚合而成的多聚体。如氨基酸—蛋白 质、核苷酸—核酸、葡萄糖—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、物质运输、代谢调节、贮存、传递与 表达遗传信息等。 它们复杂的空间结构是其功能的化学基础。
5. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry (4th edition ), 2019 , Freeman
绪论完！
核酸 (nucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子, 起携带和传递遗传信息的作用。
核酸的分类、分布及功能
脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA): 90%以上分布于细胞核，其余分布于线
胸腺嘧啶（T）—DNA有
每种核酸的主要碱基都有四种。
碱基结构：
N1 6 5
N
7
2
3
N
4
嘌呤
8 9
N H
(purine, P u) O
HN
NH 2
N
N
N
N H
腺嘌呤
(adenine, A )
N
H 2N
N 鸟嘌呤
N H
(guanine, G )
NH 2
N3 4 5 2 16 N
嘧 啶 (pyrim idine, P y)
大肠杆菌中的蛋白质组
❖ 基因表达的调节
1960年，F.Jacob和J.Monod发现细菌利用乳糖时，相关酶的基因 表达时序受到严格的控制，于是提出了原核生物基因调节操纵子 （operon）模型，开辟了对基因表达调节研究的新领域。
真核基因表达的调控产要涉及核小体的重构、组蛋白的乙酰化、 DNA的甲基化等化学修饰和DNA超螺旋的拓扑异构化；基因的的调 节也在转录后的加工、翻译和新生多肽链的化学修饰等各个层次上进 行。
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸： NMP、NDP、NTP
NH 2
N
N
O
OO
N
N
- O P O P O P O CH 2 O
O-
O-
OHH
HH
OH OH ATP
HO
NH 2
N
N
NH 2 N
OO
N
N
HO P O P O CH 2 O
O-
O-
HH
HH
OH OH
N
ADP
O
N
P O CH 2 O O-
❖ 生物大分子的结构、功能与相互作用
大分子之间的相互作用；大分子结构模体（motif）和结构域的 独特作用；生物大分子三维构象和构象运动进行描述 ；蛋白质空间 构象的正确折叠和“分子伴侣”（molecular chaperone）的作用；磷 酸化、酰基化等化学修饰作用对于蛋白质和酶在快速、高效传递代谢 信息和调节基因表达中的机制；核酸与蛋白质的相互作用与基因表达 的调节；催化核酸等。