Giáo trình sinh hóa học động vật

Giáo trình sinh hóa học động vật ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Chủ biên TS TRÂN TỐ TS TRẦN TỐ ThS CÙ THỊ THUÝ NGA GIÁO TRÌNH SINH HÓA HỌC ĐỘNG VẬT NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 2008 LỜ[.]

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM Chủ biên: TS TRÂN TỐ TS TRẦN TỐ - ThS CÙ THỊ TH NGA GIÁO TRÌNH SINH HĨA HỌC ĐỘNG VẬT NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2008 LỜI NĨI ĐẦU Sinh hố học động vật mơn học sở nhiều chuyên ngành trường Đại học chuyên ngành Sinh học, Chăn nuôi Thú y, Nuôi trồng thủy sinh Công nghệ sinh học Đây mơn học có tính chất bắc cầu khoa học sinh học, hoá học với khoa học chuyên ngành dinh dưỡng học, di truyền học, công nghệ protein, công nghệ gen, giống vật nuôi, sinh lý học, bệnh lý học Cho nên, thông qua môn học sinh viên nắm sở hoá sinh nhu cầu dinh dưỡng nguồn gốc, nguyên nhân gây bệnh động vật Giáo trình sinh hố học động vật tập thể tác giả biên soạn: TS Trần Tô (Chủ biên): Chương 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ThS Cù Thị Th Nga: Chương Nội dung giáo trình có 15 chương bao gồm phần chính: sinh hố học tĩnh anh hoá học động Sinh hoá học tĩnh cung cấp kiến thức thành phần cấu tạo hoá học chất có thể động vật Sinh hóa học động cung cấp kiến thức trình trao đồi chất, chuyển hoa chất liên quan q trình chuyển hóa thể động vật Chúng tơi hy vọng giáo trình sinh hóa học động vật tài liệu học tập bổ ích sinh viên ngành Chăn nuôi, Thú y trường Đại học Nông nghiệp, đồng thời tài liệu tham khảo cho nhà chuyên môn độc giả quan tâm đến lĩnh vực sinh hóa học Trong q trình biên soạn, cố gắng tham khảo tài liệu ngồi nước nhằm đảm bảo tính xác, tính bản, tính đại tính thực tiễn Tuy nhiên, giáo trình khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi xin chân thành cảm ơn sẵn sàng tiếp thu ý hến đóng góp từ tầng lớp độc giả tiếp cận với giấo trình để chúng tơi kịp thời bổ sung, sửa chữa nhằm đáp ứng ngày tốt Tập thể tác giả biên soạn Mở đầu GIỚI THIỆU MƠN SINH HỐ HỌC ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA MƠN HỌC Sinh hố học (Biochemistry) hay cịn gọi hố học sinh vật - môn khoa học nghiên cứu tượng sống, chủ yếu mặt hố học Nó phận ngành khoa học nghiên cứu sống nói chung, tức ngành sinh học Sự sống bao gồm nhiều tượng phức tạp có dính hu đến vật lý, hoá học, cho: nên để hiểu sống tiến tới điều khiển ta cần phải nắm q trình sở Nhiệm vụ hai mơn sinh lý sinh hố thực Môn sinh lý nghiên cứu tượng lý học sống, cịn sinh hố học nghiên cứu thành phần biểu hoá học sống Sinh hố học chia làm phần: sinh hoá học tĩnh sinh hoá học động với hai nhiệm vụ nghiên cứu khác 1.1 Sinh hoá học tĩnh 1.1 Nhiệm vụ đối tượng Nhiệm vụ sinh hố học tĩnh phân tích nghiên cứu thành phần cấu tạo hoá học loại mô bào, quan, loại sinh dịch thể Về mặt này, sinh hoá học gần với hố hữu cơ, nhờ mà ta có khái niệm cụ thể cấu trúc thể sinh vật, chất biến hoá trình trao đổi vật chất 1 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sinh hoá học tĩnh phần lớn dựa phương pháp nghiên cứu hố hữu như: chiết xuất phân tích Ngồi ra, ngày người ta cịn ứng dụng rộng rãi phương pháp đại phân tích cấu trúc tia Rơn - ghen, phương pháp siêu ly tâm, phương pháp điện di vài chục năm gần có phát vơ vùng quan trọng 1.2 Sinh hoá học động Nhiệm vụ đối tượng Sinh hố học động có nhiệm vụ nghiên cứu q trình chuyển hố vật chất, biến đổi mô bào trình trao đổi vật chất, có thề nói phần chủ yếu mơn sinh hố học Triết học Mác Lê-nin khẳng định sống hình thức vận động vật chất Sự vận động thể qua dấu hiệu chung mà gọi "hoạt động sống" kích thích, sinh sản, sinh trưởng phát dục, tính di truyền biến dị Nhưng sâu vào ta thấy tảng tượng sống nói q trình trao đổi vật chất Nhà sinh lý học Nga Sê-trê-nốp (1884) nói: "Theo dõi đường chất từ đưa vào thể (dưới hình thức thức ăn, khí thở ), bước biến chuyển chúng mô bào, quan cuối chúng đưa dạng chất thải, diễn tả lịch sử sống" Những trình chuyển hố trao đổi vật chất tiến hành mô bào, quan cửa thể động vật có nhiều quan lại chun mơn hố cao thêm chun trách hay số phản ứng chuyển hoá, mặt sinh hố học động cịn gọi sinh hố học chức Ví dụ: - Gan chun trách tổng hợp số loại protein, số vitamin, khử độc chất - Cơ có chức phân hoá glucose để lấy lượng co dãn - Thận tham gia trình tiết urê 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu Để nghiên cứu sinh hoá học động người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau, gặp nhiều khó khăn q trình hố học thể diễn biến với tốc độ lớn hệ thống phản ứng lại vô phức tạp Hơn nữa, thể lại nơi mà áp dụng thao tác phân tích thơ bạo Đầu kỷ XIX người ta dùng phương pháp nghiên cứu lên men rượu, chiết xuất nghiên cứu cân Nitơ, nghiên cứu dịch tiêu hoá Tuy kết nghiên cứu đem lại phát quan trọng phản ứng sâu kín văn cịn điều bí ẩn sinh hoá học Mãi phương pháp nguyên tử đánh dấu đời hàng loạt phản ứng trình trao đổi chất khám phá trình bày cách có hệ thống Thông qua hiểu biết sống sinh hoá học cung cấp, ta trở lại tác động lên sống cách có hiệu Ví dụ: chăn nuôi thú y, kiến thức trao đồi vật chất giúp ta tổ chức tết việc chăm sóc ni dưỡng gia súc; cịn biết bất thường rối loạn chuyển hoá giúp ta chẩn đốn xác điều trị hiệu nhiều bệnh gia súc Ngồi ra, sinh hố học giúp ta hiểu sâu vấn đề chuyên môn như: sinh lý học, bệnh lý học, nội khoa, truyền nhiễm học VỊ TRÍ MƠN HỌC Sinh hố học mơn khoa học sở có tính chất bắc cầu khoa học khoa học chuyên ngành Sinh hoá học, song song với sinh lý học, giúp ta hiểu sâu tượng sống gia súc Vị trí sinh hố học khoa học chăn nuôi thú y: * Đối với cán chăn ni: sinh hố học có tầm quan trọng đặc biệt Nhờ có kiến thức sinh hố học ta hiểu sở hoá học phát triển gia súc; hiểu nhu cầu loại gia súc theo giai đoạn phát triển sinh trưởng Do việc lập chế độ chăm sóc, lập phần thức ăn, việc chọn giống lai tạo, chóng ta có sở lý luận sâu sắc tồn diện * Đối với cán thú y: Việc nghiên cứu sinh hoá học lại cấp thiết Muốn chữa bệnh tết phải hiểu bệnh, mà nguồn gốc hầu hết bệnh thường gặp dính dáng đến rối loạn hệ thống trao đổi chất thể Ví dụ bệnh thiếu sinh tố, rối loạn nội tiết tố, bệnh đường tiêu hoá LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA SINH HĨA HỌC Sinh hố học mơn khoa học có nhịp độ phát triển nhanh chóng Nó hình thành rõ rệt 100 năm nay, gốc rễ bắt nguồn từ mơn khoa học khác hố học, lý học, y học, sinh học Những mầm mống sinh hố học hình thành người biết nghĩ tới việc chế thuốc men, nhuộm vải vóc, thuộc da thú, ủ rượu, cất giữ thực phẩm Đến kỷ XVI - XVII nhóm y hoá học (tiêu biểu Paraxen) đề việc dùng kiến thức hố học để giải thích can thiệp vào sống Họ cho thể gồm chủ yếu có thuỷ ngân, lưu huỳnh muối Nếu tỷ lệ chất thể thăng sức khoẻ tết khơng phát sinh bệnh tật Ví dụ: - Lưu huỳnh tăng sinh - Lượng muối tăng sinh phù thũng tháo - Thuỷ ngân tăng sinh bại liệt ủ rũ Tuy nhiên lý luận đến cịn mang tính chất lịch sử, cơng lao nhóm y hố học đem lại cho thực hành số thuốc thuỷ ngân, sắt, chì có hiệu lực Đáng kể nhóm đề cập đến men trao đổi chất sinh thể Sau thuyết sinh lực thịnh hành mà thuyết bị hạn chế Sang đầu kỷ XIX môn hố học tổng hợp hình thành Nhưng việc tổng hợp chất cô thể sinh vật vãn chưa thực Năm 1828 Vơ-le tổng hợp urê từ chất vơ ranh giới giới vô giới hữu sáng tỏ Vơ-le tổng hợp urê từ xyanua muốn theo sơ đồ sau: Sau Vơ-le hàng loạt chất hữu tổng hợp Trong phải kể đến việc tổng hợp hydrat carbon But-le-rốp Fisher, tổng hợp chất béo Bec-tơ-lô Năm 1838 Mun-đe bắt đầu có nghiên cứu tỷ mỹ hoá học protein Cuối kỷ XIX Fisher Đa-nhi-lep-ski đề thuyết mạch peptid Thế kỷ XIX giai đoạn phát sinh kiến thức men, vitamin, hormon như: + Kiếc-gốp (1 4) nghiên cứu biến đổi tinh bột thành đường maltose, tiên men amylase + Lu-nin (l 854 - 937) xác định vai trò vitamin + Le-be-đep Cơs-tư-trep nghiên cứu tượng lên men + Tiếp cơng trình Pap-lốp hố học chức ông nghiên cứu thành phần hoá học dịch tiêu hố q trình tiêu hố Đồng thời ơng làm sáng tỏ nhiều tính chất enzym tiêu hố chứng minh vai trị hệ thần kinh trung ương trình trao đổi chất Sang đầu kỷ XX phát sâu sắc Ba-khơ ( 857- 946) Paladin (1 859- 922) q trình oxy hố hồn ngun sinh học kèm theo tượng giải phóng lượng làm sáng tỏ hàng loạt vấn đề, có vấn đề hơ hấp mơ bào Ngày nay, sinh hoá học trở thành hệ thống đồ sộ gồm nhiều chi nhánh lớn, nghiên cứu chuyên đề nhiều phạm vi Ví dụ ta thấy có sinh hố học động vật, sinh hố học thực vật, sinh hoá học vi sinh vật, enzym học, sinh hố học di truyền Chương THÀNH PHẦN HĨA HỌC CỦA TẾ BÀO VÀ DỊCH THỂ Ở CƠ THỂ ĐỘNG VẬT Thành phần hoá học tế bào dịch thể thể động vật phức tạp Từ ký XVII XVIII nhiều nhà khoa học nghiên cứu thành phần hoá học tế bào động vật Mặc dù, với quan điểm hoá học đại nghiên cứu chưa thật đầy đủ, chúng cổ ý nghĩa khoa học thực tiễn định Những nghiên cứu chứng minh thành phần tế bào động vật thực vật có protein, lipid, chất khác mà sử dụng cho dinh dưỡng nhu cầu khác Nửa cuối kỷ XVIII, Labiaze nghiên cứu thành phần nguyên tố chất chiết xuất từ tế bào động vật thực vật, nhận thấy chúng cấu tạo từ nguyên tố carbon, hydro, oxy nhỏ Về sau, với phương pháp phân tích hố học đại thành phần nguyên tố chất thể phức tạp Trong thành phần chúng tìm thấy nguyên tố khác với số lượng khác Sự phức tạp thành phần hoá học tế.bào thể động vật nhà nghiên cứu hoá học hữu chứng minh Họ tan thấy tế bào động vật có mặt chất hữu phức tạp protein, lipid, glucid số lượng lớn chất có cấu tạo đơn giản acid amin, amid, acid béo, dạng aldchyd, rượu, ke ton, benzol, pyrol Đến kỷ XIX, thành phần tế bào thể động vật người ta tìm thấy enzym, hormon, vitamin chất có hoạt tính sinh học cao đóng vai trò quan trọng trao đổi chất 1.1 THÀNH PHẦN CÁC NGUYÊN TỐ CỦA TẾ BÀO CƠ THỂ Trong thành phần chất tế bào động vật tìm thấy gần 60 nguyên tố Một phần nguyên tố có tất động vật, chúng cần thiết để thực chức sống Những ngun tố khác có số lồi động vật quan trọng loài động vật định, thường chứng xuất tế bào động vật cách ngẫu nhiên sau lại đào thải khỏi thể ~ Đối với nhóm thứ bao gồm nguyên tố: oxy, hydro, carbon, Nitơ, lưu huỳnh, phospho, calci, nam, kim, do, ma giê, sắt, kẽm, đồng, iod, ma ngan, co ban Đối với nhóm thứ hai bao gồm: lui, nhơm, lm, flo, bạc, thuỷ ngân, chì, ni ken, ban, molibden, vàng, bo, than, crom Tất nguyên tố tìm thấy thể với số lượng nhỏ không cô tất động vật Hàm lượng trung bình vài nguyên tố thể động tật (% so với khối lượng thể) Nguyên tố % Nguyên tố % Oxy 62,43 Nam 0,080 Cacbon 21,15 Ma giê 0,027 Hydro 9,86 Iod 0,014 Nitơ 3,10 Flo 0,009 Canci 1,90 Sắt 0,005 Phospho 0,95 Kẽm 0,003 Kali 0,23 Brom 0,002 Lưu huỳnh 0,08 Nhôm 0,001 Clo 0,08 Kremni 0,001 Đồng 0,00015 Qua số liệu bảng cho thấy: tế bào thể động vật hàm lượng oxy, carbon, hydro nhỏ Từ nguyên tố cấu tạo nên hợp chất hữu chủ yếu tế bào protein, lipid glucid Những động vật khác có khả.năng tích luỹ loại ngun tố hay loại nguyên tố khác tế bào chúng Ví dụ, máu động vật có vú chứa sắt, máu chân khớp thân mềm chứa đồng Các tế bào thể động vật khác có nồng độ nguyên tố khác Ví dụ, iod tập trung chủ yếu tế bào tuyến giáp trạng, lại tế bào phổi, đồng tế bào gan, kẽm tế bào sinh dục, tế bào thần kinh Ngày khẳng định nguyên tố vi lượng thể số lượng nhỏ, tìm thấy enzym hormon Ví dụ, enzym peroxydase có sắt, enzym oxydase có đồng, hormon tyrosin có iod Thành phần nguyên tố tế bào động vật phụ thuộc vào loài động vật, lứa tuổi, điều kiện sống Hàm lượng thun tơ thể số loài động tật (%) Nguyên tố Mèo Chuột Ếch Các bon 20,56 10,77 7,38 Hydro 10,52 10,15 10,28 Nitơ 3,31 3,21 2,17 Trong thành phần chất cịn có nguyên tố phóng xạ như: kim, rubidi, man, rưỡi Kali có ý nghĩa đặc biệt nghiên cứu tia ~ â' Cơ thể động vật có khả giữ ngun tố phóng' xạ từ mơi trường thời gian với hàm lượng nhỏ 1.2 CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ VÀ HỮU CƠ TRONG CƠ THỂ ĐỘNG VẬT Các nguyên tố thể dạng hợp chất vô hữu với mức độ phức tạp khác Nhóm chất thứ nhất: protein, glucid, lipid, lipoid, nước muối vô luôn có thành phần tế bào động vật Nhóm chất thứ hai: amoniac, CO2, u rê, acid uric, creatin, glycerin chất khác sản phẩm phân giải nhóm chất thứ hay sản phẩm trình tổng hợp Nhóm chất thứ ba chất có hoạt tính sinh học enzym, hormon, vitamin Một liên kết tế bào dạng phân tử hoà tan, dạng thứ hai dạng ton dạng thứ ba trạng thái keo Kết liên kết chất với ba nhóm chất tạo thành vơ số phức chất có thành phần phức tạp Tỷ lệ phần trăm chất số tế bào động vật thể bảng sau: Bảng thành phần hố học số tế bào thể động vật có vú (%) Tế bào Máu Gan Não Da xương Nước 72-78 79 60-80 78 66 20-25 Vật chất khô 22-28 21 20-40 22 34 75-80 Protein 18-20 9,0 15 8,0 23 26 Lipid lipoid 3,0 1,0 3-20 12-15 7,.0 Rất Lucid 0.6 0,1 1-15 0,1 Có Có Chất hữu 1,0 0,14 Nhiều 1,0-2,0 Có Rất Chất vơ 1,0 0,9 Khơng có 1,0 06 45 1.3 NƯỚC TRONG CƠ THỂ ĐỘNG VẬT Nước thể động vật nơng nghiệp chiếm trung bình khoảng 2/3 khối lượng thể Hàm lượng nước giảm dần theo lứa tuổi Sự phân bố nước tế bào khác Có loại tế bào chiếm tới 80% lớn hơn, có loại tế bào có 0% Một phần nước thể nằm trạng thái tự do, phần lớn trạng thái liên' kết Protein số hợp chất khác thể tồn trạng thái keo Nước hệ thống keo dạng hydrat, mu61 liên quan với lực trương phồng Loại liên kết nước quan trọng đặc tính tế bào động vật Sự hiểu biết trình liên kết tiết nước tế bào thể có ý nghĩa lớn việc nghiên cứu trao đối nước động vật Bảng Tỷ lệ nước tế bào động vật Tế bào Tỷ lệ Tế bào Tỷ lệ Răng 10 Chất trắng não 70 Xương 22 Tuỷ sống 69 Tế bào mỡ 30 Da 72 Tế bào gân 49 Cơ 76 Tế bào sụn 55 Lách 76 Gan 74 Phổi 78 Tế bào mô liên kết 79 Máu 79 tim 79 Bạch huyết 95 Thận 83 Dịch dày 97 Chất xám não 85 Nước bọt 99 ... có sinh hố học động vật, sinh hố học thực vật, sinh hoá học vi sinh vật, enzym học, sinh hoá học di truyền Chương THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO VÀ DỊCH THỂ Ở CƠ THỂ ĐỘNG VẬT Thành phần hoá học. .. Nội dung giáo trình có 15 chương bao gồm phần chính: sinh hố học tĩnh anh hoá học động Sinh hoá học tĩnh cung cấp kiến thức thành phần cấu tạo hoá học chất có thể động vật Sinh hóa học động cung... như: sinh lý học, bệnh lý học, nội khoa, truyền nhiễm học VỊ TRÍ MƠN HỌC Sinh hố học mơn khoa học sở có tính chất bắc cầu khoa học khoa học chuyên ngành Sinh hoá học, song song với sinh lý học,