《生物化学和分子生物学幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学和分子生物学幻灯片.ppt（76页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、生物化学和分子生物学第1页，共76页，编辑于2022年，星期一分子生物和生物化学分子生物和生物化学细胞生物学细胞生物学神经生物学神经生物学生命科学导论生命科学导论绪论绪论第2页，共76页，编辑于2022年，星期一生命科学探索生命的奥秘生命科学探索生命的奥秘自然科学中最具有挑战性的学科自然科学中最具有挑战性的学科Biology,Life Sciences医学、农学、法医学、人类学、心理学、社会学、哲学、伦理学第3页，共76页，编辑于2022年，星期一生命科学是生命科学是2121世纪自然科学中世纪自然科学中最可能有重大突破的学科最可能有重大突破的学科2020世纪初是物理学的黄金时代世纪初是物理学的
2、黄金时代19531953年年Watson-Crick DNAWatson-Crick DNA双螺旋双螺旋模型模型 分子生物学诞生分子生物学诞生生命科学的黄金时代生命科学的黄金时代第4页，共76页，编辑于2022年，星期一生命的奥秘生命的奥秘遗传遗传 个体的发育个体的发育 人体有人体有100100万亿个细胞，却都是由受精万亿个细胞，却都是由受精卵一个细胞发育而来卵一个细胞发育而来进化进化大脑的功能大脑的功能 学习，记忆，思维，学习，记忆，思维，认知认知癌症癌症生命起源生命起源第5页，共76页，编辑于2022年，星期一 作为作为科学科学杂志创刊周年纪念活动杂志创刊周年纪念活动的一部分的一部分 ,不
3、同领域的科学家日前齐聚美国不同领域的科学家日前齐聚美国科学促进会位于华盛顿的总部，共同探讨眼科学促进会位于华盛顿的总部，共同探讨眼下最亟须解决的科学问题下最亟须解决的科学问题,提出了提出了125125个目个目前挑战全球科学界的重要基础性问题。在这前挑战全球科学界的重要基础性问题。在这125125个问题的基础上，科学家们围绕个问题的基础上，科学家们围绕4 4个主题个主题展开了讨论。这展开了讨论。这4 4个主题分别是：个主题分别是：宇宙的本质，宇宙的本质，记忆、意识和人类的生命，记忆、意识和人类的生命，基因、蛋白质和疾病，基因、蛋白质和疾病，持续发展。持续发展。挑战全球科学界的重要基础性问题挑战全
4、球科学界的重要基础性问题第6页，共76页，编辑于2022年，星期一n人类面临最重大的问题和挑战人口膨胀；粮食短缺；疾病危害；环境污染；能源危机；资源匮乏；生态平衡破坏；生物物种大量消亡。第7页，共76页，编辑于2022年，星期一高新技术产业代替传统产业高新技术产业代替传统产业2121世纪将是信息技术、世纪将是信息技术、生物技生物技术术、新材料技术、新能源技术、新材料技术、新能源技术突飞猛进的发展时期，也是这突飞猛进的发展时期，也是这些高新科技迅速产业化的时期。些高新科技迅速产业化的时期。第8页，共76页，编辑于2022年，星期一第9页，共76页，编辑于2022年，星期一什么是生命？什么是生命？
5、生命的基本特征是生命的基本特征是什么？什么？第10页，共76页，编辑于2022年，星期一生命的基本特征生命的基本特征所有的生物都是由一个或多个所有的生物都是由一个或多个细胞细胞组成的组成的所有的生物都是高度所有的生物都是高度有序有序的的 (order)(order)生长与发育生长与发育 (growth and development)(growth and development)应激反应应激反应 (response to the environment)(response to the environment)利用能量，新陈代谢利用能量，新陈代谢（Energyutilization)Ener
6、gyutilization)复制与繁殖复制与繁殖 (reproduction)(reproduction)进化进化 (evolution)(evolution)调节与稳态调节与稳态 (regulation)(regulation)第11页，共76页，编辑于2022年，星期一定义定义生命是具有以上共同特征的物质存在形式生命是具有以上共同特征的物质存在形式生命科学是研究生命现象的科学生命科学是研究生命现象的科学生命科学是研究生物体及其活动规律的科学生命科学是研究生物体及其活动规律的科学，广义的生命科学还包括生物技术、生物与环广义的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。境、
7、生物学与其他学科交叉的领域。第12页，共76页，编辑于2022年，星期一除除病病毒毒外外，所所有有的的生生物物都都是是由由一一个个或或多多个个细细胞胞组成的组成的,所有的生物都是高度有序的所有的生物都是高度有序的细胞生物学第13页，共76页，编辑于2022年，星期一新新陈陈代代谢谢、所所有有生生物物体体都都与与外外界界不不断断进进行行物物质质交交换与能量交换换与能量交换 有机质合成有机质分解生物化学第14页，共76页，编辑于2022年，星期一繁殖与遗传繁殖与遗传生生命命通通过过繁繁殖殖而而延延续续，DNADNA是是生生物物遗遗传传的的基基本本物物质质种种瓜瓜得得瓜瓜，种种豆豆得豆得豆遗遗传传的
8、的奥奥秘秘已已被被揭示揭示遗传学第15页，共76页，编辑于2022年，星期一生长和发育生长和发育发育生物学第16页，共76页，编辑于2022年，星期一进化与适应 生物与环境相互作用，适应环境生物与环境相互作用，适应环境进化生物学，生态学第17页，共76页，编辑于2022年，星期一应激反应与稳态应激反应与稳态n生生物物对对外外界界可可产产生生应应激激反反应应，自自我我调调节节，对对环环境境有有适适应应性性，保保持它们内部的恒定持它们内部的恒定生理学，生态学，分子细胞生物学第18页，共76页，编辑于2022年，星期一生命的不同层次生命的不同层次生态水平生态水平 群落水平群落水平 群体水平群体水平个
9、体水平个体水平 器官系统水平器官系统水平 器官水平器官水平组织水平组织水平 细胞水平细胞水平分子水平分子水平第19页，共76页，编辑于2022年，星期一生命科学的发展史生命科学的发展史古代古代1616世纪世纪1616世纪世纪2020世纪中叶世纪中叶2020世纪中叶世纪中叶第20页，共76页，编辑于2022年，星期一古代古代1616世纪世纪与疾病斗争，农业畜禽生产，宗教活动与疾病斗争，农业畜禽生产，宗教活动亚里士多德亚里士多德 382 382322BC 322BC 动物誌动物誌古代第一部按学术体系记录的人类关于生物学的广泛知识古代第一部按学术体系记录的人类关于生物学的广泛知识春秋战国春秋战国诗经
10、诗经260260多种动物，多种动物，350 350多种植物，多种植物，西汉西汉尔雅尔雅10001000多种动植物多种动植物北魏北魏 贾思勰贾思勰 齐民要术齐民要术中国现存最早、最完整的一部包括农、林、牧、副、渔的综合性农书中国现存最早、最完整的一部包括农、林、牧、副、渔的综合性农书 明代明代 李时珍李时珍 本草纲目本草纲目一部集十六世纪以前，中国本草学大成的著一部集十六世纪以前，中国本草学大成的著作第21页，共76页，编辑于2022年，星期一1616世纪世纪2020世纪中叶世纪中叶1543 1543 比利时医生比利时医生维萨里维萨里Andreas Vesalius Andreas Vesali
11、us 人体的人体的结构结构 解剖学解剖学1628 1628 英国医生英国医生哈维哈维Willian Harvey Willian Harvey 心血循环论心血循环论 生理学生理学解剖学和生理学的建立为人们对生命现象的全面研解剖学和生理学的建立为人们对生命现象的全面研究奠定了基础究奠定了基础1818世纪世纪 细胞学，进化论，遗传学细胞学，进化论，遗传学第22页，共76页，编辑于2022年，星期一细胞学细胞学1665年，英国学者胡克(Robert Hooke)设计制造了首架光学显微镜，当时放大倍数为40-140倍，并用此首次观察并描述了植物细胞，同年发表显微图谱一书。(cell)1838年 施莱登
12、Matthias Jacob Schleiden,发表植物发生论“,植物组织由细胞组成 施旺Theodor Schwann 动物组织“细胞学说”确定了现代生物学中的一个基本观念-所有有生命的生物体都是由细胞和细胞产物组成的 1858年 魏尔肖 Rudolf Virchow,细胞病理学 第23页，共76页，编辑于2022年，星期一进化论进化论系统生物分类法系统生物分类法 林耐林耐Carl LinnaeusCarl Linnaeus1859 1859 达尔文达尔文 物种的起源物种的起源进化论进化论生物的多样性与进化的保守性生物的多样性与进化的保守性第24页，共76页，编辑于2022年，星期一遗传学
13、遗传学魏斯曼（18391914）生物发育的种质学说1865 孟德尔豌豆杂交实验摩尔根（18661945）果蝇实验经典遗传学的分离，连锁，交换三大规律 摩尔根与孟德尔所奠定的遗传学染色体的基本理论，被称为经典遗传学。第25页，共76页，编辑于2022年，星期一2020世纪中叶世纪中叶19531953年年James Watson and Francis James Watson and Francis CrickCrick双螺旋模型双螺旋模型中心法则中心法则分子生物学的诞生分子生物学的诞生生命科学从静态的定性描述性学科生命科学从静态的定性描述性学科 转为动态定量的学科转为动态定量的学科第26页，共
14、76页，编辑于2022年，星期一分子遗传学分子遗传学细胞分子生物学细胞分子生物学分子细胞神经生物学分子细胞神经生物学分子免疫学分子免疫学发育分子生物学发育分子生物学第27页，共76页，编辑于2022年，星期一 2121世纪生命科学的特点世纪生命科学的特点1 1、各种组学研究使得生命科学分析与综合结合、各种组学研究使得生命科学分析与综合结合分析与综合相结合分析与综合相结合 Systems Biology第28页，共76页，编辑于2022年，星期一2 2、由描述性的定性的科学走向精确定量的科学、由描述性的定性的科学走向精确定量的科学A.(上上)围棋围棋 B.（下）国际象棋的（下）国际象棋的fMRI
15、 结果结果围棋与国际象棋的区别：较强的激活围棋与国际象棋的区别：较强的激活 围棋围棋-右侧，国际象棋右侧，国际象棋-左侧。左侧。有证据表明有证据表明:右半球参与整体水平加工右半球参与整体水平加工.本结果提示：本结果提示：围棋围棋-更依赖于更依赖于-整体水平加工，整体水平加工，国际象棋国际象棋-更注重于更注重于-局部计算。局部计算。第29页，共76页，编辑于2022年，星期一3 3、多学科交叉、多学科交叉第30页，共76页，编辑于2022年，星期一 生命的基本化学组成生命的基本化学组成 生命生命本质的一致性本质的一致性2.1 2.1 原子和分子原子和分子生命的化学基础生命的化学基础2.2 2.2
16、 糖类化合物糖类化合物2.3 2.3 脂类化合物脂类化合物2.4 2.4 蛋白质蛋白质2.5 2.5 核酸核酸第31页，共76页，编辑于2022年，星期一生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂类和多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白等重要生物大分子，糖类又是生命活动的主要能源。脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂类。卵磷脂是生物
17、膜脂质双层的主要成分。蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。蛋白质的特定构像对于蛋白质的功能起决定性的作用。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA)和核糖核酸(RNA)两类。DNA是右旋的双螺旋结构。DNA是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它决定蛋白质的功能。RNA是一类单链分子，在蛋白质的合成中起重要作用。1953年 Watson和Crick建立了DNA双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学基础。第32页，共76页，编辑于2022年，星期一第33页，共76页，编辑于2022年，星期一核酸核酸第34页，共76页，编辑于2022年，星期一核酸核酸核核酸酸是是遗遗传传信
18、信息息的的主主要要携携带带者者,贮贮存存遗遗传传信信息息，控控制制蛋白质的合成蛋白质的合成核核酸酸包包括括脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸(DNA)(DNA)和和核核糖糖核核酸酸(RNA)(RNA),都都是是由由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。许多顺序排列的核苷酸组成的大分子。分子量RNA：几万几百万DNA：1.61062.2109第35页，共76页，编辑于2022年，星期一碱基碱基+戊糖戊糖 核苷核苷 +磷酸磷酸 核苷酸核苷酸 poly 聚合聚合 核酸核酸 (核苷酸之间通过核苷酸之间通过3.5磷酸二脂键磷酸二脂键连接连接)核酸的化学结构碱基戊糖磷酸第36页，共76页，编辑于2022年，星期一核苷酸
19、每一个每一个核苷酸核苷酸含有一个含有一个戊糖戊糖（核糖或脱氧核糖）（核糖或脱氧核糖）分子、一分子、一个个磷酸磷酸分子和一个含氮的有机分子和一个含氮的有机碱（碱（碱基碱基）。）。脱氧核糖或核糖上脱氧核糖或核糖上第一位碳原第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合子与嘌呤或嘧啶结合，就成为，就成为脱氧核苷或核苷，脱氧核苷或核苷，第三位或第三位或第五位碳原子再与磷酸结合第五位碳原子再与磷酸结合，就成为脱氧核糖核苷酸或核就成为脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸糖核苷酸。第37页，共76页，编辑于2022年，星期一腺嘌呤(Ade)A鸟嘌呤（Gua）G胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶（Cyt）C（Ura）U(Thy)T第38页，共76页，
20、编辑于2022年，星期一脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸DNA 核糖核酸核糖核酸RNAA adenine A G guanine GC cytosine CT thymine U UracilA,G are purinesC,T,U are pyrimidines第39页，共76页，编辑于2022年，星期一核酸的一级结构核酸的一级结构核苷酸按照一定的排列顺序，通过核苷酸按照一定的排列顺序，通过3 3,5,5-磷酸二酯键磷酸二酯键相连形成的线形结构相连形成的线形结构一个核苷酸一个核苷酸3 3-OH-OH与另一个核苷酸与另一个核苷酸5 5-H-H3 3POPO4 4脱水形成磷酸二酯键脱水形成磷酸二酯键(p
21、hosphodiester(phosphodiester bond)bond)。如此一直接下去，就成为核酸的如此一直接下去，就成为核酸的长链。长链。核酸的长链具有方向性核酸的长链具有方向性，可以写成，可以写成 5 5-P-P 3 3-OH-OH两端，就像蛋白质有两端，就像蛋白质有 N-N-端及端及 C-C-端一样。端一样。第40页，共76页，编辑于2022年，星期一3 3，5 5磷酸二磷酸二脂键脂键第41页，共76页，编辑于2022年，星期一DNA Backbone Example of DNA Backbone:5-d(CGAAT):第42页，共76页，编辑于2022年，星期一DNADNA分
22、子是由两条脱氧核糖核分子是由两条脱氧核糖核酸长链互以碱基配对相连而成酸长链互以碱基配对相连而成的螺旋状双链分子的螺旋状双链分子DNADNA的二级结构的二级结构第43页，共76页，编辑于2022年，星期一DNADNA双螺旋结构的发现双螺旋结构的发现 19431943年年薛定谔薛定谔在都柏林作的一系列演说在都柏林作的一系列演说 19441944年出版年出版“生命是什么生命是什么”一书一书 将一大批年轻的物理学家吸引到生物学领域将一大批年轻的物理学家吸引到生物学领域 物物理理学学出出身身的的CrickCrick，3131岁岁，攻攻读读 博博士士学学位位,来来到到英英国国剑剑桥桥大大学学Cavendi
23、shCavendish实实验验室室，M.M.Perutz,Perutz,L.L.Bragg,Bragg,X-X-射射线线衍射实验室衍射实验室 19511951年年 WatsonWatson 2323岁岁 生生物物学学本本科科毕毕业业，研研究生阶段研究噬菌体中究生阶段研究噬菌体中DNADNA复制复制 第44页，共76页，编辑于2022年，星期一CrickWatson第45页，共76页，编辑于2022年，星期一Wilkins威尔金斯与富兰克林根据X射线衍射研究，已经知道了DNA分子是由许多亚单位的堆积层组成，这些亚单位据有规则的螺旋状几何形状第46页，共76页，编辑于2022年，星期一 DNA D
24、NA应该是双螺旋应该是双螺旋 A A与与T T、C C与与G G巧妙配对巧妙配对 符符合合X X衍衍射射数数据据 DNADNA的复制的复制 Waterson Waterson 和和CrickCrick用用金金属属线线又又制制出出了了新新的的DNADNA模模型型，他他们们为为自自然然科科学学树树立立了了一一座座闪闪闪闪发发光光的的里里程碑。程碑。第47页，共76页，编辑于2022年，星期一DNA Double Helix第48页，共76页，编辑于2022年，星期一一种十分稳固的结构DNA双螺旋碱基堆积力芳香族碱基上的电子H键G-C,A-T离子键磷酸基团上带有负电荷与溶液中的阳离子形成离子键第49
25、页，共76页，编辑于2022年，星期一DNA的三级的三级结构结构:超螺旋超螺旋 在在DNADNA双双螺螺旋旋二二级级结结构构的的基基础础上上，进进一一步步扭扭曲形成的超螺旋。曲形成的超螺旋。超螺旋是超螺旋是DNADNA三级结构的主要形式。三级结构的主要形式。包括：包括：线状线状DNADNA形成的纽结、超螺旋和多形成的纽结、超螺旋和多 重螺旋，重螺旋，环状环状DNADNA形成的结、超螺旋和连环形成的结、超螺旋和连环第50页，共76页，编辑于2022年，星期一线状DNA形成的超螺旋第51页，共76页，编辑于2022年，星期一环状DNA形成的超螺旋超螺旋结构的特点：超螺旋结构的特点：致密性致密性第5
26、2页，共76页，编辑于2022年，星期一RNA的组成和作用RNA与DNA的主要差别：（1）RNA大多是单链分子；（2）含核糖而不是脱氧核糖；（3）4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。第53页，共76页，编辑于2022年，星期一细胞中几种主要有的RNA信使信使RNARNA（messager RNA,mRNAmessager RNA,mRNA）5%5%核糖体核糖体RNARNA（ribosome RNA,rRNAribosome RNA,rRNA）80%80%转运转运RNARNA（tranfer RNA,tRNAtranfer RNA,tRNA）15%15%mR
27、NAmRNA是遗传信息的携带者。在细胞核中是遗传信息的携带者。在细胞核中转录转录DNADNA上的遗传信息，再进入细胞质，上的遗传信息，再进入细胞质，蛋白质合成的模板。蛋白质合成的模板。第54页，共76页，编辑于2022年，星期一RNARNA的一级结构：的一级结构：RNARNA的的一级结构：一级结构：是由数量极其庞大的四种是由数量极其庞大的四种核糖核酸（核糖核酸（AMPAMP、GMPGMP、CMPCMP、UMPUMP）按一）按一定顺序，通过定顺序，通过33，55磷酸二酯键连成的磷酸二酯键连成的线形分子，线形分子，其表示方法与其表示方法与DNADNA相同相同。第55页，共76页，编辑于2022年，
28、星期一RNARNA的二级结构的二级结构(a)stem-loop.(b)hairpin.第56页，共76页，编辑于2022年，星期一tRNA的结构的结构二级结构二级结构特征特征：单链单链,局部局部双链双链 三叶草叶形三叶草叶形 AA臂四环臂四环氨基酸臂氨基酸臂TCTC环环D D环环(二羟尿嘧啶环二羟尿嘧啶环)反密码环反密码环额外环额外环7090个核苷酸个核苷酸第57页，共76页，编辑于2022年，星期一三级结构特征：三级结构特征：在二级结构基础上进在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒一步折叠扭曲形成倒L型型第58页，共76页，编辑于2022年，星期一mRNA结构特点线形单链结构，携带DNA信息，
29、作为指导合成蛋白质的模板5-端有甲基化结构，抗水解有前导序列3-polyA结构半衰期短(几分钟到几小时)第59页，共76页，编辑于2022年，星期一rRNA的结构真核生物的核糖体5S,5.8S,18S,23S,28SrRNA原核生物的核糖体16S,23S,5SrRNA第60页，共76页，编辑于2022年，星期一蛋白质蛋白质第61页，共76页，编辑于2022年，星期一蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次1.Primary structure =Sequence 2.Secondary structure=Helix,strand/sheet,turn,or loop.3.Supersecondary
30、 structure4.Domain 5.Tertiary structure=One folded chain of amino acids.6.Quaternary structure=Combination of multiple proteins into functional unit.第62页，共76页，编辑于2022年，星期一蛋白质的一级结构序列Primary structure 第63页，共76页，编辑于2022年，星期一蛋白质的二级结构Secondary structure alpha helices，螺旋，螺旋 beta sheets,折叠折叠turns，转角，转角第64页
31、，共76页，编辑于2022年，星期一Basicstructuralunitsofproteins:Secondarystructure-helix-sheetSecondary structures,-helix and-sheet,have regular hydrogen-bonding patterns.turns，转角，转角第65页，共76页，编辑于2022年，星期一 超二级结构超二级结构 Supersecondary structure基序基序MotifMotif第66页，共76页，编辑于2022年，星期一第67页，共76页，编辑于2022年，星期一 结构域结构域 domaindom
32、ain三级结构的基本单位是结构域。三级结构的基本单位是结构域。一个结构域指的是一条多肽链或能够独一个结构域指的是一条多肽链或能够独立折叠为稳定的三级结构的多肽链的一立折叠为稳定的三级结构的多肽链的一部分。部分。结构域也是一个功能单位，通常蛋白质结构域也是一个功能单位，通常蛋白质中不同的结构域是和不同的功能相关的。中不同的结构域是和不同的功能相关的。第68页，共76页，编辑于2022年，星期一第69页，共76页，编辑于2022年，星期一结构域结构域domain folds第70页，共76页，编辑于2022年，星期一第71页，共76页，编辑于2022年，星期一蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 Te
33、rtiary structure蛋白质在二级结构蛋白质在二级结构基础上进一步折叠，基础上进一步折叠，盘绕形成三级结构盘绕形成三级结构第72页，共76页，编辑于2022年，星期一 蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 Quaternary structure 许多球状蛋白分子含有两条或多条多肽链，许多球状蛋白分子含有两条或多条多肽链，这些多肽链间以非共价键的方式相连接。每这些多肽链间以非共价键的方式相连接。每一条多肽链都有自己的三级结构，这样的多一条多肽链都有自己的三级结构，这样的多肽链被称作蛋白质的肽链被称作蛋白质的亚基，亚基，又被称作又被称作亚单位。亚单位。subunitsubunit蛋白质的四级结构指的是各个亚基在寡聚蛋蛋白质的四级结构指的是各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布关系和蛋白质亚基之间的白质中的空间排布关系和蛋白质亚基之间的相互作用，它不考虑每个亚基自身的构象。相互作用，它不考虑每个亚基自身的构象。第73页，共76页，编辑于2022年，星期一血红蛋白的结构血红蛋白的结构第74页，共76页，编辑于2022年，星期一第75页，共76页，编辑于2022年，星期一Three-dimensionalstructureofproteinsTertiary structureQuaternary structure第76页，共76页，编辑于2022年，星期一