分子生物学基础(同名207)课件

1、分子生物学基础一、生物分类体系 界（kingdom） 动物界(Animalia) 门（phylum） 脊索动物门(Chordata) 脊椎动物亚门(Vertebtata) 纲（class） 哺乳动物纲(Mammalia) 真兽亚纲(Eutheria) 目（order） 灵长目(Primates) 类人猿亚目(Anthropoidea) 科（family） 人科(Hominidae) 属（genus） 人属(Homo) 种（species） 人种(sapiens)超-（super-）；亚-（sub-） 生物“界”的划分 三界说、四界说、五界说、六界说 六界说： 真细菌 古细菌 原生生物 真菌 植

2、物 动物原核生物真核生物原核生物（真细菌、古细菌） 原核生物(prokaryote)：由原核细胞构成的单细胞生物 DNA分子无核膜包裹，遗传信息量小； 细胞小，直径为0.210m，有细胞壁； 细胞内无细胞器。真核生物（原生生物、真菌、植物、动物） 真核生物(eukaryote)：由真核细胞构成的单细胞、多细胞生物 有核膜包裹的完整细胞核，核内DNA借助组蛋白形成多个染色体； 细胞体积较大，直径为10100m； 细胞内有功能专一的细胞器。细胞的结构（真核和原核）生物分类体系 Carolus Linnaeus（1707-1778）瑞典博物学家 Linnaeus在Systema Naturae中创立

3、生物分类体系 双命名法（binomial nomenclature）每个物种的科学名称由两部分组成：属名加种名，属名在前，第一个字母大写；种名在后，小写；其后还可标注发现的地名或发现者的名字；采用拉丁文 模式生物基因组计划是人类基因组计划的一个重要组成部分为人类基因组研究做方法学和组织工作的准备（1）将从模式生物中得到的数据和资料与人类基因组比较，通过不同生物基因序列的同源性来阐明人类相应基因的功能；（2）通过研究小而简单的模式生物的基因组，积累经验，发展技术；（3）对模式生物的研究亦具有重要的经济价值。模式生物的基因组结构相对于人类基因组来说，比较简单，在基因组测序时可以为人类基因组计划提供

4、借鉴，更重要的是对这些模式生物体的功能基因的认识可以为认识人类基因组的功能提供更多的帮助。四大“模式生物”：酵母、线虫、果蝇、小鼠模式生物(Model Organisms)噬菌体（Bacteriophage） 感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 如：大肠杆菌噬菌体(coliphages) 遗传物质：单链/双链、环状/线状、DNA/RNA电镜下的蝌蚪形噬菌体病毒（Virus） 不具有细胞形态结构，仅由核酸和蛋白质构成； 如：人艾滋病毒HIV、SARS冠状病毒 体积小，10300nm； 严格的专性细胞内寄生； 对抗生素不敏感。电子显微镜下的SARS冠状病毒100nm放大了15万倍的H5N

5、1型禽流感病毒 大肠杆菌（Escherichia coli） 人类研究得最为详尽的模式生物：结构简单，基因组小，无内含子，无性繁殖，可人工培养。因此，作为分子生物学及相关基础生物学研究的材料，是一种良好的模式生物 K12菌株，全基因组于1997年测定，长460万bp 长度1.6 m，单细胞原核生物，繁殖快。大肠杆菌及其全基因组酵母（Saccharomyces cerevisiae, yeast） 属于真菌界的单细胞真核生物； 有16条染色体，全基因组于1996年测定：遗传学上的里程碑秀丽线虫（Caenorhabitidis elegans, worm） 细胞数目一定：成虫细胞数目只有959个，

6、其中包括302个神经元； 有6条染色体，全基因组于1998年测定，长9.7Mb荧光显微镜下的秀丽线虫果蝇（Drosophila melanogaster）打开诺贝尔奖的钥匙 生活周期短、容易饲养、繁殖力强、染色体数目少、易于观察、容易诱发变异等特点 ； 全基因组长约1.8亿bp。果蝇：遗传学和分子发育生物学的国王果蝇的4对染色体照片 拟南芥（Arabidopsis thaliana）十字花科草本，生活周期为6周，是理想的模式植物； 5条染色体，全基因组长约1.0108 bp。植物中的“果蝇”拟南芥小鼠（Mus musculus） 基因组大小与人类相近，约30亿个核苷酸对，有19条染色体；199

7、9年小鼠基因组测序项目启动2002年8月完成小鼠基因组物理图谱2002年12月完成小鼠基因组序列草图水稻（Oryza sativa） 基因组比较紧致，为小麦的1/37，是禾本科植物的首选测序对象； 12条染色体；约为人类基因组的七分之一，大约4.3亿bp。 非洲爪蟾（Xenopus lavias） 1个受精卵在24小时内分裂到各种器官初具雏形的程度斑马鱼（Danio rerio） 身体透明的小鱼，生活周期约3个月，是研究脊椎动物发育过程的良好对象。二、生命的分子组成从化学成分看，生物体内除了水、无机盐类、离子，主要有4类分子，其中3类可以形成大分子。小分子大分子单糖、双糖多糖、淀粉、糖原、纤维

8、素脂肪酸核苷酸核糖核酸RNA、脱氧核糖核酸DNA氨基酸蛋白质糖的生物功能 作为燃料（是生命活动所需的能源） 重要的中间代谢物 参与生物大分子组成 作为信号分子 碳水化合物，含C、H、O三种元素，比例一般为1:2:1。小分子：单糖、双糖、三糖大分子（由单糖构成的多糖）：淀粉、糖原、纤维素1. 糖类（carbohydrates）脂类的生物功能 构成生物膜的骨架 储存能量（效率是糖的2倍左右） 构成生物表面的保护层、保温层 重要的生物学活性物质碳水化合物，含C、H、O三种元素，H:O远大于2，某些脂类含有P、N；不溶于水，但溶于非极性溶剂；中性脂肪、磷脂、类固醇、萜类2. 脂类（lipids）蛋白质

9、的生物功能 是遗传信息转化成生物结构和功能的表达者； 参与基因表达的调节，以及细胞中氧化还原反应、电子传递、神经传递、学习记忆等重要生命过程； 酶（一类重要的蛋白质）在细胞和生物体内各种生化反应中起催化作用； 某些蛋白质为生物生长提供营养； 某些蛋白质是动物的攻防武器（蛇毒、蜂毒）。蛋白质是细胞的重要组成成分。除含有C、H、O、N外，还有S。蛋白质的基本结构单位为氨基酸（amino acid）。蛋白质种类繁多，估计有10101012种。3. 蛋白质(protein)和氨基酸(amino acid)氨基酸标准符号 符号意义符号意义A(Ala)丙氨酸N(Asn)天冬酰胺B天冬氨酸/天冬酰胺P(Pr

10、o)脯氨酸C(Cys)半胱氨酸Q(Gln)谷氨酰胺D(Asp)天冬氨酸R(Arg)精氨酸E(Glu)谷氨酸S(Ser)丝氨酸F(Phe)本丙氨酸T(Thr)苏氨酸G(Gly)甘氨酸U硒代半胱氨酸H(His)组氨酸V(Val)缬氨酸I(Ile)异亮氨酸W(Trp)色氨酸K(Lys)赖氨酸Y(Tyr)酪氨酸L(Leu)亮氨酸Z谷氨酸/谷氨酰胺M(Met)甲硫氨酸蛋白质的空间结构 一级结构(primary structure)多肽链中氨基酸数目、种类和线性排列顺序二级结构(secondary structure)氢键形成-螺旋( -helix)链间形成-折叠(-sheet)三级结构(tertiary

11、 structure)肽链进一步沿多方向盘绕成紧密的近似球状结构四级结构(quaternary structure)具有特定构象的肽链进一步结合，并在空间相互作用脱氧核糖核酸(DNA，deoxyribonucleic acid) 存在于细胞核内的染色质中，以及线粒体和叶绿体中 DNA是遗传信息的携带者核酸是最重要的一类生物大分子。1870年，F. Miescher从脓细胞的核中分离，由于呈酸性，故命名为核酸。核糖核酸(RNA，ribonucleic acid) 在细胞核内产生，再进入细胞质中 RNA在蛋白质合成中起重要作用核酸(nucleic acid)4. 核酸(nucleic acid)及

12、核苷酸(nucleotides)生物信息数据库中的核苷酸代码 核苷酸代码核苷酸代码A（腺嘌呤）AU（尿嘧啶）UC（胞嘧啶）CC或T（U）YG（鸟嘌呤）GG或T（U）KT（胸腺嘧啶）TA或T（U）W非ABA或GR非CDA或CM非GHG或CS非TVA或C或G或T（U）N从DNA到蛋白质Reverse transcription(Crick, 1957)中心法则(central dogma)mRNA三联码氨基酸的遗传密码遗传密码的普遍性与特殊性1、普遍性：对大多数病毒、原核生物、真菌、植物、动物都适用；2、特殊性： 支原体：UGA 色氨酸(Trp) 嗜热四膜虫：UAA 谷氨酰胺(Gln) 线粒体：与核DNA编码的氨基酸有部分差异线粒体DNA与核DNA密码差异物种密码线