生物化学和分子生物学

生物化学和分子生物学第1页，课件共76页，创作于2023年2月分子生物和生物化学细胞生物学神经生物学生命科学导论绪论第2页，课件共76页，创作于2023年2月

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Biology,LifeSciences医学、农学、法医学、人类学、心理学、社会学、哲学、伦理学第3页，课件共76页，创作于2023年2月生命科学是21世纪自然科学中最可能有重大突破的学科20世纪初是物理学的黄金时代1953年Watson-CrickDNA双螺旋模型分子生物学诞生生命科学的黄金时代第4页，课件共76页，创作于2023年2月生命的奥秘遗传个体的发育人体有100万亿个细胞，却都是由受精卵一个细胞发育而来进化大脑的功能

学习，记忆，思维，认知癌症生命起源第5页，课件共76页，创作于2023年2月

作为《科学》杂志创刊１２５周年纪念活动的一部分,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，共同探讨眼下最亟须解决的科学问题,提出了125个目前挑战全球科学界的重要基础性问题。在这125个问题的基础上，科学家们围绕4个主题展开了讨论。这4个主题分别是：宇宙的本质，记忆、意识和人类的生命，基因、蛋白质和疾病，持续发展。挑战全球科学界的重要基础性问题第6页，课件共76页，创作于2023年2月

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，课件共76页，创作于2023年2月高新技术产业代替传统产业21世纪将是信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术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。第8页，课件共76页，创作于2023年2月第9页，课件共76页，创作于2023年2月什么是生命？

生命的基本特征是什么？第10页，课件共76页，创作于2023年2月生命的基本特征所有的生物都是由一个或多个细胞组成的所有的生物都是高度有序的(order)生长与发育

(growthanddevelopment)应激反应

(responsetotheenvironment)利用能量，新陈代谢（Energyutilization)复制与繁殖

(reproduction)进化(evolution)调节与稳态

(regulation)第11页，课件共76页，创作于2023年2月定义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、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。第12页，课件共76页，创作于2023年2月除病毒外，所有的生物都是由一个或多个细胞组成的,所有的生物都是高度有序的细胞生物学第13页，课件共76页，创作于2023年2月新陈代谢、所有生物体都与外界不断进行物质交换与能量交换

有机质合成有机质分解生物化学第14页，课件共76页，创作于2023年2月繁殖与遗传生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质种瓜得瓜，种豆得豆遗传的奥秘已被揭示遗传学第15页，课件共76页，创作于2023年2月生长和发育发育生物学第16页，课件共76页，创作于2023年2月进化与适应

生物与环境相互作用，适应环境进化生物学，生态学第17页，课件共76页，创作于2023年2月应激反应与稳态生物对外界可产生应激反应，自我调节，对环境有适应性，保持它们内部的恒定生理学，生态学，分子细胞生物学第18页，课件共76页，创作于2023年2月生命的不同层次生态水平群落水平群体水平个体水平器官系统水平器官水平组织水平细胞水平分子水平第19页，课件共76页，创作于2023年2月生命科学的发展史古代－16世纪16世纪－20世纪中叶20世纪中叶－第20页，课件共76页，创作于2023年2月古代－16世纪与疾病斗争，农业畜禽生产，宗教活动亚里士多德382－322BC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

春秋战国《诗经》260多种动物，350多种植物，西汉《尔雅》1000多种动植物北魏贾思勰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

明代

李时珍本草纲目一部集十六世纪以前，中国本草学大成的著作第21页，课件共76页，创作于2023年2月16世纪－20世纪中叶1543比利时医生维萨里AndreasVesalius人体的结构解剖学1628英国医生哈维WillianHarvey心血循环论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究奠定了基础18世纪细胞学，进化论，遗传学第22页，课件共76页，创作于2023年2月细胞学1665年，英国学者胡克(RobertHooke)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MatthiasJacobSchleiden,发表"植物发生论“,植物组织由细胞组成施旺TheodorSchwann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

RudolfVirchow,《细胞病理学》

第23页，课件共76页，创作于2023年2月进化论系统生物分类法林耐CarlLinnaeus1859达尔文《物种的起源》进化论

生物的多样性与进化的保守性第24页，课件共76页，创作于2023年2月遗传学魏斯曼（1839－1914）生物发育的种质学说1865孟德尔豌豆杂交实验摩尔根（1866－1945）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，课件共76页，创作于2023年2月20世纪中叶－

1953年JamesWatsonandFrancisCrick双螺旋模型中心法则分子生物学的诞生生命科学从静态的定性描述性学科转为动态定量的学科第26页，课件共76页，创作于2023年2月

分子遗传学细胞分子生物学分子细胞神经生物学分子免疫学发育分子生物学第27页，课件共76页，创作于2023年2月

21世纪生命科学的特点1、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SystemsBiology第28页，课件共76页，创作于2023年2月2、由描述性的定性的科学走向精确定量的科学A.(上)围棋B.（下）国际象棋的fMRI结果围棋与国际象棋的区别：较强的激活围棋-右侧，国际象棋-左侧。有证据表明:右半球参与整体水平加工.本结果提示：围棋--更依赖于-整体水平加工，国际象棋--更注重于-局部计算。第29页，课件共76页，创作于2023年2月3、多学科交叉第30页，课件共76页，创作于2023年2月生命的基本化学组成生命本质的一致性2.1原子和分子——生命的化学基础2.2糖类化合物2.3脂类化合物2.4蛋白质2.5核酸第31页，课件共76页，创作于2023年2月生命元素中，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，课件共76页，创作于2023年2月第33页，课件共76页，创作于2023年2月核酸第34页，课件共76页，创作于2023年2月核酸核酸是遗传信息的主要携带者,贮存遗传信息，控制蛋白质的合成核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),都是由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：1.6×106——2.2×109第35页，课件共76页，创作于2023年2月碱基+戊糖 核苷+磷酸核苷酸

poly

聚合

核酸

(核苷酸之间通过3.’5’磷酸二脂键连接)核酸的化学结构碱基戊糖磷酸第36页，课件共76页，创作于2023年2月核苷酸每一个核苷酸含有一个戊糖（核糖或脱氧核糖）分子、一个磷酸分子和一个含氮的有机碱（碱基）。脱氧核糖或核糖上第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合，就成为脱氧核苷或核苷，第三位或第五位碳原子再与磷酸结合，就成为脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。第37页，课件共76页，创作于2023年2月腺嘌呤(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，课件共76页，创作于2023年2月脱氧核糖核酸DNA核糖核酸RNA

A

adenineA

GguanineGCcytosineCTthymineUUracilA,GarepurinesC,T,Uarepyrimidines第39页，课件共76页，创作于2023年2月核酸的一级结构

核苷酸按照一定的排列顺序，通过3’,5’-磷酸二酯键相连形成的线形结构一个核苷酸3’-OH与另一个核苷酸5’-H3PO4脱水形成磷酸二酯键(phosphodiesterbond)。如此一直接下去，就成为核酸的长链。核酸的长链具有方向性，可以写成5‘-P→3’-OH两端，就像蛋白质有N-端及C-端一样。第40页，课件共76页，创作于2023年2月3，5磷酸二脂键第41页，课件共76页，创作于2023年2月DNABackbone

ExampleofDNABackbone:5'-d(CGAAT):第42页，课件共76页，创作于2023年2月DNA分子是由两条脱氧核糖核酸长链互以碱基配对相连而成的螺旋状双链分子DNA的二级结构第43页，课件共76页，创作于2023年2月DNA双螺旋结构的发现

1943年薛定谔在都柏林作的一系列演说

1944年出版“生命是什么”一书将一大批年轻的物理学家吸引到生物学领域物理学出身的Crick，31岁，攻读博士学位,来到英国剑桥大学Cavendish实验室，M.Perutz,L.Bragg,X-射线衍射实验室1951年Watson23岁生物学本科毕业，研究生阶段研究噬菌体中DNA复制第44页，课件共76页，创作于2023年2月CrickWatson第45页，课件共76页，创作于2023年2月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，课件共76页，创作于2023年2月DNA应该是双螺旋A与T、C与G巧妙配对符合X衍射数据DNA的复制Waterson和Crick用金属线又制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。第47页，课件共76页，创作于2023年2月DNADoubleHelix

第48页，课件共76页，创作于2023年2月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页，课件共76页，创作于2023年2月DNA的三级结构:超螺旋在DNA双螺旋二级结构的基础上，进一步扭曲形成的超螺旋。超螺旋是DNA三级结构的主要形式。包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋，

环状DNA形成的结、超螺旋和连环第50页，课件共76页，创作于2023年2月线状DNA形成的超螺旋第51页，课件共76页，创作于2023年2月环状DNA形成的超螺旋超螺旋结构的特点：致密性第52页，课件共76页，创作于2023年2月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，课件共76页，创作于2023年2月细胞中几种主要有的RNA信使RNA（messagerRNA,mRNA）5%核糖体RNA（ribosomeRNA,rRNA）80%转运RNA（tranferRNA,tRNA）15%mRNA是遗传信息的携带者。在细胞核中转录DNA上的遗传信息，再进入细胞质，蛋白质合成的模板。第54页，课件共76页，创作于2023年2月RNA的一级结构：RNA的一级结构：是由数量极其庞大的四种核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定顺序，通过3´，5´磷酸二酯键连成的线形分子，其表示方法与DNA相同。第55页，课件共76页，创作于2023年2月RNA的二级结构(a)stem-loop.

(b)hairpin.

第56页，课件共76页，创作于2023年2月tRNA的结构二级结构特征：单链,局部·双链三叶草叶形

AA臂四环氨基酸臂TΨC环D环(二羟尿嘧啶环)反密码环额外环70－90个核苷酸第57页，课件共76页，创作于2023年2月三级结构特征：在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型第58页，课件共76页，创作于2023年2月mRNA结构特点线形单链结构，携带DNA信息，作为指导合成蛋白质的模板

5ˊ-端有甲基化结构，抗水解有前导序列

3ˊ--polyA结构半衰期短(几分钟到几小时)第59页，课件共76页，创作于2023年2月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，课件共76页，创作于2023年2月蛋白质第61页，课件共76页，创作于2023年2月蛋白质的结构层次Primarystructure

=Sequence

Secondarystructure

=

Helix,strand/sheet,turn,orloop.SupersecondarystructureDomainTertiarystructure

=

Onefoldedchainofaminoacids.Quaternarystructure

=Combinationofmultipleproteinsintofunctionalunit.

第62页，课件共76页，创作于2023年2月

蛋白质的一级结构序列

Primarystructure第63页，课件共76页，创作于2023年2月

蛋白质的二级结构

Secondarystructure

alphahelices，螺旋betasheets,折叠turns，转角第64页，课件共76页，创作于2023年2月Basicstructuralunitsofproteins:Secondarystructureα-helixβ-