第一章生物信息学的生物学基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,总结,第一节,引言,从人类基因组计划说起,第二节 生物信息学及其发展历史,第三节 生物信息学主要研究内容,1,、生物分子数据的收集与管理,2,、数据库搜索及序列比较,3,、基因组序列分析,4,、基因表达数据的分析与处理,5,、蛋白质结构预测,第四节,生物信息学当前的主要任务,1,、,基因组,2,、,蛋白质组,3,、,蛋白质结构,4,、,药物设计,编号,名称,第一章,生物信息学引论,第二章,生物信息学的生物学基础,第三章,生物信息学数据库资源,第四章,DNA和蛋白质序列分析,第五章,系统发生分析,第六章,基因表达数据分析,第七章,其他常用生物信息学工具,第八章,电子克隆的原理和应用,第九章,基本生物信息学工具的开发与应用,第二章 生物信息学的生物学基础,生物信息学,生物信息是：,核酸,和,蛋白质,细胞,蛋白质,核酸,研究手段,提纲,生命活动的基本单位是什么？,Question 1,细胞,生命的精致,生命不息，,细胞活动不止,细胞,细胞活动不止,细胞,两类细胞：,原核细胞：细菌、蓝细菌、原绿藻,真核细胞：如真菌、动物、植物,思考：原核和真核细胞的区别？,原 核 细 胞,主要特点,：,1.遗传物质仅一个环状,DNA,或,RNA,2.无细胞核，无核膜,3.无细胞器,无细胞骨架,4.以无丝分裂或出芽繁殖,代表生物:,支原体,细菌,兰藻,螺旋藻(人类未来的蛋白质,食物新来源),细胞,真 核 细 胞,主要特点,：,1.遗传物质主要聚集在染色体上,2.有细胞核，有核膜,3.有细胞器,有细胞骨架,4.有丝分裂和减丝分裂,代表生物:,酵母，动物和植物等。,细胞,真 核 细 胞,三大结构体系,3.,膜系统:,质膜,内膜系统,细胞器,1.,细胞核系统:,遗传信息表达系统,2.,骨架系统:,细胞质,细胞核等的骨架系统,细胞,真 核 细 胞,细胞,真 核 细 胞,细胞,细胞的主要构成部分：,细胞核,细胞膜,细胞器,细胞质,细 胞 核,细胞,真核细胞中的细胞控制中心,包含遗传信息（染色质）,与细胞质中的其它细胞器通讯,细 胞 膜,细胞,细胞膜的最重要的特征是？,半透性,细 胞 器,细胞,线粒体：能量加工厂,内质网：蛋白质和脂肪合成场所,高尔基体：加工和包装的场所,溶酶体：水解酶催化降解的场所,真 核 细 胞 的 分 裂,细胞,真 核 细 胞,细胞,思考题：,遗传物质基本一样的细胞，为什么形成细胞群的功能千变万化？,细胞分化，,基因表达模式，,蛋白的修饰,生命活动的执行者是什么？,Question 2,蛋白质,20,种标准氨基酸,蛋白质,氨基酸名称,英文缩写,简 写,氨基酸名称,英文缩写,简 写,甘氨酸,Gly,G,丝氨酸,Ser,S,丙氨酸,Ala,A,苏氨酸,Thr,T,缬氨酸,Val,V,天冬酰胺,Asn,N,异亮氨酸,Ile,I,谷酰胺,Gln,Q,亮氨酸,Leu,L,酪氨酸,Tyr,Y,苯丙氨酸,Phe,F,组氨酸,His,H,脯氨酸,Pro,P,天冬氨酸,Asp,D,甲硫氨酸,Met,M,谷氨酸,Glu,E,色氨酸,Trp,W,赖氨酸,Lys,K,半胱氨酸,Cys,C,精氨酸,Arg,R,20,种标准氨基酸,蛋白质,按照侧链化学性质的不同分为：,极性氨基酸,（容易与水分子形成氢键）,Ser,、,Thr,、,Cys,、,Asn,、,Gln,、,Tyr,、,Gly,带电氨基酸,His,、,Arg,、,Lys,（,+,）,碱性氨基酸,Asp,、,Glu,（,-,）,酸性氨基酸,疏水性氨基酸,Ala,、,Val,、,Leu,、,Ile,、,Phe,、,Trp,、,Pro,和,Met,蛋白质,蛋白质的结构,蛋白质,蛋白质的结构,蛋白质的一级结构,（,primary structure,）,蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的序列（包括二硫桥的位置）,蛋白质,蛋白质的结构,1953,年，桑格所测定的牛胰岛素序列,蛋白质,蛋白质的结构,蛋白质的二级结构,（,secondary structure,）,二级结构主要有以下几种形式：,（,i,）,螺旋,（,ii,）,折叠,平行折叠 反平行折叠,（,iii,）,转角,连接作用,”,U”,型结构（大多,Phe,Gly,组成）,（,iv,）,无规卷曲,-,没有确定规律性的肽链构象，但仍是紧密有序的稳定结构,（,v,）,无序结构,多肽链中有的区段为,螺旋,和,折叠,蛋白质,蛋白质的结构,螺旋,肽链主链骨架围绕中心轴盘旋成螺旋状的结构。,蛋白质,蛋白质的结构,折叠,在多肽链之间或一条肽链的肽段之间靠氢键联结,而成的锯齿状片层结构,蛋白质,蛋白质的结构,转角,在球状的蛋白质分子中，肽链经常出现的回折，,由4个连续的氨基酸组成。（大多Phe,Gly组成）,蛋白质,蛋白质的结构,蛋白质的三级结构,在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象,螺旋,折叠,Zn,疏水核心,螺旋,蛋白质,蛋白质的结构,蛋白质的四级结构,组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接。疏水力、氢键、盐键,蛋白质,蛋白质结构与功能的关系,一级结构,即氨基酸顺序,高级结构,生物学功能,（,1,）蛋白质一级结构与功能的关系,序列分析,（,2,）蛋白质空间构象与功能的关系,结构分析,细胞,蛋白质,核酸,研究手段,核酸,核酸的化学结构,碱基+戊糖,核苷 +磷酸,核苷酸,聚合,核酸,碱基,戊糖,磷酸,符 号,含 义,说 明,G,G,鸟嘌呤,A,A,腺嘌呤,T,T,胸腺嘧啶,C,C,胞嘧啶,R,G or A,嘌呤,Y,T or C,嘧啶,M,A or C,氨基,K,G or T,酮基,S,G or C,强氢键（3个氢键）,W,A or T,弱氢键（2个氢键）,H,A or C or T,非G,B,G or T or C,非A,V,G or C or A,非T(非U),D,G or A or T,非C,N,G or A or T or C,任意碱基,扩展的遗传学字母表或,IUPAC,编码,核酸,DNA的一级结构,（1）,DNA,的碱基组成,（,i）A=T,G=C,（ii）A+G=C+T,（2）,DNA,的一级结构,由,A、T、C、G,四种脱氧核苷酸通过3、5-磷酸二酯键连接而成的长链高分子多聚体为DNA分子的一级结构,核酸,RNA和核糖体,RNA,是单链分子,RNA,主要有三种,:,信使,RNA,（,mRNA,）,-,转录遗传信息,核糖体,RNA,（,rRNA,）,-,蛋白质合成,转运,RNA,（,tRNA,）,-,转运氨基酸,核糖体是蛋白质合成的场所，核糖体主要由蛋白质分子和,rRNA,组成,核酸,RNA和核糖体,反密码子,氨基酸,新生肽链,核糖体,mRNA,mRNA，tRNA，rRNA,tRNA,16S rRNA,可识别,mRNA,起始位点,核酸,遗传密码的基本特征,密码无标点符号,密码的简并性（,degeneracy,）,特殊密码子,核酸,中心法则,复制,DNA,转录,逆转录,复制,RNA,蛋白质,翻译,调控,核酸,基 因,基因具有几个重要的特征：,基因,是一种相对独立的遗传信息单位；,基因,是一段,DNA,分子，遗传信息贮存在,DNA,中,；,基因,通过指导合成蛋白质或,RNA,，,进而产生生理功能，或影响其他基因的表达。,核酸,基 因,原核生物基因的转录：,i,p,o,Z,Y,A,操纵子模型,结构基因,调节基因,操纵基因,操纵子,核酸,基 因,真核生物基因组,特点：,（1）真核细胞的基因结构,外显子,(ATG,TAA,TGA,TAG),内含子（,5-GTAG-3,）,完整的基因结构,（2）单拷贝基因和基因家族,（3）重复序列,TATA盒,翻译起始,植物C/GAANN,ATG,G,动物A/GNN,ATG,G,各内含子,加poly(A)信号,植物 G/AATAA1-3,动物 AATAAA,终止密码子,各个外显子,AGGA或,CAAT盒,加帽位点,5m,7,GpppNp,5端,真核基因的一般结构,TSS,核酸,基 因,真核生物基因：,TSS,核酸,基 因-蛋 白,ORF,核酸,真核生物基因表达的调控,转录前调控,转录调控,转录后调控,翻译调控,蛋白质后加工,细胞,蛋白质,核酸,研究手段,基本分子生物学研究手段,PCR,PCR反应液体的成分:,PCR循环的程序:,PCR原理：,基本分子生物学研究手段,RT-PCR,反转录PCR,mRNA-cDNA-PCR,基本分子生物学研究手段,Cutting by enzymes,基本分子生物学研究手段,Southern Blot,基本分子生物学研究手段,Northern Blot,细胞,蛋白质,核苷酸,研究手段,提纲,Questions:,1.蛋白质二级结构有哪些？,2.真核生物的启动子有什么作用？,3.TSS,外显子和内含子的概念。,4.如何判断起始密码子？内含子？,5.基因表达调节有哪些？,