生命的分子基础.pptx

第一章第一章 生命的分子基础生命的分子基础细胞是生物体的结构和功能的基本单位细胞是生物体的结构和功能的基本单位构成细胞的物质称构成细胞的物质称原生质（原生质（protoplasm）-又称生命物质又称生命物质主要元素主要元素 99.9%：C.H.O.N 90%；S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe.12种种微量元素：微量元素：Cu.Zn.Mn.Mo.Co.Cr.Si.F.Br.I.Li.Ba 等等化化合合物物有机化合物有机化合物无机化合物无机化合物水水无机盐无机盐自由水自由水：细胞生命活动的内环境，：细胞生命活动的内环境，细胞各种代谢反应的场所。细胞各种代谢反应的场所。：维持渗透压和：维持渗透压和pH保障细胞正保障细胞正常生理活动。常生理活动。糖糖 类类脂脂 类类酶酶蛋白质蛋白质核核 酸酸维生素维生素分子量巨大、结构复杂、具有分子量巨大、结构复杂、具有生物活性生物活性生物大分子生物大分子（biological macromolecules）结合水结合水：与许多分子结合构成细：与许多分子结合构成细胞结构的组成部分。胞结构的组成部分。第一节第一节 蛋白质蛋白质一、蛋白质分子的化学组成一、蛋白质分子的化学组成蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸20种它们结构的共同特点：含有氨基的有机酸种它们结构的共同特点：含有氨基的有机酸或或碱性的氨基碱性的氨基酸性的羧基酸性的羧基侧侧链链两两性性化化合合物物两两性性电电解解质质（主要元素：（主要元素：C H O N；少量的；少量的S）由相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排由相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键方式连接，从而组成蛋列顺序，以特定的化学键方式连接，从而组成蛋白质的基本结构。白质的基本结构。肽肽 键键肽肽 键键 蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，依次缩合而形成多肽链。依次缩合而形成多肽链。侧侧链链侧侧链链侧侧链链侧侧链链主主链链二、蛋白质的分子结构二、蛋白质的分子结构1.蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构：多肽链中氨基酸的种类，数目和排列顺多肽链中氨基酸的种类，数目和排列顺序。（主键：肽键；副键：二硫键）序。（主键：肽键；副键：二硫键）2.蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构：在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基之间连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。基之间连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。（氢键）（氢键）3.蛋白质的三级结构：蛋白质的三级结构：在二级结构的基础上再行折叠。（氢在二级结构的基础上再行折叠。（氢键，酯键，离子键，疏水键）键，酯键，离子键，疏水键）4.蛋白质的四级结构：蛋白质的四级结构：由两条或几条多肽链在各自三级结构的基础上形成由两条或几条多肽链在各自三级结构的基础上形成为蛋白质分子的结构亚基，由若干亚基之间以非共为蛋白质分子的结构亚基，由若干亚基之间以非共价键形式而相互结合的复合体。（非共价键）价键形式而相互结合的复合体。（非共价键）三、蛋白质的分类与主要功能三、蛋白质的分类与主要功能蛋白质的分类蛋白质的分类外外形形纤维蛋白：纤维蛋白：球形蛋白：球形蛋白：角蛋白角蛋白酶蛋白，免疫球蛋白酶蛋白，免疫球蛋白功功能能结构蛋白：结构蛋白：调节蛋白：调节蛋白：转运蛋白：转运蛋白：收缩蛋白：收缩蛋白：抗体蛋白：抗体蛋白：催化蛋白：催化蛋白：肌球蛋白肌球蛋白胰岛素胰岛素血红蛋白血红蛋白肌动蛋白，肌球蛋白肌动蛋白，肌球蛋白免疫球蛋白免疫球蛋白蛋白酶蛋白酶 组组成成成成分分单纯蛋白：单纯蛋白：结合蛋白：结合蛋白：指单纯由氨基酸组成的蛋白质。指单纯由氨基酸组成的蛋白质。（白蛋白，球蛋白，组蛋白）（白蛋白，球蛋白，组蛋白）指单纯蛋白和非蛋白质类物质指单纯蛋白和非蛋白质类物质结合，非蛋白质物质称辅基。结合，非蛋白质物质称辅基。（核蛋白，糖蛋白，脂蛋白）（核蛋白，糖蛋白，脂蛋白）（四）酶（四）酶是具有高度催化活性的蛋白质和是具有高度催化活性的蛋白质和RNA。酶酶的的特特性性高度的专一性高度的专一性高效的催化能力高效的催化能力高度不稳定性高度不稳定性蛋蛋白白酶酶的的分分类类单纯蛋白酶类单纯蛋白酶类结合蛋白酶类：酶蛋白结合蛋白酶类：酶蛋白+辅基（非蛋白质）辅基（非蛋白质）=全酶全酶 酶：酶：第二节第二节 核酸核酸（一）核酸的化学组成与种类（一）核酸的化学组成与种类核酸的基本单位核酸的基本单位单单核核苷苷酸酸戊糖戊糖磷酸磷酸含氮有机碱含氮有机碱核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖嘧啶：嘧啶：嘌呤：嘌呤：（碱基）（碱基）化化 学学 组组 成成ATP结构结构核糖核糖脱氧脱氧糖糖苷苷键键核核苷苷酯酯 键键单单 核核 苷苷 酸酸35磷酸二酯键磷酸二酯键53DNA的结构与功能的结构与功能 DNA 的的 结结 构构DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。分子中脱氧核苷酸的排列顺序。Watson和和 Crick提提出的出的DNA双螺旋双螺旋结构模型结构模型二级结构：二级结构：一级结构：一级结构：DNA的双链形成的双链形成DNA的双链形成的双链形成3.4nm含含10个个碱碱基基对对DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型1.DNA分子是由两条相互平行方向相反的多核苷分子是由两条相互平行方向相反的多核苷酸链围绕着同一中心轴形成的双螺旋结构。酸链围绕着同一中心轴形成的双螺旋结构。2.两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基配对原则两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基配对原则（A=T，G三三C）以氢键相连。）以氢键相连。3.相邻碱基对旋转相邻碱基对旋转36，间距，间距0.34nm，一个螺旋，一个螺旋包含包含10个碱基对旋转个碱基对旋转360，螺距为，螺距为3.4nm。Watson和和 Crick的的DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型DNA Models三种DNA（三）（三）DNA 的的 功功 能能DNA是遗传物质其功能是：储存，是遗传物质其功能是：储存，复制和传递遗传信息。复制和传递遗传信息。（二）（二）RNA的结构与功能的结构与功能RNA为单链可自身回折形成局部假双链。为单链可自身回折形成局部假双链。RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能细胞核和细胞质细胞核和细胞质线粒体线粒体功能功能核蛋白体核蛋白体RNArRNAMt rRNA核糖体组分核糖体组分信使信使RNAmRNAMt mRNA蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运转运RNAtRNAMt tRNA转运氨基酸转运氨基酸核内不均一核内不均一RNA HnRNA成熟成熟RNA前体前体核内小核内小RNASnRNA参与参与hnRNA的剪的剪接、转运接、转运核仁小核仁小RNASnoRNArRNA的加工的加工胞质小胞质小RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位蛋白质内质网定位合成的信号识别颗合成的信号识别颗粒的成分粒的成分非编码非编码RNAn n不编码蛋白质的RNAn n在动物的发育、分化、细胞增殖、凋亡和脂在动物的发育、分化、细胞增殖、凋亡和脂肪代谢过程中发挥调节作用。肪代谢过程中发挥调节作用。n n2005年美国怀特黑德研究中心和马萨诸塞理年美国怀特黑德研究中心和马萨诸塞理工学院研究人员发现：人类基因组中工学院研究人员发现：人类基因组中1/3负责负责蛋白质合成的基因由微小蛋白质合成的基因由微小RNA调控。调控。小小RNA（small RNA）n n小RNA 是一类20-30nt 的非编码RNAn n种类：n n微小RNA(microRNA,miRNA):约22nt,n n小干扰RNA（small interfering RNA,siRNA):21-28ntn npiRNA(piwi-interfering RNA,piwi-RNA):26-31nt,在小鼠精子发育过程中发现的，与PIWI蛋白家族成员结合调节精子成熟过程。nmicroRNA 的作用机制的作用机制n n是与是与是与是与mRNA mRNA 互补，让互补，让互补，让互补，让mRNA mRNA 沉默或者降解。沉默或者降解。沉默或者降解。沉默或者降解。现在流行的现在流行的现在流行的现在流行的RNAi RNAi 技术就是利用了细胞体内的这个机制，在体外人技术就是利用了细胞体内的这个机制，在体外人技术就是利用了细胞体内的这个机制，在体外人技术就是利用了细胞体内的这个机制，在体外人工加入类似工加入类似工加入类似工加入类似microRNA microRNA 的的的的smallRNA smallRNA 来沉默对应的来沉默对应的来沉默对应的来沉默对应的mRNAmRNA核酶：是具有酶活性的RNAn nT.CechT.Cech首次发现，是在研究原生动物喜热四膜虫的首次发现，是在研究原生动物喜热四膜虫的首次发现，是在研究原生动物喜热四膜虫的首次发现，是在研究原生动物喜热四膜虫的rRNArRNA剪接时观察到。在除去所有蛋白质后，剪接剪接时观察到。在除去所有蛋白质后，剪接剪接时观察到。在除去所有蛋白质后，剪接剪接时观察到。在除去所有蛋白质后，剪接仍可完成；仍可完成；仍可完成；仍可完成；n n在在在在rRNArRNA剪接过程中，前体剪接过程中，前体剪接过程中，前体剪接过程中，前体rRNArRNA能释放出一个短链能释放出一个短链能释放出一个短链能释放出一个短链RNARNA。n n能以一种高度专一的方式催化寡核苷酸的剪接。能以一种高度专一的方式催化寡核苷酸的剪接。能以一种高度专一的方式催化寡核苷酸的剪接。能以一种高度专一的方式催化寡核苷酸的剪接。n n核酶的发现，对酶的本质就是蛋白质这一传统概念核酶的发现，对酶的本质就是蛋白质这一传统概念核酶的发现，对酶的本质就是蛋白质这一传统概念核酶的发现，对酶的本质就是蛋白质这一传统概念提出了新的挑战，同时也为生命起源问题的探索提提出了新的挑战，同时也为生命起源问题的探索提提出了新的挑战，同时也为生命起源问题的探索提提出了新的挑战，同时也为生命起源问题的探索提出了新的见解。出了新的见解。出了新的见解。出了新的见解。n n人们可以根据核酶结构的模式，去设计能破坏致命人们可以根据核酶结构的模式，去设计能破坏致命人们可以根据核酶结构的模式，去设计能破坏致命人们可以根据核酶结构的模式，去设计能破坏致命基因的转录产物，从而为基因治疗提供新途径。基因的转录产物，从而为基因治疗提供新途径。基因的转录产物，从而为基因治疗提供新途径。基因的转录产物，从而为基因治疗提供新途径。参考文献n n翟中和：细胞生物学（第三版），高等教育出版社。n nGerald Karp.Cell and Molecular Biology:concepts and experiments,2nd Edition.1999.