第一章生命分子基础.ppt

第一章生命分子基第一章生命分子基础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1．组织构成成分2．构成各种重要生理物质酶 抗体 激素等3．供能约16.7 kJ (4.0 kcal)/g 体内蛋白质功能蛋白质缺乏的后果：蛋白质缺乏的后果：总体而言，就是代谢率下降，体弱多病。

总体而言，就是代谢率下降，体弱多病未成年人：生长发育受阻，矮小、贫血、未成年人：生长发育受阻，矮小、贫血、智力低下，免疫力差容易疲劳，抵抗力下降，智力低下，免疫力差容易疲劳，抵抗力下降，甚至肌肉消瘦、腹涨水肿、神情呆滞，各种生甚至肌肉消瘦、腹涨水肿、神情呆滞，各种生理功能低下理功能低下孕妇：影响胎儿正常发育孕妇：影响胎儿正常发育据世卫估计，目前世界上有大约据世卫估计，目前世界上有大约500500万儿童患万儿童患蛋白质蛋白质- -能量营养不良症（能量营养不良症（PEMPEM）其中大多数）其中大多数是贫穷和饥饿引起的是贫穷和饥饿引起的安徽阜阳大头婴儿安徽阜阳大头婴儿——劣质奶粉劣质奶粉长期食用蛋白质含量严重长期食用蛋白质含量严重不足奶粉、根本不能满足不足奶粉、根本不能满足婴儿生长需要，婴儿会患婴儿生长需要，婴儿会患上上““重度营养不良综合症重度营养不良综合症””，在本是生长最快的时，在本是生长最快的时期停止生长，四肢短小，期停止生长，四肢短小，身体瘦弱，脑袋尤显偏大，身体瘦弱，脑袋尤显偏大，被称为被称为““大头娃娃大头娃娃””，严，严重的甚至越长越轻、越小，重的甚至越长越轻、越小，直至心、肝、肾等器官功直至心、肝、肾等器官功能衰竭而死亡能衰竭而死亡 （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，数目和排列顺序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）蛋白质的主要功能蛋白质的主要功能蛋白质是细胞和组织的主要成分；蛋白质是细胞和组织的主要成分；蛋白质是细胞和组织的主要成分；蛋白质是细胞和组织的主要成分；作为酶催化生物体内各种化学反应；作为酶催化生物体内各种化学反应；作为酶催化生物体内各种化学反应；作为酶催化生物体内各种化学反应；蛋白质具有运输功能；蛋白质具有运输功能；蛋白质具有运输功能；蛋白质具有运输功能；收缩功能；收缩功能；收缩功能；收缩功能；调节作用调节作用调节作用调节作用防御作用。

防御作用防御作用防御作用（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效能高效的催化效能高度不稳定性高度不稳定性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：（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：ＴＣＵ嘧　　啶：ＴＣＵ嘌　　呤：Ａ　Ｇ嘌　　呤：Ａ　Ｇ（碱基）（碱基）化化 学学 组组 成成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3’5’磷酸二酯键磷酸二酯键5´3´核酸的种类核酸的种类 DNA RNA戊戊 糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱碱 基基A G C T A G C U磷磷 酸酸磷磷 酸酸磷磷 酸酸核苷酸种类核苷酸种类脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（dAMP) 腺苷酸（腺苷酸（AMP）） 脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（dGMP) 鸟苷酸（鸟苷酸（GMP））脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（dCMP) 胞苷酸（胞苷酸（CMP））脱氧胸苷酸（脱氧胸苷酸（dTMP) 尿苷酸（尿苷酸（UMP）） 结结 构构双双 链链 单单 链链存在部位存在部位主要存在细胞核中主要存在细胞核中 主要存在细胞质中主要存在细胞质中功功 能能储存，复制和传递遗传信息储存，复制和传递遗传信息 与遗传信息表达有关与遗传信息表达有关核核 酸酸脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA））核核 糖糖 核核 酸酸 （（RNA））（二）（二）DNA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个碱基旋转个碱基旋转360°，螺距为，螺距为3.4nmWatson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 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n nDNA的半保留复制实验：N15标记大肠杆菌的DNA环状双链n nDNA的转录中心法则复制复制复制复制DNA转录转录转录转录逆转录逆转录逆转录逆转录RNA翻译翻译翻译翻译蛋白质蛋白质（三）（三）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RNAmRNAtRNArRNA1.mRNA信使信使RNA2.rRNA 核糖体核糖体RNA3.tRNA 转运转运RNA mRNA tRNA rRNA细胞中含量细胞中含量5%~10% 5%~10% 80%~90%分子量分子量（（1~5) × 105~2X 106 ( 2.4~3) × 104 (0.36~1.1) ×106 大小悬殊大小悬殊 约有约有70~80个单核苷酸个单核苷酸沉降系数沉降系数6S~25S 4S 5.8S 、、18S、、28S结构特征结构特征存在场所存在场所细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞中的核糖体细胞中的核糖体功能作用功能作用三种三种RNA分子的结构特征和功能作用分子的结构特征和功能作用基本上呈线基本上呈线形，局部呈形，局部呈双链，形成双链，形成发夹式结构。

发夹式结构呈三叶草形，柄部和基部呈双螺旋呈三叶草形，柄部和基部呈双螺旋结构，柄部结构，柄部3，，有有CCA三个碱基，其三个碱基，其相对端为基部呈环形，称反密码环，相对端为基部呈环形，称反密码环，中央有三个碱基，为反密码子中央有三个碱基，为反密码子线形，某些线形，某些节段可能成节段可能成双螺旋结构双螺旋结构转录转录DNA中的遗传中的遗传信息，并带到核糖信息，并带到核糖体上，作为合成蛋体上，作为合成蛋白质的模板白质的模板运输活化的氨基酸到核运输活化的氨基酸到核糖体上的糖体上的mRNA的特定的特定位点，特定的位点，特定的tRNA运输运输特定的氨基酸特定的氨基酸为蛋白质合为蛋白质合成场所的核成场所的核糖体的组成糖体的组成成分核酶的定义核酶的定义n n核酶（核酶（核酶（核酶（ribozymeribozyme）泛指一类具有催化功能的）泛指一类具有催化功能的）泛指一类具有催化功能的）泛指一类具有催化功能的RNARNA分子一般是指无需蛋白质参与或不与蛋分子一般是指无需蛋白质参与或不与蛋分子一般是指无需蛋白质参与或不与蛋分子一般是指无需蛋白质参与或不与蛋白质结合，就具有催化功能的白质结合，就具有催化功能的白质结合，就具有催化功能的白质结合，就具有催化功能的RNARNA分子。

分子　　　　 n n1981年，年，Cech发现四膜虫发现四膜虫rRNA的前体在的前体在没有蛋白质的情况下能专一地催化寡聚核没有蛋白质的情况下能专一地催化寡聚核苷酸底物的切割与连接，具有分子内催化苷酸底物的切割与连接，具有分子内催化的活性 n n1983年，年，Altman等发现大肠杆菌等发现大肠杆菌RNaseP的蛋的蛋白质部分除去后，在体外高浓度白质部分除去后，在体外高浓度Mg2+存在下，存在下，与留下的与留下的RNA部分部分(M1 RNA)具有与全酶相同具有与全酶相同的催化活性的催化活性 　　　　 n n1986年，年，Cech又证实又证实rRNA前体的内含子能催前体的内含子能催化分子间反应化分子间反应切赫切赫切赫切赫(Thomas Robert Cech)(Thomas Robert Cech) 阿尔特曼阿尔特曼阿尔特曼阿尔特曼(SidneyAhman)(SidneyAhman) n核酶的发现对于所有核酶的发现对于所有酶酶都是都是蛋白质蛋白质的传统观念的传统观念提出了挑战提出了挑战1989年，核酶的发现者年，核酶的发现者T.Cech和和S.Ahman被授予诺贝尔化学奖。

被授予诺贝尔化学奖微小微小RNA (microRNA)n n有有20多个核苷酸组成的单链小多个核苷酸组成的单链小RNA.n 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汇报结束谢谢大家!请各位批评指正。