现代生物技术导论组成生物体的基本元件详解.ppt

现代生物技术导论组成生物体的基本元件详解演示文稿第一页，共五十三页优选现代生物技术导论组成生物体的基本元件第二页，共五十三页生物小分子与生物大分子的关系生物小分子与生物大分子的关系生物小分子简介生物小分子简介生物大分子的形成生物大分子的形成生物大分子的高级结构生物大分子的高级结构第三页，共五十三页一、生物小分子与生物大分子的关系一、生物小分子与生物大分子的关系第四页，共五十三页二、生物小分子简介二、生物小分子简介1、水、水 水对生物体非常重要水对生物体非常重要水占生物体的水占生物体的60%以上的重量以上的重量地球上生命起源于水中，陆生生物的体内细地球上生命起源于水中，陆生生物的体内细胞也生活在水环境中胞也生活在水环境中水的性质影响生命活动水的性质影响生命活动 如：溶解性质，酸碱度，如：溶解性质，酸碱度，pH第五页，共五十三页水影响生命活动的例子：水影响生命活动的例子：肺泡在水环境中保证氧气和二氧化碳的交换肺泡在水环境中保证氧气和二氧化碳的交换水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺泡水分子间氢键造成水的表面张力，可使肺泡瘪塌瘪塌肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表面肺泡中存在一种表面活性蛋白破坏水的表面张力，是肺泡胀开张力，是肺泡胀开第六页，共五十三页。

2、氨基酸、氨基酸氨基酸是同时具有氨基酸是同时具有-氨基和氨基和-羧羧基的小分子基的小分子第七页，共五十三页碳原子碳原子具有具有-氨基和氨基和-羧羧基是各种氨基酸的共性基是各种氨基酸的共性各种氨基酸的区各种氨基酸的区别别在在侧链侧链基基团团R上上参与蛋白参与蛋白质合成的共有合成的共有20种天然氨基酸种天然氨基酸第八页，共五十三页第九页，共五十三页根据侧链结构和性质，可把根据侧链结构和性质，可把20种氨基酸分种氨基酸分成不同的组：成不同的组：疏水氨基酸：亮氨酸，异亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨疏水氨基酸：亮氨酸，异亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨酸酸亲水氨基酸：丝氨酸，苏氨酸，天冬酰氨，亲水氨基酸：丝氨酸，苏氨酸，天冬酰氨，酸性氨基酸：天冬氨酸，谷氨酸酸性氨基酸：天冬氨酸，谷氨酸碱性氨基酸：精氨酸，赖氨酸碱性氨基酸：精氨酸，赖氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸，甲硫氨酸含硫氨基酸：半胱氨酸，甲硫氨酸含羟基氨基酸：苏氨酸，丝氨酸，含羟基氨基酸：苏氨酸，丝氨酸，带环氨基酸：酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸带环氨基酸：酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸第十页，共五十三页必需氨基酸：人体中不能合成的氨基酸必需氨基酸：人体中不能合成的氨基酸缬氨酸缬氨酸 精氨酸精氨酸亮氨酸亮氨酸 组氨酸组氨酸异亮氨酸异亮氨酸 婴儿还应加上这两种婴儿还应加上这两种苏氨酸苏氨酸 半必需氨基酸半必需氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸赖氨酸赖氨酸蛋氨酸蛋氨酸谷类作物中尤其缺乏此种氨基酸谷类作物中尤其缺乏此种氨基酸第十一页，共五十三页。

Ile Met Val Leu Trp Phe Thr LysIle Met Val Leu Trp Phe Thr Lys一一 家家 写写 两两 三三 本本 书书 来来 异亮、甲硫、缬、 亮、 色、苯丙、苏、赖甘丙缬亮异脂链；丝苏半甲羟硫添；甘丙缬亮异脂链；丝苏半甲羟硫添；天谷精赖组酸碱；脯酪苯色杂芳环；天谷精赖组酸碱；脯酪苯色杂芳环；门冬酰胺谷酰胺；都有门冬酰胺谷酰胺；都有“密码密码”属常属常见见第十二页，共五十三页 20 种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对称碳原子称碳原子-碳原子，都有碳原子，都有光学异构体光学异构体（镜映（镜映体） 已知已知19 种天然氨基酸均为种天然氨基酸均为L-型氨基酸型氨基酸参与蛋白质合成的也是蛋白质合成的也是L-型第十三页，共五十三页氨基酸的功能：氨基酸的功能：（1）作为组建蛋白质的元件）作为组建蛋白质的元件（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调节、信号传递等）（代谢调节、信号传递等） 调味品：味精调味品：味精谷氨酸钠谷氨酸钠第十四页，共五十三页3、单糖、单糖多羟基醛或多羟基酮称为糖。

多羟基醛或多羟基酮称为糖以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖天然单糖大多数是天然单糖大多数是D-型糖，型糖，第五个第五个C的羟基在右边的羟基在右边吡喃型吡喃型C1上羟基位置不同吡喃型出现上羟基位置不同吡喃型出现-，-两种构型两种构型第十五页，共五十三页1）C2-C5 均为不对称碳原子六碳糖有均为不对称碳原子六碳糖有16 种同分异构体种同分异构体2）天然单糖在）天然单糖在C5 位上羟基有固定结构方向，位上羟基有固定结构方向，天然单糖大多数是天然单糖大多数是D-型糖型糖3）在水溶液中葡萄糖在）在水溶液中葡萄糖在C1-C5 之间脱水通之间脱水通过过氧桥氧桥相联成环状相联成环状吡喃型吡喃型（4）各个）各个C 上羟基位于环上或环下上羟基位于环上或环下（5）C1 上羟基位置不同出现上羟基位置不同出现-，-两种构型两种构型第十六页，共五十三页单糖的生物功能：单糖的生物功能：A、作为多糖的组成元件、作为多糖的组成元件B、作为燃料、作为燃料C、组成寡糖参与细胞信号传递、组成寡糖参与细胞信号传递第十七页，共五十三页4、核苷酸、核苷酸核苷酸分子由三个部分组成：核苷酸分子由三个部分组成：碱基：嘧啶、嘌呤碱基：嘧啶、嘌呤五碳糖：核糖或脱氧核糖五碳糖：核糖或脱氧核糖磷酸磷酸第十八页，共五十三页。

第十九页，共五十三页 碱基碱基糖之间是糖之间是糖苷键糖苷键糖糖磷酸之间是磷酸酯键磷酸之间是磷酸酯键第二十页，共五十三页参加大分子核酸组成的共有参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸种核苷酸DNA水解液水解液 RNA水解液中水解液中脱氧腺核苷酸（脱氧腺核苷酸（dAMP） 腺苷酸腺苷酸（AMP）脱氧鸟核苷酸（脱氧鸟核苷酸（dGMP） 鸟苷酸鸟苷酸（GMP）脱氧胞核苷酸（脱氧胞核苷酸（dCMP） 胞苷酸胞苷酸（CMP）脱氧胸腺核苷酸（脱氧胸腺核苷酸（dTMP） 尿苷酸尿苷酸（UMP）第二十一页，共五十三页还有一些重要的具有生物活性的核苷酸还有一些重要的具有生物活性的核苷酸第二十二页，共五十三页5、脂类、脂类脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂脂类是指生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种小分子的各种小分子葡萄糖水溶性的葡萄糖水溶性的油脂脂溶性的油脂脂溶性的第二十三页，共五十三页脂类种类很多，分子结构相差较大脂类种类很多，分子结构相差较大A、油脂：甘油三脂油脂：甘油三脂B、磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂C、固固 醇醇第二十四页，共五十三页三、生物大分子的形成三、生物大分子的形成 生物大分子主要有三大类：生物大分子主要有三大类： 蛋白质、蛋白质、 核酸、核酸、 多糖多糖 它们都是由生物小分子单体通过特有的它们都是由生物小分子单体通过特有的共价共价键键联结而成。

联结而成第二十五页，共五十三页1、氨基酸通过、氨基酸通过肽键肽键联成联成肽链肽链寡肽：含有寡肽：含有2-20个氨基酸残基个氨基酸残基（如二肽、五肽、八肽）（如二肽、五肽、八肽）多肽：含多肽：含2050 个氨基酸残基个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基蛋白质：含几十个氨基酸残基注意：肽链有注意：肽链有方向性方向性，氨基端（氨基端（N 端），端）， 羧基端（羧基端（C 端）端）第二十六页，共五十三页第二十七页，共五十三页2、单糖通过、单糖通过糖苷键糖苷键联成多糖链联成多糖链（1）贰糖）贰糖对贰糖结构的了解包括弄清楚：对贰糖结构的了解包括弄清楚：单糖基成份（麦芽糖是两个葡萄糖）单糖基成份（麦芽糖是两个葡萄糖）还是还是糖苷键糖苷键取代位置取代位置麦芽糖麦芽糖第二十八页，共五十三页2）多糖）多糖 淀粉和纤维素都由葡萄糖组成（淀粉和纤维素都由葡萄糖组成（1，4糖苷键）糖苷键），它们之间，它们之间主要区别主要区别在于在于糖苷键和糖苷键和糖糖苷键的区别苷键的区别第二十九页，共五十三页3）注意：多糖链也有）注意：多糖链也有方向性方向性，有还原端和，有还原端和非还原端非还原端第三十页，共五十三页3、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸（1） 核酸链也有核酸链也有方向性方向性（2） DNA 和和RNA 在组成成份上有差别在组成成份上有差别 DNA RNA 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖 有胸腺嘧啶有胸腺嘧啶 有尿嘧啶有尿嘧啶 无尿嘧啶无尿嘧啶 无胸腺嘧啶无胸腺嘧啶第三十一页，共五十三页。

四、生物大分子的高级结构四、生物大分子的高级结构 由生物小分子到生物大分子，分子增大，由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新的性质出现新的性质 其中最主要的特点是：其中最主要的特点是：生物大分子有独生物大分子有独特的立体结构、空间构型和分子整体形状特的立体结构、空间构型和分子整体形状第三十二页，共五十三页1、蛋白质的高级结构、蛋白质的高级结构蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构是指肽链中氨基酸的排列顺序顺序蛋白质的二级结构是指邻近几个氨基酸形成蛋白质的二级结构是指邻近几个氨基酸形成的一定的结构形状如：的一定的结构形状如：-螺旋和螺旋和-折叠折叠第三十三页，共五十三页蛋白质的蛋白质的三级结构三级结构是指整条肽链盘绕折叠形是指整条肽链盘绕折叠形成一定的空间结构形状如纤维蛋白和球状成一定的空间结构形状如纤维蛋白和球状蛋白蛋白质的蛋白质的四级结构四级结构是指各条肽链之间的位置是指各条肽链之间的位置和结构所以，四级结构只存在于由两条肽和结构所以，四级结构只存在于由两条肽链以上组成的蛋白质链以上组成的蛋白质第三十四页，共五十三页第三十五页，共五十三页血红蛋白质的三级结构和四级结构血红蛋白质的三级结构和四级结构第三十六页，共五十三页。

维持生物大分子高级结构的重要因素维持生物大分子高级结构的重要因素非非共价键共价键 范德华引力范德华引力 疏水基团相互作用疏水基团相互作用第三十七页，共五十三页第三十八页，共五十三页非共价键的键强度很小，所以：非共价键的键强度很小，所以：A、需要、需要多个多个非共价键才足以维持高级结构的稳非共价键才足以维持高级结构的稳定；定；B、高级结构不很稳定生物大分子、高级结构不很稳定生物大分子变性变性就是因就是因为为高级结构高级结构破坏，大分子性质改变，生物活性破坏，大分子性质改变，生物活性丧失但是，丧失但是，一级结构一级结构尚未破坏尚未破坏第三十九页，共五十三页RNase的变性和复性的变性和复性注意：双硫键（共价键）也在维持蛋白质高级结构中起重注意：双硫键（共价键）也在维持蛋白质高级结构中起重要作用第四十页，共五十三页第四十一页，共五十三页2 2、核酸的高级结构、核酸的高级结构（1） DNA双螺旋双螺旋A、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双、两条反向平行的核苷酸链共同盘绕形成双螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链螺旋，糖磷酸糖构成螺旋主链B、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺、两条链的碱基都位于中间，碱基平面与螺旋轴垂直旋轴垂直第四十二页，共五十三页。

C、两条链对应碱基呈配对关系（形成氢键）、两条链对应碱基呈配对关系（形成氢键） AT GC D、螺旋直径、螺旋直径20A，螺距，螺距34A，每一螺距中含，每一螺距中含10 bp DNA 双螺旋可以看作是双螺旋可以看作是DNA 的二级结构，的二级结构，DNA的三级结构的形成需要蛋白质帮助的三级结构的形成需要蛋白质帮助第四十三页，共五十三页第四十四页，共五十三页2）RNA为单链盘绕，局部形成碱基配对为单链盘绕，局部形成碱基配对 例如：转运例如：转运RNA（tRNA）的三叶草结构）的三叶草结构第四十五页，共五十三页第四十六页，共五十三页3、多糖的高级结构、多糖的高级结构不同高级结构带来不同的生物学性能不同高级结构带来不同的生物学性能淀粉淀粉形成螺旋状形成螺旋状 能源贮存能源贮存纤维素纤维素呈长纤维状呈长纤维状 结构支架结构支架第四十七页，共五十三页第四十八页，共五。