《生命与化学》PPT课件.ppt

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1、(3)、核酸蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工蛋白质是生物体用以表达各项功能的具体工具，而核酸是生物用来制造蛋白质的模型。具，而核酸是生物用来制造蛋白质的模型。没有核酸，就没有蛋白质。因此，核酸是最没有核酸，就没有蛋白质。因此，核酸是最根本的生命的物质基础。它是生物体的遗传根本的生命的物质基础。它是生物体的遗传物质物质核酸（RNA，DNA）核苷酸磷酸核苷戊糖（核糖或脱氧核糖脱氧核糖）碱基（A，T，C，G A，G，C，U）核酸由核苷酸经过脱水而得，即核苷酸是核核酸由核苷酸经过脱水而得，即核苷酸是核酸的单体。酸的单体。RNA:R 为 OH 碱基为C、A、G和UDNA:R 为 H 碱基为C、A、

2、G和TOHPOOC H2OHRHOO碱 基戊糖磷酸核苷酸分子核苷酸分子结构式结构式核酸单链核酸单链戊糖磷酸核酸DNARNA核苷酸（基本单元）腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸腺嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸胞嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）戊糖D-2-脱氧核糖D-核糖酸磷酸磷酸腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）碱碱基基1957（拖德）Sir Alexander R.Todd(Great Britain,*2.7.1907)Great Britain,C

3、ambridge University,for his work on nucleotides and nucleotide co-enzymes.弄清了核酸的化学结构式-一级结构一级结构1980 The Prize was divided,one half being awarded to:Paul Berg(USA,*30.6.1926)USA,Stanford University,Stanford,CA,for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids,with particular regard to r

4、ecombinant-DNA;and the other half jointly to:Walter Gilbert(USA,*21.3.1932)USA,Biological Laboratories,Cambridge,MA,andFrederick Sanger(Great Britain,13.8.1918)USA,Great Britain,MRC Laboratory of Molecular Biology,Cambridge,for their contributions concerning the determination of base sequences in nu

5、cleic acids.单链DNA双链结合磷酸糖链在外，碱基在里，一条链上的碱基与另一条链上的碱基以H bond的形式相互结合。其中又有什么规律呢其中又有什么规律呢？碱基互补配对原则DNA双链之间存在着根据其碱基性质严格的两两配对的关系：即一条链上的的碱基A(腺嘌呤)与另一链上的T(胸腺嘧啶)之间通过两个氢键配对，同时C(胞嘧啶)与G(鸟嘌呤)之间通过三个氢键配对，且只能是A-T、C-G配对。1953年4月25日美国化学家J.Waston和F.H.C.Crick在自然杂志上发表文章，宣布发现了DNA。根据X-射线结构分析数据提出了DNA双螺旋结构模型。The Nobel Prize in Ph

6、ysiology or Medicine 1962Francis Harry Compton Crick(1916-)United Kingdom Institute of Molecular Biology Cambridge,United Kingdom James Dewey Watson(1928-)USA Harvard University Cambridge,MA,USA for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids.”右手螺旋直径为20埃两条核苷酸夹角为36度沿中心轴每旋转一周

7、有10个核苷酸螺距为34埃碱基平面与中心轴垂直双螺旋结构同时也是双螺旋结构同时也是DNA的二级结构的二级结构!大肠杆菌染色体DNA的长度为1.4mm，由4106个碱基对组成。人的DNA分子长度为0.99m，由2.9109(约30亿)个碱基对组成。若把组成每一个人体的约31014个细胞中的DNA长总加起来，其长度可自地球到太阳来回一百次以上。RNA的二级结构RNA的二级结构不象DNA分子那样呈极有规律的双螺旋状态。在分子内链有许多自身回折区域，这些区域存在双螺旋结构，并符合碱基配对规律。与DNA不同的是在RNA中与腺嘌呤（A）配对的是尿嘧啶（U）。在碱基不能配对的区域则形成突起的环（突环）。DN

8、A的复制DNA在复制时，首先是组成双螺旋的二条链先拆分成两条单链，以DNA单链为模板，按照碱基互补原则合成出一条互补的新链，这样新形成的两个子代DNA分子就与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。DNA的半保留复制在此过程中，每个子代双链DNA分子中都有一条来自母代DNA，另一条则是新合成的。这种复制方式称做半保留复制半保留复制。由于碱基的严格互补原则，这种DNA半保留复制过程极为可靠，发生错误的可能性发生错误的可能性仅为一万亿分之一，这就保证了生物种的稳定性和延续性。生命的“中心法则”基因的表达（geneexpression）与调控：从DNA到蛋白质转录（transcription）遗传信息自D

9、NA转录给RNA翻译（translation)从RNA到蛋白质的过程DNA的核苷酸序列是遗传信息的储存者，它能够通过自我复制得以保存，通过转录生成mRNA，进而翻译成蛋白质的过程来控制生命现象，这就是生命科学中的中心法则。有些RNA病毒可以由RNA转录出DNA，称为逆转录苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸终止信号终止信号半胱氨酸半胱氨酸终止信号色氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸谷酰胺谷酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸和甲酰甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸

10、濒氨酸纸氨酸级氨酸缭氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG中间的碱基5磷酸末端的碱基3-0H基末端的碱基UCAGUCAGUCAGUCAGUCAG信使RNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质链上的一个氨基酸，把这3个核苷酸称为遗传密码遗传密码，也称三联体密码或密码子。一共有64种遗传密码。1989 The Prize was awarded jointly to:Sidney Altman(Canada,*8.5.1939)USA,Yale University,New Haven,CT,andThomas Robert Cech(USA,*8.12.1

11、947)USA,University of Colorado,Boulder,CO,for their discovery of catalytic properties of RNA.基因与染色体基因(gene)的本质DNA（RNA）1090年丹麦遗传学家W.Johansen将孟德尔的遗传因子更名为基因。基因就是有遗传效应的DNA片段。一个基因通常有1000-5000个碱基对.一个DNA分子可以含有多达上万个基因。人有46条染色体，大约含有30亿个碱基对，相当于一百万个基因。科学家首次公布人科学家首次公布人类基基因因组草草图“基本信息基本信息”2001年2月12日，中、美、日、德、法、英6国

12、科学家联合宣布，他们又绘制出了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱。经过初步测定和分析，人类基因组共有32亿个碱基对，包含了大约3万到4万个蛋白蛋白编码基因基因。锦绣般的中国云南红河哈尼梯田，成为2002年4月5日出版的美国科学杂志的封面。这份世界权威学术期刊，以封面文章形式和显著篇幅，登出中国科学家绘出水稻基因组工作框架图的历史性论文。这是由中国科学家独立完成的一项世界级研究成果，它标志着在基因组学这一生命科学前沿领域，中国已部分具备世界领先的实力。科学杂志总编肯尼迪指出，发表水稻基因组草图是科学史上的一个重要事件。他认为，从近期应用和改进人类福利方面来说，水稻基因组草图也许会被证明比人类基

13、因组草图还要有意义。基因结构改变会引起生物体性状的巨大变化，这样的突变是由基因结构的改变引起的，所以叫“基因突变基因突变”.“可见突变可见突变”-红花变白花“致死突变致死突变”-有些突变对机体生命活动影响很大，往往造成机体死亡“条件致死突变条件致死突变”-一些突变能够使生物生存的条件发生变化，例如T4噬菌体的温度敏感型突变，在42OC时致死，在25OC却能存活.基因突变基因突变镰刀状贫血病是由于血红蛋白基因中的一个核苷酸T突变为突变为A(遗传密码由CTT变为变为CAT)，造成蛋白质中的一个谷氨谷氨酸被缬氨酸代替酸被缬氨酸代替，从而引起脱氧血红蛋白溶解度下降，在细胞内成胶或聚合，使红细胞变成镰刀

14、状，并且丧失结合氧分子的能力。镰刀状红细胞 如果如果DNA的复制是绝对可靠、绝对没的复制是绝对可靠、绝对没有任何错误的话，那么生物体的突变就只有任何错误的话，那么生物体的突变就只能靠外界因素才能引起，生物的进化和生能靠外界因素才能引起，生物的进化和生物界的面貌也就不会是今天这个样子了，物界的面貌也就不会是今天这个样子了，当然也就不可能有人类了。当然也就不可能有人类了。染色体存在于细胞核内，是由染色体存在于细胞核内，是由DNA和蛋和蛋白质组成的纤丝状物质，因其遇到碱性染白质组成的纤丝状物质，因其遇到碱性染料可显色，所以称为染色体。料可显色，所以称为染色体。DNA是染是染色体的主要成分之一。真核类

15、染色体中色体的主要成分之一。真核类染色体中DNA约占约占30%，蛋白质占，蛋白质占6070%，还有，还有少量少量RNA。同一机体的几乎所有细胞在。同一机体的几乎所有细胞在它们的核中都含有相同的染色体。它们的核中都含有相同的染色体。染色体 原核生物原核生物(如细菌和兰藻等如细菌和兰藻等)每个细胞只每个细胞只含有一个染色体，真核生物含有一个染色体，真核生物(如人、动物和如人、动物和植物等植物等)每个细胞则含有多个染色体。大部每个细胞则含有多个染色体。大部分有性生物拥有分有性生物拥有550对染色体，各种生物染对染色体，各种生物染色体的数目是恒定的，例如人体正常细胞中色体的数目是恒定的，例如人体正常细

16、胞中的染色体为的染色体为46条条(即即23对对)，马有，马有32对，狗有对，狗有39对，大豆有对，大豆有20对。同样的染色体有对。同样的染色体有2套，套，每一套由一个亲体遗传而得。每一套由一个亲体遗传而得。在细胞增殖周期的一定阶段整个染色在细胞增殖周期的一定阶段整个染色体组都将发生精确的复制，随后以染色体体组都将发生精确的复制，随后以染色体为单位把复制的基因组分配到两个子代细为单位把复制的基因组分配到两个子代细胞中去。染色体胞中去。染色体DNA的复制与细胞分裂之的复制与细胞分裂之间存在密切的关系。一旦复制完成，即可间存在密切的关系。一旦复制完成，即可发生细胞分裂；细胞分裂结束后，又可开发生细胞

17、分裂；细胞分裂结束后，又可开始新的一轮始新的一轮DNA复制。复制。DNA的重组-Recombination-基因工程1980 The Prize was divided,one half being awarded to:Paul Berg(USA,*30.6.1926)USA,Stanford University,Stanford,CA,for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids,with particular regard to recombinant-DNA;DNA重组的鼻祖DNA的重组技术也就是基因克隆技术，是基因工程的核心技术。重组，顾名思义，就是重新组合，即利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外或离体的限制酶切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后再将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。第一步是目的基因（所需要的DNA片段）的分离与制备。第二步是把目的基因与载体连接起来。第三步是将重组DNA导入受体细胞。第四步为筛选出含有重组体的克隆。第五步是目的基因在受体细胞中得到表达，生产出人类所需要的产品蛋白质。基本步骤基本步骤