生命的分子基础
《生命科学概论》课件
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详细描述
DNA是细胞核中的主要遗传物质，负责编码生命活动所需的基因。RNA则在蛋白质合成过程中起关键作用，通 过与核糖体的结合指导氨基酸的组装形成肽链，进而合成蛋白质。核酸的结构和功能在遗传信息的传递和表达中 起到至关重要的作用。
酶
总结词
酶是生物催化剂，能够加速生物体内的 化学反应。
VS
详细描述
酶由蛋白质组成，具有高度专一性和高效 性，能够降低化学反应的活化能，加速反 应速度。酶在细胞代谢中起到至关重要的 作用，参与细胞生长、分裂、能量转换等 多种生理过程。酶的合成和降解也受到严 格调控，以适应生命活动的需要。
生长与发育的细胞学基础
阐述细胞增殖、分化和凋亡等过程在生长与发育中的作用。
生殖与遗传
生殖方式
描述有性生殖和无性生殖的特点和过程，包括配子形成、受精等。
遗传的基本规律
介绍孟德尔遗传规律、连锁遗传等基本遗传学知识，以及基因突变和重组等遗 传信息的改变。
07
生物的遗传与变异
遗传的基本规律
孟德尔遗传规律
பைடு நூலகம்
生物膜
总结词
生物膜是由脂质和蛋白质组成的薄膜，具有选择透过性。
详细描述
生物膜包裹着细胞，将细胞与外界环境隔离开来，维持细胞 内环境的稳定。生物膜上镶嵌着多种膜蛋白，参与物质运输 、信号转导等生物学过程。生物膜的结构和功能对于细胞的 生存和功能发挥具有重要意义。
03
细胞的结构与功能
细胞膜
细胞膜的结构
要点二
细胞周期的调控
细胞周期的进程受到多种因素的控制，如周期蛋白、CDK 激酶等，确保细胞正常分裂和增殖。
04
生物的分类与进化
生物的分类
生命的特点是什么
生命的特点是什么
生命的特点是：
1、由化学元素构成的生命分子是一切生命活动的物质基础。
2、生命表现出严谨的结构性和高度的有序性。
3、生命通过新陈代谢所有生物体与外界不断地进行物质和能量交换。
4、在代谢活动基础上生物体表现有生长特性。
5、所有生物都有生殖、遗传和变异的特性。
6、生物对环境因素表现出高度的适应性。
7、生物表现出不断演变和进化的趋势。
自我调节：
任何生命在其存在的每一瞬间，都在不断地调节自己内部的各种机能的状况，调整自身与外界环境的关系。
高等生物的自我调节是多层次的，其中包括分子的、细胞的、整体的调节。
即使是原核生物也有自我调节，而且它也是通过多种途径实现的。
例如，细菌有能力合成许多自身所需要的分子，而某一分子是否合成，合成的速度如何，则随自身内部状态与环境的不同而不同。
细菌内部所需要的分子，既不过多地产生，也不感到缺乏，是靠自身的调节机制完成的。
某一分子合成途径中的第一个酶的结构基因兼有调节的功能，即第一个酶既有酶的功能，又起着阻遏蛋白质的作用。
生物化学揭示生命现象的分子基础
生物化学揭示生命现象的分子基础生命，这个宇宙中最神奇的存在，一直以来都让人类充满了好奇和探索的欲望。
从细胞的分裂到生物体的新陈代谢，从遗传信息的传递到生物的进化，每一个生命现象都隐藏着无数的奥秘。
而生物化学，作为一门研究生命物质化学组成和生命过程中化学变化规律的科学，正逐步为我们揭示这些奥秘背后的分子基础。
当我们深入到细胞的微观世界，会发现生命的运行就像是一部极其精密的机器，而其中的每一个零部件都是由各种生物分子构成的。
这些生物分子包括蛋白质、核酸、糖类、脂质等等，它们在细胞内各司其职，协同工作，共同维持着生命的正常运转。
蛋白质，无疑是生命活动中最为重要的分子之一。
它们是由氨基酸通过肽键连接而成的大分子化合物。
蛋白质的种类繁多，功能各异。
有的蛋白质是酶，能够催化各种化学反应，加速生命活动的进程；有的蛋白质是结构蛋白，为细胞和组织提供支撑和保护；还有的蛋白质是运输蛋白，负责物质的跨膜运输。
例如，血红蛋白能够在血液中携带氧气，将其输送到身体的各个部位。
而胰岛素则是一种调节血糖水平的蛋白质激素。
蛋白质的结构与其功能密切相关，其一级结构即氨基酸的排列顺序决定了蛋白质的特异性，而二级、三级甚至四级结构则影响着蛋白质的稳定性和活性。
核酸是另一类极其重要的生物大分子，包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
DNA 是遗传信息的携带者，它以双螺旋的结构存在，由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）按照特定的规则排列组合。
这些碱基的序列就像是生命的密码，决定了生物体的遗传特征和蛋白质的合成。
RNA 则在遗传信息的表达过程中发挥着重要作用，其中信使 RNA（mRNA）携带 DNA 上的遗传信息，指导蛋白质的合成；转运 RNA（tRNA）则负责将氨基酸运输到核糖体上，参与蛋白质的合成；核糖体 RNA（rRNA）则是核糖体的重要组成部分，为蛋白质合成提供场所。
糖类在生命活动中也扮演着不可或缺的角色。
它们不仅是细胞的重要能源物质，如葡萄糖，还参与细胞的识别、免疫反应等过程。
生命的化学基础——有机分子
生命的化学基础——有机分子生命的起源与发展我们人类一直都对生命和它的起源感到好奇。
我们想知道我们从哪里来，为什么我们存在，以及我们的存在有何目的。
对于生命的起源，科学家们已经做出了很多尝试来解释它。
目前，最广泛的解释是原始地球上存在一种环境，使得生命得以产生。
这个环境必须是具有水、空气和能量的地方。
据信，最早的生命形式包括微生物和藻类，当时大部分生命体依靠光合作用从阳光中获取能量。
但是，如果我们想要真正了解生命的基础，我们必须了解生命所依赖的化学基础：有机分子。
什么是有机分子？有机分子是指基本由碳、氢、氧、氮和其他元素组成的化合物，这些元素是生命体中最常见的化学元素。
有机分子包括葡萄糖、脂肪酸、核酸（即DNA和RNA）以及氨基酸。
这些分子一起构成了生命体的重要组成部分。
通过这些有机分子，生命可以完成其所有基本功能。
生命的四大基础分子虽然有机分子可以分为很多不同的类别，但生命体中的四种基础有机分子是：碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。
碳水化合物碳水化合物是由碳、氢和氧元素组成的分子。
它们是生命体的主要能量来源，也是细胞壁的重要成分。
在碳水化合物中，葡萄糖是最重要、最基本的分子。
脂类脂类是由碳、氢和氧元素组成的分子，它们不溶于水。
脂类是生命体中最重要的构造材料，它们形成了细胞膜，并与其他分子一起形成了生命体的细胞组织。
蛋白质蛋白质是由氨基酸组成的分子。
氨基酸是一种大分子，其分子内包含一个氨基（NH2）和一个羧基（COOH）。
蛋白质在生命体中扮演着重要角色，它们不仅是生命体内化学反应的催化剂，而且还构成了大部分细胞内的结构。
核酸核酸是由核苷酸组成的分子。
核苷酸是由核糖或脱氧核糖、碱基和磷酸组成的，它们是生命体中存储遗传信息的媒介，例如DNA和RNA就是由核苷酸组成的。
生命从基本有机分子到多细胞生物虽然有机分子是生命体的基础，但单个有机分子并不足以体现或支撑生命的多样和复杂性质。
最简单的生命体是单细胞生物，它们由单一的细胞组成。
生命科学导论04-生命的基本化学组成
（2）无机盐
一般以离子状态存在，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、 Cl-、HPO4 2-
作用：
（1）对细胞的渗透压和PH起着重要作用 内环境稳定：PH值
生物生存3~8.5，各种生物、各种组织均有 适宜的PH范围，细胞中的离子有一定的缓冲能力。
作用： （2）酶的活化因子和调节因子，Mg++,Ca++ （3）合成有机物的原料, PO4 3 -合成磷脂、核 苷酸 （4）动作电位、肌肉收缩等， Na+、K+、Ca2+
磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，也是
代谢中的一种甲基供体。
类固醇 类固醇也称甾类，以环戊烷多氢菲为基础，不 含脂肪酸，但具有脂类性质， 不同化合物只是在母核上连上不同的侧链基 团和取代基团。
生理功能
参与血液循环中脂类的运输； 是细胞膜的组分； 帮助油脂消化吸收； 性激素均是甾类化合物； 皮质激素也是甾类化合物，调节糖代 谢和水盐平衡
4.4 蛋白质 蛋白质的主要种类和功能
1. 2. 3. 4. 结构蛋白：生物结构成分，如胶原蛋白、角蛋白等； 伸缩蛋白：收缩与运动，如肌纤维中的肌球蛋白等； 防御蛋白：如免疫球蛋白、金属硫蛋白等； 贮存蛋白：贮存氨基酸和离子等，如酪蛋白、卵清蛋白 、载铁蛋白等； 5. 运输蛋白：运输功能，如血液中运送O2与CO2的血红蛋白 和运送脂质的脂蛋白；控制离子进出的离子泵等； 6. 激素蛋白：调节物质代谢、生长分化等，如生长激素； 7. 信号蛋白：接受与传递信号，如受体蛋白等； 8. 酶：催化功能，包括参与生命活动的大多数酶。
2.1.2
生物体的主要分子
不同的生物体，其分子组成也大体相同
无机分子：无机盐和水。 有机分子：蛋白质、核酸、 脂类和多糖是组成生物体 最重要的生物大分子。
现代分子生物学
现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学是一门研究生命的分子基础的学科，是现代生物学的重要分支。
它以计算生物学、基因工程、生物信息学为工具，研究生命体的分子结构、功能和调控，涉及到分子生物学、遗传学、细胞生物学、生物化学等多个领域。
现代分子生物学以干细胞研究、蛋白质研究、基因修饰、新药研发等方面的应用为重点，是生物技术、新医药研究等领域的基础。
分子基础分子是生命的基础，分子生物学研究分子在生命过程中的作用，从分子水平深入了解生物现象。
参与生命过程的物质主要分为两类：生物大分子和小分子。
生物大分子包括核酸、蛋白质、多糖和脂质等；小分子包括氨基酸、核苷酸、糖和脂类等。
分子生物学主要研究大分子的结构、功能及其相互作用。
核酸是生物体内的遗传物质，由核苷酸组成。
一个核苷酸分子一般由一个五碳糖、一个氮碱基和一个磷酸基团构成。
核酸通过氢键等作用力使互补氮碱基配对，形成双螺旋结构。
其中DNA（脱氧核糖核酸）是遗传信息的主要承载体，RNA（核糖核酸）参与到生物信息的传递和表达。
蛋白质是功能最多、最广泛的生物大分子。
它们是由氨基酸以特定序列组成的线性聚合物，通过特殊结构的折叠和化学反应展示出各种特殊的生物功能。
蛋白质在细胞代谢、信号传导、运输、酶催化等方面起着重要作用。
生物多糖是由单糖或多种糖基单元以化学键逐级形成的大分子多聚体，包括淀粉、糖原、纤维素、果胶、壳聚糖等。
分子生物学的发展分子生物学诞生的历史可以追溯到20世纪40年代。
20世纪50年代，James Watson和Francis Crick根据X射线衍射数据提出了著名的DNA双螺旋结构模型，揭示了DNA的遗传机制。
20世纪60年代，蛋白质的研究方兴未艾，克隆技术的发明为蛋白质的研究提供了新的手段。
20世纪70年代，分子生物学进入到了高峰期，分子克隆研究和核酸杂交等技术的出现，推动了分子生物学的飞速发展。
20世纪80年代，生物基因工程技术的发展，使得分子生物学进一步振兴。
生物十大公式定理
生物十大公式定理
1. 中心法则：所有生命活动都是由细胞进行的。
2. 生物多样性原则：地球上所有生命形式都是相互关联、相互作用的多样性网络。
3. 基因-表现型相互作用原理：基因组控制着生物的特征和行为，并与环境互动。
4. 生命的分子基础原理：生命活动的基本单位是生物分子，包括DNA、RNA和蛋白质。
5. 自然选择原理：适应性最强的生命形式在竞争中获胜，并能在进化过程中传递其优势基因。
6. 基因流动原理：基因流动是基因传递的主要机制，通过遗传材料的迁移和交换，生命形式之间的基因池得以混合。
7. 稳定性和动态平衡原理：生命系统需要在稳态和动态的交互中维持平衡，并对内部和外部的变化做出相应调整。
8. 适应度和能量转换原理：生命系统依靠能量转换过程来维持代谢和成长，适应度取决于其在能量转换中的效率。
9. 生命的生态基础原理：生命系统与其生存环境息息相关，生态学原则和生态位规则指导着生命系统的互动。
10. 生命系统的层级结构原理：生命系统在不同层级上组织成为自然界的生态系统，从单细胞到生态系统的层级结构对生命的研究有着重要的作用。
普通生物学课件 生命的化学基础
类固醇是一类不同的脂质。它们的特点 是碳链折成4个环，3个六元环和1个五元环。 图2．9就是一种最常见的类固醇——胆固 醇的结构式。 胆固醇是细胞膜的重要成分，也是动 物体内合成其他类固醇的原料。动物的雌、 雄性激素都是类固醇。 有一些类固醇药物称为促蛋白合成类 固醇，是人工合成的类似雄性激素的药物。 它能促进肌肉发达，增强体力，常为一些 运动员所服用。这些药物有许多严重的副 作用，对身心两方面都有严重影响，为许 多体育组织所禁用。
葡萄糖和果糖都是由6个碳原子组成 的，称为己糖。存在于生物体内的单糖 还有由3、4、5和7个碳原子组成的，分 别称为丙糖、丁糖、戊糖和庚糖。其中 戊糖尤其重要，因为它们是组成核酸的 成分。 细胞中用作燃料分子的主要是葡萄 糖。葡萄糖和其他单糖也是细胞合成别 的有机分子(如氨基酸)的原料。细胞中的 单糖若不立即被利用则通常被合成为双 糖和多糖。
2．2．2 细胞利用少数种类小分子合成 许多种大分子
在生命现象中起着重要作用的分子都 是极其巨大的分子，称为大分子。 生物大分子可分为4大类：蛋白质、核 酸、多糖和脂质。这4类大分子中的前三类 都是多聚体。所谓多聚体，就是由相同或 相似的小分子组成的长链。组成多聚体的 小分子称为单体。细胞利用单体组成多聚 体。生物细胞中所合成的大分子种类极多， 仅蛋白质的种类就约有1012种。
• 脂质中最常见的是脂肪，脂肪是由甘油和脂肪酸 通过脱水合成而形成的。脂肪酸的羧基中的一 OH与甘油的羟基中的一H结合而失去一分子水， 于是甘油与脂肪酸之间形成酯键，便成为脂肪分 子：酯化，所以脂肪又叫甘油三酯或三酰基甘油。 脂肪中的3个酰基一般是不同的，来源于C16、 C18或其他脂肪酸。有双键的脂肪酸称为不饱和 脂肪酸，没有双键的则称为饱和脂肪酸。图2．8 是一种脂肪的结构式。其中一个脂肪酸是C16的， 另两个是C18的，一个有一个双键，另一个有两 个双键。双键的存在使得碳链弯曲，占的空间较 大：，所以含有双键的脂肪在常温下是液态，因 为其分子不能排列得太紧密。
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侧 链
肽键 肽键
侧 链
侧 链
侧 链
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。
1.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。 （主键：肽键；副键：二硫键）
2.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 基之间连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。 （氢键）
水
无机化合物 化 合 物
结合水：与许多分子结合构成细 胞结构的组成部分。 自由水：细胞生命活动的内环境， 细胞各种代谢反应的场所。
无机盐 ：维持渗透压和pH保障细胞正 糖 类 常生理活动。 脂 类 蛋白质 分子量巨大、结构复杂、具有 有机化合物 核 酸 生物活性——生物大分子 （biological macromolecules） 酶 维生素
DNA Models
三种DNA
DNA 的 功 能
DNA是遗传物质其功能是：储存， 复制和传递遗传信息。
DNA的半保留复制 实验：N15标记大肠杆菌的DNA环状双链 DNA的转录 中心法则
转录 复制
DNA
逆转录
RNA
翻译
蛋白质
（三）RNA的结构与功能
RNA为单链可自身回折形成局部假双链。 mRNA RNA tRNA rRNA
蛋白质的基本单位 氨基酸
（主要元素： C H O N ；少量的S） 氨基酸20种它们结构的共同特点：含有氨基的有机酸 两 性 化或 酸性的羧基 合 物 两 性 电 解 质
碱性的氨基 侧 链
（二）蛋白质的分子结构 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 白质的基本结构。
脱氧核糖
酯 键
糖 苷 键
核 苷
单核苷酸
5´
3´
核酸的种类
核 酸
脱氧核糖核酸（DNA） 核 糖 核 酸 （RNA）
DNA
戊 糖
脱氧核糖
RNA
核糖
碱
磷
基
酸
A G C T
磷 酸 脱氧腺苷酸（dAMP) 脱氧鸟苷酸（dGMP) 脱氧胞苷酸（dCMP) 脱氧胸苷酸（dTMP)
A G C U
磷 酸 腺苷酸（AMP） 鸟苷酸（GMP） 胞苷酸（CMP） 尿苷酸（UMP） 单 链
3.蛋白质的三级结构： 在二级结构的基础上再行折叠。（氢
键，酯键，离子键，疏水键）
4.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）
（三）蛋白质的分类与主要功能 蛋白质的分类 外 形 球形蛋白： 酶蛋白，免疫球蛋白 结构蛋白： 肌球蛋白 调节蛋白： 胰岛素 功 能 转运蛋白： 血红蛋白 纤维蛋白： 角蛋白
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——原生质（protoplasm） --------又称生命物质 主要元素 99.9%： C .H .O. N 90%； S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe.12种 微量元素：Cu.Zn.Mn.Mo.Co.Cr.Si.F.Br.I.Li.Ba等
约有70~80个单核苷酸
沉降系数 6S~25S
4S
5.8S 、18S、28S
结构特征 基本上呈线
呈三叶草形，柄部和基部呈双螺旋 线形，某些 结构，柄部3，有Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA三个碱基，其 节段可能成 形，局部呈 相对端为基部呈环形，称反密码环， 双螺旋结构。 双链，形成 发夹式结构。 中央有三个碱基，为反密码子。
体内蛋白质功能 1．组织 构成成分
3．供能
2．构成各种 重要生理物质
约16.7 kJ (4.0 kcal)/g
酶 抗体 激素等
蛋白质缺乏的后果： 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、 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 理功能低下。 孕妇：影响胎儿正常发育。 据世卫估计，目前世界上有大约500万儿童患 蛋白质-能量营养不良症（PEM）。其中大多数 是贫穷和饥饿引起的。
3.tRNA 转运RNA
2.rRNA 核糖体RNA
1.mRNA 信使RNA
三种RNA分子的结构特征和功能作用
mRNA
细胞中含量 5%~10%
tRNA 5%~10%
6 5
rRNA 80%~90%
(0.36~1.1) ×10
6 4
分子量
（1~5) × 10 ~2X 10 大小悬殊
( 2.4~3) × 10
含 10 个 碱 基 对
DNA双螺旋结构模型
DNA的双链形成
Watson和 Crick的DNA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 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
（A=T，G三C）以氢键相连。
3.相邻碱基对旋转36°，间距0.34nm，一个螺旋 包含10个碱基旋转360°，螺距为3.4nm。
安徽阜阳大头婴儿——劣质奶粉
长期食用蛋白质含量严重 不足奶粉、根本不能满足 婴儿生长需要，婴儿会患 上“重度营养不良综合 症”，在本是生长最快的 时期停止生长，四肢短小， 身体瘦弱，脑袋尤显偏大， 被称为“大头娃娃”，严 重的甚至越长越轻、越小， 直至心、肝、肾等器官功 能衰竭而死亡
（一）蛋白质分子的化学组成
蛋白质具有运输功能；
收缩功能； 调节作用 防御作用。
（四）酶
酶：是具有高度催化活性的蛋白质和RNA。 酶 高度的专一性 的 高效的催化效能 特 性 高度不稳定性 酶 的 单纯蛋白酶类 分 类 结合蛋白酶类：酶蛋白+辅基（非蛋白质）=全酶
（一）核酸的化学组成与种类
化学组成
核
糖
戊
核酸的基本单位
糖
脱氧核糖 单 酸 核 磷 苷 嘧 啶：ＴＣＵ 酸 含氮有机碱 （碱基） 嘌 呤：Ａ Ｇ
核苷酸种类
结 构 存在部位 功 能
双 链
主要存在细胞核中
储存，复制和传递遗传信息
主要存在细胞质中
与遗传信息表达有关
（二）DNA的结构与功能 DNA 的 结 构 一级结构：DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。
二级结构：Watson和 Crick提
出的DNA双螺旋 结构模型
DNA的双链形成
3.4nm
收缩蛋白： 肌动蛋白，肌球蛋白
抗体蛋白： 免疫球蛋白
催化蛋白： 蛋白酶
单纯蛋白： 指单纯由氨基酸组成的蛋白质。
组 （白蛋白，球蛋白，组蛋白） 成 成 分 结合蛋白： 指单纯蛋白和非蛋白质类物质
结合，非蛋白质物质称辅基。 （核蛋白，糖蛋白，脂蛋白）
蛋白质的主要功能
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；