第一章生命的分子基礎(chǔ)

1、第一章第一章 生命的分子基礎(chǔ)生命的分子基礎(chǔ)細胞是生物體的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位細胞是生物體的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位構(gòu)成細胞的物質(zhì)稱構(gòu)成細胞的物質(zhì)稱原生質(zhì)（原生質(zhì)（protoplasm）-又稱生命物質(zhì)又稱生命物質(zhì)主要元素主要元素 99.9%： C .H .O. N 90%；S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe.12種種微量元素：微量元素：Cu.Zn.Mn.Mo.Co.Cr.Si.F.Br.I.Li.Ba等等化合物化合物有機化合物有機化合物無機化合物無機化合物水水無機鹽無機鹽自由水自由水：細胞生命活動的內(nèi)環(huán)境，：細胞生命活動的內(nèi)環(huán)境，細胞各種代謝反應(yīng)的場所。細胞各種代謝反應(yīng)的場所。：維持滲透壓和：

2、維持滲透壓和pH保障細胞正保障細胞正 常生理活動。常生理活動。糖糖 類類脂脂 類類酶酶蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核核 酸酸維生素維生素分子量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有分子量巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有生物活性生物活性生物大分子生物大分子（biological macromolecules）結(jié)合水結(jié)合水：與許多分子結(jié)合構(gòu)成細：與許多分子結(jié)合構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)的組成部分。胞結(jié)構(gòu)的組成部分。1組織構(gòu)成成分2構(gòu)成各種重要生理物質(zhì)酶 抗體 激素等3供能約16.7 kJ (4.0 kcal)/g 體內(nèi)蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)缺乏的后果：蛋白質(zhì)缺乏的后果：總體而言，就是代謝率下降，體弱多病?？傮w而言，就是代謝率下降，體弱多病。未成年人：生長發(fā)育受阻

3、，矮小、貧血、未成年人：生長發(fā)育受阻，矮小、貧血、智力低下，免疫力差。容易疲勞，抵抗力下降，智力低下，免疫力差。容易疲勞，抵抗力下降，甚至肌肉消瘦、腹?jié)q水腫、神情呆滯，各種生甚至肌肉消瘦、腹?jié)q水腫、神情呆滯，各種生理功能低下。理功能低下。孕婦：影響胎兒正常發(fā)育。孕婦：影響胎兒正常發(fā)育。據(jù)世衛(wèi)估計，目前世界上有大約據(jù)世衛(wèi)估計，目前世界上有大約500500萬兒童患萬兒童患蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -能量營養(yǎng)不良癥（能量營養(yǎng)不良癥（PEMPEM）。其中大多數(shù)）。其中大多數(shù)是貧窮和饑餓引起的。是貧窮和饑餓引起的。安徽阜陽大頭嬰兒安徽阜陽大頭嬰兒劣質(zhì)奶粉劣質(zhì)奶粉長期食用蛋白質(zhì)含量嚴重長期食用蛋白質(zhì)含量嚴重不足奶粉

4、、根本不能滿足不足奶粉、根本不能滿足嬰兒生長需要，嬰兒會患嬰兒生長需要，嬰兒會患上上“重度營養(yǎng)不良綜合重度營養(yǎng)不良綜合癥癥”，在本是生長最快的，在本是生長最快的時期停止生長，四肢短小，時期停止生長，四肢短小，身體瘦弱，腦袋尤顯偏大，身體瘦弱，腦袋尤顯偏大，被稱為被稱為“大頭娃娃大頭娃娃”，嚴，嚴重的甚至越長越輕、越小，重的甚至越長越輕、越小，直至心、肝、腎等器官功直至心、肝、腎等器官功能衰竭而死亡能衰竭而死亡 （一）蛋白質(zhì)分子的化學(xué)組成（一）蛋白質(zhì)分子的化學(xué)組成蛋白質(zhì)的基本單位蛋白質(zhì)的基本單位氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸20種它們結(jié)構(gòu)的共同特點：含有氨基的有機酸種它們結(jié)構(gòu)的共同特點：含有氨基的有機

5、酸或或堿性的氨基堿性的氨基酸性的羧基酸性的羧基側(cè)側(cè)鏈鏈兩性化合物兩性化合物兩性電解質(zhì)兩性電解質(zhì)（主要元素：（主要元素： C H O N ；少量的；少量的S） 由相同或不同的各個氨基酸，按照一定的排由相同或不同的各個氨基酸，按照一定的排列順序，以特定的化學(xué)鍵方式連接，從而組成蛋列順序，以特定的化學(xué)鍵方式連接，從而組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。肽肽 鍵鍵肽肽 鍵鍵 蛋白質(zhì)分子是由許多氨基酸分子通過肽鍵，蛋白質(zhì)分子是由許多氨基酸分子通過肽鍵，依次縮合而形成多肽鏈。依次縮合而形成多肽鏈。側(cè)側(cè)鏈鏈側(cè)側(cè)鏈鏈側(cè)側(cè)鏈鏈側(cè)側(cè)鏈鏈主主鏈鏈（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)1.蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：蛋

6、白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)： 多肽鏈中氨基酸的種類，數(shù)目和排列順序。多肽鏈中氨基酸的種類，數(shù)目和排列順序。（主鍵：肽鍵；副鍵：二硫鍵主鍵：肽鍵；副鍵：二硫鍵）2.蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)： 在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，借氫鍵在氨基酸殘在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，借氫鍵在氨基酸殘基之間連接，使多肽鏈成為螺旋或折疊的結(jié)構(gòu)?；g連接，使多肽鏈成為螺旋或折疊的結(jié)構(gòu)。（氫鍵氫鍵）3.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再行折疊。（氫在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再行折疊。（氫鍵，酯鍵，離子鍵，疏水鍵）鍵，酯鍵，離子鍵，疏水鍵）4.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：由兩條或幾條多肽鏈在各自三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形由兩條

7、或幾條多肽鏈在各自三級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成為蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)亞基，由若干亞基之間以成為蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)亞基，由若干亞基之間以非共價鍵形式而相互結(jié)合的復(fù)合體。（非共價鍵）非共價鍵形式而相互結(jié)合的復(fù)合體。（非共價鍵）（三）蛋白質(zhì)的分類與主要功能（三）蛋白質(zhì)的分類與主要功能蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類外形外形纖維蛋白：纖維蛋白：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結(jié)構(gòu)蛋白：結(jié)構(gòu)蛋白：調(diào)節(jié)蛋白：調(diào)節(jié)蛋白：轉(zhuǎn)運蛋白：轉(zhuǎn)運蛋白：收縮蛋白：收縮蛋白：抗體蛋白：抗體蛋白：催化蛋白：催化蛋白：肌球蛋白肌球蛋白胰島素胰島素血紅蛋白血紅蛋白肌動蛋白，肌球蛋白肌動蛋白，肌球蛋白免疫球蛋

8、白免疫球蛋白蛋白酶蛋白酶 組成成分組成成分單純蛋白：單純蛋白：結(jié)合蛋白：結(jié)合蛋白：指單純由氨基酸組成的蛋白質(zhì)。指單純由氨基酸組成的蛋白質(zhì)。（白蛋白，球蛋白，組蛋白）（白蛋白，球蛋白，組蛋白）指單純蛋白和非蛋白質(zhì)類物質(zhì)指單純蛋白和非蛋白質(zhì)類物質(zhì)結(jié)合，非蛋白質(zhì)物質(zhì)稱輔基。結(jié)合，非蛋白質(zhì)物質(zhì)稱輔基。（核蛋白，糖蛋白，脂蛋白）（核蛋白，糖蛋白，脂蛋白）蛋白質(zhì)的主要功能蛋白質(zhì)的主要功能（四）酶（四）酶是具有高度催化活性的蛋白質(zhì)和是具有高度催化活性的蛋白質(zhì)和RNA。酶的特性酶的特性高度的專一性高度的專一性高效的催化效能高效的催化效能高度不穩(wěn)定性高度不穩(wěn)定性酶的分類酶的分類單純蛋白酶類單純蛋白酶類結(jié)合蛋白酶

9、類：酶蛋白結(jié)合蛋白酶類：酶蛋白+輔基（非蛋白質(zhì)）輔基（非蛋白質(zhì)）=全酶全酶 酶：酶：（一）核酸的化學(xué)組成與種類（一）核酸的化學(xué)組成與種類核酸的基本單位核酸的基本單位單核苷酸單核苷酸戊糖戊糖磷酸磷酸含氮有機堿含氮有機堿核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖嘧啶：嘧啶：嘌呤：嘌呤：（堿基）（堿基）化化 學(xué)學(xué) 組組 成成核糖核糖脫氧脫氧糖苷鍵糖苷鍵核苷核苷酯酯 鍵鍵單單 核核 苷苷 酸酸35磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵5 3 核酸的種類核酸的種類 DNA RNA戊戊 糖糖 脫氧核糖脫氧核糖 核糖核糖堿堿 基基A G C T A G C U磷磷 酸酸磷磷 酸酸磷磷 酸酸核苷酸種類核苷酸種類脫氧腺苷酸（脫氧腺苷酸（dAMP)

10、 腺苷酸（腺苷酸（AMP） 脫氧鳥苷酸（脫氧鳥苷酸（dGMP) 鳥苷酸（鳥苷酸（GMP）脫氧胞苷酸（脫氧胞苷酸（dCMP) 胞苷酸（胞苷酸（CMP）脫氧胸苷酸（脫氧胸苷酸（dTMP) 尿苷酸（尿苷酸（UMP） 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)雙雙 鏈鏈 單單 鏈鏈存在部位存在部位主要存在細胞核中主要存在細胞核中 主要存在細胞質(zhì)中主要存在細胞質(zhì)中功功 能能儲存，復(fù)制和傳遞遺傳信息儲存，復(fù)制和傳遞遺傳信息 與遺傳信息表達有關(guān)與遺傳信息表達有關(guān)核核 酸酸脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNA）核核 糖糖 核核 酸酸 （RNA）（二）（二）DNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能 DNA 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序

11、。分子中脫氧核苷酸的排列順序。Watson和和 Crick提提出的出的DNA雙螺旋雙螺旋結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型二級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)：DNA的雙鏈形成的雙鏈形成DNA的雙鏈形成的雙鏈形成3.4nm含含10個堿基對個堿基對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1.DNA分子是由兩條相互平行方向相反的多核苷分子是由兩條相互平行方向相反的多核苷酸鏈圍繞著同一中心軸形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。酸鏈圍繞著同一中心軸形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。2.兩條長鏈的堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)按堿基配對原則兩條長鏈的堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)按堿基配對原則（A=T，G三三C）以氫鍵相連。）以氫鍵相連。3.相鄰堿基對旋轉(zhuǎn)相鄰堿基對旋轉(zhuǎn)36，間距，間距

12、0.34nm，一個螺旋，一個螺旋包含包含10個堿基旋轉(zhuǎn)個堿基旋轉(zhuǎn)360，螺距為，螺距為3.4nm。Watson和和 Crick的的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA Models三種DNA DNA 的的 功功 能能（三）（三）RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能RNA為單鏈可自身回折形成局部假雙鏈。為單鏈可自身回折形成局部假雙鏈。RNAmRNAtRNArRNA1.mRNA信使信使RNA2.rRNA 核糖體核糖體RNA3.tRNA 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA mRNA tRNA rRNA細胞中含量細胞中含量5%10% 5%10% 80%90%分子量分子量（15) 1052X 106 ( 2.43) 104

13、(0.361.1) 106 大小懸殊大小懸殊 約有約有7080個單核苷酸個單核苷酸沉降系數(shù)沉降系數(shù)6S25S 4S 5.8S 、18S、28S結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征存在場所存在場所細胞質(zhì)或核糖體細胞質(zhì)或核糖體 細胞質(zhì)或核糖體細胞質(zhì)或核糖體 細胞中的核糖體細胞中的核糖體功能作用功能作用三種三種RNA分子的結(jié)構(gòu)特征和功能作用分子的結(jié)構(gòu)特征和功能作用基本上呈線基本上呈線形，局部呈形，局部呈雙鏈，形成雙鏈，形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。呈三葉草形，柄部和基部呈雙螺旋呈三葉草形，柄部和基部呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，柄部結(jié)構(gòu)，柄部3，有有CCA三個堿基，其三個堿基，其相對端為基部呈環(huán)形，稱反密碼環(huán)，相對端為基部呈環(huán)形，稱反密碼環(huán)，中央有三個堿基，為反密碼子。中央有三個堿基，為反密碼子。線形，某些線形，某些節(jié)段可能成節(jié)段可能成雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNA中的遺傳中的遺傳信息，并帶到核糖信息，并帶到核糖體上，作為合成蛋體上，作為合成蛋白質(zhì)的模板。白質(zhì)的模板。運輸活化的氨基酸到核運輸活化的氨基酸到核糖體上的糖體上的mRNA