生物化學(xué)第一章(序論Ⅱ)生命系統(tǒng)特征課件

1、生物化學(xué)第一章(序論)生命系統(tǒng)特征生物化學(xué)第一章(序論)生命系統(tǒng)特征生物化學(xué)第一章(序論)生命系統(tǒng)特征所有生物都共有幾個(gè)最基本的特征：生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝繁殖和遺傳應(yīng)激性和運(yùn)動(dòng)適應(yīng)和體內(nèi)平衡（內(nèi)穩(wěn)態(tài)）所有生物都共有幾個(gè)最基本的特征：生長(zhǎng)發(fā)育和新陳代謝 生命系統(tǒng)的特征1 生命對(duì)化學(xué)元素的選擇2 生命系統(tǒng)的環(huán)境3 生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)細(xì)胞4 常見的生命科學(xué)研究系統(tǒng) 生命系統(tǒng)的特征1 生命對(duì)化學(xué)元素的選擇2 生命1. 生命對(duì)化學(xué)元素的選擇構(gòu)成生物體的主要元素元素的存在形式生物體內(nèi)的微量元素1. 生命對(duì)化學(xué)元素的選擇構(gòu)成生物體的主要元素構(gòu)成生物體的主要元素：基本元素：C、H、O、N、P、S、Ca、K、Na

2、、Mg和Cl微量元素：Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Se、I、Cr、Si、V、F、B、Mo、Sn、Ni和Br構(gòu)成生物體的主要元素：基本元素：C、H、O、N、P、S、Ca(1)構(gòu)成生物體的元素都是環(huán)境中存在的，且豐度較高。(2)絕大多數(shù)為輕元素。(3)生物體所必須的微量元素大多為過(guò)渡元素。 (4)碳、氫、氧、氮具有易形成共價(jià)鍵的特點(diǎn)。(5)碳原子還可以和氧、氫、氮、磷和硫形成共價(jià)結(jié)合并把不同種類的功能基引入有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)中來(lái)。(6)碳、氫、氧等形成的許多有機(jī)化合物在生理溫度(040)下具有流動(dòng)性。構(gòu)成生物體的元素具有下列特點(diǎn):(1)構(gòu)成生物體的元素都是環(huán)境中存在的，且豐度較高。構(gòu)成生物元素成人苜

3、蓿碳48.4345.37氧23.7041.04氮12.853.30氫6.605.54鈣3.452.31硫1.600.44磷1.580.28鈉0.650.16鉀0.550.91氯0.450.28鎂0.100.33總計(jì)99.9699.96元素成人苜蓿碳48.4345.37氧23.7041.04氮1 元素存在于無(wú)機(jī)物：水和無(wú)機(jī)鹽。 元素存在于有機(jī)物：存在于糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等生物分子中。元素的存在形式： 元素存在于無(wú)機(jī)物：水和無(wú)機(jī)鹽。元素的存在形式： 是生物體中含量極低但為生命活動(dòng)所必需的元素，是酶的激活劑或是酶的輔因子微量元素： 固氮酶尿素酶谷胱甘肽過(guò)氧化物酶丙酮酸激酶己糖激酶鉬碳酸酐酶精氨

4、酸酶，核苷酸還原酶細(xì)胞色素氧化酶過(guò)氧化氫酶，過(guò)氧（化）物酶硒 微量元素： 固氮酶尿素酶谷胱甘肽過(guò)氧化物酶丙酮酸激酶己糖激酶2. 生命系統(tǒng)的環(huán)境水是生命系統(tǒng)的環(huán)境基礎(chǔ)生命系統(tǒng)是一個(gè)緩沖系統(tǒng)2. 生命系統(tǒng)的環(huán)境水是生命系統(tǒng)的環(huán)境基礎(chǔ) 水在生物體的分布及存在形式 水在生物體內(nèi)的作用 水是生命系統(tǒng)的環(huán)境基礎(chǔ)： 水在生物體的分布及存在形式水是生命系統(tǒng)的環(huán)境基礎(chǔ)：自由水結(jié)合水以自由的形式存在，這部分水能自由流動(dòng)所以是較好的溶劑和運(yùn)輸工具與體內(nèi)的蛋白質(zhì)、粘多糖相結(jié)合，因而比較難流動(dòng)器官含水量骨髓22%肌肉76%腦7484%心臟79%肝臟70%皮膚72血液83自由水結(jié)合水以自由的形式存在，這部分水能自由流動(dòng)所

5、以是較好的水是一種良好的溶劑，生物體內(nèi)許多物質(zhì)都能溶于水。水能直接參加水解、氧化還原反應(yīng)。水能在體內(nèi)起運(yùn)輸物質(zhì)的作用。水對(duì)于維持機(jī)體溫度的穩(wěn)定起很大作用。水分還起潤(rùn)滑作用。對(duì)植物來(lái)說(shuō)，水分能保持植物的固有姿態(tài)水在生物體中的作用水是一種良好的溶劑，生物體內(nèi)許多物質(zhì)都能溶于水。水在生物體中生命系統(tǒng)是一個(gè)緩沖系統(tǒng)： 緩沖溶液生物化學(xué)中常用的緩沖溶液pH和生命生命系統(tǒng)是一個(gè)緩沖系統(tǒng)： 緩沖溶液緩沖溶液是一種能在加入酸或堿時(shí)抵抗pH值改變的溶液。緩沖溶液用于許多需要準(zhǔn)確控制pH值的生化實(shí)驗(yàn)中。緩沖溶液的pH值取決于溶液的pKa值及鹽和酸的比例。緩沖溶液的緩沖范圍在其pKa兩側(cè)1個(gè)pH單位緩沖溶液緩沖溶液

6、是一種能在加入酸或堿時(shí)抵抗pH值改變的溶液。生物化學(xué)中常用的緩沖液酸或堿pKa1pKa2pKa3磷酸2.17.212.3檸檬酸3.14.85.4碳酸6.410.3甘氨酰甘氨酸3.18.1醋酸4.8巴比妥酸3.4Tris8.3生物化學(xué)中常用的緩沖液酸或堿pKa1pKa2pKa3磷酸2.pH與生命-生物體中主要的緩沖體系蛋白質(zhì)碳酸氫鹽磷酸鹽系統(tǒng)解離反應(yīng)pKaHPr H + Pr7.4H2CO3 H + HCO36.1H2PO4 H HPO24 7.2pH與生命-生物體中主要的緩沖體系蛋白質(zhì)碳酸氫鹽磷酸鹽系生物分子與細(xì)胞細(xì)胞的兩大類: 原核細(xì)胞 真核細(xì)胞主要細(xì)胞器簡(jiǎn)介3. 生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)細(xì)胞生物

7、分子與細(xì)胞3. 生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)細(xì)胞生物分子與細(xì)胞：生物分子與細(xì)胞：生物化學(xué)第一章(序論)生命系統(tǒng)特征 它的外部是一層起保護(hù)作用的細(xì)胞壁(cell walls)在細(xì)胞壁內(nèi)是一層細(xì)胞膜，也稱為質(zhì)膜。細(xì)胞膜內(nèi)包裹著細(xì)胞質(zhì)以及核也稱為核質(zhì)或擬核原核細(xì)胞(prokaryotic cells):是最簡(jiǎn)單、最小的細(xì)胞，如細(xì)菌。原核細(xì)胞 它的外部是一層起保護(hù)作用的細(xì)胞壁(cell wall 真核細(xì)胞(eukaryotic cells)真核細(xì)胞區(qū)別于原核細(xì)胞的最主要特征是它們具有被雙層膜所包裹的、有固定形狀的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)胞核。它比原核細(xì)胞大得多，也復(fù)雜得多。它存在于所有植物、動(dòng)物以及真菌之中。 動(dòng)物、植物

8、和真菌都是真核細(xì)胞構(gòu)成的生物，簡(jiǎn)稱真核生物。植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞 真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的另一區(qū)別是它們具有被內(nèi)部膜所包裹的細(xì)胞器 真核細(xì)胞 真核細(xì)胞(eukaryotic cells)真核細(xì)胞生物化學(xué)第一章(序論)生命系統(tǒng)特征生物化學(xué)第一章(序論)生命系統(tǒng)特征動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞示意圖動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞示意圖真核細(xì)胞的核 線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體葉綠體微管和微絲胞漿細(xì)胞膜 主要細(xì)胞器簡(jiǎn)介：真核細(xì)胞的核 主要細(xì)胞器簡(jiǎn)介：真核細(xì)胞的核中包含了幾乎所有的細(xì)胞DNA動(dòng)物和植物細(xì)胞中，細(xì)胞核都被中間有一層狹窄空間的雙層膜所包裹。兩層膜上有許多核膜孔,通過(guò)這些小孔，各種物質(zhì)可以在核與細(xì)胞質(zhì)之間穿過(guò)在核的內(nèi)部是核

9、仁(nucleoli)核的其他部分含有染色質(zhì)(chromatin)核內(nèi)進(jìn)行DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄等生物化學(xué)反應(yīng)細(xì)胞核真核細(xì)胞的核中包含了幾乎所有的細(xì)胞DNA動(dòng)物和植物細(xì)胞中，細(xì)嵴(crista)核糖體（Ribosomes）基質(zhì)(matrix)線粒體是三羧酸循環(huán)、生物氧化、氧化磷酸化等生物化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所線粒體嵴(crista)核糖體（Ribosomes）基質(zhì)(matr粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上散布著核蛋白體，蛋白質(zhì)在結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核蛋白體中合成之后，可通過(guò)膜進(jìn)入液泡的空間，有些暫時(shí)貯存在細(xì)胞內(nèi)，有些則最后輸送到細(xì)胞外在代謝和解毒上有重要作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上散布著核蛋白體，蛋白質(zhì)在結(jié)合

10、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上高爾基體的形態(tài)有所不同，不過(guò)它們大多數(shù)是一群由平滑的單層膜包裹的小泡高爾基體具有聚集、濃縮和儲(chǔ)存蛋白質(zhì)的作用高爾基體高爾基體的形態(tài)有所不同，不過(guò)它們大多數(shù)是一群由平滑的單層膜包 是細(xì)胞中由膜包裹的球狀小泡，它們大小不一，內(nèi)含許多不同的酶，它們能水解消化細(xì)胞中不再需要的蛋白質(zhì)、多糖和脂。由于這些酶對(duì)細(xì)胞的其他部分有損害，所以它們被隔離在溶酶體中。蛋白質(zhì)和其他物質(zhì)能選擇性地進(jìn)入溶酶體，再水解為組成它們的氨基酸等小分子化合物，然后又重新釋放回細(xì)胞質(zhì)溶酶體(lysosome) 是細(xì)胞中由膜包裹的球狀小泡，它們大小不一，內(nèi)含許多不 存在于藻類和綠色植物的細(xì)胞中，是光合作用的場(chǎng)所。葉綠體 存在于藻

11、類和綠色植物的細(xì)胞中，是光合作用的場(chǎng)所。葉綠 微管是由微管蛋白構(gòu)成的長(zhǎng)纖維，它們的功能是起細(xì)胞的骨架作用，可維持細(xì)胞的形狀。纖毛、鞭毛和紡錘體中均有微管存在，它們主要起到運(yùn)動(dòng)作用。 微絲是細(xì)胞中細(xì)長(zhǎng)的蛋白質(zhì)纖維，其功能不僅由于收縮作用使細(xì)胞質(zhì)組分有方向性的運(yùn)動(dòng)，還能與微管組成細(xì)胞骨架并與質(zhì)膜內(nèi)表面的蛋白質(zhì)結(jié)合而影響質(zhì)膜的流動(dòng)微管和微絲 微管是由微管蛋白構(gòu)成的長(zhǎng)纖維，它們的功能是起細(xì)胞的骨 是蛋白質(zhì)、核酸、糖類及其它代謝物組成的膠體溶液。許多代謝反應(yīng)如糖酵解、氨基酸活化和脂肪酸合成在胞漿中進(jìn)行胞漿 是蛋白質(zhì)、核酸、糖類及其它代謝物組成的膠體溶液。許多含大量脂類、蛋白質(zhì)的雙分子層結(jié)構(gòu)使細(xì)胞成型，有

12、通透、屏蔽等作用細(xì)胞膜含大量脂類、蛋白質(zhì)的雙分子層結(jié)構(gòu)使細(xì)胞成型，有通透、屏蔽等作4. 常見的生命科學(xué)研究系統(tǒng)病毒細(xì)菌酵母茵四膜蟲線蟲果蠅轉(zhuǎn)基因動(dòng)物4. 常見的生命科學(xué)研究系統(tǒng)病毒 病毒可提供一個(gè)簡(jiǎn)便的研究真核基因組的結(jié)構(gòu)與調(diào)控原理的模型 對(duì)病毒基因結(jié)構(gòu)和表達(dá)的研究闡明了真核基因表達(dá)調(diào)控的某些原理，如基因重疊、內(nèi)含子的發(fā)現(xiàn)、轉(zhuǎn)錄后剪修、重復(fù)序列和增強(qiáng)子的存在等等，大大豐富了分子生物學(xué)的內(nèi)容 多種病毒載體的出現(xiàn)，也為研究真核細(xì)胞基因表達(dá)提供了一個(gè)重要手段病毒(virus) 病毒可提供一個(gè)簡(jiǎn)便的研究真核基因組的結(jié)構(gòu)與調(diào)控原理的細(xì)菌是自由生活的單細(xì)胞生物，具有如下特點(diǎn)：生長(zhǎng)快，個(gè)體小易培養(yǎng)，易操作代

13、謝作用旺盛基因結(jié)構(gòu)比較清楚具有游離的質(zhì)粒具有轉(zhuǎn)座子能受噬菌體的侵襲細(xì)菌（bacteria）細(xì)菌是自由生活的單細(xì)胞生物，具有如下特點(diǎn)：生長(zhǎng)快，個(gè)體小細(xì)菌 酵母菌與細(xì)菌具有很多相似之處，如個(gè)體小，生長(zhǎng)快，易培養(yǎng)，易操作，對(duì)人體沒有毒害作用等特點(diǎn)；它的基因結(jié)構(gòu)也研究得比較清楚，僅次于大腸桿菌，是繼續(xù)深入工作有用的信息庫(kù)。 酵母菌的基因缺陷型也很容易篩選，幾乎是應(yīng)有盡有。 另外酵母菌也有自身的轉(zhuǎn)座子和游離的質(zhì)粒，是基因工程的良好受體菌 酵母菌作為一種低等真核生物，具有許多特殊的性質(zhì)，使之具有理論研究和實(shí)際應(yīng)用的廣泛前景酵母（Yeast） 酵母菌與細(xì)菌具有很多相似之處，如個(gè)體小，生長(zhǎng)快，易培 四膜蟲、果

14、蠅等染色體的端粒結(jié)構(gòu)可以在酵母中發(fā)揮功能。 染色體著絲?；蚪Y(jié)構(gòu)的研究已在酵母中取得了很大的進(jìn)展，這 為研究高等生物的染色體結(jié)構(gòu)打下了基礎(chǔ)，也大大加快了人類基因組計(jì)劃的研究速度 酵母中有幾個(gè)分泌系統(tǒng)，其基因在改造后接上外源片段就可使產(chǎn)物分泌到細(xì)胞外。這在生物工程中有很大的應(yīng)用價(jià)值。此外，許多高等動(dòng)植物的分泌信號(hào)也能在酵母中發(fā)揮作用 酵母中某些基因含有內(nèi)含子，因而具有真核生物特有的轉(zhuǎn)錄后加工系統(tǒng)。 酵母中含有類似于致癌基因的結(jié)構(gòu) 這是最近發(fā)現(xiàn)與高等生物非常類似的地方，故酵母菌將是研究癌基因的簡(jiǎn)單模型。酵母具有糖基化酶系統(tǒng)，具有翻譯后加工系統(tǒng)。 四膜蟲、果蠅等染色體的端粒結(jié)構(gòu)可以在酵母中發(fā)揮功能。

15、 染色四膜蟲（tetrahymena） RNA催化功能的發(fā)現(xiàn) 1981年，Cech等發(fā)現(xiàn)，四膜蟲rRNA可以精確地將一段內(nèi)含子切除，并將兩側(cè)RNA拼結(jié)起來(lái)。這段內(nèi)含子具有催化加工特定序列的功能，被稱為類酶RNA（Ribozyme）。這是對(duì)生物酶認(rèn)識(shí)的一次重大突破。染色體端粒結(jié)構(gòu)及其復(fù)制機(jī)制的闡明：研究端粒的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)于解釋真核生物線性DNA的完整復(fù)制有重要意義。1978年Blackburn發(fā)現(xiàn)四膜蟲rDNA的末端為(C4A2)n，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)一種具有端粒特異性的端粒酶(telemerase)，含有反轉(zhuǎn)錄酶和一段RNA序列，其中包含CAACCCCAA序列。端粒延伸反應(yīng)很可能是以RNA為模板合成D

16、NA的一種反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。 四膜蟲是單細(xì)胞的原生動(dòng)物，利用四膜蟲的優(yōu)越條件獲得了分子生物學(xué)的幾項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)：四膜蟲（tetrahymena） RNA催化功能的發(fā)現(xiàn) 線蟲(nemathelminth) 常用的線蟲是秀麗隱桿線蟲(Caenrhabditis elegans)，這是一種以細(xì)菌為食的自由生活的小線蟲，它具有如下特點(diǎn)：容易培養(yǎng)和保存。生活周期短，做一次雜交僅需3天時(shí)間。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，結(jié)果穩(wěn)定，受環(huán)境因素的影響小。突變體性狀特征明顯，其變異一般可在顯微鏡下從形態(tài)上加以判斷。有性別的分化:雌體和雌雄兩性體，二者從形態(tài)上可以區(qū)別。這給遺傳分析帶來(lái)極大的方便。成蟲個(gè)體的細(xì)胞數(shù)量嚴(yán)格一定（雄蟲有1031

17、個(gè)細(xì)胞，兩性蟲有959個(gè)細(xì)胞）。線蟲(nemathelminth)容易培養(yǎng)和保存。 果蠅對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展起了不可估量的作用，這是因?yàn)樗哂性S多優(yōu)點(diǎn)：世代周期短，一般在25,1012天。體小容易飼養(yǎng)，培養(yǎng)費(fèi)用低廉。繁殖力強(qiáng)，有大量的后代可供考察和統(tǒng)計(jì)。分布廣泛，許多種類都是世界性的。染色體數(shù)目少，特別便于研究染色體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。易于獲得突變型，這一優(yōu)點(diǎn)是其它動(dòng)物所沒有的。果蠅也有復(fù)雜的神經(jīng)中樞，但解析起來(lái)較容易，故低級(jí)的果蠅是比人類本身更好的遺傳模型。果蠅（Drosophila） 果蠅對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展起了不可估量的作用，這是因?yàn)樗?轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指那些在其基因組內(nèi)穩(wěn)定地整合，以實(shí)驗(yàn)方法導(dǎo)入的外源基因，并能遺傳給后代的一類動(dòng)物，主要應(yīng)用于下列研究：基因表達(dá)與調(diào)控研究腫瘤研究免疫學(xué)研究在某些動(dòng)植物遺傳育種及某些重要蛋白質(zhì)獲得上的應(yīng)用研究人