生物信息學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)

生物信息學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三thetheoryofevolution地球上的生物是自然界在特定條件下演化的結(jié)果，而且仍繼續(xù)處于變化之中。AlfredRusselWallaceCharlesDarwinTheWallace-DarwinTheory第一節(jié)生物的分類簡(jiǎn)介

第二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三1、地球上的自然史與生命史不斷演化的地球系統(tǒng)：地球本身一直經(jīng)歷著由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)不可逆的演化過程，由此逐漸形成了大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈及地球內(nèi)部的圈層；不斷演化的地球生物：生物是地球系統(tǒng)在特定條件下演化的結(jié)果，并仍處于不斷的演化之中；宇宙的起源：始于120億年前的宇宙大爆炸（BigBangBeginsTheUniverse!）；太陽系的起源：大約49億年前，誕生太陽系；地球的起源：大約45億年前，宇宙中的塵埃在引力作用下逐漸集聚形成地球。第三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三地球生命簡(jiǎn)史生命誕生、細(xì)胞的形成

35～38億年前，海洋孕育原始生物單細(xì)胞生物在地球上繁衍、原始生態(tài)系統(tǒng)的建立原核生物占主體的階段（35～20億年前）真核生物占主體的階段（20～6億年前）多細(xì)胞生物出現(xiàn)和多樣化表達(dá)、生物圈覆蓋整個(gè)地球多細(xì)胞植物、多細(xì)胞動(dòng)物的誕生（6～5.5億年前）

“寒武紀(jì)大爆發(fā)”（約5.3~5.5億年前）——物種“爆發(fā)”

“志留紀(jì)大爆發(fā)”（約4.3億年前）——生命從海洋擴(kuò)展到陸地人類誕生、文明的發(fā)展約400～1000萬年前，人類誕生文化史：100萬年第四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三時(shí)間(億年前)46地球形成地核與地幔分異4038最早的沉積記錄化學(xué)進(jìn)化生命起源35最早的疊層石和微生物化石記錄光合作用起源30生命起源第五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三2520冠族真核細(xì)胞起源大氣圈自由氧開始積累10單細(xì)胞生物繁衍及原始生態(tài)系統(tǒng)建立7多細(xì)胞葉狀體植物適應(yīng)輻射性分化時(shí)間(億年前)第六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三時(shí)間(億年前)50多細(xì)胞生物進(jìn)化骨骼化、后生動(dòng)物適應(yīng)輻射性分化哺乳動(dòng)物起源人類起源、文化系統(tǒng)建立4321“寒武紀(jì)大爆發(fā)”“志留紀(jì)大爆發(fā)”陸生維管植物誕生兩棲動(dòng)物出現(xiàn)被子植物起源爬行動(dòng)物出現(xiàn)鳥類出現(xiàn)恐龍成為地球霸主恐龍絕滅第七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三新生代中生代古生代前寒武紀(jì)第八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Homosapiens智人病毒細(xì)菌第九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三2、生物的分類第十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三生物多樣性（Biodiversity）物種的多樣性遺傳（基因）的多樣性生態(tài)系統(tǒng)的多樣性保護(hù)生物多樣性的重要性1992年，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì)《生物多樣性公約》生物分類體系

KarlvonLinnee（1707-1778），瑞典博物學(xué)家Linnee在《SystemaNaturae》中創(chuàng)立生物分類體系

雙命名法（binomialnomenclature）:屬名加種名，屬名在前，第一個(gè)字母大寫；種名在后，小寫；其后還可標(biāo)注發(fā)現(xiàn)的地名或發(fā)現(xiàn)者的名字；采用拉丁文第十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三生物分類體系林奈(CarolusLinnaeus，1707－1788）瑞典博物學(xué)家Linneanhierarchicalclassificationwasbasedonthepremisethatthespecieswasthesmallestunit,andthateachspecies(ortaxon)belongedtoahighercategory.第十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三LinneanhierarchicalclassificationKingdom界 例：Animalia動(dòng)物界

Phyla門 Chordata脊索動(dòng)物門

Class綱Mammalia哺乳綱

Order目Carnivora食肉目

Family科Felidae貓科

Genus屬Panthera豹屬

Species種 pardus

屬名 種名

Pantherapardus

金錢豹

第十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三病毒、細(xì)胞和生物體的大小Sizesofviruses,cells,andorganisms.第十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三生物進(jìn)化第十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Threedomainsoflife

三原界系統(tǒng)Eubacteria真細(xì)菌原界Archaea古細(xì)菌原界Eukaryota真核生物原界 Protista原生生物界 Plantae植物界 Fungi真菌界 Animalia動(dòng)物界第十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三生物“界”的劃分三界說、五界說、六界說、八界說三主干六界說：真細(xì)菌古細(xì)菌原生生物真菌植物動(dòng)物原核生物真核生物第十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三LevelsofOrganization

Biosphere生物圈Community生物群落Populations生物種群Organism生物體Organ器官Tissue組織Cell:Thefundamentalunitoflivingthings.

細(xì)胞Organelle:細(xì)胞器Molecules,atoms,andsubatomicparticles:Thefundamentalfunctionallevelsofbiochemistry

分子水平

？？？第十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Organizationlevelsoflife第十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Studybiologyatmanylevels.Itisthuspossibletostudybiologyatmanylevels,fromcollectionsoforganisms(communities),totheinnerworkingsofacell(organelle).分子水平DNAsequenceProteinsStructureFunction?AllCell第二十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)

生物大分子第二十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三生物大分子細(xì)胞結(jié)構(gòu)（從染色體到DNA）糖類（D-核糖、D-2-脫氧核糖）脂類（磷脂）蛋白質(zhì)（氨基酸、蛋白質(zhì)及其結(jié)構(gòu)）核酸（核苷酸、脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA）主要內(nèi)容：第二十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三真核生物細(xì)胞

eukaryoticcell原核生物細(xì)胞prokaryoticcell一、細(xì)胞結(jié)構(gòu)cell第二十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三1、大腸桿菌2、念珠藻3、小球藻4、酵母菌5、火絲菌6、眼蟲7、分生組織細(xì)胞8、柵欄組織薄壁細(xì)胞9、驢蹄草葉表皮細(xì)胞和保衛(wèi)細(xì)胞10、大鼠肝細(xì)胞11、腎近曲小管上皮細(xì)胞12、成纖維細(xì)胞13、人紅細(xì)胞14、人精子15、哺乳動(dòng)物的橫紋肌細(xì)胞16、平滑肌細(xì)胞17、神經(jīng)細(xì)胞體第二十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Ageneralprokaryoticcell原核生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)肽聚糖被膜質(zhì)膜第二十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三動(dòng)物細(xì)胞植物細(xì)胞細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核真核生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)第二十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三從染色體到DNA第二十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三人類23對(duì)染色體第二十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三第二十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三細(xì)胞中的大分子Theapproximatecompositionofabacterialcell.MacromoleculesinCells第三十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三二、糖類作用：儲(chǔ)存能量結(jié)構(gòu)材料cellulose纖維素第三十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Theyareimportantmetabolically.Sugarsarethemajorenergystoragemoleculesforlivingorganisms.Theircarbonringscontainlargeamountsofenergy.Forexample,thecompletemetabolismofglucose:releases686kcal/mol.醣酵解呼吸第三十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三2.Therearefourbasicsugarsthatwewilldealwith:第三十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三三、脂類磷脂(phospholipids)是構(gòu)成細(xì)胞膜(membranes)的主要成分磷脂是兩性分子，即親水性和疏水性。頭部是帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)；尾部是疏水性的碳鏈。第三十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)質(zhì)膜磷脂第三十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三四、蛋白質(zhì)核酸是遺傳信息的攜帶者蛋白質(zhì)是信息轉(zhuǎn)化成生物結(jié)構(gòu)和功能的表達(dá)者第三十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三ProteinSequenceStructureFunction 1)enzyme 2)transport 3)cellstructure第三十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三幾大類蛋白質(zhì)纖維蛋白膜蛋白球蛋白第三十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三4.1氨基酸anaminoend(NH2)acarboxylend(COOH)R-groupaminoacid第三十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三20種主要氨基酸的分類8723第四十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructuresintheR-groupsofthetwentyaminoacidsfoundinalllivingthings.

第四十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructuresintheR-groupsofthetwentyaminoacidsfoundinalllivingthings.

第四十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructuresintheR-groupsofthetwentyaminoacidsfoundinalllivingthings.

第四十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructuresintheR-groupsofthetwentyaminoacidsfoundinalllivingthings.

第四十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructuresintheR-groupsofthetwentyaminoacidsfoundinalllivingthings.

第四十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructuresintheR-groupsofthetwentyaminoacidsfoundinalllivingthings.

第四十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三

第四十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三一級(jí)結(jié)構(gòu)，Primarystructure

二級(jí)結(jié)構(gòu)，SecondaryStructure三級(jí)結(jié)構(gòu)，TertiaryStructure四級(jí)結(jié)構(gòu)，QuartenaryStructure4.2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第四十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三第四十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三一級(jí)結(jié)構(gòu)第五十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三第五十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三二級(jí)結(jié)構(gòu)

SecondaryStructurealpha-helix,alpha-螺旋beta-pleatedsheet，beta-折疊片beta-turn，beta–轉(zhuǎn)角Randomcoil，無規(guī)卷曲第五十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三alpha-helixalpha-helix,alpha-螺旋，肽鏈主鏈骨架圍繞中心軸盤旋成螺旋狀的結(jié)構(gòu)。第五十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三B-pleatedsheetsbeta-pleatedsheet，beta-折疊片，在多肽鏈之間或一條肽鏈的肽段之間靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)。反平行式平行式第五十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三theturnsbeta-turn，beta–轉(zhuǎn)角，在球狀的蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)的回折，由4個(gè)連續(xù)的氨基酸組成。第五十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三三級(jí)結(jié)構(gòu)

TertiaryStructure三級(jí)結(jié)構(gòu)，多肽鏈借助各種次級(jí)鍵（非共價(jià)鍵）盤繞成具有特定肽鏈走向的緊密球狀結(jié)構(gòu)。第五十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三四級(jí)結(jié)構(gòu)

QuartenaryStructure四級(jí)結(jié)構(gòu)，寡聚蛋白質(zhì)中各亞基之間在空間上的相互關(guān)系或結(jié)合方式。亞基，四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中每個(gè)球狀蛋白質(zhì)。亞基一般只是一條多肽鏈，這些多肽鏈相互間以S-S鍵相連。亞基的聚集體即是寡聚蛋白質(zhì)。第五十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Structureofaprotein:primary,secondary,tertiary,andquaternarylevelsofstructure.第五十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三五、核酸它的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸（nucleotides）。核苷酸有多種類型：

1）informationstorage(DNA)2）proteinsynthesis(RNA)3）energytransfers(ATPandNAD).第五十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三5.1核苷酸核酸核苷酸核苷磷酸戊糖堿基Sugars：riboseordeoxyribose.第六十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructureofthebasesPurinesPyrimidines第六十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三structureofdeoxyadenosineN-糖苷鍵第六十二頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三核苷酸代碼表

代碼英文含義中文含義G

Guanine

鳥嘌啉

A

Adenine腺嘌啉T(U)

Thymine(Uracil)

胸腺嘧啶(尿嘧啶)

CCytosine

胞嘧啶R(AorG)puRine嘌啉Y(CorTorU)pYrimidine嘧啶M(AorC)aMino腺嘌啉或胞嘧啶(氨基)K(GorT)Ketone鳥嘌啉或胸腺嘧啶(酮基)S(CorG)Stronginteraction強(qiáng)相互作用堿基W(AorT)Weakinteraction弱相互作用堿基H(AorCorT)Not-G(HafterG)非鳥嘌啉B(CorGorT)Not-A(BafterA)非腺嘌啉V(AorCorG)Not-T/U(VafterU)非胸腺嘧啶D(AorGorT)Not-C(DafterC)非胞嘧啶N(AorCorGorT)aNy不確定核苷酸代碼表(IUPAC-IUBSTANDARDBASECODES)Lastmodified:25-Aug-2000,luojc@

第六十三頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三5.2脫氧核糖核酸(DNA)第六十四頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三DNA是遺傳物質(zhì)

Deoxyribonucleicacid(betterknownasDNA)isthephysicalcarrierofinheritancefor99%oflivingorganisms.第六十五頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三第六十六頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三

1953年，Watson和Crick闡明了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展史上的重要事件

第六十七頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三polynucleotidechain3’,5’-phosphodiesterbondii).StructureoftheDNAdoublehelixN-糖苷鍵3‘,5’-磷酸二酯鍵第六十八頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三StructureofasegmentofaDNAdoublehelix.第六十九頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三第七十頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三A-TbasepairG-CbasepairChargaff’srule:ThecontentofAequalsthecontentofT, andthecontentofGequalsthecontentofC indouble-strandedDNAfromanyspeciesChargaff’srule第七十一頁，共七十七頁，編輯于2023年，星期三Modelofdouble-stranded