生物信息学3生物学基础课件.ppt

1、第二章生物学基础第二章生物学基础（一）（一）生物的分类生物的分类（二）（二）生物大分子生物大分子（三）（三）中心法则中心法则the theory of evolution地球上的生物是自然界在特定条件下演化的结果，而且仍继续处于变化之中。Alfred Russel WallaceCharles Darwin The Wallace-Darwin Theory1 1、地球上的自然史与生命史、地球上的自然史与生命史：地球本身一直：地球本身一直经历着由简单到复杂、由低级到高级不经历着由简单到复杂、由低级到高级不可逆的演化过程，由此逐渐形成了大气可逆的演化过程，由此逐渐形成了大气圈、水圈、岩石圈、生物

2、圈及地球内部圈、水圈、岩石圈、生物圈及地球内部的圈层；的圈层；：生物是地球系：生物是地球系统在特定条件下演化的结果，并仍处于统在特定条件下演化的结果，并仍处于不断的演化之中；不断的演化之中；：始于：始于120120亿年前的宇宙大亿年前的宇宙大爆炸（爆炸（Big Bang Begins The Big Bang Begins The Universe!Universe!）；）；：大约：大约4949亿年前，诞生亿年前，诞生太阳系；太阳系；：大约：大约4545亿年前，宇宙中亿年前，宇宙中的尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球。的尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球。35353838亿年前，海洋孕育原始生物亿

3、年前，海洋孕育原始生物 原核生物占主体的阶段（原核生物占主体的阶段（35352020亿年前）亿年前）真核生物占主体的阶段（真核生物占主体的阶段（20206 6亿年前）亿年前）多细胞植物、多细胞动物的诞生（多细胞植物、多细胞动物的诞生（6 65.55.5亿年前）亿年前）“寒武纪大爆发寒武纪大爆发”（约（约5.35.55.35.5亿年前）亿年前）物种物种“爆发爆发”“志留纪大爆发志留纪大爆发”（约（约4.34.3亿年前）亿年前）生命从海洋扩展到陆地生命从海洋扩展到陆地 约约40040010001000万年前，人类诞生万年前，人类诞生 文化史：文化史：100100万年万年地球形成地球形成地核与地幔分

4、异地核与地幔分异最早的沉积记录最早的沉积记录化学进化生命起源化学进化生命起源最早的叠层石和微最早的叠层石和微 生物化石记录生物化石记录光合作用起源光合作用起源冠族真核细胞起源冠族真核细胞起源大气圈自由氧开始积累大气圈自由氧开始积累多细胞叶状体植物适多细胞叶状体植物适 应辐射性分化应辐射性分化骨骼化、后生动物适骨骼化、后生动物适 应辐射性分化应辐射性分化哺乳动物起源哺乳动物起源人类起源、文化系统建立人类起源、文化系统建立“寒武纪大爆发寒武纪大爆发”“志留纪大爆发志留纪大爆发”陆生维管植物诞生陆生维管植物诞生两栖动物出现两栖动物出现被子植物起源被子植物起源爬行动物出现爬行动物出现鸟类出现鸟类出现恐

5、龙成为地球霸主恐龙成为地球霸主恐龙绝灭恐龙绝灭新生代中生代古生代前寒武纪Homo sapiens 智人智人病毒病毒细菌细菌2、生物的分类、生物的分类物种的多样性物种的多样性遗传（基因）的多样性遗传（基因）的多样性生态系统的多样性生态系统的多样性1992年，联合国环境与发展大会年，联合国环境与发展大会生物多样性公约生物多样性公约 （1707-1778），瑞典博物学家），瑞典博物学家 Linnee在在Systema Naturae中创立生物分类体系中创立生物分类体系 :属名加种名，属名属名加种名，属名在前，第一个字母大写；种名在后，小写；其后还可标注在前，第一个字母大写；种名在后，小写；其后还可标

6、注发现的地名或发现者的名字；采用拉丁文发现的地名或发现者的名字；采用拉丁文生物分类体系生物分类体系林奈(Carolus Linnaeus，17071788）瑞典博物学家Linnean hierarchical classification was based on the premise that the species was the smallest unit,and that each species(or taxon)belonged to a higher category.Linnean hierarchical classificationKingdom 界例：Animalia动

7、物界 Phyla门 Chordata 脊索动物门 Class纲 Mammalia哺乳纲Order目Carnivora 食肉目 Family科 Felidae猫科Genus属 Panthera 豹属 Species种 pardus属名属名种名种名Panthera pardus 金钱豹金钱豹病毒、细胞和生物体的大小病毒、细胞和生物体的大小生生 物物 进进 化化Three domains of life三原界系统三原界系统Eubacteria Eubacteria 真细菌原界真细菌原界Archaea Archaea 古细菌原界古细菌原界EukaryotaEukaryota真核生物原界真核生物原界 P

8、rotistaProtista原生生物界原生生物界 PlantaePlantae植物界植物界 FungiFungi真菌界真菌界AnimaliaAnimalia动物界动物界 三界说、五界说、六界说、八界说三界说、五界说、六界说、八界说 三主干六界说：三主干六界说：真细菌真细菌 古细菌古细菌 原生生物原生生物 真菌真菌 植物植物 动物动物原核生物原核生物真核生物真核生物Levels of Organization lBiosphere生物圈lCommunity生物群落lPopulations生物种群lOrganism生物体lOrgan器官lTissue组织lCell:The fundamental

9、 unit of living things.细胞lOrganelle:细胞器lMolecules,atoms,and subatomic particles:The fundamental functional levels of biochemistry分子水平分子水平？Organization levels of lifeStudy biology at many levels.It is thus possible to study biology at many levels,from collections of organisms(communities),to the inne

10、r workings of a cell(organelle).分子水平DNAsequenceProteins Structure Function?All Cell第二节第二节生物大分子生物大分子生物大分子生物大分子1.细胞结构（从染色体到DNA）2.糖类（D-核糖、D-2-脱氧核糖）3.脂类（磷脂）4.蛋白质（氨基酸、蛋白质及其结构）5.核酸（核苷酸、脱氧核糖核酸DNA和 核糖核酸RNA）l真核生物细胞真核生物细胞 l原核生物细胞原核生物细胞 一、细胞结构一、细胞结构 cell1、大肠杆菌2、念珠藻3、小球藻4、酵母菌5、火丝菌6、眼虫7、分生组织细胞8、栅栏组织薄壁细胞9、驴蹄草叶表皮细

11、胞和保卫细胞10、大鼠肝细胞11、肾近曲小管上皮细胞12、成纤维细胞13、人红细胞14、人精子15、哺乳动物的横纹肌细胞16、平滑肌细胞17、神经细胞体原核生物细胞结构原核生物细胞结构肽聚糖被膜质膜动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核真核生物细胞结构真核生物细胞结构从染色体到从染色体到DNA人类人类23对染色体对染色体细胞中的大分子The approximate composition of a bacterial cell.二、糖类二、糖类作用：作用：储存能量储存能量结构材料结构材料cellulose纤维素1.They are impo

12、rtant metabolically.Sugars are the major energy storage molecules for living organisms.Their carbon rings contain large amounts of energy.For example,the complete metabolism of glucose:releases 686 kcal/mol.醣酵解醣酵解呼吸呼吸2.There are four basic sugars that we will deal with:三、脂类三、脂类磷脂(phospholipids)是构成细胞

13、膜(membranes)的主要成分磷脂是两性分子，即亲水性和疏水性。头部是带负电荷的磷酸基团；尾部是疏水性的碳链。细胞膜的结构细胞膜的结构质膜质膜磷脂四、蛋白质核酸核酸是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者蛋白质蛋白质是信息转化成生物结构和功能的表达者是信息转化成生物结构和功能的表达者ProteinlSequencelStructurelFunction1)enzyme 2)transport3)cell structure几大类蛋白质几大类蛋白质l纤维蛋白l膜蛋白l球蛋白4.1氨基酸氨基酸an amino end(NH2)a carboxyl end(COOH)R-group20种主要氨基酸的

14、分类种主要氨基酸的分类8723Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things.Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things.Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things.Structures in the R-groups of the twenty amin

15、o acids found in all living things.l一级结构，Primary structure l二级结构，Secondary Structurel三级结构，Tertiary Structurel四级结构，Quartenary Structure4.2 蛋白质的结构蛋白质的结构一级结构二级结构Secondary Structurelalpha-helix,alpha-螺旋螺旋lbeta-pleated sheet，beta-折叠片折叠片lbeta-turn，beta 转角转角lRandom coil，无规卷曲无规卷曲alpha-helixalpha-helix,alpha

16、-螺旋螺旋，肽链主链骨架围绕中心轴盘旋成螺旋状的结构。B-pleated sheetsbeta-pleated sheet，beta-折叠片，在多肽链之间或一条肽链的肽段之间靠氢键联结而成的锯齿状片层结构。反平行式反平行式平行式平行式the turnsbeta-turn，beta 转角，在球状的蛋白质分子中，肽链经常出现的回折，由4个连续的氨基酸组成。三级结构Tertiary Structure三级结构，三级结构，多肽链借助各种次级键（非共价键）盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状结构。四级结构Quartenary Structure四级结构，四级结构，寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系或结

17、合方式。亚基，亚基，四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质。亚基一般只是一条多肽链，这些多肽链相互间以S-S键相连。亚基的聚集体即是寡聚蛋白质。Structure of a protein:primary,secondary,tertiary,and quaternary levels of structure.五、核酸五、核酸l它的基本结构单位是核苷酸（nucleotides）。l核苷酸有多种类型：l 1）information storage(DNA)l 2）protein synthesis(RNA)l 3）energy transfers(ATP and NAD).5.1 5.1 核苷酸核苷

18、酸核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基Sugars：ribose or deoxyribose.Structure of the basesPurinesPyrimidinesstructure of deoxyadenosineN-糖苷键糖苷键核核 苷苷 酸酸 代代 码码 表表 代码代码 英文含义英文含义 中文含义中文含义 G Guanine 鸟嘌啉鸟嘌啉 A Adenine 腺嘌啉腺嘌啉 T(U)Thymine(Uracil)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(尿嘧啶尿嘧啶)C Cytosine 胞嘧啶胞嘧啶 R(A or G)puRine 嘌啉 Y(C or T or U)pYrimidi

19、ne 嘧啶 M(A or C)aMino 腺嘌啉或胞嘧啶(氨基)K(G or T)Ketone 鸟嘌啉或胸腺嘧啶(酮基)S(C or G)Strong interaction 强相互作用碱基 W(A or T)Weak interaction 弱相互作用碱基 H(A or C or T)Not-G(H after G)非鸟嘌啉 B(C or G or T)Not-A(B after A)非腺嘌啉 V(A or C or G)Not-T/U(V after U)非胸腺嘧啶 D(A or G or T)Not-C(D after C)非胞嘧啶 N(A or C or G or T)aNy 不确定

20、5.2 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)DNA是遗传物质 Deoxyribonucleic acid(better known as DNA)is the physical carrier of inheritance for 99%of living organisms.1953年，Watson和和Crick阐明了阐明了DNA的的双螺旋结构双螺旋结构。现代生物技术发展史上的重要事件现代生物技术发展史上的重要事件 polynucleotide chain 3,5-phosphodiester bondii).Structure of the DNA double helixN-糖苷键糖苷键3

21、,5-磷酸二酯键磷酸二酯键Structure of a segment of a DNA double helix.A-T base pairG-C base pairChargaffs rule:The content of A equals the content of T,and the content of G equals the content of C in double-stranded DNA from any speciesChargaffs ruleModel of double-stranded DNA showing three base pairs55553333W

22、atsonCrick+-3carbon5carbon5.3 核糖核酸核糖核酸(RNA)RNA has ribose sugar instead of deoxyribose sugar.The base uracil(U)replaces thymine(T)in RNA.Most RNA is single stranded,although tRNA will form a cloverleaf structure due to complementary base pairing.RNA(Ribonucleic Acid)The major bases found in DNA and

23、RNA DNA RNA AdenineAdenine CytosineCytosine GuanineGuanine ThymineUracil(U)uracil-adenine base pairthymine-adenine base pairThere are three types of RNA:lMessenger RNA(mRNA)is the blueprint for construction of a protein.lRibosomal RNA(rRNA)is the construction site where the protein is made.lTransfer RNA(tRNA)is the truck delivering the proper amino acid to the site at the right time.