生命物质与人体健康课件.ppt

1、首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页1第 8 章生命物质与人体健康首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页2（1）了解氨基酸、蛋白质、酶的结构和特性。）了解氨基酸、蛋白质、酶的结构和特性。本章学习要求本章学习要求（2）了解核糖核酸、脱氧核糖核酸的组成与结构，）了解核糖核酸、脱氧核糖核酸的组成与结构，DNA复复制机制与基因表达；了解生命科学中的基因突变、制机制与基因表达；了解生命科学中的基因突变、DNA重组重组技术、基因工程、中心法则等近代新概念。技术、基因工程、中心法则等近代新概念。（3）了解一些对人类危害较大的疾病的防治方法及人们在治）了解一些对人类危害较大的疾病的防治方法及

2、人们在治疗癌症、心血管病、爱滋病等中的一些新方法、新技术。疗癌症、心血管病、爱滋病等中的一些新方法、新技术。（4）了解生命元素的主要生理功能及其与人体健康的关系，平）了解生命元素的主要生理功能及其与人体健康的关系，平衡膳食的组成及毒品种类。衡膳食的组成及毒品种类。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页38.1 氨基酸、蛋白质和酶氨基酸、蛋白质和酶 8.2 核酸和基因工程核酸和基因工程8.3 疾病与治疗疾病与治疗 8.4 生命元素与人体健康生命元素与人体健康 目目 录录 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页4糖蛋白质核酸氨基酸8.1 8.1 氨基酸、蛋白质和酶氨基酸、蛋白质和酶

3、首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页5v 氨基酸是蛋白质水解的最终产物。v 由蛋白质水解得到的氨基酸有20种。v 蛋白质水解得到的氨基酸都是属于-氨基酸，可用 如下通式表示：v 不同的氨基酸仅仅是R基团部分有所不同。CRCOOHHNH28.1.1 8.1.1 氨基酸氨基酸首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页6序号序号 中文名称中文名称 英文缩写英文缩写 结构式结构式 1 甘氨酸 Gly(G)2 丙氨酸 Ala(A)3 丝氨酸 Ser(S)4 半胱氨酸 Cys(C)5 苏氨酸*Thr(T)表表8.1 20种天然氨基酸的名称和结构种天然氨基酸的名称和结构CH3CHCOOHNH2

4、H-CHCOOHNH2HOCH2CHCOOHNH2HOCH-CHCOOHNH2CH3HSCH2CHCOOHNH2首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页76 缬氨酸*Val(V)7 亮氨酸*Leu(L)8 异亮氨酸*Ile(I)9 甲硫氨酸 (蛋氨酸)*Met(M)10 苯丙氨酸*Phe(F)CH3CH-CHCOOHNH2CH3CH3CHCH2CHCOOHNH2CH3CH3CH2CH-CHCOOHNH2CH3NH2CH2CHCOOHCH3SCH2CH2CHCOOHNH22020种天然氨基酸种天然氨基酸（续）（续）序号序号 中文名称中文名称 英文缩写英文缩写 结构式结构式 首页首页 上一页

5、上一页 下一页下一页 末页末页811 色氨酸*Trp(W)12 酪氨酸 Tyr(Y)13 天冬氨酸 Asp(D)14 天冬酰胺 Asn(N)15 谷氨酸 Glu(E)2020种天然氨基酸种天然氨基酸（续）（续）H2NCOCH2CHCOOHNH2NH2HOCH2CHCOOHNH2HNCH2CHCOOHHOOCCH2CH2CHCOOHNH2HOOCCH2CHCOOHNH2序号序号 中文名称中文名称 英文缩写英文缩写 结构式结构式 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页916 天冬氨酸 Asp(D)17 赖氨酸*Lys(K)18 精氨酸*Arg(R)19 组氨酸*His(H)20 脯氨酸 P

6、rO(P)2020种天然氨基酸种天然氨基酸（续）（续）H2NCOCH2CH2CHCOOHNH2H2NCH2(CH2)3CHCOOHNH2H2NCNH(CH2)3CHCOOHNH2NHNH2CH2CHCOOHHNNNCOOHH序号序号 中文名称中文名称 英文缩写英文缩写 结构式结构式 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页10答：表中带答：表中带*者为人体必需氨基酸，儿童有者为人体必需氨基酸，儿童有10种，成人则为前种，成人则为前8种。种。氨基酸特性：氨基酸特性：无色晶体，熔点较高（一般无色晶体，熔点较高（一般200）不溶于有机溶剂，易溶于水不溶于有机溶剂，易溶于水 具有两性具有两性思考

7、：什么是必需氨基酸？什么是必需氨基酸？答：必需氨基酸答：必需氨基酸是人体所必需但自身不能制造的氨基酸，它们是人体所必需但自身不能制造的氨基酸，它们必须从食物中摄取。必须从食物中摄取。思考：20种氨基酸都是人体必需氨基酸吗？种氨基酸都是人体必需氨基酸吗？首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页11除甘氨酸外，其余除甘氨酸外，其余19种氨基酸的种氨基酸的-碳原子都与碳原子都与4个不相同的基个不相同的基团相连。这种结构的的化合物在空间有两种不同的排布：团相连。这种结构的的化合物在空间有两种不同的排布：这两种不同排布的化合物不能重叠，它们之间的关系就像这两种不同排布的化合物不能重叠，它们之间的关

8、系就像实物和镜像、左手和右手的关系：实物和镜像、左手和右手的关系：CHH2NHOOCRCCOOHNH2HR构型异构与手性分子构型异构与手性分子首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页12这种由于基团在空间的排列方式不同引起的异构称为这种由于基团在空间的排列方式不同引起的异构称为构型构型异构异构。这种与这种与4个不同基团相连的碳原子称为个不同基团相连的碳原子称为不对称碳原子不对称碳原子，通常用通常用*C表示：表示：CRCOOHHNH2CCOOHNH2HR*这种实物和镜像不能重叠的分子称为这种实物和镜像不能重叠的分子称为手性分子手性分子或或不对称分子不对称分子，两者称为一对两者称为一对对映体

9、对映体，其中一个为，其中一个为D-型，另一个为型，另一个为L-型。型。蛋白质水解得到的氨基酸都是蛋白质水解得到的氨基酸都是L-型氨基酸型氨基酸。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页13肽是氨基酸分子间通过肽键相连的一类化合物。由二个氨基酸缩合而成的叫二肽，由三个氨基酸缩合而成的叫三肽，由较多的氨基酸缩合而成的叫多肽。二肽8.1.2 8.1.2 多肽多肽H2NCHCOOH +H2NCHCOOHRRH2NCHRCHCOOHR+H2OCNOH肽键CNHOCNOHCNHOCNOHCNHOCNOHCNHOCNOHCNHO首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页14多肽链可简单表示如下：R

10、1R2H2NCHCONHCHCONHCHCONHCHCO NHCHCOOHR3R4Rn氨基酸残基N端端C端端一种广泛存在于动植物细胞中的重要三肽，是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成。它的结构式为：H2N CH CH2 CH2 CO NH CH CO NH CH COOHCOOHCH2SHH命名 -谷氨酰半胱氨酰甘氨酸简称 谷胱甘肽首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页15肽键的结构CHONCCCONCCNCR HRRRHHH首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页16蛋白质是生物体内一类极为重要的功能大分子化合物。蛋白质是生物体内一类极为重要的功能大分子化合物。从最简单的病毒、细菌

11、等微生物到高等动物，一切生命过程和繁衍活动都与蛋白质密切相关，可以说没有蛋白质就没有生命。蛋白质种类繁多，结构十蛋白质种类繁多，结构十分复杂，估计在人体内有分复杂，估计在人体内有几十万种以上的蛋白质。几十万种以上的蛋白质。8.1.3 8.1.3 蛋白质蛋白质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页17为了表示其不同层次的结构，常将蛋白质结构分为一级结构、为了表示其不同层次的结构，常将蛋白质结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。二级结构、三级结构和四级结构。但但小分子蛋白质与大分子多肽之间不存在绝对严格的分界线小分子蛋白质与大分子多肽之间不存在绝对严格的分界线。现在还认为多肽一般

12、没有严密并相对稳定的空间结构，即其空现在还认为多肽一般没有严密并相对稳定的空间结构，即其空间结构比较易变，具有可塑性；而蛋白质分子具有相对严密，间结构比较易变，具有可塑性；而蛋白质分子具有相对严密，比较稳定的空间结构，这也是蛋白质发挥生物功能的基础，因比较稳定的空间结构，这也是蛋白质发挥生物功能的基础，因此一般此一般将胰岛素（牛胰岛素相对分子质量为将胰岛素（牛胰岛素相对分子质量为5733）划归为蛋白）划归为蛋白质质。蛋白质与多肽均是氨基酸的多聚物，通常将蛋白质与多肽均是氨基酸的多聚物，通常将相对分子质量相对分子质量在在10 000以上的称为蛋白质，以上的称为蛋白质，10 000以下的称为多肽。

13、以下的称为多肽。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页18蛋白质分子的蛋白质分子的一级结构一级结构是指多肽链中氨基酸残基的连接方式是指多肽链中氨基酸残基的连接方式和排列顺序。和排列顺序。不同的蛋白质，一级结构不同。蛋白质的一级结构是由基因上的遗传密码的排列顺序决定蛋白质的一级结构是由基因上的遗传密码的排列顺序决定的。的。一级结构一级结构最为重要，它包含着最为重要，它包含着决定蛋白质空间结构决定蛋白质空间结构的的基本因素，也是蛋白质生物功能的多样性和种属特异性的基本因素，也是蛋白质生物功能的多样性和种属特异性的结构基础。结构基础。1.蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构首页首页 上一页上一页

14、 下一页下一页 末页末页191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 精-甘-苯丙-苯丙-酪-苏-脯-赖-丙1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2122 23 24 25 26 27 28 29 30NH2NH2H2NH2NNH2NH2SSS苯丙-缬-天-谷-组-亮-半胱-甘-丝-组-亮-缬-谷-丙-亮-酪-亮-缬-半胱-甘-谷-SS甘-异亮-缬-谷-谷-半胱-半胱-丙-丝-缬-半胱-丝-亮-酪-谷-亮-谷-天-酪-半胱-天SA B A链含有11种共21个氨基酸残

15、基，N-端为甘氨酸，C-端为天冬酰胺，A链本身的6位和11位上的二个半胱氨酸通过二硫键相连成环；B链含16种共30个氨基酸残基，其N-端为苯丙氨酸，C-端为丙氨酸。牛胰岛素的一级结构示意图（牛胰岛素由两条肽链共51个氨基酸残基组成）首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页201965年我国科学工作者在世界上首次用人工方法合成具有全部生物活性的结晶牛胰岛素。蛋白质的人工合成不仅在理论上有重大意义，而且为合成比天然产物更有效的多肽抗生素、激素等药物开辟了广阔前景。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页21蛋白质的蛋白质的空间结构空间结构又叫蛋白质的又叫蛋白质的构象构象、高级结构高级结

16、构、立体结立体结构构、三维结构三维结构等，指的是蛋白质分子中所有原子在三维空等，指的是蛋白质分子中所有原子在三维空间中的排布。间中的排布。维持蛋白质分子构象的作用力有：氢键、盐键、疏水键、范维持蛋白质分子构象的作用力有：氢键、盐键、疏水键、范德华力和二硫键等。德华力和二硫键等。蛋白质的空间结构主要包括蛋白质的二级结构、三级结构和蛋白质的空间结构主要包括蛋白质的二级结构、三级结构和四级结构。四级结构。最早研究蛋白质空间结构的最早研究蛋白质空间结构的20世纪最伟大的化学家世纪最伟大的化学家L.Pauling，在在20世纪世纪30年代就开始应用年代就开始应用X-衍射方法来研究蛋白质晶体结构。衍射方法

17、来研究蛋白质晶体结构。1951年首先提出了蛋白质的立体结构模型：年首先提出了蛋白质的立体结构模型：-螺旋和螺旋和-折叠。折叠。2.蛋白质的空间结构蛋白质的空间结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页22a氢键；b盐键；c疏水键；d二硫健附图附图8.1 维持蛋白质分子构象的各种作用力维持蛋白质分子构象的各种作用力首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页23蛋白质的蛋白质的二级结构二级结构是指多肽链的主链骨架中若干肽段在空间是指多肽链的主链骨架中若干肽段在空间的伸展方式。的伸展方式。维系主链构象稳定的最主要因素是主链的羰基和亚氨基之维系主链构象稳定的最主要因素是主链的羰基和亚氨基之

18、间所形成的氢键：间所形成的氢键：蛋白质的二级结构最重要的是蛋白质的二级结构最重要的是-螺旋螺旋和和-折叠折叠，还有，还有-转角转角和和无规卷曲无规卷曲等。等。NHOC（1）蛋白质的二级结构）蛋白质的二级结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页24在在-螺旋螺旋结构中，结构中，多肽链中各肽键平面多肽链中各肽键平面通过通过-碳原子的旋碳原子的旋转，围绕中心轴形成转，围绕中心轴形成一种紧密螺旋盘曲构一种紧密螺旋盘曲构象。绝大多数蛋白质象。绝大多数蛋白质分子中所存在的分子中所存在的-螺旋几乎都是右手螺旋几乎都是右手螺旋。螺旋。-螺旋螺旋结构结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页2

19、5-螺旋其结构特点如下：肽链呈螺旋上肽链呈螺旋上升，每相隔升，每相隔3.6个氨基酸残基个氨基酸残基上升上升1圈，每圈，每个氨基酸残基个氨基酸残基绕轴旋转绕轴旋转100，沿轴，沿轴向升高向升高0.15nm，故螺距约为故螺距约为0.54nm；首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页26螺旋间靠氢键维系，氢键是螺旋间靠氢键维系，氢键是由同一条主链上一个氨基酸由同一条主链上一个氨基酸残基中的残基中的C=OC=O氧与后面第四个氧与后面第四个氨基酸残基中的氨基酸残基中的N-HN-H氢形成，氢形成，方向与螺旋轴大致平行，由方向与螺旋轴大致平行，由于每个肽键中的于每个肽键中的C=OC=O和和N-HN-H

20、都都参与形成链内氢键、故保持参与形成链内氢键、故保持了了-螺旋的最大稳定性。螺旋的最大稳定性。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页27附图8.2-螺旋的四种表示方法首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页28-折叠折叠：一般有两条以上的肽链或一条肽链内的若干肽段共同参与形成，它们平行排列，并在两条肽链或一条肽链内的两个肽段之间以氢键维系而成。-折叠结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页29纤维状蛋白质纤维状蛋白质一般只有一类二级结构构象单元，而一般只有一类二级结构构象单元，而球状蛋白质球状蛋白质可能在同一分子内有几类二级结构构象单元。可能在同一分子内有几类二级结构构

21、象单元。蛋白质的蛋白质的三级结构三级结构是指是指蛋白质（主要指球状蛋蛋白质（主要指球状蛋白）分子在二级结构的白）分子在二级结构的基础上依靠非共价键力基础上依靠非共价键力进一步卷曲、折叠而构进一步卷曲、折叠而构成的一种不规则的、特成的一种不规则的、特定的、更复杂的空间结定的、更复杂的空间结构。构。-转角转角-折叠折叠-螺旋螺旋无规卷曲无规卷曲(2)蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页30图8.2 肌红蛋白的三级结构（抹香鲸肌红蛋白的三级结构）存在于哺乳动物存在于哺乳动物（鲸、海狗和海豚）（鲸、海狗和海豚）肌肉中的肌红蛋白肌肉中的肌红蛋白是一种较小的球状是

22、一种较小的球状蛋白，它是由一条蛋白，它是由一条含含153个氨基酸残个氨基酸残基组成的多肽链。基组成的多肽链。主链中主链中75绕曲成绕曲成8段比较直的段比较直的-螺旋。螺旋。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页311971年年我国科学工作者我国科学工作者全部完成了全部完成了0.25nm分辨率的猪胰岛素晶体结构的测分辨率的猪胰岛素晶体结构的测定工作。定工作。1974年又完成了分辨率为年又完成了分辨率为0.18nm的胰岛素晶体结构的分析工作。的胰岛素晶体结构的分析工作。附图8.3 我国测定绘制的猪胰岛素空间结构示意图猪胰岛素结构猪胰岛素结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页32

23、蛋白质的四级结构中的每一个具有三级结构的多肽链称为蛋白质的四级结构中的每一个具有三级结构的多肽链称为亚亚基基（或（或亚单位亚单位）。一般亚基多为偶数，较小的蛋白质亚基数一般亚基多为偶数，较小的蛋白质亚基数一般为一般为210个，多的可达上千个。个，多的可达上千个。血红蛋白血红蛋白有两条有两条-链、两条链、两条-链，链，-链含链含141个氨基酸残基，个氨基酸残基，-链含链含146个氨基酸残基（个氨基酸残基（共共4个亚基、近于一个直径为个亚基、近于一个直径为5.5nm的球体的球体）。）。很多蛋白质是以三级结构的球状蛋白质的聚集体形式存在的。很多蛋白质是以三级结构的球状蛋白质的聚集体形式存在的。这种由

24、球状蛋白质通过非共价键彼此结合在一起的聚集体称这种由球状蛋白质通过非共价键彼此结合在一起的聚集体称为蛋白质的为蛋白质的四级结构。四级结构。溶菌酶、肌红蛋白等无四级结构。溶菌酶、肌红蛋白等无四级结构。(3)(3)蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页33附图8.4 血红蛋白的四级结构 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页34酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为为生物催化剂生物催化剂。绝大多数的酶都是蛋白质。绝大多数的酶都是蛋白质。酶的辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作用特点

25、不同酶的辅助因子按其与酶蛋白结合的紧密程度与作用特点不同又可分为又可分为辅酶辅酶或或辅基辅基。非蛋白质部分非蛋白质部分(辅助因子辅助因子)8.1.4 酶和酶工程酶和酶工程酶酶单纯酶单纯酶仅由氨基酸残基构成的酶仅由氨基酸残基构成的酶结合酶结合酶蛋白质部分蛋白质部分(酶蛋白酶蛋白)全酶全酶首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页35（2）高度选择性高度选择性 酶一般只能选择性地催化一种或一类相酶一般只能选择性地催化一种或一类相同类型的化学反应。酶催化的反应几乎不产生副反应。同类型的化学反应。酶催化的反应几乎不产生副反应。（1）高效性高效性 酶是自然界中催化活性最高的一类催化剂。酶是自然界中催

26、化活性最高的一类催化剂。酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高1081022倍，比一般催化倍，比一般催化剂高剂高1071013倍。倍。（3）反应条件温和反应条件温和 酶促反应一般在酶促反应一般在pH58的水溶液中的水溶液中进行，反应温度范围为进行，反应温度范围为2040。在非水溶剂中，有些酶可。在非水溶剂中，有些酶可在在100 以上反应。以上反应。1.酶的催化作用特点酶的催化作用特点首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页36其中其中E-S复合物的形成是决定反应速率的关键步骤。复合物的形成是决定反应速率的关键步骤。在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶在酶催化的反

27、应中，第一步是酶与底物形成酶-底物中间复底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。物再分解成产物和酶。2.酶催化反应的机理酶催化反应的机理E +S ES P +E酶 底物 中间复合物 产物+酶首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页37(1)(1)“锁与钥匙锁与钥匙”学说学说刚性模刚性模式式 (2)“诱导契合诱导契合”学说学说柔性柔性模式模式 3.3.酶与底物结合的模式酶与底物结合的模式首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页38酶工程酶工程是指酶制剂在工业上的大规模生产和应用。是指酶制剂在工业

28、上的大规模生产和应用。主要内容主要内容 酶的制备、酶和细胞的固定化、酶反应器的设计和酶的制备、酶和细胞的固定化、酶反应器的设计和放大、反应条件的设计和优化等。放大、反应条件的设计和优化等。主要任务主要任务 通过预先设计，经过人工控制，获得大量所需酶，通过预先设计，经过人工控制，获得大量所需酶，并保持酶的稳定性，发挥最大的催化功能。并保持酶的稳定性，发挥最大的催化功能。酶催化反应的酶催化反应的基本步骤基本步骤：酶制剂酶制剂 产品产品催化反应催化反应生物反应器生物反应器固定酶固定酶 目前已从生物体提取并纯化了目前已从生物体提取并纯化了3000种以上酶，工业化生产已种以上酶，工业化生产已有有100多

29、种，如胰蛋白酶（消化药）、溶菌酶、天冬酰胺酶多种，如胰蛋白酶（消化药）、溶菌酶、天冬酰胺酶（抑肿瘤）等。（抑肿瘤）等。4.酶工程酶工程首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页39RNA主要存在于细胞质中，线粒体含量主要存在于细胞质中，线粒体含量最多，最多，RNA参与体内蛋白质的合成。参与体内蛋白质的合成。核酸核酸是一类具有非常重要生物功能和生理活性的大分子化合是一类具有非常重要生物功能和生理活性的大分子化合物，存在于所有的生物体内，它储存着生物体内的遗传信息，物，存在于所有的生物体内，它储存着生物体内的遗传信息，与生物的遗传、繁衍、变异等各过程有着密切的联系。与生物的遗传、繁衍、变异等各

30、过程有着密切的联系。DNA主要存在于细胞核内的染色体中，主要存在于细胞核内的染色体中，是生物遗传的物质基础。是生物遗传的物质基础。核酸核酸核糖核酸核糖核酸(RNA)脱氧核糖脱氧核糖核酸核酸(DNA)核蛋白体核蛋白体RNA（rRNA）信使信使RNA（mRNA）转运转运RNA（tRNA）8.2 核酸和基因工程核酸和基因工程首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页40核酸核酸嘌呤碱嘌呤碱嘧啶碱嘧啶碱脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖有机碱有机碱戊糖戊糖核苷酸核苷酸水解水解核苷核苷磷酸磷酸水解水解8.2.1 核酸的组成核酸的组成首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页41OOHOHHOH2CHOH2

31、COOHOHOHCH3HHHNNOONNNH2ONNNNOH2NNNNNNH2HHHNNNNOH2NNNNNNH2HHHNNNH2ONNOOHHH含氮有机碱 核酸组成酸H3PO4H3PO4 嘌呤碱 嘧啶碱 D-2-脱氧核糖D-核糖腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)DNARNA戊醛糖DNA和RNA的组成单元首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页42核苷酸核苷酸是核苷中戊糖的是核苷中戊糖的3-位或位或5-位羟基与磷酸脱水而形位羟基与磷酸脱水而形成的核苷磷酸酯，它是核酸的基本组成单位。成的核苷磷酸酯，它是核酸的基本组成单位。5-

32、腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 3-胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 5-腺苷酸腺苷酸 3-脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸 5 AMP 3 dCMP CH2NNNNNH2OOHOHPOHOOHO1234512345HOHONNNH2OHOH2COPOO核苷酸核苷酸首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页43与蛋白质一样，核酸也有一级结构、二级结构和高级结构。与蛋白质一样，核酸也有一级结构、二级结构和高级结构。8.2.2 核酸的结构核酸的结构1.核酸的一级结构核酸的一级结构核酸的一级结构是指单核苷酸按一定的种类、数量和排列顺序连接而成的长链。核酸片段结构 不论是不论是RNA分子还是分子还是DNA分子，分子

33、，单核苷酸都是通过单核苷酸都是通过3,5-磷酸二酯磷酸二酯键键互相连接的，即由核糖或脱氧互相连接的，即由核糖或脱氧核糖核糖C-5上的磷酸基以酯键与另上的磷酸基以酯键与另一个核糖或脱氧核糖一个核糖或脱氧核糖C-3相连，相连，如此依次相连形成一条多核苷酸如此依次相连形成一条多核苷酸链。链。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页44DNA分子的双螺旋结构是Watson和Crick等三人于1953年首先提出来的，它为从分子水平揭示生命现象的本质及分子遗传学奠定了基础，被誉为20世纪的三大发现之一。为此，Watson和Crick等三人荣获了1962年的诺贝尔奖。DNA分子是由二条方向相反的平行核

34、分子是由二条方向相反的平行核苷酸链组成（一条链为苷酸链组成（一条链为3 5 ，另一条为另一条为5 3 走向），围绕着走向），围绕着一中心轴形成一个一中心轴形成一个右手双螺旋结构右手双螺旋结构，螺旋的直径为螺旋的直径为2.0nm。2.DNA的二级结构的二级结构DNA双螺旋结构双螺旋结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页45在在双螺旋结构双螺旋结构中，碱基是一个平中，碱基是一个平面环状分子，其平面与中心轴垂面环状分子，其平面与中心轴垂直。两个相邻碱基对平面间的距直。两个相邻碱基对平面间的距离为离为0.34nm，其旋转夹角为其旋转夹角为36。每每10个碱基旋转一圈，上升高度个碱基旋转一圈

35、，上升高度恰好是恰好是3.40nm。两条链上的碱基位于链的内侧，磷酸和脱氧核糖在双螺旋的外侧，彼此通过3,5-磷酸二酯键结合，形成DNA的骨架。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页46一条链上的嘌呤碱必须与另一条链上的嘧啶碱相配，腺嘌呤一条链上的嘌呤碱必须与另一条链上的嘧啶碱相配，腺嘌呤（A）通过形成两条氢键与胸腺嘧啶（通过形成两条氢键与胸腺嘧啶（T）相配；鸟嘌呤（相配；鸟嘌呤（G）经三条氢键与胞嘧啶（经三条氢键与胞嘧啶（C）相配。相配。根据碱基互补规律，当一条链的碱基顺序已被确定，自然另一根据碱基互补规律，当一条链的碱基顺序已被确定，自然另一条链的碱基也被确定。碱基配对规律在蛋白质

36、的体内合成，生条链的碱基也被确定。碱基配对规律在蛋白质的体内合成，生物体的生长和生物的遗传等方面有十分重要的意义。它决定了物体的生长和生物的遗传等方面有十分重要的意义。它决定了DNADNA在控制遗传信息方面的高度可靠性。在控制遗传信息方面的高度可靠性。NNNNHNHHHNNOOCH3H戊糖戊糖ATNNNNOHNHHHNNONHHHH戊糖戊糖GC碱基互补规律碱基互补规律首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页47RNA的二级结构的二级结构不象不象DNA分子分子那样呈极有规律的双螺旋状态。那样呈极有规律的双螺旋状态。RNA是单链分子，分子中并不是单链分子，分子中并不严格遵守碱基配对规律。严格

37、遵守碱基配对规律。附图8.5 丙氨酸转移RNA三叶草结构思考：思考：RNA的结构与的结构与DNA相同吗？相同吗？3.RNA的二级结构的二级结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页48DNA在在复制复制时，首先是组成双螺旋的二条链先拆分成两条单链，以时，首先是组成双螺旋的二条链先拆分成两条单链，以DNA单链单链为为模板模板，按照碱基互补原则合成出一条互补的新链，这样新形成的两个子代，按照碱基互补原则合成出一条互补的新链，这样新形成的两个子代DNA分子就与原来分子就与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。分子的碱基顺序完全一样。在此过程中，每个子代双链在此过程中，每个子代双链DNADNA分子

38、中都有一条来自母代分子中都有一条来自母代DNADNA，另一条则是新合另一条则是新合成的。这种复制方式称做成的。这种复制方式称做半保留复制半保留复制 。由于碱基的严格互补原则，这由于碱基的严格互补原则，这种种DNADNA半保留复制过程极为可半保留复制过程极为可靠，靠，发生错误的可能性发生错误的可能性仅为一仅为一万亿分之一，这就保证了生物万亿分之一，这就保证了生物种的稳定性和延续性。种的稳定性和延续性。8.2.3 DNA的复制与基因表达的复制与基因表达1.DNA的自复制的自复制思考：思考：10-12出错率意味着什么？出错率意味着什么？变异 进化首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页49基因

39、基因就是有遗传效应的就是有遗传效应的DNA片段。片段。基因表达基因表达就是从就是从DNA到蛋白质的过程。到蛋白质的过程。生物学中的生物学中的“中心法则中心法则”：将：将DNA的遗传信息的遗传信息转录转录生成信使生成信使RNA，进而进而翻译翻译成蛋白质。由此可以看出，成蛋白质。由此可以看出，DNA控制着蛋白质控制着蛋白质的合成。的合成。一段一段DNADNA双螺旋结构解旋，以其中一条单链为模板进行复制，双螺旋结构解旋，以其中一条单链为模板进行复制，合成出信使合成出信使RNARNA。信使信使RNARNA中的核苷酸序列决定着中的核苷酸序列决定着蛋白质中的氨蛋白质中的氨基酸序列。基酸序列。2.基因表达基

40、因表达首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页505-磷酸末磷酸末端的碱基端的碱基中间的碱基中间的碱基3-0H基末基末端的碱基端的碱基UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸酪氨酸终止信号终止信号终止信号终止信号半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸终止信号终止信号色氨酸色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸谷酰胺谷酰胺谷酰胺谷酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异

41、亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸和甲硫氨酸和甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGG缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG信使信使RNA上每上每3个核个核苷酸翻译成苷酸翻译成蛋白质链上蛋白质链上的一个氨基的一个氨基酸，把这酸，把这3个核苷酸称个核苷酸称为为遗传密码遗传密码，也称

42、三联体也称三联体密码或密码密码或密码子。一共有子。一共有64种遗传密种遗传密码码。遗传密码字典遗传密码字典首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页51基因结构改变会引起生物体性状的巨大变化，这样的突变是由基因结构的改变引起的，所以叫“基因突变”。镰刀状贫血病是由于血红蛋白基因中的一个核苷酸T突变为A(遗传密码由CTT变为CAT)，造成蛋白质中的一个谷氨酸被缬氨酸代替，从而引起脱氧血红蛋白溶解度下降，在细胞内成胶或聚合，使红细胞变成镰刀状，并且丧失结合氧分子的能力。镰刀状红细胞正常红细胞首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页52在两个在两个DNA分子之间，或一个分子之间，或一个DN

43、A分子的两个不同分子的两个不同部位之间，按人们的设计方案，通过链断裂和片段部位之间，按人们的设计方案，通过链断裂和片段的交换重新形成了一个新的、改变了基因的组合和的交换重新形成了一个新的、改变了基因的组合和序列的序列的DNA分子的过程称为分子的过程称为DNA重组或基因重组。重组或基因重组。基因工程（基因重组）是将不同的基因在体外人工剪切组合，并和载体的DNA连接，然后转入另一种微生物或细胞内，进行扩增，并使转入的基因在细胞内表达，产生所需要的蛋白质。8.2.4 重组重组DNA与基因工程与基因工程首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页53 2000年6月26日科学家成功绘制出人类基因组“

44、工作框架图”。2001年2月12日，中、美、日、德、法、英6国科学家联合宣布，他们又绘制出了更加准确、清晰、完整的人类基因组图谱。基因测序结果表明，人类基因组共有32亿个碱基对，包含大约3万到4万个基因。这一重大成果标志着生命科学又向纵深迈进了一步。2003年4月15日宣布经13年努力，共同绘制完成由31对碱基组成的人类基因序列图。人类基因组计划人类基因组计划是1990年前后开始实施的，旨在破解人类染色体约30亿对碱基对遗传信息的科研计划，被誉为20世纪实施的三大宏伟计划之一。2003年12月13日我国科学家在世界上率先完成第一张水稻基因精细图，共6万多个基因。人类基因组计划人类基因组计划首页

45、首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页54杨焕明等来自北京华大基因研究中心和杭州、上海、长沙和西安等地11家中国研究机构近百名研究人员，在题为水稻基因组序列草图的论文中宣布，他们采用全基因组鸟枪测序法，以中国和亚太地区主要水稻栽培亚种籼稻为对象，完成了对水稻基因组序列草图的测定和初步分析。水稻基因组序列水稻基因组序列中国云南红河哈尼梯田，成为2002年4月5日出版的美国科学杂志的封面。这份世界权威学术期刊，以封面文章形式和显著篇幅登出中国科学家绘出水稻基因组工作框架图的历史性论文。它标志着在基因组学这一生命科学前沿领域，中国已部分具备世界领先的实力首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页

46、末页55科学家将根据人类基因图谱，分析人体蛋白在化学和生物学上科学家将根据人类基因图谱，分析人体蛋白在化学和生物学上的正常和变异特性，特别是当人体出现癌症、抑郁症等病变时的正常和变异特性，特别是当人体出现癌症、抑郁症等病变时蛋白细胞的化学变化。将来，人类就可以通过调整基因指令蛋白细胞的化学变化。将来，人类就可以通过调整基因指令修修正人体蛋白的非正常变化正人体蛋白的非正常变化。但这一工作的难度要远远大于完成。但这一工作的难度要远远大于完成基因图谱研究的工作，需要生物学、化学、物理学、计算机学基因图谱研究的工作，需要生物学、化学、物理学、计算机学等多学科人才展开规模空前的通力合作。等多学科人才展开

47、规模空前的通力合作。人类基因组计划的最终目标人类基因组计划的最终目标是弄清楚是弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。每种基因制造的蛋白质及其作用。从生理过程来看，基因向细胞发从生理过程来看，基因向细胞发出指令，制造蛋白质；蛋白质再出指令，制造蛋白质；蛋白质再执行维持人的生命活动的功能，执行维持人的生命活动的功能，如产生热量、分解废物、对抗感如产生热量、分解废物、对抗感染等。染等。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页56在未来35年的时间内，国际人类基因组计划的研究内容将集中在以下几个方面：4.继续研究由于基因组计划带继续研究由于基因组计划带来的社会、伦理和法律等方来的社会、伦理和法律等

48、方面的内容。面的内容。1.克隆和测定人类及模式生物（特别是小鼠）的全长克隆和测定人类及模式生物（特别是小鼠）的全长DNA序序列；列；2.开发基因识别的软件；开发基因识别的软件；3.开展第三代遗传标记研究；开展第三代遗传标记研究；附图附图8.6 中国科研人员在进行中国科研人员在进行基因组草图基因组草图“基本信息基本信息”测序测序 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页578.3 疾病与治疗癌症是人类第二死因（心脑血管疾病为第一死因）。癌症是人类第二死因（心脑血管疾病为第一死因）。癌症是一种基因病癌症是一种基因病癌基因激活癌基因激活抑癌基因失活抑癌基因失活8.3.1 癌症与基因治疗癌症与基

49、因治疗首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页58在受其他因素（如病毒感染、化学致癌物质等）的诱发下，癌基因的一个或几个核苷酸发生了改变，引起癌基因的突变或易位等，即被激活，这种被激活的癌基因生产出大量的异常蛋白而使正常细胞癌变。抑癌基因亦称抗癌基因或肿瘤抑制基因，它的正常功能是防止肿瘤的发生。一旦在某个正常细胞中，抑癌基因失活或丢失而不能行使正常的功能时，这个细胞就可能发生癌变。癌基因是人体内固有的基因，在正常情况下它们具有十分重要的生理功能。1癌基因和抑癌基因癌基因和抑癌基因首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页59致癌致癌因素因素物理因素 如紫外线、X射线，电离辐射等生物因

50、素 如病毒的感染化学因素 如化学致癌物质来自体外来自体内自由基 如脂肪氧化、高能紫外线或辐 射均可在人体内产生自由基。根据化合物的结构特征可把化学致癌物分成以下几大类：(1)多环芳烃；（2）亚硝胺；（3）黄曲霉素；（4）重金属；（5）其它（芳香胺、偶氮染料、农药等）。2致癌物质首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页60OOOOOOCH3黄曲霉素黄曲霉素（AFSAFS）是一类结构类似的微生物毒素的混合物。其是一类结构类似的微生物毒素的混合物。其中以黄曲霉素中以黄曲霉素B B1 1(AFB(AFB1 1)最常见、毒性最大。其结构式如下：最常见、毒性最大。其结构式如下：黄曲霉素黄曲霉素主要污