第一章核酸课件.ppt
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- 第一章 核酸 课件
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1、 生生 物物 化化 学学 Biochemistry福建农林大学生命科学学院 牟 少 亮v 使用教材:使用教材:v基础生物化学基础生物化学郭蔼光郭蔼光 高等教育出版社高等教育出版社 v 参考书目:参考书目:v 生物化学生物化学沈同沈同,王镜岩主编王镜岩主编 ,高教出版,高教出版 社社v 生物化学生物化学 张曼夫主编,中国农业大学出张曼夫主编,中国农业大学出 版社版社理解理解记忆记忆融会贯通;融会贯通;预习,记好笔记,复习,总结归纳;预习,记好笔记,复习,总结归纳;重视实验技术;重视实验技术;师生配合(课堂提问)师生配合(课堂提问)我的电子邮件地址:我的电子邮件地址: 联系地点:生科楼联系地点:生
2、科楼411室室 电话:电话:13225997025 生命的基本特征生命的基本特征:1.具有复杂有序的结构;具有复杂有序的结构;2.对环境反应的能力;对环境反应的能力;3.不断进行新陈代谢;不断进行新陈代谢;4.能自我复制,繁殖后代能自我复制,繁殖后代 是关于生命的化学;或者说是关于生命的是关于生命的化学;或者说是关于生命的化学本质的科学;它是利用化学的理论和方化学本质的科学;它是利用化学的理论和方法研究生物的一门学科。法研究生物的一门学科。物质在生物体内发生的化学变化,以及这物质在生物体内发生的化学变化,以及这些物质的结构和变化与生物的生理机能之间些物质的结构和变化与生物的生理机能之间的关系的
3、科学。的关系的科学。一、生物化学的内容一、生物化学的内容爱情药水爱情药水苯乙胺、多巴胺、苯乙胺、多巴胺、催产素、慈母素催产素、慈母素化学化学生理学生理学生物化学分子生物学分子生物学(以蛋白质、核酸等(以蛋白质、核酸等生物大分子为主要研生物大分子为主要研究对象的生物化学)究对象的生物化学)蛋白质工程酶工程基因工程生物化学物质组成生物化学物质组成1.1.蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸2.2.核酸核酸嘌呤、嘧啶、核糖嘌呤、嘧啶、核糖3.3.糖糖单糖单糖4.4.脂类脂类脂肪酸、甘油、胆碱脂肪酸、甘油、胆碱5.5.酶酶6.6.维生素维生素7.7.激素激素细胞内的化学变化规律细胞内的化学变化规律(新陈代谢新陈代
4、谢)糖代谢糖代谢 能量代谢能量代谢 脂类代谢脂类代谢 蛋白质代谢蛋白质代谢 核酸的代谢核酸的代谢 核酸的合成核酸的合成 蛋白质的合成蛋白质的合成 物质代谢总论物质代谢总论生存过程生存过程遗传过程遗传过程揭示生理、病理、药理、生物产品调控机理等等揭示生命繁衍的分子本质二二、生物化学的形成及其发展生物化学的形成及其发展 1、生物化学形成、生物化学形成有机化学有机化学(对自然界存在的有机成分进行研究)对自然界存在的有机成分进行研究)生理学生理学(主要是对生理过程的物质变化进行研究)主要是对生理过程的物质变化进行研究)医学医学(主要是对血液、尿和组织的化学成分进行分主要是对血液、尿和组织的化学成分进行
5、分 析,以便诊断疾病)析,以便诊断疾病)等学科的基础上形成的一门边缘学科。等学科的基础上形成的一门边缘学科。公元前公元前22世纪开始谷物酿酒世纪开始谷物酿酒 ;公元前公元前12世纪掌握制酱、制饴世纪掌握制酱、制饴 ;豆腐的制作豆腐的制作齐民要术齐民要术;公元公元7世纪,世纪,孙思邈就用车前子、杏仁等中草孙思邈就用车前子、杏仁等中草药治疗脚气病,用猪肝治疗夜盲症等药治疗脚气病,用猪肝治疗夜盲症等 ;本草纲目本草纲目(李时珍)(李时珍)1877年,德国医生霍佩年,德国医生霍佩赛勒将生理化学赛勒将生理化学(生物化学)建成一门独立的科学。(生物化学)建成一门独立的科学。1877年,他首次提出年,他首次
6、提出“Biochemie”这这个名词,译为英语名词为个名词,译为英语名词为“Biochemistry”或或“Biological Chemistry”。2 2、生物化学的发展:、生物化学的发展:(1 1)静态生物化学:)静态生物化学:1919世纪末世纪末2020世纪世纪3030年年代,用有机化学的方法研究生物体的化学组成,代,用有机化学的方法研究生物体的化学组成,阐明这些成分的理化性质;阐明这些成分的理化性质;a)E.Fischera)E.Fischer测定很多糖和氨基酸的结构,测定很多糖和氨基酸的结构,提出蛋白质由肽键连接;提出蛋白质由肽键连接;b)b)食物分析和营养研究发现维生素和激素食物
7、分析和营养研究发现维生素和激素J.B SummerJ.B Summer于于19261926年首次从刀豆中分离并年首次从刀豆中分离并制成脲酶结晶,证明它是蛋白质;制成脲酶结晶,证明它是蛋白质;19461946年年获得诺贝尔化学奖获得诺贝尔化学奖(2 2)动态生物化学:)动态生物化学:1930-19501930-1950年主要特点是研究生年主要特点是研究生物体内物质的变化,即代谢途径,物体内物质的变化,即代谢途径,EMPEMP途径、途径、TCATCA循环等。循环等。G.Embden&Meyerhof:德国生物化学家,在糖代谢、:德国生物化学家,在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献,与
8、他人脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献,与他人一起证明了糖酵解途径。一起证明了糖酵解途径。Krebs:英国人,发现了尿素循环和三羧酸循环。:英国人,发现了尿素循环和三羧酸循环。并并解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、蛋白解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、蛋白质的相互联系及相互转变机理。于质的相互联系及相互转变机理。于19531953年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。李普曼李普曼(18991986)德裔美国物生化学家。德裔美国物生化学家。1945年发现并分离出辅酶年发现并分离出辅酶A,证明其对生理代,证明其对生理代谢的重要性,首开重要领域,于谢的重要性,首开重要领域,于1953年获
9、诺年获诺贝尔奖。辅酶贝尔奖。辅酶A可用于治疗某些创了代谢反应可用于治疗某些创了代谢反应研究的一个由于代谢失调引起的疾病。研究的一个由于代谢失调引起的疾病。(3 3)机能生物化学:)机能生物化学:2020世纪世纪5050年代初至年代初至8080年代,生物化年代,生物化学研究结合了生理机能,研究生物大分子的结构和功能学研究结合了生理机能,研究生物大分子的结构和功能Watson,Crick首次描绘了首次描绘了DNADNA双螺旋三维结构模型。双螺旋三维结构模型。19621962年年,获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖.这一模型的建立,揭开了生物遗传信息这一模型的建立,揭开了生物遗传信息传递的秘密,从遗传物质
10、结构变化的角度解释了遗传性传递的秘密,从遗传物质结构变化的角度解释了遗传性 状突变的原因,并标志着遗传学完成了由状突变的原因,并标志着遗传学完成了由“经典经典”向向“分分子子”时代的过渡时代的过渡l英国物理学家英国物理学家Perutz用用X-射线衍射技术,解射线衍射技术,解析了血红蛋白的三维空间结构;析了血红蛋白的三维空间结构;lKendrew测定了肌红蛋白的结构。测定了肌红蛋白的结构。l英国化学家英国化学家Sanger利用利用10年时间完成牛胰岛年时间完成牛胰岛素的结构测定。素的结构测定。19581958年,获年,获NobelNobel化学奖化学奖;美国化学家美国化学家Pauling确认氢键
11、在蛋白质结构中和确认氢键在蛋白质结构中和大分子相互作用中的重要性;还研究了镰刀型红大分子相互作用中的重要性;还研究了镰刀型红细胞贫血病,提出分子病的名称。细胞贫血病,提出分子病的名称。1954年获得诺年获得诺贝尔化学奖贝尔化学奖 19611961年年19651965年美国国立卫生研究所的年美国国立卫生研究所的 Marshall Marshall W NirenberyW Nirenbery破译全部遗传密码;破译全部遗传密码;19681968年获得诺贝年获得诺贝尔生理及医学奖尔生理及医学奖1965年年9月月17日,人工合成胰岛素在中国首次日,人工合成胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白质
12、的全合成。发现。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰,这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰,为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展,开辟了人这一成果促进了生命科学的发展,开辟了人工合成蛋白质的时代。工合成蛋白质的时代。1978年年F.Sanger提出了末端终止法测定核苷酸顺序提出了末端终止法测定核苷酸顺序,1980年再次获得诺贝尔化学奖年再次获得诺贝尔化学奖 1982年年T.R.Cech等在四膜虫中发现了具有催化活性的等在四膜虫中发现了具有催化活性的RNARibozyem,1989年获得
13、诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖(4 4)分子生物学时代:分子生物学时代:1997年英国年英国I.Wilmut等运用羊的体细胞等运用羊的体细胞(乳腺细胞)克隆出了羊(乳腺细胞)克隆出了羊克隆羊多莉。克隆羊多莉。人类基因组计划的实施。人类基因组计划的实施。由美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因由美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划是人类文明史上最伟大的科学创举之一。其核组计划是人类文明史上最伟大的科学创举之一。其核心内容是测定人基因组的全部心内容是测定人基因组的全部DNA序列,从而获得人序列,从而获得人类全面认识自我最重要的生物学信息。于类全面认识自我最重要的生物学信息。于1
14、999年年9月月1日中国正式加入该计划,承担了日中国正式加入该计划,承担了1%人类基因组人类基因组(约三约三千万个碱基千万个碱基)的测序任务。的测序任务。2003年年4月月14日,中、美、日,中、美、日、德、法、英等日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功,人类基因组计划的所有目标全部实现。已绘制成功,人类基因组计划的所有目标全部实现。已完成的序列图覆盖人类基因组所含基因区域的完成的序列图覆盖人类基因组所含基因区域的99,精确率达到精确率达到99.99,这一进度比原计划提前两年多。,这一进度比原计划提前两年多。3、近代生物化学的发展趋势、近代生物化学的
15、发展趋势 蛋白质领域:蛋白质领域:1 1)确定蛋白质的三维结构与功能)确定蛋白质的三维结构与功能 2 2)肽链的折叠)肽链的折叠 3 3)生物活性肽的研究)生物活性肽的研究 4 4)蛋白质与核酸的相互作用)蛋白质与核酸的相互作用 5 5)肽工程与蛋白质工程)肽工程与蛋白质工程 6 6)蛋白质组学研究)蛋白质组学研究酶学领域酶学领域 1)酶的结构和功能研究依旧受)酶的结构和功能研究依旧受到关注到关注2 2)固相化酶和生物传感器)固相化酶和生物传感器核酸领域核酸领域 1 1)RNARNA的研究又趋活跃,新的发现层出不的研究又趋活跃,新的发现层出不穷穷2 2)研究的主要材料已从)研究的主要材料已从8
16、080年代前的原核生年代前的原核生物转向真核生物。物转向真核生物。3 3)核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的)核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的相互作用越来越引起人们的重视。相互作用越来越引起人们的重视。4 4)核酸测序的突破使得越来越多物种的基)核酸测序的突破使得越来越多物种的基因组得以测序因组得以测序 糖复合物与生物膜糖复合物与生物膜激素、生长因子及癌基因的研究也激素、生长因子及癌基因的研究也得到发展。得到发展。生物化学的最终目的是控制生命过程为人类的生物化学的最终目的是控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。健康与工农业生产服务。A.战胜生理疾病战胜生理疾病 疾病的诊断与病理分析、新药
17、物的开发设计、疾病的诊断与病理分析、新药物的开发设计、各类保健品开发、基因疗法、器官克隆等各类保健品开发、基因疗法、器官克隆等B.农业丰产农业丰产 转基因技术进行育种、生物病虫害防治、利用转基因技术进行育种、生物病虫害防治、利用代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品种的克隆技术种的克隆技术四、生物化学应四、生物化学应用用C.生物工程技术与产品生物工程技术与产品 生物化学中酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工、生物化学中酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工、酿造、新材料、新能源的开发与研制等工业领域,同酿造、新材料、新能源的开发与研制等工业领域,同时应用
18、生化技术进行工业污染的治理也以其成本低、时应用生化技术进行工业污染的治理也以其成本低、效率高、无毒害等优势越来越得到大家的重视。效率高、无毒害等优势越来越得到大家的重视。D.其他其他如如DNA指纹技术指纹技术控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。(用之不用之不慎后患无穷慎后患无穷)第一章第一章 核核 酸酸(Nucleic Acid)Nucleic Acid)早在早在18691869年,瑞士化学年,瑞士化学家米歇尔家米歇尔(F.Miescher,F.Miescher,1844-1895)1844-1895)从外科绷带从外科绷带上脓细胞的细胞核中分上脓
19、细胞的细胞核中分离出一种有机物,称为离出一种有机物,称为核素核素(nuclein)nuclein),由于具由于具有很强的酸性有很强的酸性,后来改,后来改称为核酸。称为核酸。一、研究历史一、研究历史肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验19281928年英国生理学家格里菲斯年英国生理学家格里菲斯(F.Griffith)F.Griffith),发现肺炎双球菌有两种类型:一种是发现肺炎双球菌有两种类型:一种是S S型双型双球菌,外包有荚膜,球菌,外包有荚膜,菌落表面光滑菌落表面光滑,具有强具有强烈毒性;另一种是烈毒性;另一种是R R型双球菌型双球菌,外无荚膜外无荚膜,菌菌落表面粗糙落表面粗糙,没有毒性
20、。没有毒性。19501950年奥地利生化学家年奥地利生化学家查伽夫(查伽夫(E.ChargaffE.Chargaff,19051905)应用纸层析及应用纸层析及分光光度计大量测定各分光光度计大量测定各种生物的种生物的DNADNA碱基组成碱基组成后发现后发现:不同生物的不同生物的DNADNA碱基组成不同,但总有碱基组成不同,但总有A=TA=T,G=CG=C,即即ChargaffChargaff规则规则。1930DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型19531953年,詹姆斯年,詹姆斯沃森沃森(James WatsonJames Watson,1928-)1928-)和弗朗西斯和弗朗西斯克里克克
21、里克(Francis Crick,1916-)Francis Crick,1916-)提提出了著名的出了著名的DNADNA双螺旋结构模型,这是双螺旋结构模型,这是2020世纪世纪自然科学中的重大突破之一。自然科学中的重大突破之一。Watson Crick Wilkins Franklin DNADNA重组技术重组技术 2020世纪世纪7070年代初年代初出现的出现的DNADNA重组重组技术技术又称为基因又称为基因或分子克隆技术,或分子克隆技术,是生命科学发展是生命科学发展中的又一重大突中的又一重大突破破,重组重组DNADNA技术技术是基因工程的核是基因工程的核心技术。心技术。二、核酸的类别与分
22、布核酸的类别与分布核酸分为两大类:脱氧核糖核酸核酸分为两大类:脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acid,DNADNA)和核和核糖核酸糖核酸(Ribonucleic Acid,Ribonucleic Acid,RNARNA)。RNARNA根据它的功能根据它的功能,可以分为可以分为信使信使RNA(messenger RNARNA(messenger RNA,mRNA)mRNA)、转运转运RNA(transfer RNA,tRNA)RNA(transfer RNA,tRNA)和和核糖体核糖体RNA(ribosome RNARNA(riboso
23、me RNA,rRNA)rRNA)三种。三种。真核生物的真核生物的DNADNA与组蛋白构成与组蛋白构成染色体,主要存在于染色体,主要存在于细胞核细胞核中,中,是遗传信息的载体。另外,线是遗传信息的载体。另外,线粒体、叶绿体中也有。粒体、叶绿体中也有。原核生物的原核生物的DNADNA不与蛋白质形不与蛋白质形成染色体,存在于成染色体,存在于“类核类核”的的结构区。结构区。RNARNA主要存在于主要存在于细胞质细胞质中。中。对于病毒来说,要么只含对于病毒来说,要么只含DNADNA,要么只含要么只含RNARNA。RNARNA在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中的作用mRNAmRNA是蛋白质合成的模板,携
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