生物信息学3生物学基础.ppt

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1、第二章生物学基础,（一）生物的分类（二）生物大分子（三）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 Wallace,Charles Darwin,The Wallace-Darwin Theory,第一节生物的分类简介,1、地球上的自然史与生命史,不断演化的地球系统：地球本身一直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圈、水圈、岩石圈、生物圈及地球内部的圈层；不断演化的地球生物：生物是地球系统在特定条件下演化的结果，并仍处于不断的演化之中；宇宙的起源：始于

2、120亿年前的宇宙大爆炸（Big Bang Begins The Universe!）；太阳系的起源：大约49亿年前，诞生太阳系；地球的起源：大约45亿年前，宇宙中的尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球。,地球生命简史生命诞生、细胞的形成 3538亿年前，海洋孕育原始生物单细胞生物在地球上繁衍、原始生态系统的建立 原核生物占主体的阶段（3520亿年前）真核生物占主体的阶段（206亿年前）多细胞生物出现和多样化表达、生物圈覆盖整个地球 多细胞植物、多细胞动物的诞生（65.5亿年前）“寒武纪大爆发”（约5.35.5亿年前）物种“爆发”“志留纪大爆发”（约4.3亿年前）生命从海洋扩展到陆地人类诞生、文明

3、的发展 约4001000万年前，人类诞生 文化史：100万年,时间(亿年前),46,地球形成,地核与地幔分异,40,38,最早的沉积记录化学进化生命起源,35,最早的叠层石和微 生物化石记录,光合作用起源,30,生命起源,25,20,冠族真核细胞起源大气圈自由氧开始积累,10,单细胞生物繁衍及原始生态系统建立,7,多细胞叶状体植物适 应辐射性分化,时间(亿年前),时间(亿年前),5,0,多细胞生物进化,骨骼化、后生动物适 应辐射性分化,哺乳动物起源,人类起源、文化系统建立,4,3,2,1,“寒武纪大爆发”,“志留纪大爆发”,陆生维管植物诞生,两栖动物出现,被子植物起源,爬行动物出现,鸟类出现,

4、恐龙成为地球霸主,恐龙绝灭,新生代,中生代,古生代,前寒武纪,Homo sapiens 智人,病毒,细菌,2、生物的分类,生物多样性（Biodiversity）物种的多样性遗传（基因）的多样性生态系统的多样性,保护生物多样性的重要性1992年，联合国环境与发展大会生物多样性公约,生物分类体系 Karl von Linnee（1707-1778），瑞典博物学家 Linnee在Systema Naturae中创立生物分类体系 双命名法（binomial nomenclature）:属名加种名，属名在前，第一个字母大写；种名在后，小写；其后还可标注发现的地名或发现者的名字；采用拉丁文,生物分类体系,

5、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 classification,Kingdom 界例：Animalia动物界 Phyla门 Chordata 脊索动物门 Class纲 Mammalia哺乳纲Ord

6、er目Carnivora 食肉目 Family科 Felidae猫科Genus属 Panthera 豹属 Species种 pardus属名种名Panthera pardus 金钱豹,病毒、细胞和生物体的大小,Sizes of viruses,cells,and organisms.,生 物 进 化,Three domains of life三原界系统,Eubacteria 真细菌原界Archaea 古细菌原界Eukaryota真核生物原界 Protista原生生物界 Plantae植物界 Fungi真菌界Animalia动物界,生物“界”的划分 三界说、五界说、六界说、八界说 三主干六界说：

7、真细菌 古细菌 原生生物 真菌 植物 动物,原核生物,真核生物,Levels of Organization,Biosphere生物圈Community生物群落Populations生物种群Organism生物体Organ器官Tissue组织Cell:The fundamental unit of living things.细胞Organelle:细胞器Molecules,atoms,and subatomic particles:The fundamental functional levels of biochemistry分子水平,？,Organization levels of li

8、fe,Study biology at many levels.,It is thus possible to study biology at many levels,from collections of organisms(communities),to the inner workings of a cell(organelle).,分子水平,DNAsequence,Proteins Structure Function,?,All Cell,第二节生物大分子,生物大分子,细胞结构（从染色体到DNA）糖类（D-核糖、D-2-脱氧核糖）脂类（磷脂）蛋白质（氨基酸、蛋白质及其结构）核酸（核

9、苷酸、脱氧核糖核酸DNA和 核糖核酸RNA）,主要内容：,真核生物细胞 eukaryotic cell原核生物细胞 prokaryotic cell,一、细胞结构 cell,1、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,A general prokaryotic cell,原核生物细胞结构,肽聚糖,被膜,质膜,动物细胞,植物细胞,细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核,真核生物细胞结

10、构,从染色体到DNA,人类23对染色体,细胞中的大分子,The approximate composition of a bacterial cell.,Macromolecules in Cells,二、糖类,作用：储存能量结构材料,cellulose,纤维素,They are important metabolically.Sugars are the major energy storage molecules for living organisms.Their carbon rings contain large amounts of energy.For example,the c

11、omplete metabolism of glucose:,releases 686 kcal/mol.,醣酵解,呼吸,2.There are four basic sugars that we will deal with:,三、脂类,磷脂(phospholipids)是构成细胞膜(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,质膜,磷脂,四、蛋白质,核酸是遗传信息的携带者蛋白质是信息转化成生物结构和功能的表达者,Protein,SequenceStructureFunction1)enzyme 2)trans

12、port3)cell structure,几大类蛋白质,纤维蛋白膜蛋白球蛋白,4.1氨基酸,an amino end(NH2),a carboxyl end(COOH),R-group,amino acid,20种主要氨基酸的分类,8,7,2,3,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

13、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 amino acids found in all livin

14、g things.,一级结构，Primary structure 二级结构，Secondary Structure三级结构，Tertiary Structure四级结构，Quartenary Structure,4.2 蛋白质的结构,一级结构,二级结构Secondary Structure,alpha-helix,alpha-螺旋beta-pleated sheet，beta-折叠片beta-turn，beta 转角Random coil，无规卷曲,alpha-helix,alpha-helix,alpha-螺旋，肽链主链骨架围绕中心轴盘旋成螺旋状的结构。,B-pleated sheets,b

15、eta-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。,反平行式平行式,the turns,beta-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，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，寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系或结合方式。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

16、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,它的基本结构单位是核苷酸（nucleotides）。核苷酸有多种类型：1）information storage(DNA)2）protein synthesis(RNA)3）energy transfers(ATP and NAD).,5.1 核苷酸,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,戊糖,碱基,Sugars：ribose or deoxyribose.,Structure of the base

17、s,Purines,Pyrimidines,structure of deoxyadenosine,N-糖苷键,Last modified:25-Aug-2000,5.2 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Crick阐明了DNA的双螺旋结构。,现代生物技术发展史上的重要事件,polynucleotide chain 3,5-phosphodies

18、ter bond,ii).Structure of the DNA double helix,N-糖苷键,3,5-磷酸二酯键,Structure of a segment of a DNA double helix.,A-T base pair,G-C base pair,Chargaffs 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 species,Chargaffs rule,Model o

19、f double-stranded DNA showing three base pairs,3carbon,5carbon,5.3 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 Aci

20、d),The major bases found in DNA and RNA DNA RNA AdenineAdenine CytosineCytosine GuanineGuanine ThymineUracil(U),uracil-adenine base pair,thymine-adenine base pair,There are three types of RNA:,Messenger RNA(mRNA)is the blueprint for construction of a protein.Ribosomal RNA(rRNA)is the construction site where the protein is made.Transfer RNA(tRNA)is the truck delivering the proper amino acid to the site at the right time.,