2-第二章 生物大分子(1DNA)2013
生物化学 第二章 核酸化学
1 核苷酸的组成
核酸化学
• 核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的 核苷酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷酸和5′-磷酸-核糖 核苷酸。核苷酸 核苷+磷酸
戊糖+碱基+磷酸
O
HO P OH2C O B OH
O
HO P OH2C O B OH
OH OH
OH
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
核酸化学
格里菲斯——肺炎双球菌转化实验
多 糖 类 荚 膜
R型菌
（粗糙、 无毒性）
S型菌
（光滑、 有毒性）
核酸化学
将R型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将S型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
O
（N = A、G、C、U、T）
O-
P
O
5´
CH2
O
N 碱基
O-
磷酸
4´ H
H 1´
O H 3´
2´ H
OH (O)H
核糖
(一)、戊糖
核酸化学
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
（四）核苷酸nucleotide
核酸化学
高中生物第2章组成细胞的分子必考知识点归纳(带答案)
高中生物第2章组成细胞的分子必考知识点归纳单选题1、下列关于细胞中生物大分子的叙述，错误．．的是（）A．碳链是各种生物大分子的结构基础B．糖类、脂质、蛋白质和核酸等有机物都是生物大分子C．细胞利用种类较少的小分子脱水合成种类繁多的生物大分子D．细胞中生物大分子的合成需要酶来催化答案：B分析：在构成细胞的化合物中，多糖、蛋白质、核酸都是生物大分子，生物大分子是由许多单体连接成的多聚体，每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架。
A、生物大分子都是以碳链为基本骨架，A正确；B、糖类中的单糖、二糖和脂质不属于生物大分子，B错误；C、细胞中利用种类较少的小分子（单体）脱水缩合成种类繁多的生物大分子（多聚体），如许多氨基酸分子脱水缩合后通过肽键相连形成蛋白质，C正确；D、生物大分子的合成过程一般需要酶催化，D正确。
故选B。
2、富营养化水体中，藻类是吸收磷元素的主要生物，下列说法正确的是（）A．磷是组成藻类细胞的微量元素B．磷是构成藻类生物膜的必要元素C．藻类的ATP和淀粉都是含磷化合物D．生态系统的磷循环在水生生物群落内完成答案：B分析：1 、组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素，大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，微量元素包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
2 、生态系统的物质循环是指组成生物体的元素在生物群落与非生物环境间循环的过程，具有全球性。
A、磷属于大量元素，A错误；B、磷脂中含磷元素，磷脂双分子层是构成藻类生物膜的基本支架，故磷是构成藻类生物膜的必要元素，B正确；C、ATP由C、H、O、N、P组成，淀粉只含C、H、O三种元素，C错误；D、物质循环具有全球性，生态系统的磷循环不能在水生生物群落内完成，D错误。
故选B。
3、关于哺乳动物体内脂质与糖类的叙述，错误的是（）A．固醇在动物体内可转化成性激素B．C、H、O、P是构成脂质和糖原的元素C．脂肪与糖原都是细胞内储存能量的物质D．胆固醇是细胞膜的组分，也参与血脂运输答案：B解析：1 、脂质包括脂肪、磷脂，固醇等：（1）脂肪：储藏能量，缓冲压力，减少摩擦，保温作用。
生物大分子
Essential for replicating DNA and transcribing RNA 5’ 3’
• Sugar-phosphate backbones (negatively charged): outside • Planner bases (stack one above the other): inside back
Cytidine 5’-triphosphate (CTP) Deoxy-cytidine 5’-triphosphate (dCTP) Uridine 5’-triphosphate (UTP) Thymidine/deoxythymidie 5’-triphosphate (dTTP)
Cytosine (C) Cytidine
核蛋白 Nulceoprotein: nucleic acids + protein (Section A4) 糖蛋白 carbohydrate + protein Glycoprotein: 脂蛋白 Lipid + protein Lipoprotein:
大分子的组装
Protein complexes (蛋白质复合体) Nucleoprotein (核蛋白)
viruses
•The foundation of the molecular biology
C. Properties of nucleic acids
•Two separate strands Antiparellel (5’3’ direction) Complementary (sequence) Base pairing: hydrogen bonding that holds two strands together
第二章 生物大分子
groove)相间。
DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内
2.0 nm
側，与对側碱基形成氢键配
对（互补配对形式：A=T;
。
二 核 酸 的 一 级 结 构
DNA和RNA的一级 结构是指核苷酸的数量 和排列顺序。
单核苷酸通过3’,5’磷酸二酯键连接成大分子 ——多核苷酸。
5’-末端：P 3 ’-末端：OH
5´
酯 键
糖苷键
核 苷
单核苷酸
3´
书写方法
A G T G C T
5 P
P
P
P
P
POH 3Fra bibliotek5 pApCpTpGpCpT-OH 3
螺 旋 和 超 螺 旋 电 话 线
超螺旋
螺旋
环状DNA形成的超螺旋
• 超螺旋结构的特点：致密性
所有细菌、某些病毒以及真核细胞中的 线粒体或叶绿体中的DNA都是环形分子。
正超螺旋(positive supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil)
在天然情况下，绝大多数DNA以B构象存在。
1，主链: 2，碱基对 3，螺距 4，大沟和小沟
脱氧核糖-磷酸-为 骨架,排列在外侧
碱基堆积在 内侧
DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但
走向相反的脱氧多核苷酸链
组成，两链以 - 脱氧核糖 - 磷
02章生物大分子
在生物体系中，除了蛋白质和核酸外， 碳水化合物、脂等生物大分子也含有可与 金属发生作用的含氧基团，但是，到目前 为止，有关它们与金属离子相互作用的了 解还很少。
第一节 蛋白质及其组成与结构 第二节 核酸与其他生物分子
第一节 蛋白质及其组成与结构
蛋白质是生命体系中最重要的一类生 物大分子，是生命活动的主要承载者以 及生命现象的主要物质基础。据统计， 到目前为止所发现的蛋白质中大约有三 分之一为金属蛋白。
第二章 生物大分子 的结构及性质
生物无机化学的主体部分由金属元素的 配位化合物所构成。在生命体系中，金属中 心常常被给电子的各种配体所“包围”。
生物体系中的配体可分为两类: 1、简单的无机小分子或阴离子，如H2O、
S2-、O2-、OH-、PO43-、Cl-、HCO3-等； 2、生物大分子，如蛋白质（或多肽）和
鸟嘌呤、腺嘌呤的N7位置电负性最低， 是金属离子结合的主要位点。
二、其他生物分子
1、三磷酸腺苷 三磷酸腺苷（ATP）是生物体内广泛
存在的辅酶，是体内组织细胞所需能量的 主要来源。蛋白质、脂肪、糖和核苷酸的 合成都需要ATP的参与。
三磷酸腺苷中磷脂基可以和一系列金 属离子，尤其是硬金属离子结合。具估计， 细胞内大约超过90％的ATP与Mg2+结合， Mg2+－ATP是许多酶的底物或辅因子。
酶的催化特性：
1、高效性； 2、高度专一性； 3、反应条件温和；
第二节 核酸与其他生物分子
一、核酸
核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核
糖核酸（RNA）两种。 磷酸
核酸 核苷酸
核苷
戊糖 碱基
脱氧核糖核酸（DNA）是染色体的主 要成分，真核生物的线粒体和叶绿体中也 含有DNA，原核生物的质粒全由DNA构成。 除了RNA病毒和噬菌体外，DNA是所有生 物的遗传物质基础。生物体的遗传信息都 储存在DNA分子中。
第二章生物大分子及其相互作用详解演示文稿
三、生物大分子的高聚物特性 • 核酸（DNA和RNA） • 蛋白质 • 多糖 • 脂质
第二十三页，共147页。
核 酸（Nucleic Acid）
核酸（DNA和RNA） 核酸分子的骨架是由核苷酸以[3’，5’]-磷酸二酯键连接成的
多核苷酸链。DNA和RNA的区别在于前者是4种脱氧核糖核苷 酸，后者为4种核糖核苷酸，不同的脱氧核苷酸或核苷酸的区别 在于其碱基的不同。
• 类脂的生理功能： 1)是生物膜的组成成分； 2)协助脂类和脂溶性维生素的吸收； 3）胆固醇是机体合成维生素D3、胆汁酸及 各种类固醇激素的重要原料。
第十七页，共147页。
(3) 所有生物大分子共同存在于细胞环境中 细胞是生命的结构基础，是生物体结构功能的基本
单位。 (4) 生物体能进行自我更新
生物体能精确的自我复制、生长、繁殖，而且在一 定的条件下产生变异，产生新的生命类型，从而对新 环境表现出适应性。
第十八页，共147页。
二、生物活性分子的化学本质
(2).纤维素
• 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，不溶 于水。
(3).几丁质（壳多糖） • N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成
的线性均一多糖。 (4).杂多糖 • 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）
• 透明质酸
• 硫酸软骨素 • 硫酸皮肤素 • 硫酸角质素
• 肝素
第三十二页，共147页。
涌现，如：
DNA重组技术
酶逐步降解技术 基因自动合成和测序技术 X线晶体学分析技术
计算机技术 以及不同技术组合，使获得清晰度的结构图象，了解生物过程 中蛋白质构象的动态变化，以及对生物大分子结构进行贮存，比 较和结构——功能预测成为可能。
第八页，共147页。
生物医学概论生化第2章生物大分子
嘧啶(pyrimidine)
O
5 4 3N 612
NH
NH2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O
H 3C NH
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
NH
O
胸腺嘧啶(thymine, T)
目录
（二）戊糖
H O CH 2
O H H O CH 2
OH
5´ O
O
4´
1´
3´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
目录
二级结构的定义
是指蛋白质分子中某一段肽链主链原子的局 部空间结构，常见有α-螺旋、β-折叠、β-转角和无 规卷曲。
主要的化学键： 氢键
目录
-螺旋
目录
-折叠
目录
-转角和无规卷曲
-转角
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部 分肽链结构。
目录
三级结构的定义
是指整条多肽链中全部氨基酸残基的相对空 间位置。它是在二级结构的基础上多肽链进一步 盘曲、折叠所形成的空间排布方式，包括主链和 侧链共同形成的构象。 主要的化学键
目录
一、核酸的基本单位和化学组成
核酸 (DNA和RNA) 核苷酸
磷酸 核苷和脱氧核苷
戊糖
碱基
核糖 脱氧核糖 嘌呤 嘧啶
目录
（一）碱基
嘌呤(purine)
N 7
5 6 1N
8 9 NH
43 2 N
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine,
分子生物学基础第二章DNA的结构、复制和修复第五节 DNA的损伤与修复
第五节 DNA的损伤与修复
图2-13 DNA分子上的胸腺嘧啶二聚体结构
第五节 DNA的损伤与修复
图2-11 甲基介导的错配修复模 型
第五节 DNA的损伤与修复
3．核苷酸切除修复 核苷酸切除修复系统几乎能够修复紫外线照射引起的 各种损伤。包括环丁烷二聚体、6–4损伤、碱基-糖基交联 等引起DNA双螺旋大扭曲(major distortion)，而不能修 复由于碱基错配、O6–甲基鸟嘌呤、O4–甲基胸腺嘧啶、8– oxoG或碱基类似物引力是非常重要的。
第五节 DNA的损伤与修复
二、DNA的修复 1．错配修复 E.coli避免突变的主要途径之一就是甲基指导的错配修复系统。 这个系统是非特异性的，它能修复引起DNA双螺旋轻微扭曲的任何扭 伤，包括错配、移码、碱基类似物的掺人和某些类型微小扭曲的烷基 化损伤。 2．碱基切除修复 是一种在细胞中存在较普遍的修复过程。在细胞中都有不同类型、 能识别受损核酸位点的糖苷水解酶，它能特意性切除受损核苷酸上的 N—β-糖苷键，在DNA链上形成去嘌呤或去嘧啶位点（AP位点）。DNA 分子中一旦产生了AP位点，核酸内切酶就会把受损核酸的糖苷-磷酸 键切开，并移去包括AP位点核苷酸在内的小片段DNA，由DNA聚合酶I 合成新的片段，最终由DNA连接酶把两者连成新的被修复的DNA链。
生物大分子：DNA
DNA的结构模型 （a）展示位于螺旋
内部的碱基配对
（b）双链螺旋 （c）空间填充模型
在沃森和克里克发表在Nature上的文 章中，有一句被称为“在科学文献中最伟大 的含糊句子”，来描述模型的生物学意义。
• 在原核和真核生物中都存在去除超螺旋的拓 扑异构酶I和II。
• 拓扑异构酶I: 通过一步改变DNA的连环数，不 需要ATP。
• 使DNA暂时产生单链缺口，让未被切割的一条 单链在切口结合之前穿过这一切口。
• 拓扑异构酶II：通过两步改变DNA的连环数，需 要ATP提供能量。
• 在DNA上产生瞬时双链缺口，并在缺口闭合以 前使一小段未被切割的双链DNA穿越这一缺口。
DNA的复制（半保留方式）
1958年， Matthew Meselson和Franklin Stahl 通过同位素标记实验进行了证实
碱基
核苷
核苷酸
Asymmetric 5’
2’
DNA中的碱基
purines
Adenine (A) Guanine (G)
pyrimidines
Cytosine (C) Thymine (T)
• 杂交（Hybridization）
来源不同的两条DNA链经变性后，通 过缓慢降温形成的人工杂交的DNA分子的 过程。
杂交
互补的DNA和RNA链也可以形成杂交 分子。杂交是分子杂交技术的基础，包括:
Southern 杂交： Northern 杂交 DNA芯片 原位杂交：染色体原位杂交
RNA原位杂交
高中生物必修一第二章组成细胞的分子
第二章组成细胞的元素和化合物第一节细胞中的元素和化合物一、生物界与非生物界统一性：元素种类大体相同差异性：元素含量有差异二、组成细胞的元素微量元素：Fe 、Mn 、B 、Zn 、Mo 、Cu 等大量元素（20种）：C 、H 、O 、N 、P 、S 、K 、Ca 、Mg 等元素主要元素（97%）：C 、H 、O 、N 、P 、S 基本元素（90%）：C 、H 、O 、N 最基本元素：C ,干重下含量最高48.8% ，生物大分子以碳链为骨架物质基础（O ，鲜重下含量最高）无机化合物水：主要组成成分，一切生命活动都离不开水。
化合物无机盐：对维持生物体的生命活动有重要作用蛋白质：生命活动（或性状）的主要承担者（体现者）有机化合物核酸：携带遗传信息糖类：主要的能源物质脂质：主要的储能物质△!生物（如沙漠中仙人掌）鲜重中，含量最多化合物为水，干重中含量最多的化合物为蛋白质。
三、※检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质（1）糖类鉴定（还原性糖和淀粉）斐林试剂（甲液：0.1g/ml 的NaOH 乙液：0.05g/ml 的CuSO4）注意事项：①还原糖有葡萄糖，果糖，麦芽糖（还原糖鉴定材料不能选用甘蔗）②甲、乙液必须等量混合均匀后再加入样液中，斐林试剂必须现配现用（与双缩脲试剂不同，双缩脲试剂先加A 液，再加B 液）③斐林试剂必须用水浴加热颜色变化：斐林试剂浅蓝色→棕色→砖红色碘液颜色变化：变蓝还原糖+ 斐林试剂砖红色沉淀淀粉+ 碘液蓝色（2）脂肪的鉴定注意事项：①切片要薄，如厚薄不均就会导致观察时有的地方清晰，有的地方模糊。
②酒精的作用是：洗去浮色③需使用显微镜观察④使用不同的染色剂染色时间不同颜色变化：脂肪颗粒被染成苏丹Ⅲ→橘黄色苏丹Ⅳ→红色苏丹Ⅲ染液橘黄色苏丹Ⅳ染液红色（3）蛋白质的鉴定试剂：双缩脲试剂（A 液：0.1g/ml 的NaOH B 液：0.01g/ml 的CuSO4 ）注意事项：①先加A 液1ml ，再加B 液4滴②鉴定前，留出一部分组织样液，以便对比颜色变化：变成紫色蛋白质+双缩脲试剂紫色呈现呈现水浴加热糖类呈现脂肪+呈现第二节生命活动的主要承担者——蛋白质一、氨基酸结构及其种类1.氨基酸的组成元素：C 、H 、O 、N 、( S )2.氨基酸的结构通式：H 结构要点：一个中心三个基本点。
医学分子细胞生物学1 生物大分子
催产素与抗利尿激素（加压素）一级结构
催产素一级结构: C-Y-I-Q-N-C-P-L-G 加压素一级结构: C-Y-F-Q-N-C-P-R-G
例：镰刀形红细胞贫血
HbA β 肽 链 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146)
Z-DNA
超螺旋及染色体结构
二、RNA的结构与功能
(一) mRNA的结构与功能
(二) tRNA的结构与功能 (三) rRNA的结构与功能
(四) 其他RNA分子襻
(一) mRNA的结构与功能
(二) tRNA的结构与功能
(三) rRNA的结构与功能
(四) 其他RNA分子
核内小RNA: 参与hnRNA的剪接、转运 核仁小RNA: rRNA的加工和修饰 胞质小RNA: 蛋白质内质网定位合成的信号
医学分子细胞生物学
Medical Molecular and Cellular Biology
第一章
生物大分子
macromolecule
教学内容
第一节 概述
第二节 核酸 第三节 蛋白质
第一节 概述
一、生物大分子的概念 二、生物大分子的化学结构
三、生物大分子的高级结构与非共价键
一、生物大分子的概念
二、生物大分子的化学结构
一定的结构单位
氨基酸、核苷酸和单糖
一定的排列顺序
一级结构
一定的连接方式
肽键、磷酸二酯键和糖苷键
三、生物大分子的高级结构与非共价键
生物大分子的各项生物学功能均离不开
正确高级结构的形成。
与高级结构形成有关的非共价键主要有
氢键、疏水作用、盐键、范德华力等。
第二章生物的化学组成生科
6
常温下，NH3、CH4、HF都是气体。 NH3、CH4形成氢键的能力弱。 HF形成氢键角度太直，不容易交错 形成网络。
常温下，H2O呈液体，是所有生命形成的至关因素之一
冰的密度比水轻，是所有生命形成的至关因素之二
水的三态共存奇观
表层的冰阻隔了底层液体水的凝结， 从而使冰河时期以及现在冰冻地带的水生生命存活。
糖原：是储备在动物体内 的多糖，又称动物性淀粉。 由3千～6万个G单位构成， 主要储存于肝脏及肌肉组 织，人体内贮备的糖原很 少，成人体内储备约 370g。仅够半天用，所 以人要一日三餐补充能量。
为什么牛羊可以以秸秆为食物而人不可以？
碳水化合物的消化吸收
麦芽糖酶+ 蔗糖酶+乳糖酶
淀粉酶
胰淀粉酶
淀粉
第二章 生物的化学组成
主讲：刘晓璐
E-mail：xiaoluliu9@
一、原子和分子——生命的化学基础
1 生物体的 主要元素？
元素组成
含量最高的必需元素
C H N O 18.0 10.0 3.0 65.0 P S Ca K Na Cl Mg
其它必需元素
1.1000 0.2500 2.0000 0.3500 0.1500 0.1500 0.0500 Mn Co Cu Zn Se Ni 痕量 痕量 痕量 痕量 痕量 痕量
为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其中 一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折
四、 蛋白质
蛋白质的主要种类和功能
结构蛋白 伸缩蛋白 贮存蛋白 保护蛋白 运输蛋白 激素蛋白 信号蛋白 酶和辅酶
氨基酸
氨基酸结构的共同特点 在于，在与羧基相连的 碳原子（-碳原子）上 都有一个氨基，另一个 R基。 • 氨基酸具有α碳 • α碳上同时连有一个 氨基和羧基
高中生物苏教版必修一课件：2.2.1 生物大分子的基本骨架、与脂质的种类和功能
温等作用；构成生物体表面保护层的蜡质，属于脂类但不是磷脂；性激
素对生命活动具有调节作用。
解析 答案
4.下面是关于脂质的叙述，其中正确的是 A.磷脂由C、H、O三种元素组成，是构成膜的主要成分 B.性激素的化学本质是糖类，对维持生物体的生殖过程起着重要的调
节作用 C.脂肪只存在于动物的脂肪细胞中，而其他部位和植物细胞中没有 D.企鹅体内的脂肪有减少热量散失、维持体温恒定的作用
“观察是思考和识记之母。”2021年11月10日星期三9时18分12秒21:18:1210 November 2021
•
8、普通的教师告诉学生做什么，称职的教师向学生解释怎么做，出色的教师示范给学生，最优秀的教师激励学生。下午9时18
分12秒下午9时18分21:18:1221.11.10
基础梳理
1.生物大分子的基本骨架 (1)碳原子之间可以通过单键 相结合，也可以通过双键 或 三键 相结合， 形成不同长度的 链状 、分支链状或 环状 结构，这些结构称为有机物 的碳骨架。 (2)碳骨架的 结构 、长短以及与碳骨架相连接的原子团，决定了有机 化合物的基本性质。 2.糖类的种类和功能 (1)元素组成：由 C、H、O 三种元素组成。
•
4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。
•
5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月下午9时18分21.11.1021:18November 10, 2021
•
7、“教师必须懂得什么该讲，什么该留着不讲，不该讲的东西就好比是学生思维的器，马上使学生在思维中出现问题。”
答案
拓展应用
3.脂质在细胞中具有独特的生物学功能，下面有关脂质物质的生物学功能
人教版高中生物教材目录(2011-2013辽宁省适用 分栏紧凑排版有生物水印便于打印)
人教版高中生物教材目录（2011-2013辽宁省适用分栏紧凑排版有生物水印便于打印）生物1 必修分子与细胞第2章基因和染色体的关系科学家访谈探索生物大分子的奥秘第1节减数分裂和受精作用第1章走近细胞一减数分裂第1节从生物圈到细胞二受精作用第2节细胞的多样性和统一性第2节基因在染色体上科学前沿组装细胞科学家的故事染色体遗传理论的奠基人第2章组成细胞的分子第3节伴性遗传第1节细胞中的元素和化合物第3章基因的本质第2节生命活动的主要承担者第1节 DNA是主要的遗传物质科学史话世界上第一个人工合成第2节 DNA分子的结构蛋白质的诞生第3节 DNA的复制第3节遗传信息的携带者第4节基因是有遗传效应的DNA片段第4节细胞中的糖类和脂质科学?技术?社会 DNA指纹技术第5节细胞中的无机物第4章基因的表达第3章细胞的基本结构第1节基因指导蛋白质的合成第1节细胞膜??系统的边界第2节基因对性状的控制第2节细胞器??系统内的分工合作科学前沿生物信息学科学家的故事细胞世界探微三例第3节遗传密码的破译(选学)第3节细胞核——系统的控制中心第5章基因突变及其他变异第4章细胞的物质输入和输出第1节基因突变和基因重组第1节物质跨膜运输的实例第2节染色体变异第2节生物膜的流动镶嵌模型第3节人类遗传病第3节物质跨膜运输的方式科学?技术?社会基因治疗科学前沿授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究第6章从杂交育种到基因工程第5章细胞的能量供应和利用第1节杂交育种与诱变育种第1节降低化学反应活化能的酶与生物学有关的职业育种工作者一酶的作用和本质第2节基因工程及其应用二酶的特性与生物学有关的职业生物技术产业的研发人员科学?技术?社会酶为生活添姿彩第7章现代生物进化理论第2节细胞的能量“通货”??ATP 第1节现代生物进化理论的由来第3节 ATP的主要来源??细胞呼吸第2节现代生物进化理论的主要内容第4节能量之源??光与光合作用一种群基因频率的改变与生物进化一捕获光能的色素和结构二隔离与物种的形成二光合作用的原理和应用与生物学有关的职业化石标本的制作第6章细胞的生命历程三共同进化与生物多样性的形成第1节细胞的增殖科学?技术?社会理想的“地质时钟”第2节细胞的分化第3节细胞的衰老和凋亡生物3 必修稳态与环境第4节细胞的癌变科学家访谈生物与环境是统一的整体与生物学有关的职业医院里的检验师第1章人体的内环境与稳态第1节细胞生活的环境生物2 必修遗传与进化第2节内环境稳态的重要性科学家访谈我赞叹生命的美丽科学史话稳态概念的提出和发展第1章遗传因子的发现第2章动物和人体生命活动的调节第1节孟德尔的豌豆杂交实验(一) 第1节通过神经系统的调节第2节孟德尔的豌豆杂交实验(二) 与生物学有关的职业神经外科医生第2节通过激素的调节专题6 植物有效成分的提取科学?技术?社会评价应用激素类药物的利与弊课题1 植物芳香油的提取第3节神经调节与体液调节的关系课题2 胡萝卜素的提取科学?技术?社会拒绝毒品，慎用心理药物附录1 生物学实验室的基本安全规则第4节免疫调节附录2 生物学实验室中常用的国际单位科学?技术?社会艾滋病——威胁人类的免疫缺陷病附录3 常用培养基配方第3章植物的激素调节附录4 常用的消毒灭菌操作方法第1节植物生长素的发现附录5 常用化学抑菌剂第2节生长素的生理力作用第3节其他植物激素生物选修3 现代生物科技专题第4章种群和群落第1节种群的特征专题1 基因工程科学家的故事从治蝗专家到生态学巨匠科技探索之路基础理论和技术的发展催生了基第2节种群数量的变化因工程与生物学有关的职业植保员 1.1 DNA重组技术的基本工具第3节群落的结构 1.2 基因工程的基本操作程序科学?技术?社会立体农业拓展视野历史不能忘记中国对PCR的贡献第4节群落的演替 1.3 基因工程的应用与生物学有关的职业林业工程师拓展视野神奇的基因芯片第5章生态系统及其稳定性 1.4 蛋白质工程的崛起第1节生态系统的结构专题2 细胞工程第2节生态系统的能量流动科技探索之路细胞工程的发展历程科学?技术?社会生态农业 2.1 植物细胞工程第3节生态系统的物质循环 2.1.1 植物细胞工程的基本技术生物1 选修生物技术实践 2.1.2 植物细胞工程的实际应用2.2 动物细胞工程走近生物技术 2.2.1 动物细胞培养和核移植技术专题1 传统发酵技术的应用拓展视野核移植技术发展简史课题1 果酒和果醋的制作 2.2.2 动物细胞融合与单体克隆抗体课题2 腐乳的制作拓展视野多利羊猜想课题3 制作泡菜并检测亚硝酸盐含量科技探索之路胚胎工程的建立专题2 微生物的培养与应用 3.1 体内受精和早期胚胎发育课题1 微生物的实验室培养 3.2 体外受精和早期胚胎培养课题2 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 3.3 胚胎工程的应用及前景课题3 分解纤维素的微生物的分离拓展视野话说哺乳动物的性别控制专题3 植物的组织培养技术专题4 生物技术的安全性和伦理性问题课题1 菊花的组织培养科技探索之路生物技术引发的社会争论课题2 月季的花药培养 4.1 转基因生物的安全性专题4 酶的研究与应用 4.2 关注生物技术的伦理问题课题1 果胶酶在果汁生产中的作用拓展视野是研究合作，还是基因资源掠夺课题2 探讨加酶洗衣粉的洗涤效果 4.3 禁止生物武器课题3 酵母细胞的固定化专题5 生态工程专题5 DNA和蛋白质技术科技探索之路生态工程的兴起课题1 DNA的粗提取与鉴定 5.1 生态工程的基本原理课题2 多聚酶链式反应扩增DNA片段拓展视野前景广阔的沼气工程课题3 血红蛋白的提取和分离 5.2 生态工程的实例和发展前景。
生物大分子 (2)
rRNA 80%—90% （0.6—12x106
无特殊
结构特点
基本上呈线形，部分 节段可能绕成环形
线形，某些节段 可能成双螺旋结构
位置 功能
细胞质或核糖体 转录DNA的遗传信息
细胞质中 核糖体组成部分，
（1）信使RNA（mRNA）：
真核生物mRNA的前身是核内不均一核 RNA（hnRNA），在细胞核内合成，经过 剪切和加工才成为成熟的mRNA并移出核外。 功能：从DNA分子上转录出遗传信息，作为 蛋白质合成的模板。
C C5酯键 C3酯键
A
磷酸二酯键（3`-5`）
G
3-5磷酸二酯键是核酸的基本结构键
核酸链有方向性，两个末端分别是5`末端与3`末端，5`末端含 磷酸基团，3`含羟基。
H
H
核酸的一级结构
多核苷酸链上核苷酸的排列顺序称为核 酸的一级结构。 在书写时，习惯把5`端放在左边，3`端放 在右边，即书写方向按5`-3`，从繁到简 有以下三种表示方法：结构式、线条式、 字母式。
DNA
RNA
AGCT
AGCU
脱氧戊糖
戊糖
双链
单链
主要位于细胞核
遗传信息载体
主要存在与细胞质 遗传表达
NH2
N
腺嘌呤（A） N H N OH HO— P ‖ O OH OH N H
9
~
O—
P ‖ O
~
O— P— O—H2C 5’ O ‖ 4’ 1' O 3’ 2’
OH 核 糖 OH
AMP ADP ATP
主要的蛋白质二级结构有：α-螺旋、β-折叠。
肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白细胞外基质中的 胶原蛋白主要是α-螺旋。 丝蛋白几乎全部为β-折叠。
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溴化乙锭（ EB）的特点和使用
（1）EB能插入DNA分子碱基对之间，该染料灵敏度 高，10ng或更少的DNA即可检出，紫外透射仪下观 察呈橙红色。 （2）使用时，可以加到凝胶中，由于EB在60~70℃以 上温度蒸发，所以最好不要在胶太热的时候加；也可 以在电泳结束后，将凝胶用EB染色。 （3）EB是诱变剂，使用时一定要戴手套。 （4）含EB废胶的处理，含量低于0.1%可以丢弃，否 则需要焚烧；废液要视EB含量（10ug/ml以下可以 直接丢弃）进行不同的处理后才能丢弃。
• 拓扑异构酶II：通过两步改变DNA的连环数，需 要ATP提供能量。 • 在DNA上产生瞬时的双链缺口，并在缺口闭合 以前使一小段未被切割的双链DNA穿越这一缺 口。
链接
解链
对环状DNA分子而言，在DNA 复制完成之后，拓扑异构 酶能解开这些DNA，以便使它们在细胞分离时分配到两个 子细胞中。
退火和杂交
熔点(melting point，Tm) DNA在260nm处有最大吸收，吸光值增 加到最大值一半时的温度叫做DNA的熔点。
中G+C的百分含量和溶液的离子强度。
Tm是DNA的特征常数，主要取决于DNA
DNA的变性曲线
3.DNA分子的存在状态及其拓扑学
• 线性的（真核生物染色体） • 环状的（细菌的染色体，质粒等） • 线状或者环状（λ 噬菌体在感染宿主的时 候由线状转变称为环状）
手提紫外分析仪 紫外透射仪
凝胶成像系统
4 . DNA的提取
• 提取原则：保持一级结构的完整性，将其他 生物大分子的污染降到最低。 • 提取流程： 破碎细胞 DNA释放到水相 去垢剂 或蛋白变性剂抽提 除去蛋白等杂质 DNA沉淀 DNA溶解和保存
• DNA的保存： 温度： 大分子量的基因组DNA多在4℃，长 期保存则在-70℃，常用的保存温度多用20℃. 介质： TE缓冲液最常用
线性DNA
高度超螺旋DNA D泳道为拓扑异构体梯度标记
利用荧光染料观察凝胶中的DNA
• 溴化乙锭是一种高度灵敏的荧光染色剂， 用于观察琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶中的 DNA。溴化乙锭用标准302nm紫外光透射 仪激发并放射出橙红色信号，观察琼脂糖 凝胶中DNA最常用的方法是利用荧光染料 溴化乙锭进行染色。
变性
复性
• 杂交（Hybridization） 来源不同的两条DNA链经变性后，通 过缓慢降温形成的人工杂交的DNA分子的 过程。
杂交
互补的DNA和RNA链也可以形成杂交 分子。杂交是分子杂交技术的基础，包括: Southern 杂交： Northern 杂交 DNA芯片 原位杂交：染色体原位杂交 RNA原位杂交
• 对于EB含量大于0.5mg/ml的溶液，可如下处理： ①将EB溶液用水稀释至浓度低于0.5mg/ml； ②加入一倍体积的0.5mol/L KMnO4，混匀，再加入等 量的25mol/L HCl，混匀，置室温数小时； ③加入一倍体积的2.5mol/L NaOH，混匀并废弃。
紫外线及其防护
• 紫外线可损伤眼视网膜，切勿用裸眼和没有防护装 置的紫外光源。 • 在实验室里常用的紫外光源包括手提式紫外灯和紫 外透射仪。必需通过吸收有害波长的滤片或安全玻 璃片才能观察。 • 在从凝胶中回收DNA条带的操作中，要尽量减少暴 露在紫外线下的时间。
碱基翻出现象说明DNA是有弹性的
DNA存在多种构象
X射线晶体学分析三种DNA构型的特征
每种碱基都有异构体
氨基式
亚氨基式
胞嘧啶通常以氨基式存在
烯醇式 酮式
鸟嘌呤通常以酮式存在
• 每个碱基都存在两种异构体，但是更倾向于 碱基配对的主要结构，在嘧啶中通常是氨基 式，嘌呤中通常是酮式。 • 具有形成异构体的能力是DNA合成出错的主 要原因。
溴化乙锭（ 3，8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶溴盐，EB）：
松弛的环状
(有时1条链发生断裂)
线状
（2条链发生断裂）
共价闭合环状超螺旋
溴化乙锭（EB）可以嵌入核酸分子的碱基对平面之间，在 紫外光照射下发出橙黄色的荧光，常作为染料检测核酸的存 在。
1
M
质粒DNA酶切产物琼脂糖凝胶电泳图
1:酶切产物； M: DNA Marker
Asymmetric
5’
2’
DNA中的碱基
Adenine (A)
purines
Guanine (G)
Cytosine (C)
pyrimidines
Thymine (T)
DNA 的极性是由核苷酸的不对称性以及它们的连接方式决定 的。 氢键和碱基间的堆积力是稳定DNA双螺旋的重要因素。
碱基翻出（base flipping） 有时单个碱基会从 双螺旋中突出，从而 使碱基处于酶的催化 部位，使碱基甲基化 或者除去受损的碱基。
• DNA提取中常用的酶： RNA酶A， 蛋白酶K，溶菌酶 • DNA提取的关键： （1）DNA分子较大（尤其是基因组DNA）， 应注意防止机械张力将其打断，所以操作要 轻柔，离心速度要控制。 （2）要灭活DNA酶，采用0.01M的EDTA或 者柠檬酸钠处理，或者用去垢剂（SDS）、 蛋白变性剂（苯酚、氯仿等）就可以基本灭 活，此外，55 ℃处理也经常用于灭活残余 的DNA酶。
• 分子生物学中常见的DNA提取： 1uthern 杂交 2 质粒DNA的提取，后续实验包括重组载体构建、 鉴定（最常用） 3 叶绿体DNA提取，后续实验主要和叶绿体基因 组编码基因功能研究有关，例如：光合作用相 关的基因 4 线粒体DNA提取，后续实验包括线粒体基因组 编码基因功能的研究，例如：能量代谢相关的 基因、线粒体疾病基因的克隆等
诱变剂5-溴尿嘧啶
(5-BrU)是胸腺嘧啶的类似物，通过模拟 其亚氨基形式，导致DNA复制时与鸟嘌呤的配对。
2. 与DNA有关的重要概念
变性 复性（退火）
杂交
Tm值
• DNA 溶液温度在高于生理温度或者pH较高 时，互补的两条链就可以分开，这一过程叫 做变性（Denaturation ）。 • 当变性DNA的热溶液缓慢降温，DNA的互补 链又可以重新聚合，形成规则的双螺旋，称 为复性/退火（Annealing/renature）。
• 拓扑异构酶可以催化DNA产生瞬时单链或双 链的断裂，从而改变连环数（使环状DNA 两条链完全分开时，一条链必须穿过另一条 链的次数 ），使超螺旋DNA解旋。 • 在原核和真核生物中都存在去除超螺旋的拓 扑异构酶I和II。
• 拓扑异构酶I: 通过一步改变DNA的连环数，不 需要ATP。 • 使DNA暂时产生单链缺口，让未被切割的一条 单链在切口结合之前穿过这一切口。
DNA的拓扑学
超螺旋DNA的电子显微镜照片
A A: 噬菌体PM2的 松弛态
B
B: 噬菌体的超螺旋形式
共价闭合的DNA的拓扑结构是受限的， 真核细胞线性染色体DNA的拓扑结构 也是受限的。
Local disruption of base pairs
连环数 扭转数 缠绕数
LK=Tw+Wr
Topoisomerases 拓扑异构酶
思考题
1 DNA分子在结构上为什么最适合作为遗传 信息载体？ 2 DNA提取操作要点是什么？ 3 DNA提取和鉴定的相关操作中需要注意什 么？
真核生物的长线性染色体也存在拓扑结构，通常拓扑异构
酶II催化的DNA解缠绕，也是DNA成功复制和真核细胞分裂 必需的。
DNA的拓扑异构体可以通过电泳分离
• 长度相同而连环数不同的共价闭合环状 DNA分子叫做DNA的拓扑异构体。 • 通过凝胶电泳可以将它们彼此分开。
环状DNA
DNA拓扑异构体的 电泳分离图
吸附在云母上的DNA经DNase I 切割后得到的片段经 PAGE分离，结果提示DNA是以10.5bp逐倍递增的。 利用DNase探测DNA的结构这一方法也用于分析DNA 和蛋白质的相互作用上。
Nucleoside
phosphoester bond
glycosidic bond
碱基
核苷
核苷酸
分子生物学
第二章 生物大分子
问题1： 大分子的结构如何与功能相适应？ 问题2： 大分子的提取应考虑哪些因素？
一、DNA
1. DNA 的结构特征
2. 与DNA有关的重要概念
3. DNA分子的存在状态及其拓扑学 4. DNA的提取
1. DNA 的结构特征
Space-filling model
云母