分子生物学基础知识讲义

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1、十亿光年，是一个什么概念呢？光年，光走一年的路程。光速！它 是速度公认的极限，每秒299792458米，能在眨眼间绕地球七圈半。 看见么，就这么快的光，让他跑吧，跑个一年，所度量出来的距离 就是一光年了。现在各位把鼠标移到屏幕的左下角，点“开始”“程 序”“附件 ”“计算器”，都来动手算算它，这一年是31536000秒 ，一秒跑299792458米，乘出来就9454254955488000米，约等于十万 亿公里吧。你说什么，简直天文数字？废话，天文上的数字当然得 是天文数字啦但这也仅仅只不过是一光年的长度。当我 们看到十亿光年以外的星星时，映入我们眼帘的那束星光已经在茫 茫宇宙间飞奔了十亿年。

2、换句话说，我们现在看到的仅仅是它十亿 年之前的样子！现在的它究竟如何我们只有再等待十亿年才能看到 不寒而栗！普遍认为宇宙诞生到现在有150亿年。所以我们可能 观察到的最广阔宇宙空间的直径只可能在150亿光年这样的范围之内 。150亿光年远的地方的光被我们看到时已经在宇宙间穿越了150亿 年，那是宇宙诞生时的影像！在十亿光年这样的数量级下观测 宇宙，上面的每一个象素点所表现 的事物都是无比古远的。 震撼！世界从10亿光年到0.1飞米 10亿光年 1亿光年 现在我们把视 野缩小10倍， 宇宙看起来还 是空空如也， “星”光点点。 可是，那些点 点斑斑的真的 是星么？ 1000万光年 把眼光再降 低

3、一个数量 级，那些点 点看起来依 然象是星星 哦 _ 100万光年 近些，再近些 。喔！什么呀 ，这么面熟？ 这就是你所说 的“星星”么？ 是星星，一堆 星星。我们管 它叫银河系。 10万光年 这是银河系，我们的家 园。来个特写，茄 子在10万光年这 样的数量级下，我们就 看见了整个的银河系。 事实上，银河系的直径 就是十万光年。真有哪 位能发明个跟光速一边 快的飞船，从银河系的 这边飞到对面来个大吊 角，就要十万年的时间 ！我*，在这样漫长的 旅程来看，人生不过朝 生暮死，蜉蝣一般。但 这只是对相对于银河系 静止的观测者而言，船 上的人员感受到的旅程 其实只有数分钟。相对 论呀，深了去了。

4、1万光年 夏夜在内蒙的草原上，平生第 一次如此清晰的看见了银河， 一条黯淡的光带横亘夜空。由 此就能够大致估计出我们的位 置，如果把银河视为一个巨大 的扁盘子（饥饿者也可把它视 为大饼，麻酱白糖的_）我 们就是应该在这张扁盘子的平 面上。否则如果不是这样的话 ，我们高于或低于它，那么看 到的夜空就会显得一半亮一半 暗，而不是象现在这样银河光 带般亘在天幕中，星星比较均 匀地分布两侧了。事实上现代 研究也得出这种结论：我们的 太阳系位于银河系螺旋翼内侧 的边缘，距离银河系中心大约 2.5万光年。于是，我们把视野 收回到1万光年的数量级，聚焦 在银河系若干触角般螺旋翼中 的一条上面。 1千光年 密

5、密麻麻！ 100光年 再近点，还是 密密麻麻！ 10光年 又是密密麻麻！ 1光年 等等，这是什 么？ 1万亿公里 再走近十倍依 然雾气昭昭的 一团，到底是 什么嘛？ 1千亿公里 这回看清楚了吧 ，原来是太阳系 ！我们在密密麻 麻的星星中跋山 涉水，翻山越岭 认出了它，不易 呀！ 100亿公里 放大十倍来观察以 繁星为背景的太阳 系。说是繁星，其 实与太阳最近的恒 星半人马座比 邻星都是在4.22光 年开外的。图中的 亮点仅仅只是背景 上离得八丈远的星 星呢，并不是太阳 系的一部分。 10亿公里 数数看，下图里 被蓝框子圈上的 是谁的轨道？水 、金、地原 来是地球的轨道 呀！ 1亿公里 地球在哪

6、里？ 1000万公里 哦呦大 圈套小圈呢， 月球围地球转 的轨道。 100万公里 是什么？飞机 ？还是鸟？是 超人？都不是 10万公里 是地球！Home ， Sweet home。 1万公里 怎么会这么巧涅 ？从10亿光年一 路看下来正对着 的竟是美国。用 一万公里的视野 看地球，这是神 的视角。Google Earth 也能有这 种效果，起始时 对着的也是美国 _ 1000公里 如果我记得不错的 话，地理课上教过 ，这是北美五大湖 区中的密歇根湖， 框住的城市就是芝 加哥。 100公里 不看不知道，世界 真奇妙。芝加哥鸟 瞰。并由此开始了 我们人类所能够理 解的数量级，开始 了我们熟悉的世界

7、 。 10公里 密密麻麻，房屋 ，湖边的房屋。 小二，上瓶啤酒 ，哥几个先喝着 _ 1公里 我有一所房子， 面朝大海，春暖 花开。 100米 呦！草地上这是 什么呀，一坨？ 10米 原来是一傻哥们 睡得正香呐。 1米 醒醒嘿，都被偷窥 啦还不知道呐。 0.1米 一米的十分之一， 也叫分米，我们手 所能把握的尺度。 相信人类所接触的 大部分物体都是在 这样一个数量级的 。看看你的周围， 键盘、鼠标、手机 、杯子、碗仔 细一看这哥们手上 的毛还挺重的！ 1厘米 这是他手上的皱 纹细部。兴许你 放大了还没他细 皮嫩肉呢。做好 准备，我们即将 进入另一个陌生 的领域微观 世界。 1毫米 手上的毛孔。

8、可是，汗毛呢 ？晕！ 100微米 再放大十倍， 依稀可见皮肤 的组织结构。 我是学生物的 ，以前老看， 见怪不怪了。 10微米 一个细胞的数量级 就是10微米，当然 这只是一般来说。 插句嘴，世界上最 大的细胞是鸵鸟蛋 ，它是一个单独的 卵细胞，数量级是 分米级的，厉害吧 。 1微米 疑似生物课上 学过的细胞核 膜，细部。 0.1微米 一看这么高度螺旋 的结构就知道是染 色体了。底下的洋 文说：但凡人类的 细胞，里面都会有 23对染色体（46条 ）。 100埃 埃，指10的10次方 米。用字母“A”顶上 加个小圆圈来表示。 100埃的数量级就能 度量某些有机大分子 的物质了。看到这个 规则的等

9、距双螺旋结 构，我想你一定能够 脱口而出了。没错， 这种物质就叫做脱氧 核糖核酸，也就是常 说的DNA。 分子结构 清晰可见。 1纳米 我们管10的9次方米 叫一纳米。现在为材料 科学炒得火热的纳米技 术就是说很多物质精细 到纳米级后将表现出很 多在常规数量级上所表 现不出的性质来。在纳 米这样的数量级下，我 们连原子都可以数清了 。因此，纳米级又叫原 子级。下图是组成DNA 分子的原子们，它们以 共价键和氢键彼此结合 成庞大的有机分子。生 命就在这种复杂的结合 中得以体现。敬礼！ 1埃 上过中学就应该知道 ：原子是由原子核和 电子组成的。下图所 表示的是密布的电子 云，原子核外的电子 云比较

10、浓。每个原子 拥有有数的固定的依 元素种类而定的电子 数。这些电子行踪飘 忽不定在原子核外部 乱窜。一个电子，无 数法身。就把这些电 子团团转的特点用电 子云来形容了。 10皮米 原子核外围的浓密 电子云。仿佛又回 到了浩瀚无边的宇 宙。这样来看每个 原子都像是个小宇 宙，我们的世界就 这样的周而复始着 ，不寒而栗着 1皮米 穿过最浓的电子云，发现 更近核的地方反倒清净。 原来离得远了要吸引，离 得近了也会排斥呢，保持 一个最佳的距离才好。（ 挺象搞对象呦_）什么 ？你说电子阴性，原子核 阳性，异性相吸，应该越 近核越密才对？别逗了！ 真要那样越近越吸，越吸 越近，电子还不都撞到核 上去，最后

11、谁也动弹不得 ！可是为什么不是这样呢 ？国家机密！就不告诉你 ，吼吼。下图框中的斑点 就是原子核。 0.1皮米 走近点，这就是传说 中的原子核了。10的 12次方米叫做一皮 米。在0.1皮米的数量 级下看原子核就可以 看出很多个球球来， 它们是带正电的质子 和不带电的中子。 10飞米 原子核的特写。 1飞米 （1015米） 质子（也可能是中 子）的细部，乱七 八糟一大片。未知 的结构，未知的领 域，那里属于上帝 。 0.1飞米 无语。 翻译出图片下面的 洋文作为收场吧， 他说：一旦我们进 入下一个层次，我 们将会看到什么， 我们又将会知道什 么？ 第一章 分子生物学基础知识 一、核酸分子的基本

12、组成一、核酸分子的基本组成 (deoxyribonucleic acid, DNA) (ribonucleic acid, RNA) 脱氧核糖核酸 核糖核酸 核苷酸 核苷 碱基 磷酸 戊糖 核糖 脱氧核糖 嘌呤 嘧啶 (一) 碱 基 1、特性： 共轭性分子结构，共轭双键，260nm处有最大吸收 嘌呤(purine) 弱碱性，低PH值时可接受质子 嘧啶(pyrimidine) 碱基间存在疏水堆积力 2、种类和结构： 嘌呤 腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤(guanine, G) 嘧啶 胞嘧啶(cytosine, C) 尿嘧啶(uracil, U) 胸腺嘧啶(thymine, T) (二)

13、戊 糖 （构成DNA） 2、脱氧核糖(deoxyribose) （构成RNA） 1 23 4 5 1、核糖(ribose) 2OH 亲水极性集团 易水解 易受攻击 RNA不稳定性 无2OH，DNA相对稳定 (三) 核 苷 戊糖C1 嘌呤N9 嘧啶N1 糖苷键/糖甙键 核糖核苷 脱氧核糖核苷 1 1 (四) 核苷酸 1、核苷酸 核苷+磷酸 磷酸酯键 戊糖+碱基+磷酸 2、游离核苷酸 ADPADP ATPATP AMPAMP (五) 核酸的以及结构 1、定义 核酸中核苷酸的排列顺序。 由于核苷酸间的差异主要是 碱基不同，所以也称为碱 基序列。 5端 3端 C G A 2、核苷酸链的方向性： PO4

14、OH 5端 3端 3、一级结构的表示方法 结构式/线条式/字母式 A G P5 P T P G P C P T P OH 3 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 5端 3端 C G A 思考题： ATGGTTAG的互补序列： A、TACCGAATC B、CTAAGCCAT (六) DNA与RNA在组成上的区别 DNARNA 碱基 AGCT AGCU 戊糖 脱氧核糖 核糖 结构 双链 大多单链，局部双链 配对 AT AU G C G C 二、二、DNADNA的空间结构的空间结构 (一) DNA的二级结构 双螺旋结构 1、特征 反向平行的双螺旋 a. 反向平行

15、b. 配对规律 c. 疏水碱基平面处于内侧，亲水 戊糖与磷酸骨架处于外侧 右手螺旋 a. 右手螺旋 b. 每周10个碱基，每对碱基36，碱基平面距离0.34nm c. 存在大沟、小沟 稳定因素 a. 横向：氢键 b. 纵向：碱基疏水堆积力 2、双螺旋结构的多样性 AB Z ABZ B-DNA (二) DNA的三级结构 超螺旋结构 超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 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) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 多级螺旋模型 压缩倍数 7 6 40 5 （8400） DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一级包装 二级包装 三级包装 四级包装 三、三、DNADNA的功能的功能 (一)DNA的基本功能: 1. 以基因的形式荷载遗传信息，作为基因复制的模板，是 生命遗传的物质基础。 2. 是转录的模板，是个体生命活动的信息基础。 (二)基本概念: 1. 基因：携带遗传信息的一段特定的核苷酸序列，可自我复 制并指导转录。 2. 基因组：一个生物体所包含的全部遗传信息的总和，即全 部DN