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1、第二章生物学基础第二章生物学基础（一）（一） 生物的分类生物的分类（二）（二） 生物大分子生物大分子（三）（三） 中心法则中心法则生物信息学3生物学基础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 WallaceCharles Darwin The Wallace-Darwin Theory第一节生物的分类简介第一节生物的分类简介生物信息学3生物学基础1 1、地球上的自然史与生命史、地球上的自然史与生命史不断演化的地球系统不断演化的地球系统不断演化的地球系统不断演化的地球系统：地球本身一直经：地球本
2、身一直经历着由简单到复杂、由低级到高级不可历着由简单到复杂、由低级到高级不可逆的演化过程，由此逐渐形成了大气圈、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水圈、岩石圈、生物圈及地球内部的圈层；层；不断演化的地球生物不断演化的地球生物不断演化的地球生物不断演化的地球生物：生物是地球系统：生物是地球系统在特定条件下演化的结果，并仍处于不在特定条件下演化的结果，并仍处于不断的演化之中；断的演化之中；宇宙的起源宇宙的起源宇宙的起源宇宙的起源：始于：始于120120亿年前的宇宙大亿年前的宇宙大爆炸（爆炸（Big Bang Begins The Universe! Big Ba
3、ng Begins The Universe! ）；）；太阳系的起源太阳系的起源太阳系的起源太阳系的起源：大约：大约4949亿年前，诞生太亿年前，诞生太阳系；阳系；地球的起源地球的起源地球的起源地球的起源：大约：大约4545亿年前，宇宙中的亿年前，宇宙中的尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球。尘埃在引力作用下逐渐集聚形成地球。生物信息学3生物学基础地球生命简史地球生命简史地球生命简史地球生命简史生命诞生、细胞的形成生命诞生、细胞的形成生命诞生、细胞的形成生命诞生、细胞的形成 35353838亿年前，海洋孕育原始生物亿年前，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单细胞生物在地球上
4、繁衍、原始生态系统的建立单细胞生物在地球上繁衍、原始生态系统的建立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（原核生物占主体的阶段（35352020亿年前）亿年前） 真核生物占主体的阶段（真核生物占主体的阶段（20206 6亿年前）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生物出现和多样化表达、生物圈覆盖整个地球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（多细胞植物、多细胞动物的诞生（6 65.55.5亿年前）亿年前） “ “寒武纪大爆发寒武纪大爆发”（约（约5.35.55.
5、35.5亿年前）亿年前）物种物种“爆发爆发” “ “志留纪大爆发志留纪大爆发”（约（约4.34.3亿年前）亿年前）生命从海洋扩展到陆生命从海洋扩展到陆地地人类诞生、文明的发展人类诞生、文明的发展人类诞生、文明的发展人类诞生、文明的发展 约约40040010001000万年前，人类诞生万年前，人类诞生 文化史：文化史：100100万年万年生物信息学3生物学基础时间时间时间时间( (亿年前亿年前亿年前亿年前) )4646地球形成地球形成地核与地幔分异地核与地幔分异40403838最早的沉积记录最早的沉积记录化学进化生命起源化学进化生命起源3535最早的叠层石和微最早的叠层石和微 生物化石记录生物化
6、石记录光合作用起源光合作用起源3030生生生生命命命命起起起起源源源源生物信息学3生物学基础25252020冠族真核细胞起源冠族真核细胞起源大气圈自由氧开始积累大气圈自由氧开始积累1010单单单单细细细细胞胞胞胞生生生生物物物物繁繁繁繁衍衍衍衍及及及及原原原原始始始始生生生生态态态态系系系系统统统统建建建建立立立立7 7多细胞叶状体植物适多细胞叶状体植物适 应辐射性分化应辐射性分化时间时间时间时间( (亿年前亿年前亿年前亿年前) )生物信息学3生物学基础时间时间时间时间( (亿年前亿年前亿年前亿年前) )5 50 0多多多多细细细细胞胞胞胞生生生生物物物物进进进进化化化化骨骼化、后生动物适骨骼
7、化、后生动物适 应辐射性分化应辐射性分化哺乳动物起源哺乳动物起源人类起源、文化系统建立人类起源、文化系统建立4 43 32 21 1“寒武纪大爆发寒武纪大爆发”“志留纪大爆发志留纪大爆发”陆生维管植物诞生陆生维管植物诞生两栖动物出现两栖动物出现被子植物起源被子植物起源爬行动物出现爬行动物出现鸟类出现鸟类出现恐龙成为地球霸主恐龙成为地球霸主恐龙绝灭恐龙绝灭生物信息学3生物学基础新生代中生代古生代前寒武纪生物信息学3生物学基础Homo sapiens 智人智人病毒病毒细菌细菌生物信息学3生物学基础2、生物的分类、生物的分类生物信息学3生物学基础生物多样性生物多样性生物多样性生物多样性（Biodiv
8、ersityBiodiversity）物种的多样性物种的多样性遗传（基因）的多样性遗传（基因）的多样性生态系统的多样性生态系统的多样性保护生物多样性的重要性保护生物多样性的重要性保护生物多样性的重要性保护生物多样性的重要性1992年，联合国环境与发展大会年，联合国环境与发展大会生物多样性公约生物多样性公约生物分类体系生物分类体系生物分类体系生物分类体系 Karl von Karl von LinneeLinnee（1707-1778），），瑞典博物学家瑞典博物学家 Linnee在在Systema Naturae中创立生物分类体系中创立生物分类体系 双命名法（双命名法（双命名法（双命名法（bin
9、omial nomenclaturebinomial nomenclature）:属名加种属名加种名，属名名，属名在前，第一个字母大写；种名在后，小写；其后还可标注在前，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；采用拉丁文发现的地名或发现者的名字；采用拉丁文生物信息学3生物学基础生物分类体系生物分类体系林奈 (Carolus Linnaeus ，17071788）瑞典博物学家Linnean hierarchical classification was based on the premise that the species was the smallest un
10、it, and that each species (or taxon) belonged to a higher category.生物信息学3生物学基础Linnean hierarchical classificationKingdom 界例：Animalia动物界 Phyla门 Chordata 脊索动物门 Class纲 Mammalia哺乳纲Order目Carnivora 食肉目 Family科 Felidae猫科Genus属 Panthera 豹属 Species种 pardus属名属名种名种名Panthera pardus 金钱豹金钱豹生物信息学3生物学基础病毒、细胞和生物体的大小
11、病毒、细胞和生物体的大小Sizes of viruses, cells, and organisms.Sizes of viruses, cells, and organisms.生物信息学3生物学基础生生 物物 进进 化化生物信息学3生物学基础Three domains of life三原界系统三原界系统EubacteriaEubacteria 真真细菌原界细菌原界ArchaeaArchaea 古细菌原界古细菌原界EukaryotaEukaryota真核真核生物原界生物原界 ProtistaProtista原生生物界原生生物界 PlantaePlantae植物界植物界 FungiFungi真
12、菌界真菌界AnimaliaAnimalia动物界动物界 生物信息学3生物学基础生物生物生物生物“ “界界界界” ”的划分的划分的划分的划分 三三界说、五界说、六界说、八界说界说、五界说、六界说、八界说 三主干六界说：三主干六界说： 真细菌真细菌 古细菌古细菌 原生生物原生生物 真菌真菌 植物植物 动物动物原核生物原核生物真核生物真核生物生物信息学3生物学基础Levels of Organization lBiosphere生物圈lCommunity生物群落lPopulations生物种群lOrganism生物体lOrgan器官lTissue组织lCell: The fundamental un
13、it of living things. 细胞lOrganelle: 细胞器lMolecules, atoms, and subatomic particles: The fundamental functional levels of biochemistry分子水平分子水平 ？生物信息学3生物学基础Organization levels of life生物信息学3生物学基础Study biology at many levels.It is thus possible to study biology at many levels, from collections of organism
14、s (communities), to the inner workings of a cell (organelle).分子水平DNAsequenceProteins Structure Function?All Cell生物信息学3生物学基础第二节第二节生物大分子生物大分子生物信息学3生物学基础生物大分子生物大分子1.细胞结构（从染色体到DNA）2.糖类（D-核糖、D-2-脱氧核糖）3.脂类（磷脂）4.蛋白质（氨基酸、蛋白质及其结构）5.核酸（核苷酸、脱氧核糖核酸DNA和 核糖核酸RNA）主要内容：主要内容：生物信息学3生物学基础l真核生物细胞真核生物细胞 eukaryotic celle
15、ukaryotic celll原核生物细胞原核生物细胞 prokaryotic cellprokaryotic cell一、细胞结构一、细胞结构 cell生物信息学3生物学基础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、神经细胞体生物信息学3生物学基础A general prokaryotic cellA general prokaryotic cell原核生物细胞结构原核生物细胞结构
16、肽聚糖被膜质膜生物信息学3生物学基础动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核真核生物细胞结构真核生物细胞结构生物信息学3生物学基础从染色体到从染色体到DNA生物信息学3生物学基础人类人类23对染色体对染色体生物信息学3生物学基础生物信息学3生物学基础细胞中的大分子The approximate composition of a bacterial cell.Macromolecules in CellsMacromolecules in Cells生物信息学3生物学基础二、糖类二、糖类作用：作用：储存能量储存能量结构材料结构材料cellulo
17、se纤维素生物信息学3生物学基础1.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 complete metabolism of glucose: releases 686 kcal/mol. 醣酵解醣酵解呼吸呼吸生物信息学3生物学基础2.There are four basic sugars that
18、we will deal with: 生物信息学3生物学基础三、脂类三、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。生物信息学3生物学基础细胞膜的结构细胞膜的结构质膜质膜磷脂生物信息学3生物学基础四、蛋白质核酸核酸是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者蛋白质蛋白质是信息转化成生物结构和功能的表达者是信息转化成生物结构和功能的表达者生物信息学3生物学基础ProteinlSequencelStructurelFunction1)enzyme 2)transport3)cell str
19、ucture生物信息学3生物学基础几大类蛋白质几大类蛋白质l纤维蛋白l膜蛋白l球蛋白生物信息学3生物学基础4.1氨基酸氨基酸an amino end (NH2)a carboxyl end (COOH)R-groupamino acidamino acid生物信息学3生物学基础20种主要氨基酸的分类种主要氨基酸的分类8723生物信息学3生物学基础Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. 生物信息学3生物学基础Structures in the R-groups of the
20、twenty amino acids found in all living things. 生物信息学3生物学基础Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. 生物信息学3生物学基础Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. 生物信息学3生物学基础Structures in the R-groups of the twenty amino acids found
21、 in all living things. 生物信息学3生物学基础Structures in the R-groups of the twenty amino acids found in all living things. 生物信息学3生物学基础生物信息学3生物学基础l一级结构， Primary structure l二级结构， Secondary Structurel三级结构， Tertiary Structurel四级结构， Quartenary Structure4.2 蛋白质的结构蛋白质的结构生物信息学3生物学基础生物信息学3生物学基础一级结构生物信息学3生物学基础生物信息学3生
22、物学基础二级结构Secondary Structurelalpha-helix , alpha-螺旋螺旋lbeta-pleated sheet， beta-折叠片折叠片lbeta -turn， beta 转角转角lRandom coil，无规卷曲无规卷曲生物信息学3生物学基础alpha-helixalpha-helix , alpha-螺旋螺旋，肽链主链骨架围绕中心轴盘旋成螺旋状的结构。生物信息学3生物学基础B-pleated sheetsbeta-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。反平行式反平行式平行式平行式生物信
23、息学3生物学基础the turnsbeta -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。生物信息学3生物学基础三级结构Tertiary Structure三级结构，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。生物信息学3生物学基础四级结构Quartenary Structure四级结构，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，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。亚基的聚集体即是寡聚蛋白质。生物信息学3生物学基础Str
24、ucture of a protein: primary, secondary, tertiary, and quaternary levels of structure. 生物信息学3生物学基础五、核酸五、核酸l它的基本结构单位是核苷酸（nucleotides） 。l核苷酸有多种类型：l 1）information storage (DNA)l 2）protein synthesis (RNA)l 3） energy transfers (ATP and NAD). 生物信息学3生物学基础5.1 5.1 核苷酸核苷酸核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基Sugars： ribo
25、se or deoxyribose.生物信息学3生物学基础Structure of the basesPurinesPyrimidines生物信息学3生物学基础structure of deoxyadenosineN-糖苷键糖苷键生物信息学3生物学基础核核 苷苷 酸酸 代代 码 表表 代代码 英文含英文含义 中文含中文含义 G Guanine 鸟嘌啉啉 A Adenine 腺腺嘌啉啉 T (U) Thymine (Uracil) 胸腺胸腺嘧啶 (尿尿嘧啶) C Cytosine 胞胞嘧啶 R (A or G) puRine 嘌啉 Y (C or T or U) pYrimidine 嘧啶 M
26、(A or C) aMino 腺嘌啉或胞嘧啶(氨基) K (G or T) Ketone 鸟嘌啉或胸腺嘧啶(酮基) S (C or G) Strong interaction 强相互作用碱基 W (A or T) Weak interaction 弱相互作用碱基 H (A or C or T) Not-G (H after G) 非鸟嘌啉 B (C or G or T) Not-A (B after A) 非腺嘌啉 V (A or C or G) Not-T/U (V after U) 非胸腺嘧啶 D (A or G or T) Not-C (D after C) 非胞嘧啶 N (A or C
27、 or G or T) aNy 不确定 核苷酸代码表 (IUPAC-IUB STANDARD BASE CODES) Last modified: 25-Aug-2000, 生物信息学3生物学基础5.2 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)生物信息学3生物学基础DNA是遗传物质 Deoxyribonucleic acid (better known as DNA) is the physical carrier of inheritance for 99% of living organisms.生物信息学3生物学基础生物信息学3生物学基础 1953年，Watson和和Crick阐阐明明了了DN
28、A的的双螺旋结构双螺旋结构。现代生物技术发展史上的重要事件现代生物技术发展史上的重要事件 生物信息学3生物学基础 polynucleotide chain 3,5-phosphodiester bondii). Structure of the DNA double helixN-糖苷键糖苷键3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键生物信息学3生物学基础Structure of a segment of a DNA double helix.生物信息学3生物学基础生物信息学3生物学基础A-T base pairG-C base pairChargaffs rule: The content of A eq
29、uals the content of T, and the content of G equals the content of C in double-stranded DNA from any speciesChargaffs rule生物信息学3生物学基础Model of double-stranded DNA showing three base pairs生物信息学3生物学基础3carbon5carbon生物信息学3生物学基础5.3 核糖核酸核糖核酸(RNA)RNA has ribose sugar instead of deoxyribose sugar. The base ur
30、acil (U) replaces thymine (T) in RNA. Most RNA is single stranded, although tRNA will form a cloverleaf structure due to complementary base pairing.生物信息学3生物学基础RNA (Ribonucleic Acid)生物信息学3生物学基础The major bases found in DNA and RNA DNA RNA AdenineAdenine CytosineCytosine GuanineGuanine ThymineUracil (U
31、)uracil-adenine base pairthymine-adenine base pair生物信息学3生物学基础There are three types of RNA:lMessenger RNA (mRNA) is the blueprint for construction of a protein. lRibosomal RNA (rRNA) is the construction site where the protein is made. lTransfer RNA (tRNA) is the truck delivering the proper amino acid to the site at the right time.生物信息学3生物学基础
