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1、第8章 生命化学基础Chapter 8 Basic Life Chemistry本章概要8.1 氨基酸、蛋白质与酶氨基酸、蛋白质与酶8.1.1 氨基酸氨基酸 ；8.1.2 肽键和多肽；肽键和多肽； 8.1.3 蛋白质；蛋白质； 8.1.4 酶酶8.2 糖与脂糖与脂8.2.1 糖类；糖类； 8.2.2 脂类脂类8.3 核酸核酸8.3.1 核核酸酸的的分分类类；8.3.2 核核苷苷酸酸的的组组成成；8.3.3 DNA的的组组成成与结构；与结构；8.3.4 结论结论8.4 染色体、基因与遗传染色体、基因与遗传 8.4.1 染色体的组成与结构；染色体的组成与结构；8.4.2 基因与遗传信息基因与遗传信
2、息复习：复习：228245；预习：；预习：247264；习题：习题：13.3, 13.9, 13.15, 13.16。8.1 氨基酸、蛋白质与酶8.1.1 氨基酸 (The Amino Acids)8.1.1.1 氨基酸的定义J分子中同时含有氨基（分子中同时含有氨基（-NH2）和羧基（和羧基（-COOH）的有机的有机化合物称为氨基酸。在生命体中，氨基和羧基连接在同一化合物称为氨基酸。在生命体中，氨基和羧基连接在同一个碳原子上，称为个碳原子上，称为 -氨基酸，其结构通式为氨基酸，其结构通式为:J人体内的蛋白质由人体内的蛋白质由20种氨基酸种氨基酸组成。由于所处位置的不同，组成。由于所处位置的不同
3、，20种氨基酸可以组成极大数量的不同蛋白质大分子。种氨基酸可以组成极大数量的不同蛋白质大分子。理论式理论式酸性条件下酸性条件下碱性条件下碱性条件下等电点时等电点时8.1.1.2 氨基酸的性质 pH值的影响值的影响:在强酸性溶液中，氨基（在强酸性溶液中，氨基（H2N）获得质子成获得质子成为阳离子为阳离子 (H3N+)；在强碱性溶液中，羧基（在强碱性溶液中，羧基（COOH）失失去质子成为阴离子去质子成为阴离子 (COO-)；在某中性溶液中，通过分子在某中性溶液中，通过分子内质子自转移生成内质子自转移生成中性内盐中性内盐 (H3N+CH(R) COO-)。J在在某某pH值值下下,给给定定的的某某种种
4、氨氨基基酸酸只只生生成成中中性性内内盐盐,此此时时的的氨氨基基酸酸在在电电场场中中既既不不向向正正极极移移动动又又不不向向负负极极移移动动。此此时时的的pH值称为该值称为该氨基酸的等电点氨基酸的等电点。J由由于于不不同同氨氨基基酸酸的的等等电电点点不不同同，可可以以用用电电泳泳法法或或离离子子交交换树脂法将不同的氨基酸分离开来。换树脂法将不同的氨基酸分离开来。8.1.2 肽键和多肽（ Peptides ）J由一分子氨基酸的羧基由一分子氨基酸的羧基(-COOH)与另一分子氨基酸的氨与另一分子氨基酸的氨基（基（H2N-）通过脱水缩合形成肽键（通过脱水缩合形成肽键（-CO-NH-）:J由由n个氨基酸
5、缩合形成的化合物称为个氨基酸缩合形成的化合物称为n肽；肽；n10时称为时称为寡寡肽肽；n10时称为时称为多肽多肽；分子量；分子量104时称为时称为蛋白质蛋白质。-OHJ形成肽键后，氨基酸已不是原来的氨基酸，称为氨基酸形成肽键后，氨基酸已不是原来的氨基酸，称为氨基酸残基，则残基，则n肽有肽有n个氨基酸残基；个氨基酸残基；J氨基酸通过多肽键可以形成一条很长的链状化合物，称氨基酸通过多肽键可以形成一条很长的链状化合物，称为多肽链。为多肽链。8.1.3 蛋白质（Protein）8.1.3.1 定义由一条或多条多肽链组成的生物大分子称为蛋白质；每由一条或多条多肽链组成的生物大分子称为蛋白质；每一条多肽链
6、有二十一条多肽链有二十数百个氨基酸残基不等；各种氨基酸数百个氨基酸残基不等；各种氨基酸残基按一定的顺序排列。残基按一定的顺序排列。8.1.3.2 蛋白质的结构一级结构：肽链上氨基酸一级结构：肽链上氨基酸的排布顺序为蛋白质的一的排布顺序为蛋白质的一级结构。级结构。二级结构：由于多肽链有二级结构：由于多肽链有规则的旋转或折叠所形成规则的旋转或折叠所形成的几何走向称为蛋白质的的几何走向称为蛋白质的二级结构。二级结构。三级结构：螺旋形的肽链三级结构：螺旋形的肽链进一步折叠或卷曲形成球进一步折叠或卷曲形成球状或颗粒状的分子，称为状或颗粒状的分子，称为蛋白质的三级结构。蛋白质的三级结构。四级结构：两条或更
7、多条肽链按一定的空间形状组四级结构：两条或更多条肽链按一定的空间形状组合到一起所得到的结合物称为蛋白质的四级结构。合到一起所得到的结合物称为蛋白质的四级结构。8.1.3.3 蛋白质的分类按形状分为按形状分为球状蛋白球状蛋白和和纤维状蛋白纤维状蛋白;按功能分为按功能分为活性活性蛋白蛋白和和非活性蛋白非活性蛋白; 按化学组成可分为按化学组成可分为简单蛋白简单蛋白和和结合蛋白结合蛋白; 等。等。 -角蛋白：存在于动物的毛发、蹄爪、羽毛、甲壳和角蛋白：存在于动物的毛发、蹄爪、羽毛、甲壳和指甲中，富含胱氨酸。指甲中，富含胱氨酸。 -角蛋白：存在于蜘蛛丝、蚕丝、爬行动物鳞片中，角蛋白：存在于蜘蛛丝、蚕丝、
8、爬行动物鳞片中，又称丝蛋白，富含甘氨酸、丝氨酸和丙氨酸。又称丝蛋白，富含甘氨酸、丝氨酸和丙氨酸。 胶胶原原蛋蛋白白：是是脊脊椎椎动动物物中中含含量量最最丰丰富富的的蛋蛋白白质质 (1/4 1/3)，是皮肤、软骨、动脉管壁及结缔组织的成分。，是皮肤、软骨、动脉管壁及结缔组织的成分。纤维状蛋白：纤维状蛋白外形呈细棒状或纤维状，分子对纤维状蛋白：纤维状蛋白外形呈细棒状或纤维状，分子对称性差，溶解性各不相同，大多数不溶于水。在动物体内称性差，溶解性各不相同，大多数不溶于水。在动物体内对组织器官起着支持、保护等作用，在动物体内含量丰富。对组织器官起着支持、保护等作用，在动物体内含量丰富。球状蛋白：是结构
9、最复杂、功能最多样的一类蛋白质，形球状蛋白：是结构最复杂、功能最多样的一类蛋白质，形状近似于球形或椭球形，分子比较对称，溶解度较好，多状近似于球形或椭球形，分子比较对称，溶解度较好，多数可溶于水或稀中性盐溶液中。如数可溶于水或稀中性盐溶液中。如血红蛋白血红蛋白, 肌红蛋白，肌红蛋白，球蛋白等。球蛋白等。简简单单蛋蛋白白：仅仅由由 -氨氨基基酸酸形形成成的的肽肽链链组组成成，不不含含其其它它化化学学成分。如清蛋白，球白蛋白，谷蛋白等。成分。如清蛋白，球白蛋白，谷蛋白等。结结合合蛋蛋白白质质：由由简简单单蛋蛋白白和和非非蛋蛋白白（辅辅基基）组组成成。按按结结合合蛋白辅基不同，可分为：蛋白辅基不同，
10、可分为：脂脂蛋蛋白白：脂脂蛋蛋白白是是一一类类由由脂脂与与蛋蛋白白质质结结合合而而成成的的结结合合蛋蛋白白质质。广广泛泛分分布布于于生生物物细细胞胞和和血血液液中中。脂脂蛋蛋白白的的作作用用是是输运脂质与固醇类物质。输运脂质与固醇类物质。金金属属蛋蛋白白：蛋蛋白白质质+ +金金属属离离子子，如如血血红红蛋蛋白白，激激素素，胰胰岛素，等。岛素，等。色色蛋蛋白白：蛋蛋白白质质+ +显显色色物物质质，如如血血红红蛋蛋白白，植植物物中中的的叶叶绿绿蛋白和细胞色素等。蛋白和细胞色素等。核核蛋蛋白白：蛋蛋白白质质+ +核核酸酸，存存在在于于所所有有动动植植物物细细胞胞核核和和细细胞胞浆内，如病毒、核蛋白、
11、动植物细胞中的染色体蛋白，等。浆内，如病毒、核蛋白、动植物细胞中的染色体蛋白，等。糖糖蛋蛋白白是是一一类类由由糖糖同同蛋蛋白白质质结结合合而而成成的的结结合合蛋蛋白白质质。一一切切动动、植植物物的的组组织织、体体液液中中均均含含有有糖糖蛋蛋白白。糖糖蛋蛋白白是是细细胞胞膜膜的的结结构构物物质质，许许多多激激素素与与酶酶均均属属于于糖糖蛋蛋白白。如如凝凝血血酶酶、胰胰岛素岛素等。等。胰岛素结构模型胰岛素结构模型 胰岛素胰岛素是一种蛋白是一种蛋白质类激素。在人体十质类激素。在人体十二指肠旁边，有一条二指肠旁边，有一条长形的器官，叫做长形的器官，叫做胰胰腺腺。在胰腺中散布着。在胰腺中散布着许许多多的
12、细胞群，许许多多的细胞群，叫做叫做胰岛胰岛。胰岛素是。胰岛素是由胰岛由胰岛细胞受内源细胞受内源性或外源性物质如葡性或外源性物质如葡萄糖、乳糖、核糖、萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素精氨酸、胰高血糖素等的刺激而分泌的一等的刺激而分泌的一种蛋白质激素。种蛋白质激素。 胰岛素的作用：胰岛素的作用： 一、调节糖代谢一、调节糖代谢 胰岛素能促进全身组织对葡萄糖的摄取和利用，并抑制糖原的分胰岛素能促进全身组织对葡萄糖的摄取和利用，并抑制糖原的分解和糖原异生，因此，胰岛素有降低血糖的作用。解和糖原异生，因此，胰岛素有降低血糖的作用。 胰岛素分泌过多时，血糖迅速下降，脑组织受影响最大，可出胰岛素分泌过多时
13、，血糖迅速下降，脑组织受影响最大，可出现惊厥、昏迷，甚至引起胰岛素现惊厥、昏迷，甚至引起胰岛素休克休克。 胰岛素分泌不足就会导致血糖升高；若超过肾糖阈，则糖从尿胰岛素分泌不足就会导致血糖升高；若超过肾糖阈，则糖从尿中排出，引起中排出，引起糖尿病糖尿病；另外，由于血液成份中改变；另外，由于血液成份中改变(含有过量的葡萄含有过量的葡萄糖糖), 亦导致高血压、冠心病和视网膜血管病等病变亦导致高血压、冠心病和视网膜血管病等病变。 二、调节蛋白质代谢二、调节蛋白质代谢 胰岛素一方面可以促进蛋白质的合成，另一方面又能够抑制蛋白胰岛素一方面可以促进蛋白质的合成，另一方面又能够抑制蛋白质的分解，因而有利于机体
14、的生长。但胰岛素单独作用时，对生长质的分解，因而有利于机体的生长。但胰岛素单独作用时，对生长的促进作用并不很强，只有与腺垂体生长素共同作用时，才能发挥的促进作用并不很强，只有与腺垂体生长素共同作用时，才能发挥明显的效应。明显的效应。胰岛素的发现：胰岛素的发现：1921年，加拿大年，加拿大班廷班廷和和贝斯特贝斯特首次成功提取到了胰岛素。首次成功提取到了胰岛素。1922年年开始用于临床，使过去不治的糖尿病患者得到挽救。至今用于临开始用于临床，使过去不治的糖尿病患者得到挽救。至今用于临床的胰岛素几乎都是从猪、牛床的胰岛素几乎都是从猪、牛胰脏胰脏中提取的。中提取的。1926年，首次从动物胰脏中提取到结
15、晶胰岛素。年，首次从动物胰脏中提取到结晶胰岛素。1955年，英国年，英国弗雷德里克弗雷德里克桑格桑格首次测定了牛胰岛素的全部氨基首次测定了牛胰岛素的全部氨基酸序列，开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。酸序列，开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。1965年，年，9月月17日日，中国科学家，中国科学家王应睐王应睐等首次完整人工合成了结晶等首次完整人工合成了结晶牛胰岛素。这是当时人工合成的具有生物活性的最大的天然有机牛胰岛素。这是当时人工合成的具有生物活性的最大的天然有机高分子化合物，实验的成功使中国成为第一个合成蛋白质的国家。高分子化合物，实验的成功使中国成为第一个合成蛋白质的国家。70年
16、代初期，英国和中国的科学家又成功地用年代初期，英国和中国的科学家又成功地用X射线衍射方法测定射线衍射方法测定了猪胰岛素的立体结构。这些工作为深入研究胰岛素分子结构与了猪胰岛素的立体结构。这些工作为深入研究胰岛素分子结构与功能关系奠定了基础。功能关系奠定了基础。8.1.4 酶（Enzyme）8.1.4.1 定义J酶是一类由生物细胞产生的、具催化活性的特殊蛋白质。酶是一类由生物细胞产生的、具催化活性的特殊蛋白质。8.1.4.2 酶催化的特点J酶酶催催化化的的效效率率极极高高：因因此此只只需需要要极极微微量量的的酶酶就就能能够够保保证证生生物体内化学反应的进行；物体内化学反应的进行；(活化能活化能)
17、J酶酶催催化化的的专专一一性性特特强强：生生物物体体内内每每一一种种化化学学反反应应就就有有一一种种酶与之对应。因此生物体内酶的种类很多；酶与之对应。因此生物体内酶的种类很多；J酶的活性严重依赖于温度、酶的活性严重依赖于温度、pH、重金属离子浓度等因素。重金属离子浓度等因素。8.1.4.3 酶的分类J根根据据酶酶的的作作用用和和功功能能，可可将将酶酶分分为为6类类：氧氧化化还还原原酶酶 (如如脱脱氢氢酶酶)；基基团团转转移移酶酶 (如如转转氨氨酶酶)；水水解解酶酶 (如如淀淀粉粉酶酶)；裂解酶裂解酶 (如脱羧酶如脱羧酶)；异构化酶；异构化酶；连接酶。连接酶。8.2 糖与脂生物体是细胞的结合体。
18、组成细胞的物质主要有蛋白质、生物体是细胞的结合体。组成细胞的物质主要有蛋白质、核酸、糖类、脂肪与水，等。核酸、糖类、脂肪与水，等。8.2.1 糖类（Carbohydrates）8.2.1.1 定义 J在生命体中有一类重要化合物，在绝大多数情况下，其分在生命体中有一类重要化合物，在绝大多数情况下，其分子式可以用子式可以用Cn(H2O)m表示。称为糖类，旧称碳水化合物。表示。称为糖类，旧称碳水化合物。是一类含醛基是一类含醛基(CHO)或酮基或酮基(RCOR)的多羟基化合物。的多羟基化合物。8.2.1.2 糖在生命体中的作用J是生物体贮藏能量的载体；是生物体贮藏能量的载体；J是生物体合成蛋白质、脂和
19、核酸的原料；是生物体合成蛋白质、脂和核酸的原料；J是细胞和组织的结构单元；是细胞和组织的结构单元；J是细胞中生化反应的介质。是细胞中生化反应的介质。8.2.1.3 糖的分类根据结构的复杂性，将糖分为单糖、双糖和多糖三类。根据结构的复杂性，将糖分为单糖、双糖和多糖三类。J单糖：不能用水解法进一步降解为更简单的糖的单体。在单糖：不能用水解法进一步降解为更简单的糖的单体。在生命体中重要的是五碳糖（戊糖，又称核糖）和六碳糖生命体中重要的是五碳糖（戊糖，又称核糖）和六碳糖 (己糖己糖)。 D-核糖核糖 -核糖核糖 -脱氧核糖脱氧核糖 D-葡萄糖葡萄糖 D-半乳糖半乳糖 D-果糖果糖J双糖：由两个单糖分子
20、失去一个水分子缩聚而成，如：双糖：由两个单糖分子失去一个水分子缩聚而成，如： 2葡萄糖葡萄糖麦芽糖麦芽糖 + H2O葡萄糖葡萄糖 + 果糖果糖 蔗糖蔗糖 + H2OJ多多糖糖：由由n个个单单糖糖分分子子失失去去n-1个个水水分分子子后后缩缩聚聚而而成成的的多多聚聚体体，亦亦指指能能水水解解生生成成很很多多单单糖糖分分子子的的糖糖。多多糖糖大大多多不不溶溶于于水，结构复杂。水，结构复杂。 均均多多糖糖：水水解解后后只只生生成成一一种种单单糖糖。如如淀淀粉粉、纤纤维维素素和和糖原糖原等，它们水解的最终产物是等，它们水解的最终产物是D-葡萄糖葡萄糖。 杂杂多多糖糖：水水解解后后生生成成两两种种或或两
21、两种种以以上上单单糖糖或或单单糖糖衍衍生生物的糖。如物的糖。如肝素肝素等。等。能水解生成两能水解生成两分子单糖分子单糖的糖的糖8.2.2 脂类(Lipids)J脂类是油脂类是油、脂肪和类脂脂肪和类脂 (磷脂、固醇等磷脂、固醇等)的总称，大多数脂的总称，大多数脂类是甘油三酸脂类是甘油三酸脂(三酰甘油三酰甘油)的复杂化合物。的复杂化合物。J一般将常温下呈液体的三酰甘油称为一般将常温下呈液体的三酰甘油称为油油(植物油含植物油含不饱和不饱和脂肪酸脂肪酸)，呈固体的称为，呈固体的称为脂肪脂肪(动物脂肪中含动物脂肪中含饱和脂肪酸饱和脂肪酸). J磷脂磷脂是分子中含有磷酸基团的高级脂肪酸。是分子中含有磷酸基
22、团的高级脂肪酸。 如如磷酸甘油酯磷酸甘油酯：一分子：一分子甘油甘油与两分子与两分子脂肪脂肪 酸酸和一分子和一分子磷酸磷酸通过酯键通过酯键 结合而成的化合物。结合而成的化合物。 8.2.2.1 脂的作用J储储存存能能量量：脂脂类类被被氧氧化化时时所所产产生生的的热热量量是是淀淀粉粉和和糖糖原原的的23倍，因此是有效的储能物质。倍，因此是有效的储能物质。CH2OCOR1 |CHOCOR2 |CH2OCOR3CH2OCOR1 CHOCOR2 CH2O-P-OHOHOJ构成生物膜：生物膜是细胞膜构成生物膜：生物膜是细胞膜(也称质膜或外周膜也称质膜或外周膜)和细胞和细胞内膜内膜(细胞内各种细胞器的膜细胞
23、内各种细胞器的膜)。构成膜的主体是。构成膜的主体是脂类和蛋脂类和蛋白白。脂类中最多也最为重要的是。脂类中最多也最为重要的是磷脂磷脂。人体中含量最多的。人体中含量最多的磷脂是磷脂是胆碱磷酸甘油脂胆碱磷酸甘油脂（商品名卵磷脂）：（商品名卵磷脂）：显然，胆碱磷酸甘油脂具有两亲性质，在生物体中易形成显然，胆碱磷酸甘油脂具有两亲性质，在生物体中易形成膜状结构膜状结构（）。）。8.3 核酸（Nucleic Acid） 核酸是从细胞核中分离出来的强酸性物质，它是分子核酸是从细胞核中分离出来的强酸性物质，它是分子量高达量高达108的高分子聚合物，是遗传物质的基础的高分子聚合物，是遗传物质的基础, 同时可以同时
24、可以指导蛋白质生物合成指导蛋白质生物合成，与生物的生长、繁衍、遗传、变异与生物的生长、繁衍、遗传、变异等过程都有非常密切的关系。等过程都有非常密切的关系。-8.3.1 核酸的分类核酸可分为核糖核酸（核酸可分为核糖核酸（Ribonucleic Acid, RNA）和脱氧核糖和脱氧核糖核酸（核酸（Deoxyribonucleic Acid, DNA）两类。组成核酸的结两类。组成核酸的结构单元是构单元是核苷酸核苷酸。8.3.2 核苷酸的组成8.3.3 DNA的组成与结构（）戊糖（核糖戊糖（核糖/ /脱氧核糖）脱氧核糖）含氮碱基（胞含氮碱基（胞, 尿尿, 胸腺嘧啶；腺胸腺嘧啶；腺, 鸟嘌呤）鸟嘌呤）磷
25、酸磷酸核苷酸核苷酸酸酸戊糖戊糖碱基（碱基（ ）DNA 磷酸磷酸 D-2-脱氧核糖脱氧核糖 腺嘌呤腺嘌呤(A)，鸟嘌呤鸟嘌呤(G)，胞嘧啶胞嘧啶(C)，胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)RNA 磷酸磷酸D-核糖核糖腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶尿嘧啶(U)8.3.4 结论JDNA由由两两条条主主链链组组成成，每每条条主主链链均均以以磷磷酸酸酯酯与与核核糖糖为为链链体，可表为体，可表为PSPS；JDNA中中的的碱碱基基是是腺腺嘌嘌呤呤(A)、鸟鸟嘌嘌呤呤(G)、胞胞嘧嘧啶啶(C)和和胸胸腺腺嘧嘧啶啶(T)，而而RNA中中的的碱碱基基是是腺腺嘌嘌呤呤(A)、鸟鸟嘌嘌呤呤(G)、胞嘧啶胞嘧
26、啶(C)和尿嘧啶和尿嘧啶(U)；J在在DNA中中，两两条条链链是是互互补补的的：一一条条链链上上的的碱碱基基通通过过氢氢键键与另一条链上的碱基配对，互补对为与另一条链上的碱基配对，互补对为A-T、G-C。8.4 染色体、基因与遗传8.4.1 染色体的组成与结构J染色体是由线型双链染色体是由线型双链DNA分子与蛋白质所形成的复合物。分子与蛋白质所形成的复合物。J染染色色体体存存在在于于生生物物细细胞胞核核内内，因因细细胞胞分分裂裂时时期期可可用用碱碱性性染料染色而得名。染料染色而得名。染染色色体体的的结结构构在有性繁殖物种中，体细胞内染色体的数目成对出现，称在有性繁殖物种中，体细胞内染色体的数目
27、成对出现，称为二倍体。性细胞（精子、卵子）中染色体数目只有体细为二倍体。性细胞（精子、卵子）中染色体数目只有体细胞的一半，称为单倍体。胞的一半，称为单倍体。正常人的体细胞染色体数目为正常人的体细胞染色体数目为23对，并有一定的形态和结对，并有一定的形态和结构。染色体在形态结构或数量上的异常被称为染色体异常，构。染色体在形态结构或数量上的异常被称为染色体异常，由染色体异常引起的疾病为染色体病。由染色体异常引起的疾病为染色体病。现已发现的染色体病有现已发现的染色体病有100余种，染色体病在临床上常可余种，染色体病在临床上常可造成流产、先天愚型、先天性多发性畸形、以及癌肿等。造成流产、先天愚型、先天
28、性多发性畸形、以及癌肿等。染色体异常的发生率为染色体异常的发生率为0.5%0.7%。 人类体细胞中的人类体细胞中的23对染色体中，有对染色体中，有22对常染色体和一对性对常染色体和一对性染色体。性染色体包括染色体。性染色体包括 X 染色体和染色体和 Y 染色体。哺乳动物染色体。哺乳动物雄性个体细胞的性染色体对为雄性个体细胞的性染色体对为XY；雌性则为雌性则为XX。由于哺乳动物雄性个体细胞的性染色体对为由于哺乳动物雄性个体细胞的性染色体对为XY，其精子其精子的性染色体为的性染色体为X或或Y；由于雌性的染色体对为由于雌性的染色体对为XX，其卵子其卵子的性染色体只能为的性染色体只能为X。由性染色体为
29、由性染色体为 X 的精子受精的卵发育为雌性体的精子受精的卵发育为雌性体 (XX)；由由染色体为染色体为Y的精子授精的卵则发育成雄性体的精子授精的卵则发育成雄性体 (XY)。8.4.2 基因与遗传信息DNA分分子子上上脱脱氧氧核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序（因因而而碱碱基基排排列列顺顺序序）决定生物的性状。决定生物的性状。可可以以认认为为：DNA分分子子是是由由许许多多个个相相对对独独立立的的单单位位构构成成的的，每每一一个个独独立立的的单单位位称称为为基基因因 (Gene)，即即基基因因是是具具有有遗遗传传效效应应的的DNA分分子子上上的的一一个个小小片片段段，能能编编码码一一种种RNA或或
30、一一种种多肽。多肽。DNA的复制的复制 8.4.2.1 DNA的复制的复制 以以DNA为模板指导为模板指导DNA全面合成的过程称为复制。全面合成的过程称为复制。复制的同时将亲代的全部遗传信息传递给子代复制的同时将亲代的全部遗传信息传递给子代,同时遗传同时遗传信息还可以得到表达。信息还可以得到表达。 遗传学上把信使遗传学上把信使RNA上决定一个氨基酸的相邻的上决定一个氨基酸的相邻的3个碱基叫个碱基叫做一个密码子。做一个密码子。1967年全部密码子破译完毕。年全部密码子破译完毕。第一碱基第一碱基第二碱基第二碱基第三碱基第三碱基UCAGU尿嘧啶尿嘧啶苯丙氨酸苯丙氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半
31、胱氨酸U苯丙氨酸苯丙氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半胱氨酸C亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸( (终止子终止子) )( (终止子终止子) )A亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸( (终止子终止子) )色氨酸色氨酸GC胞嘧啶胞嘧啶亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸精氨酸精氨酸U亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸精氨酸精氨酸C亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸A亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸GA腺嘌呤腺嘌呤异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸丝氨酸U异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸丝氨酸C异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸
32、精氨酸A蛋氨酸蛋氨酸( (起始起始) )苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸GG尿嘌呤尿嘌呤缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸甘氨酸甘氨酸U缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸甘氨酸甘氨酸C缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸A缬氨酸缬氨酸( (起始起始) )丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸G8.4.2.2 蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成l例：如果某例：如果某DNA片段的核苷酸系列为（左起）：片段的核苷酸系列为（左起）：lDNA片段：片段： T-A-C-A-A-G-C-A-G-T-T-G-G-T-C-G-T-G-lmRNAA-U-G-U-U-C-G-
33、U-C-A-A-C-C-A-G-C-A-C- l新肽链新肽链蛋蛋(起起) - 苯丙苯丙 - 缬缬 - 天冬酰胺天冬酰胺-谷氨酰胺谷氨酰胺-组组- 第一碱基第一碱基第二碱基第二碱基第三碱基第三碱基U (尿嘧啶尿嘧啶)C (胞嘧啶胞嘧啶)A (腺嘌呤腺嘌呤)G (鸟嘌呤鸟嘌呤)U苯丙氨酸苯丙氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸苯丙氨酸丝氨酸丝氨酸酪氨酸酪氨酸半胱氨酸半胱氨酸C亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸( (终止子终止子) )( (终止子终止子) )A亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸( (终止子终止子) )色氨酸色氨酸GC亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸组氨酸组氨酸精氨酸精氨酸U亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯
34、氨酸组氨酸组氨酸精氨酸精氨酸C亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸A亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸GA异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸丝氨酸U异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸丝氨酸C异亮氨酸异亮氨酸苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸A蛋氨酸蛋氨酸( (起始起始) )苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸GG缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸甘氨酸甘氨酸U缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸甘氨酸甘氨酸C缬氨酸缬氨酸丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸A缬氨酸缬氨酸( (起始起始) )丙氨酸丙氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨
35、酸甘氨酸G8.4.2.3 基因的突变J由于由于DNA分子中发生碱基对分子中发生碱基对 的增添、缺失或改变的增添、缺失或改变, 而引起而引起 的的DNA结构的改变结构的改变, 叫做基因叫做基因 突变。突变。蛋白质蛋白质 正常正常 异常异常 氨基酸氨基酸 谷氨酸谷氨酸 缬氨酸缬氨酸 mRNA GAA GUA DNA CTT 突变突变 CATGAA GTAJ引起基因突变的因素可能有：引起基因突变的因素可能有：J物理因素物理因素 (X光、激光、放射性光、激光、放射性)；J化学因素化学因素 (能与能与DNA分子作用而改变分子作用而改变DNA分子结分子结构的化学物质构的化学物质)；J生物因素（细菌与病毒）
36、。生物因素（细菌与病毒）。J基因突变的特点：普遍性；随机性；低频性；有基因突变的特点：普遍性；随机性；低频性；有害性。害性。8.4.2.4 基因重组与转基因技术J在生物体进行有性生殖的过程中，来自父本和母本的基因在生物体进行有性生殖的过程中，来自父本和母本的基因重新组合，使子代产生变异。重新组合，使子代产生变异。J在自然界，基因变异的例子很多。在自然界，基因变异的例子很多。表8.1A 20种氨基酸（to be continued）L-左旋异构体，D-右旋异构体No 中文名称中文名称英文名称英文名称符号符号R-CH(NH2)-COOH1甘氨酸GlycineGlyH-2丝氨酸L-SerineSer
37、HO-CH2-3苏氨酸L-ThreonineThrCH3-CH(OH)-4半胱氨酸 L-CysteineCysHS-CH2-5酪氨酸L-TyrosineTyrHO-Ar-CH2-6天冬酰胺 L-AsparagineAsnH2N-CO-CH2-7谷氨酰胺 L-GlutamineGln H2N-CO-CH2-CH2-8天冬氨酸 L-Aspartic AcidAspHOOC-CH2-9谷氨酸L-Glutamic acidGluHOOC-CH2-CH2-10丙氨酸L-AlanineAlaCH3-表8.1B 20种氨基酸（continuing） L-左旋异构体，D-右旋异构体No 中文名称中文名称英文名
38、称英文名称符号符号R-CH(NH2)-COOH11 缬氨酸L-ValineVal(CH3)2-CH-12 亮氨酸L-LeucineLeu(CH3)2-CH2-CH-13 异亮氨酸L-IsoleucineIleCH3-CH2-CH(CH3)-14 脯氨酸L-ProlinePro-NH-CH2-CH2-CH2-15 苯丙氨酸L-PhenylalainePheAr-CH2-16 色氨酸L-TryptophanTrp17 蛋氨酸L-MethionineMet CH3-S-CH2-CH2-18 赖氨酸L-LysineLysNH2-(CH2)4-19 精氨酸L-ArginineArgNH2-C(NH)-N
39、H-(CH2)3-20 组氨酸L-HistidineHis 当两种化当两种化合物的组合物的组成和相对成和相对位置皆相位置皆相同，但它同，但它们互为镜们互为镜像关系，像关系，象左右手象左右手一样不能一样不能重合，这重合，这种异构称种异构称为为手性异手性异构构或或旋光旋光异构异构。如。如丙氨酸。丙氨酸。旋光仪工作原理简介旋光仪工作原理简介旋光仪构造示意图旋光仪构造示意图1.底座；底座；2度盘调节手轮；度盘调节手轮；3刻度盘；刻度盘；4目镜；目镜；5度盘游标；度盘游标；6物镜；物镜；7检偏镜检偏镜；8旋光管旋光管；9石英片石英片；10起偏镜起偏镜；11会聚透会聚透镜；镜；12钠光灯光源钠光灯光源 若
40、使偏正面逆时针旋转时则称为左旋若使偏正面逆时针旋转时则称为左旋 (异构异构) 体体, 反之反之称为右旋称为右旋 (异构异构) 体，分别在冠名前加体，分别在冠名前加L 和和D表示。表示。a. 大于大于(或小于或小于)零度视场零度视场 b. 零度视场零度视场 c. 小于小于(或大于或大于)零度视场零度视场 糖尿病糖尿病临床上表现为临床上表现为多食、多饮、多尿和体重减少多食、多饮、多尿和体重减少（俗称（俗称三多一少三多一少）。）。 由于血糖升高，致使体液（血液、淋巴液等）的浓度高于由于血糖升高，致使体液（血液、淋巴液等）的浓度高于正常值，使得细胞膜两侧的渗透压发生变化。为了使体液的浓正常值，使得细胞
41、膜两侧的渗透压发生变化。为了使体液的浓度恢复至正常值，肾脏通过排尿的方式向体外排放高浓度液体，度恢复至正常值，肾脏通过排尿的方式向体外排放高浓度液体，因而出现因而出现多尿多尿现象。现象。 由于体液浓度较高，加上因排尿量大水分损失多，故病人由于体液浓度较高，加上因排尿量大水分损失多，故病人常感到口渴，因而出现常感到口渴，因而出现多饮多饮现象。现象。 由于大量葡萄糖被排出体外而没有被吸收，故病人常感到由于大量葡萄糖被排出体外而没有被吸收，故病人常感到饥饿和乏力，因而进食量较大（饥饿和乏力，因而进食量较大（多食多食）。）。 最后由于营养吸收不好，日常的体力和热量消耗需通过消最后由于营养吸收不好，日常的体力和热量消耗需通过消耗脂肪来维持，故耗脂肪来维持，故体重会减轻体重会减轻。图8.2 双层磷脂形成的生物膜图8.3 五种碱基的结构式图8.4 核苷酸的结构式图8.5 DNA分子双螺旋结构示意图图8.6 碱基配对示意图
