生物化学与分子生物学PPT图片素材-ScienceSlide1

跨学科研究的融合
生物技术与医学
随着生物技术的不断发展，未来将更加深入地探索生命现象的本质，为医学领域 提供新的治疗手段和药物。
生物信息学与计算机科学
生物信息学与计算机科学的结合将加速数据处理和分析的进程，为生物化学与分 子生物学的研究提供强大的技术支持。
对人类健康和生活的影响
疾病预防与治疗
随着生化学与分子生物学的发展， 未来将更加深入地了解疾病的发病机 制，为预防和治疗提供更加精准和有 效的方案。
广泛应用于电力、热力、交通等领域，可替代化石能源，减少温室气 体排放。
生物环保
生物环保概述
生物环保是指利用生物学原理和技术，解决环境问题、保护生态 环境的学科和技术领域。
生物环保的主要技术
包括生物净化、生物修复、生态恢复等。
生物环保的应用场景
广泛应用于水体治理、土壤修复、生态恢复等领域，对于保护生态 环境具有重要意义。
生物安全与伦理
生物安全与伦理概述
生物安全与伦理是指在生命科学研究、应用和实践中，遵 循科学道德、保护受试者和公众利益的原则和规范。
生物安全与伦理的主要原则
包括尊重人权、保护受试者权益、防止滥用科学技术等。
生物安全与伦理的实践意义
保障生命科学研究和应用活动的合法性、合理性和公正性 ，促进人类社会的可持续发展。
05
展望未来生物化学与 分子生物学的发展
新技术与新方法的出现
基因编辑技术
随着CRISPR-Cas9等基因编辑技术 的不断完善，未来将更加精准地实现 对基因的修改和调控，为遗传病治疗 和生物育种等领域带来突破。
人工智能与生物信息学
人工智能和生物信息学在生物化学与 分子生物学中的应用将更加广泛，有 助于高效解析生命现象、发现新药靶 点以及优化实验设计等。

学科
杂志总数 >10
平均引用指数
>30杂志数
总论 化学 物理 数学 生物
3 2 5 1 38
17.8 11.8 22.0 18.2 19.1
0 0 2 0 7
• 下面让我们来看一看从1910年到现在分子生物学史上的一 些情况。
1910年，德国科学家Kossel获得了诺贝尔生理医学奖， 他首先分离出腺嘌呤、 胸腺嘧啶、和组氨酸。 1959年，Uchoa发现了细菌的多核苷酸磷酸化酶，成 功地合成了核糖核酸，研究并重建了将基因内的遗传信息 通过RNA中间体翻译成蛋白质的过程。而Kornberg则实现 了DNA分子在细菌细胞和试管内的复制。他们共同分享了 当年的诺贝尔生理医 学奖。 1962年，Watson和Crick因为在1953年提出了DNA 的反向平行双螺旋模型而与Wilkins共享诺贝尔生理医学奖， 后者通过对DNA分子的X射线衍射研究证实了Watson和 Crick 的DNA模型。
PCR、转基因(transgene)、基
因剔除（gene knock out）等

核酶(ribozyme)的发现 人类基因组计划(human genome project) 后基因组研究（蛋白质组学proteomics）
• 1985年5月，加州大学校长Robert提出测定人
类基因组全序列 • 1986年3月，诺贝尔奖获得者Dulbecco首次提 出人类基因组计划的概念 • 1990年10月，正式启动人类基因组计划 • 1999年7月，中国科学院遗传研究所承担了1%
1993年，Roberts和Sharp由于在断裂基因方面的工 作而荣获诺贝尔生理医学奖。 Mullis由于发明PCR仪而与 第一个设计基因定点突变的Smith共享诺贝尔化学奖。

生物氧化是指生物体内有机物氧化分解的过程，释放出能量供生命活动需要。能量转换是指生物体内能量的形式 转换，包括光合作用、呼吸作用等过程。
03
分子生物学基础
DNA、RNA和蛋白质的结构与功能
01
DNA双螺旋结构
DNA是由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴盘绕而成的双螺
旋结构，碱基位于内侧，通过氢键相互配对，磷酸和脱氧糖在外侧构成
基本骨架。
02
RNA种类与结构
RNA是单链结构，根据功能不同分为mRNA、tRNA和rRNA。mRNA
是蛋白质合成的直接模板；tRNA具有携带氨基酸进入核糖体的功能；
rRNA是核糖体的主要成分，参与蛋白质合成。
03
蛋白质结构与功能
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的生物大分子，具有复杂的空间构
象和多样的生物学功能。
生物催化剂与代谢途径
总结词
介绍生物催化剂和代谢途径的基本概 念和作用。
详细描述
生物催化剂是指酶，具有高效性和专 一性，能够加速生物体内的代谢反应 。代谢途径是指一系列相互关联的生 化反应序列，是生物体内物质转化和 能量转化的基础。
生物氧化与能量转换
总结词
介绍生物氧化和能量转换的过程和作用。
详细描述
对人类社会的影响与意义
医领域
生物化学与分子生物学的发展将有助于疾病的早期诊断、 预防和治疗，提高人类的健康水平和生活质量。
工业领域
利用生物化学与分子生物学的原理和技术，开发新的工业 生产技术和工艺，降低能耗和环境污染，促进可持续发展 。
农业领域
通过分子生物学和基因工程技术的应用，培育出抗逆、抗 病、优质、高产的农作物新品种，提高农业生产效率和粮 食安全水平。

核酸片段（60-80bp）
用细胞总mRNA，制备全套双链cDNA后，建立 表（达目的基因）
目前用基因工程生产的蛋白质药物已达数十种，许多以前本不可能大量生产的生长因子，凝血因子等蛋。
化学合成
• 根据已知多肽链的氨基酸顺序，利用遗传密码表推定其核苷酸顺 序再进行人工合成。适应于编码小分子多肽的基因。较短的核酸 片段（60-80bp）
多肽链的氨基酸顺序
mRNA的碱基排列顺序
化学合成目的基因
相应的基因结构
化学合成的最大优点是可以合成一些分离较困难的基因。 化学合成的不足之处在于：（１）要已知基因的核苷酸顺 序；（２）基因不能太大，这一方面是测定核苷酸（或氨 基酸）顺序比较困难，另一方面是因为每次仅能合成几百 ｂｐ的短片段，短片段越多，要连接成正确的基因顺序就
外源基因在宿主细胞中的表达第二条DNA链到cDNA；比较基因组与cDNA
➢ 构建基因组获取目的基因存在的问题—— 费时费事 内含子序列
➢ 反转录人工合成互补DNA方法的优势—— 不含内含子序列
获取的DNA片段往往是具有特定功能的目的基因
聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）
科恩随后以DNA重组技术发明人的身份向美国专利 局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。这标志 着自然界不同物种间在亿万年中形成的天然屏障被打 破了，人类可以根据自己的意愿定向地改造生物的遗 传特性，甚至创造新的生命类型。
1977年，吉尔伯特（W·Gilbert）分别将编码胰岛 素和干扰素的DNA经过体外重新拼接后，导入大肠杆菌 中，分别使大肠杆菌合成了胰岛素和干扰素。
质粒载体的一般结构
存在于细菌染色 体外的小型环状 DNA分子。
具有自我复制功 能。

.
5
目录
蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此， 只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以 下公式推算出蛋白质的大致含量：
100克样品中蛋白质的含量 (g %) = 每克样品含氮克数× 6.25×100
1/16%
.
6
目录
一、组成人体蛋白质的20种L--氨基酸
.
3
目录
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
➢ 作为生物催化剂（酶） ➢ 代谢调节作用 ➢ 免疫保护作用 ➢ 物质的转运和存储 ➢ 运动与支持作用 ➢ 参与细胞间信息传递
3. 氧化供能
.
4
目录
组成蛋白质的元素
主要有C、H、O、N和 S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、 铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘 。
.
17
目录
几种特殊氨基酸
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
.
18
目录
半胱氨酸
-OOC-CH-CH2-SH + HS-CH2-CH-COO-
+NH3
-HH
+NH3
-OOC-CH-CH2-S S-CH2-CH-COO-
+NH3
+NH3
二硫键
•胱氨酸
.
19
目录
➢ 在蛋白质翻译后的修饰过程中，脯氨酸和赖氨酸 可分别被羟化为羟脯氨酸和羟赖氨酸。
肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成 的化学键。
.
25

（1）非极性疏水性氨基酸 含有非极性的侧链，具有疏水性（Gly除外）。 种类：甘(Gly)、丙(Ala)、 缬(Val)、亮(Leu)
异亮（Ile）、脯(Pro)、苯丙(Phe) 侧链不溶于水、无极性、无电荷
非极性疏水性氨基酸
H CH COO- 甘氨酸
NH
+ 3
Glycine(Gly)
H3C CH COO - 丙氨酸
1
10
S
21 S
S
S
B链
苯丙-缬-天胺-谷胺-组-亮-半-甘-丝-组-亮-缬-谷-丙-亮-酪-亮-缬-半-甘-谷-精-甘-苯丙-苯丙-酪-苏-脯-赖-苏
1
10
20
30
•牛胰岛素的一级结构胰岛素由A、B两条多肽链组成，A链含21个氨基酸残基， B链含30个氨基酸残基。A链内有一个链内二硫键，A与B之间有两个链间二硫 键。由于两条链之间由共价键相连接，所以胰岛素没有四级结构。
Tyr
Val
Cys
Gly Glu
Leu 20 Arg
Gly
Phe Phe
25
Tyr Leu 15
B链
Leu
Ala
Val Glu
人胰岛素的一级结构
（四）蛋白质的二级结构 （secondary structure）
概念：指多肽链主链局部的、有规则的 重复空间构象，不涉及氨基酸侧 链的构象。
稳定因素：在肽键的羰基氧和亚氨氢之 间形成的氢键
NH
+ 3
Alanine (Ala)
H3C
CH H3C
CH COO -
NH
+ 3
缬氨酸 Valine (Val)
H3C CH
CH2

中国的炼金术除了得到贵金属以外，还致力于研制长生不老之药“ 金丹”。因
此, 中国的炼金术的化学成份比其他古代文明要浓。
中国的炼金术随丝绸之路传到了阿拉伯文化圈, 所以有了alchemy这个行业。
4世纪), 11~13世纪十字军的侵略将散落在阿拉伯文化中的希腊文化又带回了欧洲, 也顺 便将中国的炼金术带进入了西方文明。此后，西方的炼金术活动朝着独自的方 向发展，特别是对酸, 碱, 盐等物质的化学性质有了相当的知识积累。
• 反应类型不多； • 反应机理符合有机化学 理论； • 调节控制与生物学功能 相适应。
（三）信息分子的生物合成
复杂性 • 合成过程复杂； • 调节控制复杂； • 与生命现象的关系 复杂。 规律性 • 遗传密码已经破译； 基因表达的基本过程 已经清楚； • 生物大分子结构与功 能的关系逐渐明晰； • 研究方法日新月异。
（一）生物体的组成物质
复杂性 组成物质多；分子大；空间 结构复杂。
规律性 元素→构件小分子→聚合物 （生物大分子）； 结构与功能相适应。
（二）物质和能量代谢
复杂性
• 多步化学反应构成代谢 途径； • 多条代谢途径相互交织 成网； • 物质代谢和能量代谢相 互交织； • 调节控制有条不紊。
规律性
三.生物化学与分子生物学同生产实践的关系
启蒙阶段 • 食品选择和加工； • 医疗。 发展阶段 • 维生素、抗生素→医疗； • 代谢→食品、医疗； • 分子生物学→ 基因工程、 蛋白质工程。
发展前景 • • • • • 生物制品； 转基因动植物； 基因芯片； 基因诊断； 基因治疗。
四.生物化学的发展史
生物化学与 分子生物学
绪论
一．生物化学与分子生物学的定义
生物化学是用化学的理论和方法研究生命 现象的科学。 分子生物学是研究生物大分子结构和功能的 学科。 生物化学与分子生物学是同一个二级学科, 在大学本科阶段可以作为两门课开设, 也可以 作为一门课开设.