生物信息学的生物学基础

生物信息学的生物学基础第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日总结第一节引言

——从人类基因组计划说起第二节生物信息学及其发展历史第三节生物信息学主要研究内容

1、生物分子数据的收集与管理

2、数据库搜索及序列比较

3、基因组序列分析

4、基因表达数据的分析与处理

5、蛋白质结构预测

第四节生物信息学当前的主要任务

1、基因组

2、蛋白质组

3、蛋白质结构

4、药物设计第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日编号名称第一章生物信息学引论第二章生物信息学的生物学基础第三章生物信息学数据库资源第四章DNA和蛋白质序列分析第五章系统发生分析第六章基因表达数据分析第七章其他常用生物信息学工具第八章电子克隆的原理和应用第九章基本生物信息学工具的开发与应用第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第二章生物信息学的生物学基础第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日调查：咱们已经具备了怎样的生物学基础？第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日普通生物学

细胞遗传进化分子生物学

——

研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能和相互关系

——

研究生物大分子在生命活动中的重要性、规律性，从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘

第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日生物信息学

生物信息是：核酸和蛋白质第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细胞蛋白质核酸研究手段提纲第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日生命活动的基本单位是什么？？？Question1第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细胞生命的精致生命不息，细胞活动不止第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细胞细胞活动不止第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细胞两类细胞：原核细胞：细菌、蓝细菌、原绿藻真核细胞：如真菌、动物、植物思考：原核和真核细胞的区别？？？第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日原核细

胞主要特点：1.遗传物质仅一个环状DNA或RNA2.无细胞核，无核膜3.无细胞器,无细胞骨架4.以无丝分裂或出芽繁殖代表生物:支原体,细菌,兰藻,螺旋藻(人类未来的蛋白质食物新来源)细胞第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日真核细

胞主要特点：1.遗传物质主要聚集在染色体上2.有细胞核，有核膜3.有细胞器,有细胞骨架4.有丝分裂和减丝分裂代表生物:酵母，动物和植物等。细胞第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日真核细

胞三大结构体系3.膜系统:

质膜,内膜系统,细胞器1.细胞核系统:

遗传信息表达系统2.骨架系统:

细胞质,细胞核等的骨架系统细胞第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日真核细

胞细胞第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日真核细

胞细胞细胞的主要构成部分：细胞核细胞膜细胞器细胞质第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细

胞

核细胞真核细胞中的细胞控制中心包含遗传信息（染色质）与细胞质中的其它细胞器通讯

第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细

胞

膜细胞细胞膜的最重要的特征是？？半透性第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细

胞

器细胞线粒体：能量加工厂内质网：蛋白质和脂肪合成场所高尔基体：加工和包装的场所溶酶体：水解酶催化降解的场所第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日真核细

胞

的

分

裂细胞

第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日真核细

胞

细胞

思考题：遗传物质基本一样的细胞，为什么形成细胞群的功能千变万化？细胞分化，基因表达模式，蛋白的修饰第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日生命活动的执行者是什么？？？Question2第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日20种标准氨基酸蛋白质氨基酸名称英文缩写简写氨基酸名称英文缩写简写甘氨酸GlyG丝氨酸SerS丙氨酸AlaA苏氨酸ThrT缬氨酸ValV天冬酰胺AsnN异亮氨酸IleI谷酰胺GlnQ亮氨酸LeuL酪氨酸TyrY苯丙氨酸PheF组氨酸HisH脯氨酸ProP天冬氨酸AspD甲硫氨酸MetM谷氨酸GluE色氨酸TrpW赖氨酸LysK半胱氨酸CysC精氨酸ArgR第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日20种标准氨基酸蛋白质按照侧链化学性质的不同分为：极性氨基酸（容易与水分子形成氢键）Ser、Thr、Cys、Asn、Gln、Tyr、Gly带电氨基酸His、Arg、Lys（+）碱性氨基酸Asp、Glu（-）酸性氨基酸疏水性氨基酸Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Trp、Pro和Met第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构蛋白质的一级结构（primarystructure）蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸的序列（包括二硫桥的位置）

第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构1953年，桑格所测定的牛胰岛素序列

第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构蛋白质的二级结构（secondarystructure）二级结构主要有以下几种形式：（i）螺旋（ii）折叠

–

平行折叠反平行折叠（iii）转角–

连接作用”U”型结构（大多Phe,Gly组成）（iv）无规卷曲-没有确定规律性的肽链构象，但仍是紧密有序的稳定结构

（v）无序结构多肽链中有６０％的区段为螺旋和折叠

第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构螺旋

肽链主链骨架围绕中心轴盘旋成螺旋状的结构。第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构折叠

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第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构转角

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。（大多Phe,Gly组成）第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构蛋白质的三级结构

在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象α螺旋β折叠Zn疏水核心α螺旋第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质的结构蛋白质的四级结构

组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接。疏水力、氢键、盐键第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日蛋白质蛋白质结构与功能的关系一级结构即氨基酸顺序

高级结构

生物学功能（1）蛋白质一级结构与功能的关系 序列分析（2）蛋白质空间构象与功能的关系 结构分析第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细胞蛋白质核酸研究手段第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸核酸的化学结构

碱基+戊糖

核苷+磷酸

核苷酸

聚合

核酸

碱基戊糖磷酸第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日符号含义说明GG鸟嘌呤AA腺嘌呤TT胸腺嘧啶CC胞嘧啶RGorA嘌呤YTorC嘧啶MAorC氨基KGorT酮基SGorC强氢键（3个氢键）WAorT弱氢键（2个氢键）HAorCorT非GBGorTorC非AVGorCorA非T(非U)DGorAorT非CNGorAorTorC任意碱基扩展的遗传学字母表或IUPAC编码第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸DNA的一级结构（1）DNA的碱基组成（i）A=T,G=C

（ii）A+G=C+T

（2）DNA的一级结构由A、T、C、G四种脱氧核苷酸通过3‘、5’-磷酸二酯键连接而成的长链高分子多聚体为DNA分子的一级结构

第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸RNA和核糖体RNA是单链分子,RNA主要有三种

:信使RNA（mRNA）-转录遗传信息核糖体RNA（rRNA）-蛋白质合成转运RNA（tRNA）-转运氨基酸

核糖体是蛋白质合成的场所，核糖体主要由蛋白质分子和rRNA组成

第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸RNA和核糖体反密码子氨基酸新生肽链核糖体mRNAmRNA，tRNA，rRNAtRNA16SrRNA可识别mRNA起始位点第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸遗传密码的基本特征

密码无标点符号密码的简并性（degeneracy）特殊密码子第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸中心法则

复制

DNA

转录

逆转录

复制

RNA

蛋白质

翻译

调控第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸基因

基因具有几个重要的特征：基因是一种相对独立的遗传信息单位；基因是一段DNA分子，遗传信息贮存在DNA中；基因通过指导合成蛋白质或RNA，进而产生生理功能，或影响其他基因的表达。第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸基因原核生物基因的转录：

ipoZYA操纵子模型

结构基因调节基因操纵基因操纵子第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸基因真核生物基因组

特点：

（1）真核细胞的基因结构

外显子(ATG,TAA,TGA,TAG)

内含子（5‘-GT……AG-3’） 完整的基因结构（2）单拷贝基因和基因家族（3）重复序列第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期日TATA盒

翻译起始植物C/GAANNATGG动物A/GNNATGG

各内含子加poly(A)信号植物G/AATAA1-3动物AATAAA

终止密码子

各个外显子

AGGA或

CAAT盒

加帽位点5'm7GpppNp

5'端真核基因的一般结构

TSS

第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸基因真核生物基因：TSS

第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸基因--蛋白ORF第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期日核酸真核生物基因表达的调控

转录前调控转录调控转录后调控

翻译调控蛋白质后加工第五十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期日细胞蛋白质核酸研究手段第五十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期日基本分子生物学研究手段

PCRPCR反应液体的成分:PCR循环的程序:PCR原理：第五十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期日基本分子生物学研究手段