山西师大郜刚生物信息学-02-1-生物信息学的生物学基础-1.ppt

生物信息学 Gào Gàng 郜刚 山西师范大学生命科学学院ggsxnu@126.com §3.1 生命的分子骨架 生命本质的一致性 生命形态千差万别 生命组成及生物大分子的构筑：以非生命界的材料和化学规律为基础 生物大分子化学结构：高度有序化、个性化 在元素周期表所列的一百多种元素中，约60种元素参与生命的组成 构成生命的化学元素 最重要的元素(占体重96%以上)： C、H、O、N 常量元素(占体重99.35%) ： C、H、O、N、Ca、P、K、S、Na、Cl、Mg等 微量元素(含量低于0.01%) ： Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、V、Cr、Ni、Sn、Si、Se、F、I等 Ni、Cr、Cu、Co、F、I、Fe、Mn、Mo、Se、Si、Sn、V、Zn 微量元素 (0.01%) 0.1 0.2 0.2 0.3 0.4 1.0 1.5 3.3 9.5 18.5 65.0 重量百分比 (%) Mg Cl Na S K P Ca N H C O 常量元素 人体中存在的元素 C、H、O、N是能形成共价键的最轻元素 C、N、O都具有形成多键的倾向，使分子具有极强的稳定性 C原子的特点：与其它原子形成强的共价键；碳原子彼此连接成链状或环状大分子 一致性：链状或环状碳架是构成生物分子的基本骨架 生物大分子的碳链骨架 §3.2 生物大分子 从化学成分看，生物体内除了水、无机盐类、离子，主要有4类分子，其中3类可以形成大分子。 蛋白质 氨基酸 核糖核酸RNA、脱氧核糖核酸DNA 核苷酸 脂肪酸 多糖、淀粉、糖原、纤维素 单糖、双糖 大分子 小分子 糖的生物功能 作为燃料（是生命活动所需的能源） 重要的中间代谢物 参与生物大分子组成 作为信号分子 碳水化合物，含C、H、O三种元素，比例一般为1:2:1。 小分子：单糖、双糖、三糖 大分子（由单糖构成的多糖）：淀粉、糖原、纤维素 1. 糖类（carbohydrates） 单糖(monosaccharides) 分子式：(CH2O)n ，n=3 葡萄糖（glucose）： (CH2O)6 双糖(disaccharides) 由2个单糖缩合而成 麦芽糖（maltose）：淀粉的基本结构单位，C12H24O12 多糖(polysaccharides) 由很多单糖分子缩合脱水而成的长链大分子 淀粉(starch)：植物细胞中以贮藏状态存在，(C6H10O5)n 糖原(glycogen)：动物细胞中贮存的糖 纤维素(cellulose)：高等植物细胞壁的主要成分 脂类的生物功能 构成生物膜的骨架 储存能量（效率是糖的2倍左右） 构成生物表面的保护层、保温层 重要的生物学活性物质 碳水化合物，含C、H、O三种元素，H:O远大于2，某些脂类含有P、N； 不溶于水，但溶于非极性溶剂； 中性脂肪、磷脂、类固醇、萜类 2. 脂类（lipids） 中性脂肪(fat)、油(oil) 甘油和脂肪酸结合生成的三酰甘油酯，高度疏水 植物脂肪含大量不饱和脂肪酸，液态，称为油 动物脂肪富含饱和脂肪酸，可呈固态 蜡(wax) 长链醇和长链脂肪酸结合生成的酯，比三酰甘油酯更疏水 蜂蜡的重要成分 植物果实、叶片的天然覆盖层 动物表皮、羽毛的覆盖层 磷脂(phospholipids) 主要存在于细胞膜系统中； 卵磷脂、脑磷脂是构成生物膜磷脂双分子层的主要成分 类固醇(steroids) 芳香族结构，理化性质与脂类相近，不溶于水，溶于有机溶剂 胆固醇(cholesterol)：动物细胞膜和神经髓鞘的重要成分，与膜的透性有关。 重要的生物活性物质：性激素、维生素D、肾上腺皮质激素 蛋白质的生物功能 是遗传信息转化成生物结构和功能的表达者； 参与基因表达的调节，以及细胞中氧化还原反应、电子传递、神经传递、学习记忆等重要生命过程； 酶（一类重要的蛋白质）在细胞和生物体内各种生化反应中起催化作用； 某些蛋白质为生物生长提供营养； 某些蛋白质是动物的攻防武器（蛇毒、蜂毒）。 蛋白质是细胞的重要组成成分。除含有C、H、O、N外，还有S。蛋白质的基本结构单位为氨基酸（amino acid）。蛋白质种类繁多，估计有1010～1012种。 3. 蛋白质(protein)和氨基酸(amino acid) 氨基酸(amino acid) 是蛋白质的结构单体； 天然存在于蛋白质中的氨基酸只有20种； 结