第二讲分子生物学基础i）（螺旋.doc

第二章 分子生物学基础 分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能和相互关系及其在生命活动中的重要性、规律性的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界奥秘的科学，分子生物学的研究成果使人类逐步从被动地适应自然界转向积极主动地改造自然界。Sanger于1953年首先完成牛胰岛素的氨基酸序列分析，同一年Watson和Crick提出著名的DNA双螺旋结构模型，它揭开了人们从分子水平研究生命科学的序幕，产生了新的边缘学科——分子生物学。分子生物学研究目标是在分子水平上掌握细胞的活动并揭示生命的本质。半个世纪以来，生物科学家经过不懈的努力，赢得了本世纪自然科学伟大的革命，DNA结构、RNA在蛋白质合成中的功能、蛋白质的结构和功能、遗传密码子及基因表达调控的本质等一一被揭示。分子水平的生物学研究，正在越来越多地影响各个传统生物科学领域，如组织学、细胞学、解剖学、胚胎学、遗传学、生理学和进化学等。 现代生物学研究发现，所有生物体中的有机大分子都是以碳原子为核心，碳原子以共价键的形式与氢、氧、氮及磷原子结合。不仅如此，一切生物体中的各类有机大分子都是由一些完全相同的单体所构成，如构成蛋白质分子的20种氨基酸，构成DNA和RNA分子的5种核苷酸（！主要是五种）。关于生物大分子的构成，分子生物学有三条基本原则：（1）构成生物体各类有机大分子的单体在不同的生物中都相同；（2）生物体内一切有机大分子的构成都遵循共同的规则；（3）某一特定生物体所拥有的核酸及蛋白质分子决定了它的属性。 作者是在参考大量文献的基础上编写了“分子生物学基础”这一章。 第一节 细胞 各种生物体之间存在着差异，这种差异是由基因组所决定的。尽管各种生物体的基因组不一样，但是所有的生物体都具有一种共同的成分——细胞（Alberts et al., 1989；陈阅增等，1999）。无论是多么复杂的生物，一切生命活动都是发生在细胞中，生命的各种活动如生长、发育、遗传等，都是在细胞代谢的基础上实现的。 有两类细胞，一类是原核细胞，另一类是真核细胞。细菌是原核细胞，蓝藻也是原核细胞，其它生物都是由真核细胞构成的。（！原核生物包括细菌、蓝藻和原绿藻三类，陈阅增）原核细胞比真核细胞小，结构也简单的多。任何细胞都含有包围在细胞膜内的细胞质和遗传物质，遗传物质为细胞中的其它成分编码，编码信息一般贮存在DNA长链上。对于真核生物，DNA主要聚集在染色质上，有些病毒将遗传物质贮存在RNA上。蛋白质是细胞生物功能的执行者。作为酶，蛋白质可以大大加快细胞内各种化学反应的速度。蛋白质有很多功能，如蛋白质在细胞内可以充当结构支撑物，蛋白质也是免疫系统的关键。细胞与细胞间以及与外界环境不断进行着物质交换和信息传递，这些都依赖于存在于细胞表面的或跨膜的蛋白质。细胞与细胞间以及与外界环境不断进行着物质交换和信息传递的分子基础在整个生命世界也是高度一致的。在下一节，将详细介绍蛋白质。下面简述一个细胞的主要构成部分。 细胞膜和细胞壁。细胞膜又称质膜，它是细胞的表面边界，细胞膜的主要物质是磷脂，而磷脂是一种附着磷酸盐基团的油脂，其中附着磷酸盐基团的一端亲水，而另一端疏水。从结构上看，细胞膜有双层磷脂，其中疏水端向内，亲水端向外。这样可以保护水和其它物质，防止流失。当然，细胞有特殊的通道与外界进行物质交换。细胞膜最重要的特性之一是半透性，即有选择地允许物质通过扩散和主动运输等方式出入细胞，从而保证细胞的正常代谢。细胞膜有许多功能，例如与外界进行物质交换，接受外界传导信号。植物细胞在细胞膜之外还有细胞壁，它是无生命的结构，其组成成分是细胞分泌的产物，其功能是保护细胞。 细胞核。细胞核是真核细胞的特征，它包含以染色质形式而存在的遗传物质。染色质上有处于不同构象的DNA长链，这些DNA长链被核蛋白所包裹。一层核膜包围着细胞核，使之与细胞的其它部分分割开。细胞核在细胞的代谢、生长和分化中起着重要的作用，它是细胞的控制中心。细胞核内还有核仁、核基质等。所有真核细胞都具有细胞核。 细胞质和细胞器。在细胞膜与细胞核之间是透明、粘稠的胞质胶状聚集体。对于原核生物，细胞质包含一个细胞的所有物质；对于真核生物，细胞质包含除细胞核之外的所有物质，包含各种细胞器。主要的细胞器有内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、线粒体、质体、鞭毛、纤毛、微体、液泡、中心粒、等。内质网是细胞内的一个复杂的膜系统，具体说是有细胞内囊腔和细管彼此相连所形成的管道系统。核糖体是由蛋白质和RNA组成的复合物，它是合成蛋白质的场所。高尔基体是细胞分泌物的最后加工和包装的场所。溶酶体的功能是消化从细胞外吞入的颗粒和细胞本身产生的碎渣，溶酶体内含40种以上水解酶，可催化蛋白质、多糖、脂类以及DNA和RNA等大分子的降解。线粒体是细胞呼吸和能量代谢的中心，含有细胞呼吸所