《结构与功能》课件

《结构与功能》生命科学的基本原理课件大纲介绍生物学中的结构与功能微观到宏观的结构与功能12介绍结构与功能的概念，以及它们在生命科学中的重要性探讨从细胞到生态系统不同尺度的结构与功能结构与功能的进化生物医学中的应用3分析结构与功能在进化过程中的协同关系和适应性什么是生物学中的结构与功能结构功能生物体内各种组成部分的形态、组织和排列方式从分子到器官，结构所执行的特定任务或活动功能的实现依赖于结构的完整性和每个层次都有其特定的结构精确性结构与功能的基本关系相互依存相互制约动态平衡结构是功能的基础，功能是结构的目的结构决定了功能的范围和可能性，功能反结构和功能并非一成不变，而是随着环境两者相互依存，不可分割过来也会塑造结构的形态变化不断调整和适应，以维持生物体的动态平衡从微观到宏观不同尺度的结构与功能分子水平1蛋白质、等生物大分子的结构决定其特定的生物学DNA功能细胞水平2细胞膜、细胞器等结构的完整性保证细胞的正常生理功能组织水平3不同组织的结构特点决定其在器官中的特定功能器官水平4器官的结构整合不同组织的功能，实现更复杂的生理过程系统水平5器官系统的协同作用维持生物体的整体功能细胞膜的结构磷脂双分子层膜蛋白构成细胞膜的基本框架，具有疏水镶嵌或贯穿于磷脂双分子层中，负性和亲水性责物质运输、信号传递等功能糖类与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白或糖脂，参与细胞识别和细胞间通讯细胞膜的功能特点选择透过性信号传递细胞识别允许特定分子通过，控制细胞内外物质的通过膜蛋白接收细胞外信号，并传递到细细胞表面的糖类参与细胞识别和细胞间通交换胞内部讯蛋白质分子的结构一级结构1氨基酸的线性排列顺序二级结构2螺旋、折叠等局部结构的形成αβ三级结构3多肽链的整体三维结构四级结构4多个亚基组装形成的功能性蛋白质蛋白质结构与生物学功能酶抗体受体催化生物化学反应识别并结合抗原，参与结合激素等信号分子，免疫反应传递信息酶的结构特点活性中心辅助因子酶分子中与底物结合并发生催化反一些酶需要辅助因子才能发挥催化应的特定区域作用，如金属离子或辅酶变构位点酶分子中与调节分子结合的区域，影响酶的活性酶催化作用的机制底物结合酶与底物结合形成酶底物复合物-过渡态稳定酶降低反应的活化能，稳定过渡态产物释放酶释放产物，恢复到原始状态细胞器的结构线粒体叶绿体内质网高尔基体双层膜结构，内膜褶皱形成嵴双层膜结构，内部有类囊体和由膜构成的网络系统，分为粗由扁平囊泡组成的结构，参与基质面内质网和滑面内质网蛋白质的加工和运输细胞器的专业功能线粒体1细胞的能量工厂，进行有氧呼吸，产生ATP叶绿体2植物细胞进行光合作用的场所，将光能转化为化学能内质网3参与蛋白质的合成、加工和运输，以及脂质的合成高尔基体4对蛋白质进行加工、分类和包装，然后运送到细胞的其他部位或分泌到细胞外线粒体的结构外膜光滑的外层膜，含有许多通道蛋白，允许小分子自由通过内膜高度折叠的内层膜，形成嵴，含有许多参与氧化磷酸化的酶和蛋白质嵴内膜向内折叠形成的结构，增加了内膜的表面积，有利于的合成ATP基质内膜包围的空间，含有线粒体、核糖体和各种酶DNA线粒体的能量转换功能电子传递链2将电子传递给氧气，形成水，同时释放能量有氧呼吸1将有机物氧化分解，释放能量氧化磷酸化利用电子传递链释放的能量，将磷酸ADP3化为ATP叶绿体的结构外膜内膜类囊体基粒光滑的外层膜，具有选择透过内层膜，与外膜之间有间隙扁平的囊状结构，含有叶绿素由多个类囊体堆叠形成的结构性和其他色素，是光合作用光反应的场所叶绿体在光合作用中的角色光反应在类囊体膜上进行，吸收光能，将水分解为氧气和氢离子，并产生和ATP NADPH暗反应在基质中进行，利用光反应产生的和，将二氧化碳固ATP NADPH定为有机物细胞核的结构核膜双层膜结构，分隔细胞核和细胞质核孔核膜上的通道，允许物质进出细胞核核仁细胞核内的结构，负责核糖体的合成染色质由和蛋白质组成的复合物，是遗传信息的载体DNA基因表达与转录过程转录翻译修饰以DNA为模板，合成以mRNA为模板，合成对合成的蛋白质进行加RNA的过程蛋白质的过程工和修饰，使其具有生物活性的双螺旋结构DNA磷酸脱氧核糖骨架碱基配对由磷酸和脱氧核糖交替连接形成腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（）与胞嘧啶（）G C配对双螺旋两条链以反向平行的方式缠绕成双螺旋结构DNA复制机制DNA解旋双螺旋解旋，形成复制叉DNA引物合成聚合酶需要引物才能开始复制DNA链延伸聚合酶以为模板，按照碱基互补配对原则合成新的DNA DNADNA链染色体结构DNA1组蛋白2核小体3染色质纤维4染色体5染色体在遗传中的功能基因的载体1染色体是基因的载体，携带遗传信息遗传信息的传递2染色体在细胞分裂过程中进行复制和分离，保证遗传信息的准确传递基因的表达调控3染色体的结构和状态影响基因的表达组织的结构层次细胞细胞间质12组织的基本单位细胞之间的物质，由蛋白质和多糖组成组织3由形态相似、功能相关的细胞和细胞间质组成不同组织的特定功能肌肉组织神经组织结缔组织负责运动负责信息传递起支持、连接和保护作用上皮组织覆盖身体表面，具有保护、分泌和吸收等功能神经组织的结构神经元神经胶质细胞神经纤维神经组织的基本单位，负责传递神经冲支持、保护和营养神经元神经元的轴突和树突动神经细胞传导信号的机制静息电位神经元在静息状态下，细胞膜内外的电位差动作电位神经元受到刺激时，细胞膜内外的电位差发生快速变化神经递质神经元之间传递信号的化学物质肌肉组织的结构骨骼肌平滑肌心肌由肌纤维组成，具有横纹，受神经系统控由梭形细胞组成，没有横纹，受自主神经由心肌细胞组成，具有横纹，受自主神经制，能随意收缩系统控制，不能随意收缩系统控制，不能随意收缩肌肉收缩的功能原理神经冲动钙离子释放1神经冲动传到肌肉细胞钙离子从肌浆网释放2肌肉收缩肌动蛋白和肌球蛋白结合43肌动蛋白和肌球蛋白滑动，肌肉收缩钙离子促进肌动蛋白和肌球蛋白结合器官系统的结构呼吸系统循环系统消化系统神经系统器官系统之间的协调神经系统和内分泌系统呼吸系统和循环系统消化系统和循环系统协调身体的各种生理活动，如呼吸、心共同完成气体交换，为身体提供氧气共同完成营养物质的消化、吸收和运输跳和消化呼吸系统的结构鼻腔咽喉气管和支气管空气进入呼吸系统的通道，具呼吸道和消化道的共同通道发声器官将空气输送到肺部有过滤、加湿和加温空气的功能肺部气体交换功能氧气进入血液肺泡中的氧气通过扩散进入血液二氧化碳进入肺泡血液中的二氧化碳通过扩散进入肺泡气体运输氧气和二氧化碳通过血液运输到身体的各个部位循环系统的结构心脏血管血液泵血液运输的通道，包括动脉、静脉和毛细血管血液运输氧气、二氧化碳、营养物质和废物心脏泵血功能心房收缩心室收缩1心房收缩，将血液泵入心室心室收缩，将血液泵入动脉2心室舒张心房舒张43心室舒张，血液从心房流入心室心房舒张，血液从静脉流入心房消化系统的结构口腔食道胃小肠食物进入消化系统的通道，进将食物输送到胃储存食物，进行初步消化消化和吸收的主要场所行初步消化消化和吸收的功能消化将食物分解成小分子，如葡萄糖、氨基酸和脂肪酸吸收将小分子从消化道吸收到血液中运输将营养物质通过血液运输到身体的各个部位生态系统中的结构生产者消费者通过光合作用或化能合成制造有机以生产者或其他消费者为食物分解者将有机物分解为无机物生态系统的功能和平衡物质循环2物质在生态系统中循环利用能量流动1能量在生态系统中流动信息传递信息在生态系统中传递，调节生物之间的关系3结构与功能的进化突变1基因突变产生新的结构变异自然选择2具有适应性结构的个体更容易生存和繁殖适应性进化3结构和功能逐渐适应环境自然选择对结构的影响适应环境提高生存能力自然选择使得生物的结构更加适应环境，例如沙漠植物的根系发达，自然选择使得生物的结构更加有利于生存，例如鸟类的翅膀可以飞可以吸收更多的水分行，躲避天敌适应性进化的案例长颈鹿的脖子仙人掌的根鱼的鳍为了吃到高处的树叶，为了适应干旱的环境，为了适应水中的生活，长颈鹿的脖子越来越长仙人掌的根系非常发达鱼的鳍演化成游泳的器官结构与功能的协同性结构决定功能结构的特点决定了生物可以执行的功能功能影响结构长期执行某种功能会导致结构发生改变协同进化结构和功能共同进化，相互促进结构对功能的限制物理限制能量限制结构的物理特性限制了功能，例如生物需要消耗能量来维持结构和执骨骼的强度限制了生物的体型行功能，能量的限制会影响功能环境限制环境因素会影响结构的形成和功能的执行功能如何塑造结构鸟喙哺乳动物的牙齿植物的叶片不同鸟类的喙形状不同，适应不同的食物不同哺乳动物的牙齿形状不同，适应不同的不同植物的叶片形状不同，适应不同的光照食物条件生物医学中的结构与功能研究疾病的诊断药物的研发治疗方法的改进通过研究疾病的结构变化来诊断疾病通过研究药物与靶标蛋白的结构相互作用通过研究治疗方法对结构和功能的影响来来研发药物改进治疗方法现代研究技术介绍显微镜技术分子生物学技术12光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜等PCR、基因测序、基因编辑等生物信息学技术成像技术34基因组学、蛋白质组学、代谢组学等核磁共振成像、CT扫描、PET扫描等基因组学的突破人类基因组计划基因组编辑技术个性化医疗完成了人类基因组的测序，为理解人类疾CRISPR-Cas9等基因组编辑技术可以精确基于基因组信息的个性化医疗可以为患者病的遗传基础奠定了基础地修改基因组，为治疗遗传性疾病提供了提供更精准的治疗方案新的方法蛋白质组学的进展质谱技术蛋白质芯片技术蛋白质相互作用网络分析可以高通量地分析蛋白可以同时检测多种蛋白质的组成和结构质的表达水平可以研究蛋白质之间的相互作用关系结构生物学的发展射线晶体学核磁共振波谱学X通过分析X射线衍射数据来确定蛋通过分析核磁共振信号来确定蛋白白质的结构质的结构冷冻电子显微镜可以直接观察生物大分子的结构跨学科研究的重要性生物学1化学2物理学3数学4结构与功能的研究需要生物学、化学、物理学和数学等多学科的交叉融合结构与功能研究的前沿领域单分子生物学1研究单个分子的结构和功能合成生物学2设计和构建新的生物系统系统生物学3研究生物系统的整体行为未来可能的研究方向人工智能纳米技术大数据利用人工智能技术来预测蛋白质结构和功能利用纳米技术来构建和操纵生物分子利用大数据技术来分析生物数据，发现新的生物学规律生物技术的应用前景疾病的治疗农业的改良环境保护基因治疗、细胞治疗、免疫治疗等转基因作物、生物农药、生物肥料等生物修复、生物降解等结构与功能研究的伦理问题基因编辑的伦理问题合成生物学的伦理问题动物实验的伦理问题基因编辑技术可能被用于改变人类的遗合成生物学可能创造出新的生命形式，动物实验对动物造成痛苦，引发伦理争传特征，引发伦理争议引发伦理和安全问题议课件总结结构与功能是生命科学的核结构与功能的研究是生物医结构与功能的研究需要多学123心概念学的基础科的交叉融合结构决定功能，功能塑造结构为疾病的诊断、治疗和预防提供了理生物学、化学、物理学和数学等多学论依据科的交叉融合是结构与功能研究的趋势主要知识点回顾细胞的结构与功能1细胞膜、细胞器、细胞核等组织的结构与功能2肌肉组织、神经组织、结缔组织、上皮组织等器官系统的结构与功能3呼吸系统、循环系统、消化系统、神经系统等结构与功能的进化4自然选择、适应性进化等对未来生命科学的展望生命科学的未来充满希望，随着技术的不断进步，我们将更深入地了解生命的本质，并为人类的健康和福祉做出更大的贡献未来的生命科学将更加注重多学科交叉融合，更加注重个性化医疗，更加注重对生命伦理的思考。