《生物化学与生物》课件

生物化学与生物学生命科学的奇妙世界探索生命的分子基础揭示生命系统的复杂机制跨越微观与宏观的生命奥秘生物科学概论生物化学定义交叉领域研究生命体分子结构与功能分子生物学与生物化学密切相连发展趋势多学科融合推动生命科学进步生命的基本特征新陈代谢生长与发育能量转换与物质交换过程从简单到复杂的自我完善适应与进化遗传与变异3环境适应与物种发展基因信息传递与多样性产生生命科学研究的历史里程碑显微镜发明1世纪，揭示微观世界17双螺旋2DNA年，沃森与克里克1953基因组计划3年完成，解码人类基因2003技术4CRISPR世纪，精准基因编辑21生物化学研究的意义解析生命机制理解分子水平生命活动疾病预防与治疗发现治疗靶点，开发新药生物技术创新推动医药农业工业发展生态环境保护理解生态系统平衡机制细胞生命的基本单位原核细胞真核细胞细胞组成无核膜，结构简单具核膜，结构复杂膜系统控制物质交换细菌与古菌的典型结构动植物细胞的基本类型细胞器执行专门功能细胞膜的结构磷脂双分子层疏水尾部朝内，亲水头部朝外膜蛋白通道、受体与酶的功能选择性通透性控制物质进出细胞膜转运被动扩散与主动转运机制细胞核与遗传信息染色体结构复制DNA与组蛋白形成染色质聚合酶催化复制DNA DNA分裂期形成可见染色体半保留复制确保准确性基因表达遗传信息传递转录为细胞分裂DNA RNA翻译为蛋白质精确分配遗传物质RNA细胞骨架微丝肌动蛋白组成，参与细胞运动微管管状蛋白结构，细胞分裂关键中间纤维提供机械支持，维持细胞形态运动机制分子马达蛋白驱动细胞迁移细胞信号传导受体蛋白接收特异信号分子信号分子激素、生长因子等第一信使细胞间通讯直接接触或化学信使信号级联反应放大信号效应，触发细胞应答细胞周期期期G1S细胞生长期，合成和蛋白质复制期，染色体数量翻倍RNA DNA期期M G2有丝分裂期，细胞分裂成两个分裂前准备期，检查复制DNA细胞能量代谢线粒体是细胞能量工厂，通过电子传递链传递电子形成质子梯度，驱动合成，实现氧化磷酸化ATP生物大分子概论核酸蛋白质碳水化合物存储遗传信息，指执行结构功能和生提供能量，形成细导蛋白质合成化反应胞结构脂类构成生物膜，储存能量蛋白质结构一级二级氨基酸序列局部折叠由肽键连接的氨基酸线性排列α螺旋与β折叠结构三级四级空间构象亚基组装单链多肽的完整三维折叠多个肽链相互作用形成功能单位蛋白质功能酶催化结构支持免疫防御促进生化反应，特异性高维持细胞形态与组织结构识别抗原，清除外来物质酶的基本特性核酸结构结构双链双螺旋，脱氧核糖骨架DNA类型，，，非编码RNA mRNAtRNA rRNARNA核苷酸组成碱基，五碳糖，磷酸A,G,C,T/U信息编码碱基序列编码遗传信息基因表达过程转录加工翻译蛋白修饰RNA转录为剪接修饰形成成熟核糖体合成多肽链折叠修饰形成功能蛋白DNA RNAmRNA碳水化合物脂类分子脂肪酸饱和与不饱和能量储存基本单位磷脂细胞膜主要成分亲水头部与疏水尾部甾体胆固醇与激素调控生理功能生物功能膜结构形成能量储存与供应代谢概论同化作用异化作用简单分子合成复杂分子，消耗能量复杂分子分解为简单分子，释放能量能量转化代谢途径作为能量货币在代谢中循环使用多步骤酶催化反应系列ATP糖代谢糖酵解葡萄糖分解为丙酮酸，产生ATP三羧酸循环丙酮酸完全氧化为，产生还原力CO2糖异生非糖物质合成葡萄糖，维持血糖血糖调节胰岛素与胰高糖素平衡调控脂代谢脂肪酸氧化1氧化循环，每轮断裂碳原子β2胆固醇代谢2合成与转运，形成脂蛋白脂类合成3乙酰为前体，在肝脏进行CoA能量储存4甘油三酯形式，脂肪组织存储蛋白质代谢氨基酸转化蛋白质合成蛋白质降解氮平衡转氨作用遗传密码解读泛素蛋白酶体系统摄入与排出氮的平衡-氨基酸脱氨基形成酮酸核糖体催化肽键形成溶酶体途径分解健康生长需保持正氮平衡α-能量代谢线粒体是能量代谢中心，通过氧化磷酸化耦联电子传递链产生，是细胞能量转化的主要场所ATP光合作用光反应叶绿素吸收光能，产生和ATP NADPH暗反应卡尔文循环固定合成葡萄糖CO2碳固定酶催化与结合RuBisCO CO2RuBP光合效率自然条件下仅利用光能的1-2%细胞呼吸38产能效率每分子葡萄糖理论产生38ATP2糖酵解细胞质中产生净2ATP2循环TCA直接产生2ATP，同时产生还原力34氧化磷酸化电子传递链理论产生约34ATP基因调控转录后调控剪接、修饰与降解RNA转录调控2启动子与增强子调节基因表达表观遗传甲基化与组蛋白修饰DNA基因开关转录因子结合调控元件修复机制DNA错配修复识别并修正复制中的碱基错配DNA切除修复切除并替换损伤的片段DNA同源重组利用姐妹染色单体修复双链断裂修复缺陷导致基因组不稳定与癌症发生突变与进化突变类型自然选择进化机制点突变、染色体变异、基因重排适应环境的基因变异得以保留突变、选择、基因漂变、基因流动遗传变异信号转导受体膜受体与细胞内受体识别信号信号分子激素、神经递质、生长因子转导蛋白蛋白、激酶传递信号G细胞应答基因表达变化与代谢调节免疫系统先天免疫获得性免疫抗体免疫记忆物理屏障淋巴细胞形蛋白分子记忆性细胞B YB吞噬细胞淋巴细胞特异性识别抗原记忆性细胞T T补体系统抗原特异性五种主要类型疫苗原理基础神经生物化学神经递质乙酰胆碱、多巴胺、血清素等化学信使突触传导电信号转化为化学信号再转回电信号神经元通讯突触前膜释放、突触后膜接收神经可塑性突触连接强度变化，学习记忆基础内分泌系统甲状腺垂体甲状腺素，调节代谢率生长激素、促性腺激素肾上腺肾上腺素，应激反应性腺胰腺雌激素、睾酮，性征发育胰岛素，调节血糖生物钟生物技术前沿基因编辑干细胞技术蛋白质工程技术实现精准诱导多能干细胞应用于设计改造蛋白质结构与CRISPR基因修改再生医学功能合成生物学构建人工生物系统与生物元件基因组学全基因组测序高通量测序技术个体化基因组分析基因注释鉴定基因功能非编码区域研究比较基因组学多物种基因组比较进化关系研究功能基因组学基因表达规律表型与基因型关联蛋白质组学蛋白质组学研究细胞全部蛋白质表达，包括蛋白质鉴定、相互作用分析、结构预测和功能研究代谢组学代谢物分析检测细胞内所有小分子代谢物通路重建构建代谢网络，了解代谢流动生理状态研究不同条件下代谢变化模式生物标志物疾病诊断与药物研发中的应用生物信息学生物数据分析基因组数据挖掘与解读计算生物学生物系统的计算机模拟算法与模型序列比对、进化树构建大数据应用整合多组学数据，发现生物规律系统生物学人工智能与生命科学药物设计预测候选药物效果蛋白质结构预测2突破性进展AlphaFold基因组分析3变异识别与功能注释疾病诊断4医学影像与生物标志物分析生态生物化学光合作用呼吸作用固定大气生成有机物分解有机物释放和能量CO2CO2元素循环分解作用碳氮磷硫在生态系统中的循环微生物分解死亡生物质环境压力与生物适应温度压力热休克蛋白保护细胞结构干旱胁迫渗透调节物质积累维持水平衡辐射损伤特殊修复机制应对DNA化学毒素解毒酶系统降解有害物质生物多样性万800物种数量地球上估计物种总数个36热点地区全球生物多样性热点地区数量倍1000灭绝速率当前物种灭绝速率超过自然背景50%栖息地全球自然栖息地已丧失比例进化生物学达尔文进化论现代综合说分子进化物种形成随机变异基因突变中性理论生殖隔离自然选择种群遗传学分子钟地理隔离适者生存隔离与适应序列分析生态分化生命起源原始地球1还原性大气，无氧环境化学进化2简单分子合成有机物世界RNA3自我复制分子出现RNA原核生物4最早细胞形式出现真核生物5内共生理论解释细胞器起源生物伦理学基因编辑伦理人类胚胎基因修改引发争议克隆技术动物克隆与人类克隆边界转基因生物生态安全与食品安全考量伦理边界科学发展与道德约束平衡精准医疗基因检测靶向药物个性化治疗全基因组分析预测疾病风险针对特定分子靶点设计药物根据基因型制定治疗方案生物技术应用农业医疗抗虫作物，营养强化品种生物药物，疫苗开发工业生产环境治理酶工程，生物材料生物修复，污染物降解再生医学生物安全病原体病毒细菌分级管理实验室安全规范生物武器国际公约禁止双用途研究监管防控机制监测预警系统应急响应流程全球合作信息共享平台跨国防控网络跨学科研究生物化学与物理学生物化学与化学生物信息学分子动力学与生物力学研究生物活性分子设计与合成计算机科学与生物学交叉研究未来研究方向未来生命科学将聚焦于合成生物学创造人工生命系统，基因治疗治愈遗传疾病，脑科学解密意识本质，人工智能加速科学发现生命科学的挑战复杂性生命系统相互作用网络难以全面掌握伦理争议技术发展与伦理边界的平衡技术局限观测与分析方法精度与范围限制跨学科整合打破学科壁垒，实现知识融合生物化学的社会影响年倍503平均寿命延长农业产量提升生物医学进步贡献生物技术提高粮食安全85%40%疾病治愈率提高环境改善部分遗传疾病诊疗改善生物修复技术应用成效科学精神求知态度质疑与创新严谨方法人类好奇心不断探索未知领域与挑战已有理论，提出科学实验设计与数据驱动科学进步的根本规律新观点分析动力生命的意义生命的复杂性从分子到生态系统的精妙协作1生命的多样性适应各种环境的无数种类生命的韧性面对挑战的适应与进化能力探索的价值理解生命本质的科学追求展望生命科学的未来技术革命跨学科融合全球挑战人类潜能单细胞分析与基因编辑精准生物与物理、信息学深度结疾病治疗与环境保护新方案探索生命奥秘的无限可能化合。