第2章 生物学基础 本章提要：作为生物信息学学习的基础， 本章简要介绍了基本的生物学知识。包括细 胞生物学、蛋白质结构和功能、DNA结构和功 能；重点介绍了分子生物学的中心法则，基 因表达的调控机理；简要学习基因组结构、 新生肽链折叠、基因工程等有关内容 数理与生物工程学 2025/5/27 BIOINFORMATICS
第2章 生物学基础 2025/5/27 BIOINFORMATICS 1 数 理 与 生 物 工 程 学 院 本章提要：作为生物信息学学习的基础， 本章简要介绍了基本的生物学知识。包括细 胞生物学、蛋白质结构和功能、DNA结构和功 能；重点介绍了分子生物学的中心法则，基 因表达的调控机理；简要学习基因组结构、 新生肽链折叠、基因工程等有关内容
生物信息学的主要研究对象是生物大分 子，分子生物学是生物信息学的必备基础知 识。分子生物学是从分子水平研究生物大分 子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科 学。自20世纪50年代以来，分子生物学一直 是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域 包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质 -脂质体系。生物大分子，特别是蛋白质和核 理与生 酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。 工程学院 2025/5/27 BIOINFORMATICS
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 2 生物信息学的主要研究对象是生物大分 子，分子生物学是生物信息学的必备基础知 识。分子生物学是从分子水平研究生物大分 子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科 学。自20世纪50年代以来，分子生物学一直 是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域 包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质 -脂质体系。生物大分子，特别是蛋白质和核 酸结构功能的研究，是分子生物学的基础
现代化学和物理学理论、技术和方法的应 用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出 现了分子生物学的蓬勃发展。Sanger于1953年 首先完成牛胰岛素的氨基酸序列分析，同年 Watson和Crick提出著名的DNA双螺旋结构模型 ,标志分子生物学的诞生。半个多世纪来，分 数 子生物学得到迅速发展，迅速融入生物学各领 与生 域，成为生物学各个领域的基础和核心。 工 程学 2025/5/27 BIOINFORMATICS 3
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 3 现代化学和物理学理论、技术和方法的应 用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出 现了分子生物学的蓬勃发展。Sanger于1953年 首先完成牛胰岛素的氨基酸序列分析，同年 Watson和Crick提出著名的DNA双螺旋结构模型 ，标志分子生物学的诞生。半个多世纪来，分 子生物学得到迅速发展，迅速融入生物学各领 域，成为生物学各个领域的基础和核心
§2.1细胞 世界上的生物体具有多样性，各种生物体 之间的差异是由其基因组的差异决定的。尽管 生物体的基因组差异很大，但是所有生物体都 具有共同的成分一一细胞。细胞是组成生物体 的基本单位，是生物体活动的基础，细胞是生 物体的遗传控制中心，是生物体生长发育的基 础。 理与生物 程学院 2025/5/27 BIOINFORMATICS
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 4 § 2.1 细胞 世界上的生物体具有多样性，各种生物体 之间的差异是由其基因组的差异决定的。尽管 生物体的基因组差异很大，但是所有生物体都 具有共同的成分——细胞。细胞是组成生物体 的基本单位，是生物体活动的基础，细胞是生 物体的遗传控制中心，是生物体生长发育的基 础
2.1.1细胞的概念 细胞学说可以归纳为以下两点： (1)所有生物体都由细胞和细胞的产物组成。 (2)新的细胞必须经过已存在的细胞的分裂而 产生。 数理与生物工程学院 2025/5/27 BIOINFORMATICS 5
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 5 2.1.1 细胞的概念 细胞学说可以归纳为以下两点： ⑴ 所有生物体都由细胞和细胞的产物组成。 ⑵ 新的细胞必须经过已存在的细胞的分裂而 产生
生物体是由一个或者多个细胞所组成的。 绿藻、衣藻是单细胞的生物，即单个细胞含有 生命活动所需要的全部物质。与单细胞生物相 比，多细胞生物的一个主要优点是细胞类型的 分化。分化的细胞具有各自特定的功能，执行 数 理 特定的任务；而不同的细胞可以相互合作，完 成单个细胞所不能完成的工作。 工程学院 2025/5/27 BIOINFORMATICS 6
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 6 生物体是由一个或者多个细胞所组成的。 绿藻、衣藻是单细胞的生物，即单个细胞含有 生命活动所需要的全部物质。与单细胞生物相 比，多细胞生物的一个主要优点是细胞类型的 分化。分化的细胞具有各自特定的功能，执行 特定的任务；而不同的细胞可以相互合作，完 成单个细胞所不能完成的工作
特定功能的细胞聚集在一起，形成组织。人 类有上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织 等多种主要的组织类型。典型的脊椎动物有200 多种分化的细胞。当一个细胞分化后，不能再转 变成其他类型的细胞。虽然各种细胞的功能不同， 但是它们具有相同的遗传物质、相同的基因，不 理 同的仅仅是基因的表达模式。 生 物 程 院 2025/5/27 BIOINFORMATICS
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 7 特定功能的细胞聚集在一起，形成组织。人 类有上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织 等多种主要的组织类型。典型的脊椎动物有200 多种分化的细胞。当一个细胞分化后，不能再转 变成其他类型的细胞。虽然各种细胞的功能不同， 但是它们具有相同的遗传物质、相同的基因，不 同的仅仅是基因的表达模式
一个细胞发展到一定时间就要分裂，变成两 个细胞。在有丝分裂中，每个子细胞都得到一套 完整的与亲细胞相同的遗传物质。在细胞真正分 裂之前，细胞核中的每一条染色体都复制为两份。 在细胞分裂过程中，这些复制的染色体彼此分开， 数 并准确地分为完整的两组染色体，分别进入两个 子细胞。 与生 工程学院 2025/5/27 BIOINFORMATICS
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 8 一个细胞发展到一定时间就要分裂，变成两 个细胞。在有丝分裂中，每个子细胞都得到一套 完整的与亲细胞相同的遗传物质。在细胞真正分 裂之前，细胞核中的每一条染色体都复制为两份。 在细胞分裂过程中，这些复制的染色体彼此分开， 并准确地分为完整的两组染色体，分别进入两个 子细胞
细胞从一次分裂开始到下一次分裂开始 所经历的全过程称为一个细胞周期。一个细 胞的有丝分裂周期包括有丝分裂期(M期)和 分裂间期，而分裂间期又分为合成期(S期) 以及合成期前后的两个间期(G1期，G2期)。 有丝分裂为单细胞生物提供了一种繁殖的机 制，为多细胞生物提供了生长、发育的机制 数理与生物 程学 2025/5/27 BIOINFORMATICS 9
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 9 细胞从一次分裂开始到下一次分裂开始 所经历的全过程称为一个细胞周期。一个细 胞的有丝分裂周期包括有丝分裂期（M期）和 分裂间期，而分裂间期又分为合成期(S期） 以及合成期前后的两个间期(G1期,G2期）。 有丝分裂为单细胞生物提供了一种繁殖的机 制，为多细胞生物提供了生长、发育的机制
另一种细胞分裂方式是减数分裂，它是生 物体有性繁殖的基础。二倍体生物的体细胞中 含有两套遗传物质，其中一套来自于母体， 外一套来自于父体。在减数分裂过程中，细胞 首先进行遗传物质的复制，然后进行两次分裂， 数 理 产生4个新的细胞，即性细胞。每个性细胞中的 遗传物质只有1套，故性细胞又被称为配子。 工程学院 2025/5/27 BIOINFORMATICS 10
2025/5/27 BIOINFORMATICS 数 理 与 生 物 工 程 学 院 10 另一种细胞分裂方式是减数分裂，它是生 物体有性繁殖的基础。二倍体生物的体细胞中 含有两套遗传物质，其中一套来自于母体，另 外一套来自于父体。在减数分裂过程中，细胞 首先进行遗传物质的复制，然后进行两次分裂， 产生4个新的细胞，即性细胞。每个性细胞中的 遗传物质只有1套，故性细胞又被称为配子