食品生物化学第八章-细胞生物化学课件

食品生物化学食品生物化学第八章 细胞生物化学细胞的一般结构特性原核细胞真核细胞细胞大小较小(110m)较大(10100m)染色体一个细胞只有一条DNA,与RNA、蛋白质不联结在一起一个细胞有几条染色体,DNA与RNA、蛋白质联结在一起细胞核无核膜和核仁有核膜和核仁细胞器无有线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等内膜系统简单复杂微梁系统无有微管和微丝细胞分裂二分体、出芽，无有丝分裂具有丝分裂器，能进行有丝分裂转录转译出现在同一时间与地点出现在不同时间与地点(转录在核内、转译在细胞质内)原核细胞原核细胞没有核膜，DNA为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白。没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型。结构简单，种类也少，细菌、蓝藻就是属于原核细胞一类。细菌的基本结构 外部由质膜所包围，它的结构与化学组成和真核细胞相似。所有原核细胞的质膜之外，都有一层坚韧的细胞壁保护着。是由一种叫胞壁质的蛋白多糖所组成，这种物质在真核细胞壁中是不存在的。大肠杆菌淋病球菌肉毒梭菌弧形霍乱菌蓝藻 又称蓝细菌。它的光合作用类似于高等植物，而不同于光合细菌。没有叶绿体，但有质膜内陷形成的捕光装置。DNA分子环状，遗传信息可与高等植物相比。体积大，直径约10m左右，甚至可达70bm(颤藻)。属单细胞生物，但有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如：发菜。真核细胞动物细胞植物细胞动物细胞与植物细胞的区别植物细胞特有的细胞器：细胞壁（主要成分主要成分主要成分主要成分是纤维素是纤维素是纤维素是纤维素）、液泡、叶绿体等；而动物细胞的中心粒在植物细胞中不常见到。细胞分裂时，动物细胞从中心粒发出丝牵引染色体向细胞两极移动，而植物细胞则没有这项功能。细胞的化学组成活细胞的主要组成是水，约占总鲜重的80%90%。营养物质绝大部分是以溶解状态(溶于水)进入细胞，一切生命活动的重要化学反应都在水溶液中进行细胞的有机物主要有蛋白质、核酸、脂类和糖，约占细胞干重的90%以上。细胞壁原核生物的细胞壁植物细胞的细胞壁动物细胞的细胞外壳原核生物的细胞壁主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层。革兰氏阳性菌细胞壁厚约20-80nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，含20-40的磷壁酸（teichoic acid。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅2-3层肽聚糖，另外还有脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。革兰氏阳性菌细胞壁结构革兰氏阴性菌细胞壁结构植物细胞壁1、成分：果胶类物质纤维素(cellulose)、半纤维素、木质素(lignin)多种酶类(enzymes)和糖蛋白2、层次：胞间层(middle lamella)初生壁(primary wall)：13m次生壁(secondary wall)：510 m初生壁初生壁次生壁次生壁胞间层胞间层（1）胞间层成份：果胶质、纤维素、半纤维素、少量糖蛋白位置：在胞间层内侧功能：是原生质体基本的保护和支撑结构（2）初生壁成份：果胶质位置：在细胞的最外层功能：粘连细胞成份：纤维素、半纤维素和木质素位置：在胞间层内侧功能：细胞停止生长后形成的，起支持和保护作用（3）次生壁初生壁：初生壁：初生壁：初生壁：纤维素纤维素半纤维素半纤维素果胶质果胶质糖蛋白糖蛋白次生壁：次生壁：次生壁：次生壁：纤维素纤维素半纤维素半纤维素少量果胶质少量果胶质动物细胞的细胞外壳 动物细胞没有细胞壁，但有一个细胞外壳。在大多数细胞的质膜以外有一个由蛋白质、糖脂、糖蛋白、酶、激素受体部位及抗原等组成的多组分系统，赋予细胞表面以特殊的性质。因此,动物细胞的质膜外表并不是光滑的，而是在其表面上有一层“绒毛”。生物膜生物膜是一种高度组织的分子装配，它构成细胞与其周围环境之间或真核细胞的胞核与内部区域(各种细胞器)之间的一种沟通障碍。质膜膜（plasma membrane）包在细胞外面所以又称细胞膜。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生生物物膜膜（biomembrane）。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。生物膜的组分质膜主要由膜膜脂脂和膜膜蛋蛋白白组成，另外还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂磷脂、糖脂和胆固醇胆固醇三种类型。磷脂磷脂磷脂磷脂：糖酯（糖酯（糖酯（糖酯（glycolipidsglycolipids）主要存在真核细胞存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，其功能是提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。胆固醇胆固醇胆固醇胆固醇磷脂双分子层在含水环境中膜脂(主要是磷脂和糖脂)的偶极性质决定了膜具有一种特异的分子排列，使细胞内的亲水性与疏水性部分分隔开。含有一个极性头部及两个非极性尾部组成的脂类具有形成双层脂膜的特性。膜蛋白是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为：整合蛋白（integral protein）外周蛋白（peripheral protein）脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）。,integral protein；,peripheral protein；,lipid-anchored protein生物膜的结构 流体镶嵌模型流体镶嵌模型流体镶嵌模型流体镶嵌模型 双分子脂层既是一个分子通透性障碍，又由于其流动性质(由不饱和脂肪酸所决定)作为蛋白质的溶剂。脂类-蛋白质的特异相互作用是膜蛋白进行生物功能所必需的，即脂类的功能不只作为溶剂而已。膜的蛋白组分以各种镶嵌形式溶合在膜中。流动镶嵌模型特点：细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。生物膜的功能为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。细胞液细胞液从生物化学角度讲就是细胞质的可溶相经过超速离心(100 000g，20min)后，除去了所有细胞器和各种颗粒的上清液部分。从细胞学上说，就是光学显微镜下的透明质，又称为细胞液，电子显微镜下的细胞质基质是细胞质连续相。细胞质有弹性和粘滞性，可能是由蛋白质纤丝相互交织在一起所组成的触变凝胶。化学组成化学组成 小分子类：包括水、无机离子(K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+)和溶解的气体。中分子类：包括各种代谢物如脂类、糖(葡萄糖、果糖、蔗糖)、氨基酸、核苷酸和核苷酸衍生物。大分子类：游离的大分子主要包括蛋白质、脂蛋白和RNA，还有少许多糖。功能功能进行某些生化活动；维持细胞器的实体完整性提供所需要的离子环境；供给细胞器行使功能所必需的一切底物；在它们复杂的相互作有中所涉及的物质的运输。细胞核在原核细胞中虽然没有细胞核，但是在质膜内部可以观察到一个纤维状区域，它含有一个螺旋形的双链环状DNA。在真核细胞中，细胞核是一个双层膜包围的大而且浓的细胞器，在膜上有许多膜孔，使细胞核中生物合成的产物可以通过它运送到周围的细胞质里去。细胞核内部含有染色质，它是由DNA纤丝与紧密结合的组蛋白所构成。Nucleus structure核被膜构成：内核膜（inner nuclear membrane）外核膜（outer nuclear membrane）核周隙（perinuclear space）外核膜：内质网的一部分，胞质面附有核糖体。核周隙：宽2040nm，与内质网腔相通。核纤层：位于内核膜的内表面的纤维网络，可支持核膜，并与染色质及核骨架相连。物质运输的通道核孔核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。在电镜下观察，核孔是呈圆形或八角形，现在一般认为其结构如fish-trap。The Nuclear Pore细胞器细胞器是真核细胞特有的细胞器（organelle）：细胞内特定的功能结构域，有两类，一类是膜围成的，构成内膜系统（endomembrane system）。另一类细胞器是没有膜包围的。细胞内主要的细胞器有：内质网、高尔基体、溶酶体、内涵体、线粒体、叶绿体、过氧物酶体、中心体、核糖体。细胞器内质网约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。分为粗面型内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）和光面型内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。ERRERSERSERER的主要功能蛋白质合成蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成。蛋白质的修饰与加工包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。新生肽链的折叠、组装和运输蛋白的糖基化蛋白的糖基化蛋白的糖基化蛋白的糖基化核糖体在原核细胞中核糖体成簇存在在真核生物中，核糖体与内质网结合，形成表面粗糙的内质网，蛋白质合成即在内质网上进行。基本类型基本类型基本类型基本类型附着核糖体游离核糖体70S的核糖体80S的核糖体主要成分主要成分主要成分主要成分r蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA:60%,，核糖体内部原核生物与真核生物核糖体成分的比较原核生物与真核生物核糖体成分的比较 功能核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点 在蛋白质合成中肽酰转移酶线粒体在所有真核细胞中存在长约23m的棒状小颗粒，称为线粒体。所有线粒体都由一个双层膜系统组成。外膜与内膜分隔开并包围着内膜。内膜向衬质内部折叠成嵴。线粒体的衬质中除含有大量可溶性酶外，还含有线粒体DNA，为环状双链分子，略小于细菌DNA，但形状非常相似。线粒体外膜内膜脊(呼吸作用的酶位于膜上)基质(含酶,环状DNA,核糖体)线粒体是呼吸作用的场所质体质体叶绿体有色体白色体叶叶绿绿体体外膜外膜内膜内膜 基粒（由类囊体组成）基粒（由类囊体组成）基粒间膜基粒间膜（也称基质片层或基质类囊体）（也称基质片层或基质类囊体）基质（含基质（含DNA、核糖体、淀粉粒）、核糖体、淀粉粒）基粒基粒基粒间膜基粒间膜有色体：有色体：是含有胡萝卜素和是含有胡萝卜素和叶黄素的质体，存在于植物叶黄素的质体，存在于植物体中呈现出正红色、桔红色体中呈现出正红色、桔红色和黄色部分和黄色部分白色体：白色体：不含色素，普遍不含色素，普遍存在于植物的贮藏细胞中，存在于植物的贮藏细胞中，根据贮藏物质的不同分三根据贮藏物质的不同分三类：淀粉体、蛋白体和造类：淀粉体、蛋白体和造油体。油体。叶叶绿绿体体有有色色体体贮藏淀粉的白色体贮藏淀粉的白色体液泡是一层单位膜包围的囊泡，其内充满了细胞液。所有细胞都有，成熟的植物细胞有中央大液泡。细胞液的成份：水、无机盐，有机酸，糖类，可溶性蛋白，单宁，植物碱，花青素，各种水解酶等。功能：贮藏各种物质 分解衰老的细胞器，参与细胞更新 维持细胞膨压 调节PH值，含有花青素随pH不同其色泽可变 使果实具有各种味道 提高植物的抗性。细胞学家把细胞质中凡是由单层膜所包围的小泡，称为液泡系(vacuome)，包括液泡、溶酶体、圆球体、微体等液泡系溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体:由单层膜包围的多形小由单层膜包围的多形小泡泡,内含多种水解酶内含多种水解酶,可分解生物可分解生物大分子大分子圆球体（球体（spherosome）植物细胞特有的结构结构：半单位膜包围的球体，膜内有一些颗粒结构功能：具有贮藏功能的细胞器。能储藏脂肪，一定条件下可将其水解。微体微体:是一些由单层膜包围的小体，其内含有氧化酶和过氧化氢酶类，分为两种:过氧化物酶体：过氧化物酶体：过氧化物酶体：过氧化物酶体：在叶肉细胞中，与叶绿体和线粒体配合参与光呼吸；分解过氧化氢乙醛酸循环体：乙醛酸循环体：乙醛酸循环体：乙醛酸循环体：主要存在于油料作物的种子中，可将脂肪转化为糖高尔基体在动物和植物细胞中都存在一堆遍平的膜状囊泡或管状结构，并由许多小圆球包围，这种结构称为高尔基体或网体。高尔基体在蛋白质及多糖的分泌中起重要作用，并将这种成分结合成糖蛋白。内质网中合成的蛋白质都运送到高尔基体，然后再由高尔基体将合成的糖蛋白运送到细胞的各种部位。植物中高尔基体还参与细胞壁的形成，细胞壁多糖的合成是在内质网中开始的，但完成于高尔基体中，然后运送到细胞壁形成的部位。高尔基体高尔基体由一系列扁平的囊和小泡组成的。与内质网配合，能合成多糖多糖,装配糖蛋白。糖蛋白。糖蛋白。糖蛋白。分泌细胞中，高尔基体发达 微管与微丝微管的作用：1、起支架作用2、参与细胞壁的形成3、与运动有关微丝：与微管配合，控制细胞质的运动微管的定向排列为细胞质的运动提供了方向，微丝的收缩导致运动的实现物质的跨膜运输物质的跨膜运输被动运输被动运输主动运输主动运输（1）