第三章 细胞的分子基础和基本结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 细胞的基本结构,一、细胞的基本概念,二、,真核细胞,三、,原核细胞,第二节,细胞的分子基础,一、构成细胞的小分子物质,二、构成细胞的大分子物质,第三章 细胞的基本结构和分子基础,第一节,细胞的基本结构,一、细胞的基本概念,1.,细胞是生命活动的基本单位：,细胞是所有生物体结构和功能的基本单位（除病毒、噬菌体和类病毒外）；,一切有机体都是由细胞组成的；,细胞具有独立的、有序的自控代谢体系；,细胞是有机体生长与发育的基础；,细胞是,遗传的基本单位,，细胞具有遗传的,全能性,2.,细胞的基本共性,：,所有的细胞膜均由磷脂双分子层与蛋白质构成。,所有的细胞都含有两种核酸：即,DNA,与,RNA,。,作为蛋白质合成的机器,核糖体，存在于一切细胞内。,细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。,3,、细胞的形状,单细胞生物的形态与胞外沉积物有关，如草履虫像鞋底。,高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。如肌肉细胞呈柱形；红细胞为圆盘状。,高等动物的细胞离体培养，形状往往发生变化。,名称,人卵,口腔上皮细胞,肝细胞,红细胞,变形虫,海胆卵,伤寒菌,肺炎球菌,m,120,75,20,7,100,70,2.4x0.5,0.2x0.1,大多数动植物细胞直径在,2030m,间，一般真核细胞的体积大于原核细胞，卵细胞大于体细胞。鸵鸟的卵黄直径可达,5cm,；支原体只有,0.1m,；人的坐骨神经细胞可长达,1m,。,几种细胞的大小,人卵与精子,四、细胞的大小,草 履 虫,人类红细胞,神经元细胞,二、,真核细胞,植物,细胞与动物细胞,结构的,比较,一、基本结构,形态学：,质膜（,plasma membrane,）。,细胞核（,nucleus,）：具有核被膜和核仁。,细胞质（,cytoplasm,）：包括细胞器和细胞质基质（,cytoplasmic matrix,）。,二、细胞器,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。另一类细胞器是没有膜包围的。,主要的细胞器有：,内质网、高尔基复合体、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体、细胞骨架、中心体以及核糖体。,三、细胞质基质,维持细胞内相对稳定的离子环境。,完成重要的代谢过程，如蛋白质合成；核苷酸合成；脂肪酸合成；糖酵解；磷酸戊糖途径；糖原代谢；信号转导。,供给细胞器行使其功能所需要的底物。,控制基因的表达，参与细胞的分化。,蛋白质的合成、加工、运输和选择性降解。,三、,原核细胞,没有核膜，遗传物质集中在一个无明确界限的低电子密度区，称为拟核,(,nucleoid,),。,DNA,为裸露的环状双螺旋分子，通常没有结合蛋白，没有恒定的内膜系统，核糖体为,70S,型。,原核细胞构成的生物称为原核生物，均为单细胞生物。,一般以二分裂的方式繁殖，也有的产生孢子。,除核区,DNA,外，存在能够自主复制的遗传因子,质粒,(plasmid),；是裸露的环状,DNA,，有时能整合到核,DNA,中去；质粒常用作基因重组与基因转移的载体。,基本特点,原核细胞,主要代表：,支原体,（,mycoplast,）,目前发现的,最小,最简单的细胞；它不具有细胞壁；遗传物质是核内均匀分布。,细菌,支原体（,mycoplast,）,最小最简单的细胞；,肺炎支原体,细菌在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。,分为：球菌、杆菌和螺旋菌（弧形菌）。,绝大多数细菌的直径在,0.55m,之间。,原核细胞与真核细胞,的,比,较,原核细胞和真核细胞的比较,病毒的基本知识,病毒是非细胞形态的生命体，是已发现的最小最简单的有机体。,病毒（,virus,）,核酸分子（,DNA,或,RNA,）与蛋白质构成的核酸,-,蛋白质复合体；分为,DNA,病毒与,RNA,病,常见的病毒,类病毒（,viroid,）,仅由感染性的,RNA,构成；,朊病毒,（,prion,）,仅由感染性的蛋白质亚基构成。,信息由蛋白直接到蛋白,。,烟草花叶病毒,流感病毒,T4,噬菌体,SARS,第二节,细胞的分子基础,一、构成细胞的小分子物质,1,、无机小分子,水占细胞总重量的,70%,左右，,其中游离水约,95,，其余为结合水。,游离水,-,细胞代谢反应的溶剂,结合水,-,构成细胞结构的成分,无机盐的,含量约为,1,，,以离子形式存在。,2,、有机化合物,有机小分子：,单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸,有机大分子：,核 酸：生物遗传的物质基础,蛋白质：生物信息表达的载体,多 糖：细胞的营养组分,脂 类：细胞膜的组分,有机小分子,（一）、单糖：核糖和葡萄糖，,核糖和脱氧核糖是核酸的组成成分，,葡萄糖是细胞的营养物质和能源物质。,（,二）、脂肪酸,1,、结构：有,2,个明显不同的区域，长的疏水烃链，无化学活性；羧基是亲水的易形成酯和酰胺。,2,、功能,:,a,、 构成细胞膜的基本成分，,b,、 能分解产生,ATP,而提供能量。,三、氨基酸含有,4,个部分：,1,个氨基，,1,个羧基，,1,个氢原子和,1,个,R,基团。其中,R,集团决定了不同氨基酸的性质，进一步决定了组成蛋白质的特性。,氨基酸的结构通式,四、核苷酸：由,1,个碱基、,1,个戊糖和,1,个磷酸脱水缩合而成。,碱基：嘌呤和嘧啶。,嘌呤：腺嘌呤（,A,）和鸟嘌呤（,G,）。,嘧啶：胞嘧啶（,C,）、胸腺嘧啶（,T,）和尿嘧啶（,U,）。,核苷：碱基与戊糖脱水缩合形成的化合物，,一磷酸核苷：核苷上连接,1,个磷酸分子构成的化合物，,二磷酸核苷：核苷上连接,2,个磷酸分子构成的化合物，,三磷酸核苷：核苷上连接,3,个磷酸分子构成的化合物。,有机大分子,（,一）、核酸包括,DNA,和,RNA,，,DNA,是遗传信息复制、,传递和基因转录的模板，,RNA,参与蛋白质的合成。,DNA,：,98,存在于核染色体中，,2,存在于线粒,体环状双链,DNA,（,mtDNA,）中；,RNA,：,90%,以上存在于胞质中,分为：,mRNA,rRNA,tRNA,DNA,与,RNA,的化学组成,核 糖 碱 基 磷 酸,RNA,核糖,AGCU,磷酸,DNA,脱氧核糖,AGCT,磷酸,核苷酸是组成核酸的基本单位,磷酸,(phosphate),核酸,(nucleic acid),脱氧核糖,核糖,核苷酸,(nucleotide),核苷,(nucleoside),碱基,base,戊糖,ribose,嘌呤,(,purine,),嘧啶（,pyrimidine,）,核苷,=,核糖,+,碱基,连接方式是嘌呤环上的,N-9,与糖的,C-1,以糖苷键相连。,腺嘌呤核苷（腺苷）,胞嘧啶脱氧核苷（脱氧脱苷）,连接方式是嘧啶环上的,N-1,与糖的,C-1,以糖苷键相连。,5,末端的磷酸基团,3,，,5-,磷酸二酯键,3,末端羟基,DNA,的结构,DNA,的双螺旋结构要点：,为两条反向平行的多核苷酸链，,碱基在螺旋内侧；磷酸和脱氧核糖位于外侧,两条链之间靠碱基对之间氢键连为一体，,A,T GC,螺旋直径,2nm,，每个螺圈含,10,个碱基对，,螺距,3.4nm,。,DNA,功能,携带和传递遗传信息，在信息传递过程,中，子代,DNA,保留了亲代,DNA,所有的遗传星系，,进而通过转录、翻译过程来表达相应的遗传性状。,RNA,的结构,RNA,是一种单链结构的核苷酸，有的单链分子可以通过自身回折形成一些短的双股螺旋区（假双链）。,RNA,的分类：,tRNA,、,mRNA,、,rRNA,。,tRNA,细胞内分子质量最小的一类核酸，,结构特点：,1,、均呈三叶草形，,2,、含有,1020%,的稀有碱基，如假尿嘧啶（,）、甲基化嘌呤。,功能：识别并携带相应的氨基酸进入核糖体，供合成蛋白质需要。,3,端都为,CCA,，,用以接受氨基酸，叫叶柄；,5,端都为,pG,反密码环由,7,个核苷酸组成，有,3,个反密码子,二氢尿嘧啶,(D,环,),TC(,为假尿苷,),二级结构：三叶草形,四环：二氢尿嘧啶环（,D,环）、反密码环、额外环、,T,C,环,四臂：氨基酸臂、二氢尿嘧啶臂、反密码臂、,T,C,臂,mRNA,和,rRNA,mRNA,：主要功能是从细胞核内的,DNA,分子上转录出遗传信息，并带到细胞质内的核糖体上，作为蛋白质合成的模板。,rRNA,：细胞内分子质量最大、含量最多,RNA,占细胞内总,RNA,的,80,左右,。功能是蛋白质合成“工厂”,核糖体的主要成分。,其他一些,RNA,分子及其生物学意义,gRNA,（,导引,RNA,）：,mRNA,编辑,snRNA,（,核内小分子,RNA,）：,mRNA,加工（剪接和成熟。,snoRNA,（,核仁小分子,RNA,）：,rRNA,加工（切割和修饰）,RNAP,（,RNA,聚合酶）：,tRNA,加,TelomeraseRNA,：,DNA,复制,SRP,（,信号识别颗粒）,-RNA,：,转运,miRNA,和,siRNA,共同点：,1、MiRNA,和,siRNA,都是由,22,个左右的核苷组成；,2,、它们都是,Dicer,酶的产物；,3,、它们在起干扰、调节作用时都会和,RISC,复合体合；,4,、它们都可以在转录后和翻译水平干扰以抑制靶标基因的翻译；,不同点：,1,、,SiRNA,：直接来源是长链的,dsRNA,（通常为外源）；经过,Dicer,酶,*,切割形成双链,siRNA,。,MiRNA,：,在细胞核中转录的较大的,pri-miRNA,经由,Drosha(,一种,RNAse,酶,),和,Pasha,（,含有双链,RNA,结合区域）加工成为单链,pre-miRNA,；,接着，,pre-miRNA,在细胞质中被,Dicer*,（,一种,RNAse,酶）酶切割形成,miRNA,；,在生物体中的表达具有时序性、保守性和组织特异性。,2、siRNA,：它与,RISC*,（,RNA,诱导的沉默复合物，）结合，通过与序列互补的靶标,mRNA,完全结合（与编码区结合），降解,mRNA,抑制蛋白质翻译；通常用于沉默外源病毒、转座子活性。,MiRNA:,它和,RISC,形成复合体后与靶标,mRNA,通常发生不完全结合，结合的位点是,mRNA,的非编码区的,3,端；它不会降解靶标,mRNA,，只是阻止,mRNA,的翻译；,miRNA,能够调节与生长发育有关的基因。,二、蛋白质,细胞内有,20,种氨基酸，差别主要是,R,侧链不同，决定了氨基酸的化学性质。,两性化合物,肽键、二肽、三肽、寡肽、多肽,蛋白质化学组成：,C,：,50-55%,，,H,：,6-7%,，,O,：,19-24%,，,N,：,13-19% S,：,0-4%,蛋白质的结构,一级结构,(primary structure),二级结构,(secondary structure),三级结构,(tertiary structure),四级结构,(quaternary structure),蛋白质的,一级结构,一级结构由遗传信息决定，是基本结构。,二级结构,在一级结构的基础上多肽链的主链沿中心轴折叠所形成的空间构象。,螺旋结构,(-helix),折叠（,-pleated sheet,）,转角（,-turn,）,无规卷曲（,random coil,）,螺旋结构,折叠,蛋白质的三级结构,三级结构,:,维持蛋白质三级结构的主要作用为侧链间的相互作用,:,氢键、离子键、疏水键及二硫键。,螺旋,折叠,蛋白质的四级结构,四级结构：各亚基的空间排布。,亚基（,subunit,）：,维持四级结构稳定的因素为各亚基之间的作用力如氢键、离子键、疏水键。,蛋白质的结构,蛋白质的功能,1,，作为结构成分，如胶原蛋白，结缔组织和皮,肤的主要蛋白；膜蛋白，组成细胞膜和细胞膜相,结构重要成分。,2,，起运输和传导作用，如血红蛋白，可运输,O,2,和,CO,2,；,膜上受体蛋白参与化学信号的传递。,3,，收缩运动作用，如肌动蛋白和肌球蛋白，在肌,细胞中，通过多肽链之间连续的断开和形成交,联进行伸长和收缩，表现出肌肉松弛和伸张。,4,，免疫和保护作用，如免疫球蛋白，能识别外,源物质，并与之结合而使其失活。,5,，体内的许多激素是蛋白质，如胰岛素是蛋,白类激素，可维持血糖浓度的恒定。,6,，生物催化剂,酶，在生物体内,起催化作用，从而调节细胞的各种代谢活,动，使细胞表现出各种生命现象。,多 糖,营养贮备多糖,淀粉、糖元,结构多糖,纤维素,脂 类,脂类包括：脂肪酸、中性脂肪、类固醇、蜡、磷酸甘油酯、鞘磷脂、糖脂、类胡萝卜素等。脂类参与组成细胞膜和细胞通信，也是重要的能量储备物质。,