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1、细胞与大分子的关系,核糖体,线粒体,微管,淀粉,染 色 质,糖类,细胞膜,细胞壁,分子组成与细胞的关系 组成细胞的结构成分： 染色质： DNA、蛋白质 核仁、核糖体：RNA、蛋白质 生物膜： 蛋白质、脂质、糖 细胞骨架： 蛋白质 细胞外基质： 蛋白质、糖胺聚糖,第三章 细胞的分子组成,第一节 细胞中的小分子物质 第二节 细胞中的生物大分子,大量元素：C、H、 O 、 N 少量元素：Na、 Mg、 P、S、 Cl、 K、 Ca、 Fe 微量元素：占0.1%,组成细胞的元素,组成细胞的分子,小分子物质: 无机小分子: 水(water)、无机盐( inorganic salt) 有机小分子: 单糖(
2、monosaccharide) 、脂肪酸(fatty acid) 氨基酸(amino acid) 、核苷酸(nucleotide) 生物大分子(biomacromolecule): 多糖(polysaccharides) 、脂质(lipoid) 、 蛋白质(protein) 、核酸(nucleic acid),活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质； 细菌是最小、最简单的细胞。,细菌细胞的基本化学组成图,第一节 细胞中的小分子物质,无机小分子: 水、无机盐,有机小分子: 单 糖 脂肪酸 氨基酸 核苷酸,水：H2O,1. 水是极性分子。（什么是极性分子？） 2. 问题：为什么有亲水分子和疏水分子
3、？,亲水分子(Hydrophilic molecules),离子物质溶于水是因为水分子被阴、阳离子电荷所吸引; 含极性键物质如尿素易溶于水是因为与水分子形成氢键。,以非共价键占优势的分 子一般不易溶于水被称 为疏水性的。烃类分子 含许多C-H键，它们不 吸引水分子或不与水分 子形成氢键。,疏水分子(Hydrophobic molecules),无机盐在细胞中均以离子状态存在： 阳离子：Na+、 K+ 、Ca2+ 、Fe2+、 Mg2+ 等 阴离子： Cl-、SO42-、PO43- 等,无机盐,参与细胞代谢反应、维持细胞内外渗透压和pH、 组成有一定功能的结合蛋白、参与信号转导等。,分子质量：1
4、00-1000Da,1. 单糖(monosaccharide) 2. 脂肪酸(fatty acid) 氨基酸(amino acid) 4. 核苷酸(nucleotide),有机小分子,有机小分子： 单糖,己糖（六碳糖）：葡萄糖、半乳糖、甘露糖 戊糖（五碳糖）：核糖、脱氧核糖,己糖是多糖的基本单元；戊糖是核酸的组成单位。,葡萄糖,核 糖,最主要的单糖,己糖C6H12O6的同分异构体(Isomers),戊糖(pentose),核糖是RNA的组成单位,脱氧核糖是DNA的组成单位,有机小分子：脂肪酸,饱和脂肪酸(saturated),不饱和脂肪酸 (unsaturated),烃链 （疏水）,羧基 （亲
5、水）,疏水烃链; 亲水羧基COOH与其它分子共价结合形成各种脂类。,有机小分子：氨基酸,兼性分子 参与蛋白质构成的氨基酸有20种,根据侧链R基团的带电性和极性分类： 1. 带负电荷的酸性氨基酸：Asp、Glu 2. 带正电荷的碱性氨基酸: Lys 、Arg 、His 3. 不带电荷的极性氨基酸 4. 不带电荷的非极性氨基酸,20种氨基酸名称及缩写符号 名 称 三字符号 一字符号 名 称 三字符号 一字符号 丙氨酸(alanine) Ala A 苯丙氨酸(phenylalanine) Phe F 甘氨酸(glycine) Gly G 酪氨酸(tyrosine) Tyr Y 丝氨酸(serine)
6、 Ser S 色氨酸(trypotophane) Trp W 亮氨酸(leucine) Leu L 天冬氨酸(asparticacid) Asp D 异亮氨酸(isoleucine) Ile I 天冬氨酰(asparagine) Asn N 苏氨酸(threonine) Thr T 谷氨酰胺(glutamine) Gln Q 半胱氨酸(cysteine) Cys C 赖氨酸(lysine) Lys K 蛋氨酸(甲硫氨酸)Met M 精氨酸(arginine) Arg R (methionine) 缬氨酸(valine) Val V 组氨酸(histidine) His H 脯氨酸(prolin
7、e) Pro P 谷氨酸(glutamic) Glu E,兰色：极性荷负电氨基酸 红色：极性荷正电氨基酸 绿色：极性不带电氨基酸 黑色：非极性氨基酸,有机小分子：核苷酸,1. 构成核苷酸的碱基、戊糖、磷酸三部分； 2. 根据碱基和戊糖的不同分不同类型。,碱基,嘌呤 purine,嘧啶 pyrimidine,胸腺嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,腺嘌呤,鸟嘌呤,三磷酸腺苷酸含高能磷酸键，是重要的能量载体。,cyclic GMP (cGMP),环一磷酸腺苷酸和环一磷酸鸟苷酸作为信号分子， 在细胞信号转导中起重要作用。,2,cyclic AMP (cAMP),环一磷酸鸟苷酸,环一磷酸腺苷酸,A,第二节 细胞中的
8、生物大分子 (biomacromolecule in the cell),多糖 (polysaccharides) 2. 脂质(lipid) 3. 蛋白质(protein) 4. 核酸(nucleic acid),糖原、淀粉(glycogen、starch)：能量储备 纤维素(cellulose) : 细胞壁成分 寡聚糖(oligosaccharides): 构成糖蛋白和糖脂 糖胺聚糖(glycosaminoglycan) : 细胞外基质成分,生物大分子：多糖,糖原,淀粉,纤维素,糖原、淀粉、纤维素由同一种类单糖聚合而成,back,寡聚糖和糖蛋白、糖脂,由不同种类单糖聚合而成 如：N-乙酰氨基
9、葡萄糖、岩藻糖等。,寡聚糖与蛋白结合构成糖蛋白，与脂类结合 构成糖脂，在细胞识别中起重要作用。,糖脂,糖蛋白,back,糖蛋白,重复的二糖单位 ，构成细胞外基质。,糖胺聚糖,蛋白聚糖,生物体内有功能的脂质主要有： 三酰甘油（中性脂）、磷脂、类固醇,三酰甘油和其它脂作为能量贮存物质，比糖类 占用更少的空间，具有更轻的重量。,生物大分子：脂质,三酰甘油,呈固态的三酰甘油被称为脂肪(fat)， 呈液态的称为油脂(oil)。,是细胞膜的组成成分；包括甘油磷脂和鞘磷脂。 甘油磷脂是构成生物膜脂双层的基本骨架；鞘磷脂也是生物膜的重要组分，参与细胞识别和信号传递。,磷脂(phospholipids),磷脂酰
10、胆碱,极性的头部 （亲水）,非极性尾部 （疏水）,亲水亲脂分子,胆碱,脂肪酸链,磷酸基团,甘油骨架,胆固醇(cholesterol)：具有类固醇的典型结构，是细胞 膜的组成成分 脂溶性维生素如维生素D、性激素、肾上腺皮质激素,类固醇(steroid),基本组成单位：氨基酸(amino acid) 肽键(peptide bond ) 肽链(peptide chain),生物大分子：蛋白质,肽 键,肽 键,氨基端 （N端）,羧基端 （C端）,多肽主链,蛋白质的分子结构 一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure) 超二级结构(superseco
11、ndary structure) 三级结构(tertiery structure) 四级结构(quaternary structure),蛋白质的一级结构是由染色体上DNA编码的，这种遗传 蓝图在体内可保存并由亲代传递给子代。,蛋白质的一级结构 氨基酸序列和二硫键,分子,细胞,大体,一个氨基酸差别,形态显著异常 盘状-镰刀状,贫血,遗传性疾病的分子和细胞改变,返回,螺旋和片层是 最普遍的折叠形式,每个肽键上的N-H与同一条链上相距4个肽键上的C=O通过氢键形成螺旋；类似于螺旋楼梯或拉长的弹簧。,蛋白质的二级结构 示螺旋,血红蛋白,螺旋,相邻的多肽链通过不同链上肽键间的氢键形成片层互相交联以抗拉
12、伸。,蛋白质的二级结构 示片层,片层,螺旋异常转变为片层： 导致蛋白质聚集引起人类疾病,引起疯牛病的 异常PrP*蛋白,正常PrP蛋白,异常PrP*有传染性， 使其它正常PrP蛋白 变成异常PrP*蛋白,正常情况下偶然发生,返回,蛋白质的超二级结构,返回,结构域、功能域(domain),返回,二级结构进一步形成超螺旋或复杂的缠绕，从而使多肽链成为高度复杂的球形三维结构，在作为催化剂和转运分子的蛋白中常见，如肌红蛋白、酶、激素等。,蛋白质的三级结构,活性中心,一些蛋白质由两个或更多多肽链（亚基）组成。多个亚基聚 在一起形成一个单一功能的蛋白。,蛋白质的四级结构,图示血红蛋白,蛋白质功能的多样性,
13、催化功能：酶 调控功能：调控基因表达的蛋白 转运功能：血红蛋白、载铁蛋白等 运动功能：肌动蛋白、肌球蛋白、动力蛋白等 结构与支持作用：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等 防御功能：免疫球蛋白 其他功能：营养功能、识别功能、凝血功能等,生物大分子：核酸,脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid,DNA) 核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA),DNA的基本单位：脱氧核糖核苷酸 dAMP、dGMP、dCMP、dTMP 简称：A、G、C、T RNA的基本单位：核糖核苷酸 AMP、GMP、CMP、UMP 简称：A、G、C、U,5磷酸3羟,3 ,5磷酸二酯键,DNA的分子结
14、构： 一级结构：脱氧核苷酸的序列 二级结构：DNA双螺旋结构模型 三级结构：超螺旋,to,1953年Watson 和Crick 揭示了DNA双螺旋结构,戊糖-磷酸主链,氢键： AT CG,5端,5端,3端,3端,DNA双螺旋 结构模型,DNA双螺旋结构模型特点,DNA分子是由两条反向平行、右手螺旋的一磷酸脱 氧多核苷酸组成。 脱氧核糖和磷酸排在每条链的外侧，而碱基排在内 侧，且严格配对AT CG。 遗传信息储存于碱基对序列中。,返回,储存遗传信息 自我复制 转录三种RNA;指导合成蛋白质,DNA的功能:,一级结构：核糖核苷酸的序列 二级结构：局部双螺旋 三级结构：二级结构基础上折叠形成 四级结
15、构：与蛋白质形成的核蛋白复合物,RNA的结构（单链）,（1）信使RNA (messenger RNA, mRNA) （2）转运RNA (transfer RNA, tRNA) （3）核糖体RNA (ribosome RNA, rRNA),RNA的种类,mRNA,蛋白质合成的直接模板,原核细胞mRNA,真核细胞mRNA,tRNA,蛋白质生物合成的“搬运工” mRNA与氨基酸之间的衔接分子(linker),问：图中tRNA各为几级结构？,rRNA,rRNA和蛋白质 组成核糖体,小亚基中的rRNA结构图,mRNA、tRNA 、rRNA (主要三种) : 参与蛋白质合成 其它RNA：如核内小RNA (snRNA)、核酶(ribozyme) 等。,RNA的生物功能,DNA和RNA的区别,本章小结,组成细胞的主要元素 : C、H、O、N 组成细胞的分子 无机小分子: 水、无机盐 有机小分子: 单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸 生物大分子：糖类(多糖、寡
