《细胞生物学课程第2章(医学院)2010.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学课程第2章(医学院)2010.ppt（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 细胞的概念和分子基础,目的与要求：,掌握原核细胞与真核细胞的异同；细胞化学与分子组成；核酸、蛋白质的分子结构特点 熟悉原核细胞与真核细胞的结构与功能特点；核酸、蛋白质分子的种类和生物学功能 了解生命的分子起源、细胞形成和进化；核酸和小RNA,第一节 细胞的基本概念,一细胞是生命活动的基本单位 二原核细胞 三真核细胞 四病毒,一细胞是生命活动的基本单位,（一）细胞的概念： 一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位 细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位 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 没有细胞就没有完整的生命 强
2、调：就病毒而言，细胞是生命活动的基本单位这一概念也是完全合适的病毒虽然是非细胞形态的生命体，但它们必须在细胞内才能表现基本的生命特征（繁殖与遗传）。,（二）细胞的共性：,细胞结构的共性： （l）所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。 （2）所有的细胞都有两种核酸：即DNA与RNA作为遗传信息复制与转录的载体。 （3）作为蛋白质合成的机器核糖体，毫无例外地存在于一切细胞内，是任何细胞（除个别非常特化的细胞外）不可缺少的基本结构，它们在翻译多肽链时，与mRNA形成多聚核糖体。,细胞功能的共性 （1） 细胞能够进行自我增殖和遗传。 （2） 细胞都能进行新陈代谢。 （3）
3、 细胞都具有运动性。,（三）细胞的分类,生物三域分类的系统树,二原核细胞,特点： （1）结构简单 DNA为裸露的环状分子，无膜包裹，形成拟核（nucleoid） 细胞质中无膜性细胞器，含有核糖体 （2）体积小：直径约为1到几个微米 主要代表： 支原体 衣原体 细菌 蓝藻（又称蓝细菌）,（一）.支原体（mycoplasma）-最小最简单的细胞,大小: 介于细菌与病毒之间，一般直径为0.10.3微米。 细胞膜：由磷脂和蛋白组成，没有细胞壁（唯一没有细胞 壁的原核细胞）。 DNA: 环状双螺旋,均匀地分布在细胞内，没有类似细菌的 核区（拟核），指导合成400多种蛋白质。,（一）.细菌 - 原核细胞的
4、典型代表,细胞壁：位于细胞外表面，主要成分是肽聚糖 细胞膜：脂类和蛋白质组成，有时内陷为中间体。 细胞质： DNA ：一个环状的DNA分子 ，形成称为核区或类（拟）核 质粒：独立于基因组DNA外的能自我复制到环状结构 核糖体：大部分游离于细胞质中，少量附着于细胞膜上的 蛋白质合成机器 少数细菌具有荚膜、鞭毛、菌毛等结构,（三）.古细菌 一类特殊的细菌，多生活极端的环境中,特点： 具有原核生物的某些特征：无核膜与内膜系统 具有真核细胞的某些特征：RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA具有内含子并结合组蛋白 具有不同与原核与真核细胞的特征：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的蛋白质为主
5、，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基庚二酸。,一些极端环境的古细菌,它们可能代表了早期地球最古老的细菌 极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90以上的高温环境。 极端嗜盐菌（extremehalophiles）：生活在高盐度环境中，盐度可达25%，如死海和盐湖中。 极端嗜酸菌（acidophiles）：能生活在pH值1以下的环境中，往往也是嗜高温菌。 极端嗜碱菌（alkaliphiles）：多数生活在盐碱湖或碱湖、碱池中。 产甲烷菌（metnanogens）：是严格厌氧的生物，能利用CO2使H2氧化，生成甲烷，同时释放能量。,三真核细胞,（一）真核细胞
6、的形态大小 形态：多种多样，与细胞所处的部位和功能有关,大小：差异很大，多在10100微米之间 最大的细胞是鸟类的卵细胞，鸡蛋的整个蛋黄就是一个卵细胞，直径约2-3厘米。 最大的鸟蛋是。？。,（二）真核细胞的基本结构,光镜下结构：细胞膜（cell membrane） 细胞质（cytoplasm） 细胞核（nucleus） 电子显微镜下： 细胞质中可见由单位膜组成的膜性细胞器以及微丝、微管、中间纤维等骨架结构。,真核细胞的基本结构特点,三大结构体系： 生物膜体系以脂质和蛋白质为基础的膜相结构体系，包括细胞质膜、核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体过氧化物酶体和叶绿体等 遗传信息表达体系以核酸和
7、蛋白质为主要成分，包括细胞核和核糖体 细胞骨架体系细胞骨架是由纤维状蛋白质搭建起的网络结构 ，包括细胞质骨架和细胞核骨架。主要成分是微管、微丝和中间纤维,（三）原核细胞与真核细胞的比较,相同之处： 1.都具有类似的细胞质膜结构； 2.都以DNA作为遗传物质，并使用相同的遗传密码； 3.都以一分为二的方式进行细胞分裂； 4.具有相同的遗传信息转录和翻译机制，有类似的核糖体结构； 5.代谢机制相同（如糖酵解和TCA循环）； 6.具有相同的化学能贮能机制，如ATP合成酶（原核位于细胞质膜上，真核位于线粒体膜上）； 7.光合作用机制相同（蓝细菌与植物相比较）； 8.膜蛋白的合成和插入机制相同； 9.都
8、是通过蛋白酶体（蛋白质降解结构）降解蛋白质（古细菌与真核细胞相比较）。,不同之处,原核与真核细胞最根本的区别,细胞膜系统的分化与演变 真核细胞以膜系统的分化为基础，首先分化为两个独立的部分核与质，细胞质内又以膜系统为基础分隔为结构更精细，功能更专一的单位各种重要的细胞器。细胞内部结构与职能的分工是真核细胞区别于原核细胞的重要标志。 遗传信息量与遗传装置的扩增与复杂化 真核细胞结构与功能的复杂化，遗传信息量相应随之扩增，即编码结构蛋白质与功能蛋白质的基因数首先大大增多，遗传信息的复制、转录与翻译的装置和程序也相应复杂化。,四病毒,病毒（Virus）是唯一的一类非细胞形态的生命体，介于生命与非生命
9、形式之间的物质。 有以下主要特征： 个体微小，10-30nm，可通过滤菌器，大多数必须用电镜才能看见； 仅具有一种类型的核酸，或DNA或RNA，没有含两种核酸的病毒； 专营细胞内寄生生活，在细胞内才能表现出生命特征； 具有受体连结蛋白（receptor binding protein），与敏感细胞表面的病毒受体连结，进而感染细胞。,病毒的分子结构,核酸分子和蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体,病毒的分类,第二节 细胞的起源与进化,一.原始细胞的形成 二.原核细胞向真核细胞的演化 三.单细胞生物向多细胞生物的进化,一.原始细胞的形成,地球上原始生命的诞生,米勒实验,模拟原始地球还原性大气中雷鸣闪电的
10、实验，开辟 了生命起源研究的新途径,原始细胞 的形成,二.原核细胞向真核细胞的演化,一般认为，真核细胞是由原核细胞进化而来的 真核细胞大约出现在15亿年前 （一）分化起源说,（二）内共生起源说,三.单细胞生物向多细胞生物的进化,团藻,现存的团藻是由一个细胞多次分裂形成的500多个至50000多个类似衣藻的细胞组成。反映出较早出现的多细胞生物的某些特征，有了一定的分工:一些细胞特化其运动功能，有的细胞特化其光合作用功能，有的细胞特化其有性生殖功能。,第三节 细胞的分子基础,（一）核酸 - 携带遗传信息,（1）核苷酸是核酸的基本组成单位 核酸有两大类： 分布于细胞核中的脱氧核糖核酸(DNA)； 分
11、布于细胞质中的核糖核酸(RNA),1. 核酸的化学组成：,（2） 核酸链的形成,一个核苷酸戊糖的5磷酸与另一个核苷酸戊糖的3羟基脱水缩合，形成3，5磷酸二酯键，多个核苷酸之间借助磷酸二酯键重复形成的多聚核苷酸链，即为核酸。在核酸分子的两端，总有一个末端带有自由的5-磷酸，称5端，另一个末端带有自由的3-羟基，称3端。,（3）DNA和RNA在化学组成上的异同,2. DNA,（1）DNA的双螺旋结构： DNA分子是由两条脱氧核糖核苷酸链组成。 两条链反向平行。 脱氧核糖和磷酸位于螺旋的外侧，碱基位于双螺旋的内测。 碱基之间以氢键互补配对：AT GC。 螺旋直径2nm，每个螺圈含10个碱基对，螺距3
12、.4nm。,DNA的化学结构,（2）DNA的功能：储存、复制和传递遗传信息,遗传信息的储存,CpG：表示胞嘧啶与同一条链中相邻的鸟鸟嘌呤以共价键相连 CG ：表示胞嘧啶与互补链中相邻的鸟嘌呤以共价键相连 遗传信息就存储在DNA的线性序列的不同排列组合中。,遗传信息的复制,DNA复制特点： 半保留复制：以双链DNA为模板，各自合成新链。其中一条来自亲代DNA，另一条是新合成的 半不连续复制：DNA双链合成时，领头链的合成是连续的，为53方向；随从链的合成是不连续的，与复制叉方向相反，合成的片段叫冈崎片段 双向定点复制：以一个固定起点，同时向相反方向以相同速度进行复制,3.RNA,RNA分子以单链
13、形式存在，在部分区域折叠并按碱基互补配对原则形成双链发夹结构。 主要有三类RNA: mRNA（message RNA，信使RNA) rRNA（ribosome RNA，核糖体RNA) tRNA（transfer RNA ，转运RNA）,（1）信使RNA（mRNA ）,（2）核糖体RNA（rRNA),（3）转运RNA（ tRNA),三种RNA分子的结构特征与功能作用,（4）小核RNA (small nuclear RNA,sn RNA),（5）微小RNA (micro RNA, mi RNA),miRNA的形成与作用机制,（6）核酶（ribozyme）,具有酶活性的RNA分子 功能： 核酶的底物
14、是RNA 分子，它们通过与序列特异性靶RNA分子配对而发挥作用,动物细胞内主要含有的RNA种类及功能,（二）蛋白质 表达遗传信息,1.蛋白质的化学组成 蛋白质的基本单位 氨基酸 （20种，分四类：酸性氨基酸；碱性氨基酸；极性氨基酸；非极性和疏水氨基酸）,多肽链,一个氨基酸分子上的羧基与另一个氨基酸上的氨基经脱水缩合形成肽键，氨基酸通过肽键而连成的化合物称为肽（peptide）。蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，依次缩合而形成的多肽链。,2.蛋白质的分子结构,（1）一级结构：氨基酸的排列顺序。 一级结构中的氨基酸排列顺序的差异使蛋白质折叠成不同的高级结构,（2）二级结构,肽链主链内的氨基酸残
15、基之间有规律的形成氢键相互作用的结果。主要有两种折叠形式： 螺旋、片层 螺旋为3.6个氨基酸盘旋一周，每个螺旋直径0.23nm，两个螺旋之间距离为0.54nm；而片层为多肽链分子完全伸展，多肽链自身来回折叠，形成反向平行结构。,（3）三级结构,三级结构：多肽链不同侧链间通过氢键、离子键和疏水键等相互作用在二级结构基础上进一步盘曲折叠。具有三级结构的蛋白即表现出生物学活性。,（4）四级结构,由两条或两条以上的肽链组成的蛋白质，每一个独立的三级结构 的肽链称为亚单位，多肽链亚单位之间通过氢键等非共价键形成复杂的空间结构。,蛋白质分子结构的层次,3.蛋白质的结构与功能的关系,一级结构是蛋白质功能的基
16、础。 结构域(structural domains)是大分子蛋白质的结构组成单元。 组成一个结构域的氨基酸残基通常在40-350之间。 通常通过结构域去推断某些蛋白质的功能。 具有相同结构域的蛋白具有类似功能,4.一类特殊的蛋白质酶,酶（enzyme）：由生物体细胞产生的具有催化剂作用的蛋白质。 特点： 高催化效率 比一般催化剂高1061010倍。 高度专一性 一种酶只能催化一种或一类反应。 高度不稳定性 酶多具有四级结构，易受各种因素影响。,章节回顾,细胞是生物体的结构与功能的基本单位。 除病毒外，一切有机体均由细胞构成。 生物体的一切生命活动、生命基本特征以及生命现象都是以细胞为单位体现的。 细胞是生物进化的产物，细胞的形成经历了在原始地球条件下从无机小分子物质产生有机小分子物质；有机小分子物质自发聚合成具有自我复制能力的生物大分子；生物大分子逐渐演变为由膜包围的原始细胞；再由原始细胞演化成今天的原核
