细胞的分子组成(14留)解析

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1、第二章 细胞的基本特征 第一节 细胞的化学组成 第二节 细胞的结构特征 第三节 细胞的功能特征 第一节 细胞的化学组成 一、水和无机盐 二、有机小分子 三、生物大分子 动动物细细胞的化学 组组成百分比 水 70% 无机盐 1% 蛋白质 18% 磷脂 3% 其它脂 2% 多糖 2% RNA 1.1% DNA 0.25% 代谢物 3% 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(monosaccharide) 、脂肪酸(fatty acid)、 氨基酸(amino acid) 、核苷酸 (nucleotide) 生物大

2、分子 多糖(polysaccharides) 、脂质(lipoid) 、 蛋白质(protein) 、核酸(nucleic acid) 特性：1.水是细胞中最基本的物质， 占70-80%。 2.水分子是极性分子，水分子间 可形成氢键。 存在方式：游离水95；结合水5。 功能: 溶剂、调节温度、参加酶反应、 参与物质代谢。 水-生命之源 一、水和无机盐 阴电性区 阳电性区 水：H2O 1. 带电荷的物质易溶于水 2. 能与水形成氢键的物质易溶于水 水是极性分子 亲水分子(Hydrophilic molecules) 能吸引水分子或与水分子形成氢键的分子易溶于水，被 称为“亲水分子”，如离子、尿素

3、。 不吸引水分子或不与 水分子形成氢键的分子 不易溶于水，被称为 “疏水分子”，如甲烷。 疏水分子(Hydrophobic molecules) 存在方式: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 特性：含量很少，约占1。 无机盐的主要功能: 维持细胞内外液的pH值和渗透压, 以保持细胞的正常生理活动。 同蛋白质结合, 组成具有特定 功能的结合蛋白。 参与信号转导。 是酶反应的辅助因子。 1. 单糖(monosaccharide) 2. 脂肪酸(fatty acid) 3. 氨基酸(a

4、mino acid) 4. 核苷酸(nucleotide) 二、有机小分子 有机小分子： 单糖 己糖是多糖的基本单元；戊糖是核酸的组成单位。 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 戊糖(pentose) 核糖是RNA的组成单位 脱氧核糖是DNA的组成单位 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 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 1. 兼性分子（同时含有一个正电荷和一个负电荷） 2.

5、 参与蛋白质构成的氨基酸有20种 氨基 （带正电荷） 羧基 （带负电荷） RR 有机小分子：核苷酸 1. 碱基、戊糖、磷酸三部分构成核苷酸。 2. 根据碱基和戊糖的不同而有不同类型。 磷酸 戊糖 碱 基 A、G、 C、T、U 核糖， 脱氧核糖 核苷酸 (nucleotide) 磷酸(phosphoric acid) 核苷 (nucleoside) 戊糖： (pentose) 碱基 (bases) 核糖(ribose) 或 脱氧核糖(desoxyribose) 嘌呤(purine) :A、G 嘧啶(pyrimidine):C、T、U 三磷酸腺苷酸含高能磷酸键， 是重要的能量载体。 ATP 2 环

6、一磷酸腺苷酸作为信号分子， 在细胞信号转导中起重要作用。 cyclic AMP (cAMP) 有机小分子构建生物大分子 三、生物大分子（biomacromolecule） 1. 多糖（polysaccharides） 2. 脂质（lipid） 3. 蛋白质（protein） 4. 核酸（nucleic acid） 生物大分子构建细胞 核糖体 线粒体 微管 淀粉 染 色 质 糖类 细胞膜 细胞壁 糖原 (glycogen)：细胞中的能量储备 寡聚糖(oligosaccharides): 构成糖蛋白和糖脂， 在细胞识别中起重要作用。 糖胺聚糖(glycosaminoglycan) : 细胞外基质成

7、分 多糖与细胞的关系 糖脂 糖蛋白糖蛋白蛋白聚糖 重复的二糖单位 ，构成细胞外基质。 糖胺聚糖 多糖大量存在于细胞外基质中 细胞外基质 霍 乱 毒 素 作 用 机 制 许多生理和病理过程都起始于细胞表面的糖 宿主 细胞 表面 糖链 生物体内有功能的脂质：三酰甘油、磷脂、类固醇 脂质与细胞的关系 三酰甘油 (triglyceride)： 又称甘油三酯,不溶于水， 在细胞中聚集成为脂肪滴，是细胞中的能量储备。 类固醇(steroid)：包括胆固醇、 肾上腺皮质激素等， 构成生物膜，参与信号传递。 胆固醇 包括：甘油磷脂 和 鞘磷脂 磷脂 (phospholipids) 甘油磷脂是构成生物膜脂双层的

8、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。 磷脂酰胆碱 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 脂质分子脂质分子蛋白质分子蛋白质分子 脂双层脂双层 脂质分子的特性使其能够构成生物膜的基本骨架 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 简单的化学修饰可引起蛋白质结构、功能（活性）改变 蛋白质与细胞的关系 细胞的任何部位都存在蛋白质，种类

9、很多（人 类大概有10万种），功能丰富： 基本组成单位：氨基酸(amino acid) 肽键(peptide bond ) 肽链(peptide chain) 蛋白质的组成和结构 肽 键肽 键 氨基端 （N端） 羧基端 （C端） 多肽主链 一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure) 超二级结构、结构域(super-secondary structure、domain) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure) （1）蛋白质的分子结构 一级结构由染色体DNA编码 蛋白质的一级结构

10、 多肽链中氨基酸的排列顺序和生成二硫 键的半胱氨酸的位置。一级结构决定蛋 白质的三维结构和功能。 primary structure amino-acid sequence and disulfide bond 牛胰岛素一级结构图 每个肽键的N-H与同一链上相距4个肽键的C=O通过氢键形 成螺旋(类似螺旋楼梯或拉长的弹簧) 蛋白质的二级结构:螺旋 secondary structure: helix 螺旋和片层是最普遍的折叠形式 相邻多肽链间通过氢键形成片层相互交联以抗拉伸 蛋白质的二级结构:片层 secondary structure: sheet 蛋白质构象病 （protein confo

11、rmational disease ） 镰形红细胞性贫血 老年痴呆（Alzheimer disease,AD） 亨廷顿舞蹈病 朊病毒(prion protein，简称PrP)， 发现者 1997年获得诺贝尔奖 螺旋异常转变为片层： 导致蛋白质聚集引起疾病 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 人类朊蛋白疾病主要有： 克-雅氏病，库鲁病等。 蛋白质的超二级结构 super-secondary structure 几个相邻的二级结构肽段有规律地组合 在一起，具有特殊功能的区域。 二级结构进而形成超螺旋或复杂缠绕，使多肽链

12、为高度复杂的球形 三级结构（催化剂和转运分子中常见，如肌红蛋白、酶、激素等） 蛋白质的三级结构 tertiary structure 活性中心 肌红蛋白/血红蛋白三级结构图 蛋白质要有生物学活性，至少要具备三级结构。 人血红蛋白(hemoglobin) 结 构两个 、两个 亚基 蛋白质的四级结构 quaternary structure 血红蛋白四级结构图 红色为血红素 (heme)基团 核酸与细胞的关系 核酸包括DNA和RNA，DNA主要存在于细 胞核中，少量在线粒体中;RNA除了少量在 细胞核与线粒体中存在外,主要为临时性存 在于细胞质中。 核酸是细胞遗传信息的载体，负责指导蛋 白质合成。

13、 DNA(脱氧核糖核酸 deoxyribonucleic acid) 的基本单位：脱氧核糖核苷酸 dAMP、dGMP、dCMP、dTMP 简称：A、G、C、T 戊糖(pentose) 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 碱基(base) 1 3 4 2 5 6 1 4 3 2 6 5 8 7 9 5磷酸3羟 磷酸二酯键 核酸链的形成 核酸链有方向性： 5 3 脱氧核苷酸的序列 是DNA的一级结构 氢键 DNA双螺旋 结构模型 是DNA的 二级结构 DNA双螺旋结构模型特点 v DNA分子是由两条反向平行、右手螺旋的一磷酸 脱氧多核苷酸链组成。 v 脱氧核糖和磷酸排在每条链的外侧，而碱基排在

14、内 侧，且严格配对AT CG(碱基互补配对原则)。 v 遗传信息储存于碱基对序列中。 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962 超螺旋是DNA的三级结构 储存遗传信息 自我复制 转录出RNA;指导合成蛋白质 DNA的功能 RNA（核糖核酸 ribonucleic acid）的基本单位：核糖核苷酸 AMP、GMP、CMP、UMP 简称：A、G、C、U （1）信使RNA (messenger RNA, mRNA) （2）转运RNA (transfer RNA, tRNA) （3）核糖体RNA (ribosome RNA, rRNA) RNA的主要

15、种类 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 四级结构：与蛋白质形成的核蛋白复合物 RNA的结构（单链） 核酸链有方向性：5 3 mRNA蛋白质合成的直接模板 氨基酸 接受臂 反密 码环 tRNA：蛋白质生物合成“搬运工” mRNA与氨基酸之间的衔接分子(linker) 反密码子 rRNA rRNA和蛋白质构成核糖体 核糖体小亚基中的rRNA结构图 mRNA、tRNA 、rRNA : 参与蛋白质合成 其它RNA：核内小RNA (snRNA)、核酶(ribozyme) 等能 对DNA进行调控。 RNA的功能 DNA与RNA的关系 DNA与RNA的共同点

16、：1.由单核苷酸分子连接形成 2.具有空间结构 3.功能与生物体遗传信息的储存和传递有关 类别 特征 戊糖 碱基 分子结构 分布 在细胞中 的作用 DNA 脱氧核糖 A、G、C、T 大多数双链 主要在细胞核内 绝大多数生物的 遗传物质 RNA 核糖 大多数单链 主要在细胞质、核仁 参与蛋白质合成 部分病毒和噬菌体的遗传物质 A、G、C、U DNA和RNA的区别 一、质膜 （plasma membrane） 二、细胞质 （cytoplasm） 三、细胞核 （nucleus） 第二节 细胞的结构特征 细胞内外、细胞器内外的分子组成截然不同 一、质膜（plasma membrane） 钙离子浓度： 膜外是膜内的 10000倍！ 质膜的功能? 1.细胞器（organelles） 2.细胞骨架（cytoskeleto