001细胞的分子基础

《001细胞的分子基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《001细胞的分子基础（176页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第三章第三章 细胞的分子基础细胞的分子基础 Molecular Basis of CellMolecular Basis of Cell第一节第一节 细胞的小分子物质细胞的小分子物质细胞是生物体的结构和功能的基本单位细胞是生物体的结构和功能的基本单位 构成细胞的物质：原生质构成细胞的物质：原生质( (protoplasmprotoplasm) ) -又称生命物质又称生命物质; ; 组成原生质的化学元素：必需元素组成原生质的化学元素：必需元素; ; 微量元素微量元素( (0.01%0.01%) )大量元素大量元素( (99.99%99.99%) )有机化合物有机化合物无机化合物无机化合物化合物化

2、合物核酸核酸( (nucleic acidnucleic acid) )糖类糖类( (carbohydratescarbohydrates) )脂类脂类( (lipidlipid) )维生素维生素( (vitaminvitamin) )蛋白质蛋白质( (proteinprotein) )无机盐无机盐( (inorganic inorganic saltsalt) )水水( (waterwater) )有机化合物有机化合物( (organic organic compoundcompound) )无机化合物无机化合物( (inorganic inorganic compoundcompound)

3、 )生生命命的的物物质质基基础础一一. 水水 水是原生质最基本的物质水是原生质最基本的物质，是构成，是构成原生质原生质中最中最多的一项多的一项; ; 水是生命活动中最重要的介质水是生命活动中最重要的介质; ; 水在细胞中的存在形式水在细胞中的存在形式: :自由水自由水( (9595) )和结合和结合水水( (5 5) )；活细胞的含水量不低于；活细胞的含水量不低于7575。 水的水的特有特有属性：属性： 1. 1. 水分子是偶极子；水分子是偶极子； 2. 2. 水分子间可形成氢键；水分子间可形成氢键； 3. 3. 水分子可解离为离子；水分子可解离为离子；二二. 无机盐无机盐 以离子状态存在；占

4、细胞总量的以离子状态存在；占细胞总量的1%1%以下以下; ; 在细胞中的作用在细胞中的作用: : 1 1).).构成生物体某些结构的重要成分构成生物体某些结构的重要成分; ; 2 2).).酶、激素或者维生素的重要成分；酶、激素或者维生素的重要成分； 3 3).).参与细胞内的物质运输和信号传导参与细胞内的物质运输和信号传导; ; 4 4).).与细胞内外渗透压的调节有关；构成生物体与细胞内外渗透压的调节有关；构成生物体的缓冲系统的缓冲系统； 主要的阴离子有主要的阴离子有ClCl、POPO4 4和和HCOHCO3 3，其中，其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要：磷酸根离子在细胞代谢活动中最为

5、重要： ：在细胞的能量代谢中起着关键作用；在细胞的能量代谢中起着关键作用； ：是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分；成分； ：调节酸碱平衡调节酸碱平衡; ; 阳离子在细胞中的作用阳离子在细胞中的作用：钙调素、肌动球蛋白、钙调素、肌动球蛋白、ATPATP酶酶CaCa2+2+硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶MoMo2+2+肽酶肽酶CoCo2+2+酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶CuCu2+2+肽酶肽酶MnMn2+2+叶绿素、磷酸酶、叶绿素、磷酸酶、NaNa+ +-K-K+ +泵泵MgMg2+2+维持膜电位、参与蛋白质合成和

6、某些酶促合成维持膜电位、参与蛋白质合成和某些酶促合成K K+ +维持膜电位维持膜电位NaNa+ +血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的成分成分FeFe2+2+或或FeFe3+3+在细胞中的作用在细胞中的作用离子种类离子种类三三. 有机小分子有机小分子( (一一).).糖类糖类 由由C C、H H、O O三种元素组成三种元素组成; ; 通式通式：( (CHCH2 2O O) )n n或或C Cn n( (H H2 2O O) )n n; ; 1 1. .糖的分类糖的分类: : 1 1).).单糖单糖：戊糖和己糖；：戊糖和己糖； 2 2).).低聚糖低聚

7、糖( (寡糖寡糖) )； 3 3).).多糖多糖; ; 多糖多糖 淀粉淀粉; ; 糖原；糖原； 纤维素纤维素；几丁质等；几丁质等； 2 2. .糖的作用糖的作用: : 结构成分结构成分; ; 生物体内的能量来源生物体内的能量来源; ; 中间代谢产物中间代谢产物; ; 信息分子信息分子; ; 解毒作用解毒作用; ; 润滑保护作用润滑保护作用; ;三三. .有机小分子有机小分子( (二二).).脂类脂类 脂类脂类的的构成构成：脂肪酸脂肪酸+ +醇醇 酯及其衍生物酯及其衍生物( (即即脂肪和类脂以及其他一些物质的总称脂肪和类脂以及其他一些物质的总称) )。 脂类脂类的性质：脂类不溶于水，只溶于非极性

8、的性质：脂类不溶于水，只溶于非极性的有机溶剂。的有机溶剂。 1 1. .脂肪脂肪：一分子甘油一分子甘油 + + 三分子脂肪酸三分子脂肪酸 = = 甘油三脂肪酸酯甘油三脂肪酸酯( (甘油三酯甘油三酯);); 2 2. .类脂类脂：包括磷脂、糖脂与甾醇类：包括磷脂、糖脂与甾醇类( (固醇类固醇类) ); ; 3 3. .固醇类固醇类：包括胆固醇、胆汁酸和固醇类激素等：包括胆固醇、胆汁酸和固醇类激素等; ; 低聚糖低聚糖( (寡糖寡糖) ) 二糖二糖: : 乳糖乳糖= =葡萄糖葡萄糖+ +半乳糖半乳糖 蔗糖蔗糖= =葡萄糖葡萄糖+ +果糖果糖 麦芽糖麦芽糖= =葡萄糖葡萄糖+ +葡萄糖葡萄糖 寡糖链

9、：作为细胞膜的成分之一；寡糖链：作为细胞膜的成分之一；直链淀粉直链淀粉支链淀粉支链淀粉淀粉淀粉糖原糖原一个脂肪分子的结构一个脂肪分子的结构【甘油三硬脂酸酯甘油三硬脂酸酯】( (示饱和脂肪酸示饱和脂肪酸) )一个脂肪分子的结构甘油三亚油酸酯一个脂肪分子的结构甘油三亚油酸酯( (示不饱和脂肪酸示不饱和脂肪酸) )磷脂酸：甘油磷脂酸：甘油+ +脂肪酸脂肪酸+ +磷酸磷酸卵磷脂卵磷脂磷脂：甘油磷脂：甘油+ +脂肪酸脂肪酸+ +磷酸磷酸+ +含氮碱含氮碱磷脂分子模型磷脂分子模型胆固醇胆固醇胆固醇分子结构胆固醇分子结构( (A A) )及其在细胞膜中的位置及其在细胞膜中的位置( (B B) ) 4 4.

10、.脂类的功能：脂类的功能： 能量的储存；能量的储存； 生物膜的骨架；生物膜的骨架； 电与热的绝缘体；电与热的绝缘体； 信号传递；信号传递； 酶的激活剂；酶的激活剂； ( (三三).).氨基酸氨基酸 ( (四四).).核苷酸（详见后述）核苷酸（详见后述）第三章第三章 细胞的分子基础细胞的分子基础 Molecular Basis of CellMolecular Basis of Cell第二节第二节 细胞的大分子物质细胞的大分子物质一一. 蛋白质蛋白质( (一一).).蛋白质的分子组成单位蛋白质的分子组成单位氨基酸氨基酸亮氨酸亮氨酸亲水性的亲水性的丝氨酸丝氨酸疏水性的疏水性的一一. 蛋白质蛋白质

11、( (二二).).蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 1. 1. 蛋白质的蛋白质的一级结构一级结构： 化学键：包括肽键，二硫键；化学键：包括肽键，二硫键； 氨基酸的种类、数目和排列顺序氨基酸的种类、数目和排列顺序； 2 2. . 蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构： 化学键：氢键；化学键：氢键； 类型类型：1 1).).螺旋螺旋; ; 2 2).).片层折叠片层折叠; ; 3 3).).胶原三股螺旋胶原三股螺旋; ; 3 3. . 蛋白质的三级结构：蛋白质的三级结构： 化学键：氢键，二硫键；疏水键，离化学键：氢键，二硫键；疏水键，离子键；子键； 在各种二级结构的基础上再进一步盘在各种二级结构的基

12、础上再进一步盘曲或折叠形成的曲或折叠形成的三维空间结构三维空间结构。 4 4. . 蛋白质的蛋白质的四级结构四级结构： 化学键：非共价键；化学键：非共价键； 具有二条或二条以上独立三级结构的具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链通过次级键的组合而形成的空间结构。多肽链通过次级键的组合而形成的空间结构。The Primary Structure The Primary Structure of Proteinof Protein胰岛素分子的一级结胰岛素分子的一级结构构( (示二硫键示二硫键) )Frederick SangerFrederick SangerBornBorn: :13 Augus

13、t 13 August 19181918, , RendcombeRendcombe, , United KingdomUnited KingdomAffiliation at the Affiliation at the time of the award: time of the award: University of University of Cambridge, Cambridge, Cambridge, United Cambridge, United KingdomKingdomThe Nobel Prize in The Nobel Prize in ChemistryChe

14、mistry 19581958 to him to him： “ “for his work on the structure of for his work on the structure of proteinsproteins, , especially that of insulinespecially that of insulin” ”Frederick SangerFrederick SangerBornBorn: :13 August 13 August 19181918, , RendcombeRendcombe, , United KingdomUnited Kingdom

15、Affiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : University of University of CambridgeCambridge, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomPaul BergPaul BergBornBorn: :30 June 192630 June 1926, , New YorkNew York, , NY NY, , USA USAAffiliation at the Affiliation

16、at the time of the awardtime of the award: : Stanford University, Stanford University, StanfordStanford, , CA CA, , USA USAWalter GilbertWalter GilbertBornBorn: :2121 March March 1932, Boston1932, Boston, , MA MA, , USAUSAAffiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : Ha

17、rvard UniversityHarvard University, , Biological Biological LaboratoriesLaboratories, , CambridgeCambridge, , MA MA, , USAUSAThe Nobel Prize in The Nobel Prize in ChemistryChemistry 19801980 to them to them： “ “for their contributions concerning for their contributions concerning the determination o

18、f base the determination of base sequences in nucleic acidssequences in nucleic acids” ”Alpha Helix of Secondary StructureAlpha Helix of Secondary StructurePleated Sheet of Secondary StructurePleated Sheet of Secondary Structure胶原三股螺旋胶原三股螺旋( (from Schmid,1982from Schmid,1982) )A A：原胶原分子的螺旋：原胶原分子的螺旋;

19、 ; B B：三个原胶原分子：三个原胶原分子相互扭旋而形成的三股螺旋相互扭旋而形成的三股螺旋Tertiary StructureTertiary StructureQuaternary StructureQuaternary Structure一一. 蛋白质蛋白质( (三三).).蛋白质的功能蛋白质的功能 蛋白质的功能：蛋白质的功能： 结构功能；结构功能； 运输和传导功能；运输和传导功能； 收缩和运动功能；收缩和运动功能； 免疫保护和防御功能免疫保护和防御功能； 运输和储存功能运输和储存功能； 调节功能；调节功能； 遗传调控功能；遗传调控功能； 其他功能其他功能；二二. 核酸核酸( (一一).

20、).核酸的化学组成和分子核酸的化学组成和分子结构结构核酸的水解及其产物核酸的水解及其产物1 1. .戊糖戊糖ribosome & ribosome & deoxyribosomedeoxyribosome2 2. .含氮碱基含氮碱基 1).1).嘌呤碱基嘌呤碱基( (purinepurine base base) )2 2. .含氮碱基含氮碱基 2 2).).嘧啶碱基嘧啶碱基( (pyrimidinepyrimidine basebase) )3 3. .核苷核苷( (nucleosidenucleoside) ) 戊糖戊糖 + + 含氮碱基含氮碱基戊糖及其核苷的形成戊糖及其核苷的形成4 4.

21、 .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 1).1).核苷核苷酸酸( (nucleotidenucleotide) )戊糖戊糖 + + 含氮碱基含氮碱基 + + 磷酸磷酸 或或 ( (核苷核苷 + + 磷酸磷酸) )参与构成参与构成DNADNA和和RNARNA的碱基、核苷及相应的核苷酸的碱基、核苷及相应的核苷酸4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 2 2) ). .各种核苷酸各种核苷酸dAMPdAMP的结构的结构dADPdADP的结构的结构dATPdATP的结构的结构4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 3 3) ). .多多核苷核苷酸酸( (polynucleotidepolyn

22、ucleotide) )4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 4 4) ). .环环核苷核苷酸酸( (cyclic cyclic nucleotidenucleotide) )cAMPcAMP( (cycliccyclic adenosine adenosine monophosphatemonophosphate) )cGMPcGMP( (cycliccyclic guanosineguanosine monophosphatemonophosphate) )示环核苷酸的形成示环核苷酸的形成4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 5 5) ). .DNADNA和和RNARNA的

23、比较的比较( (SeeSee：P P2727) )二二. 核酸核酸( (二二).).Structure of Structure of deoxyribo-nucleic aciddeoxyribo-nucleic acid，DNADNA 1.1.B B型型DNADNA( (B-DNAB-DNA) )结构结构: : 在相对湿度为在相对湿度为92%92%时所得到的时所得到的DNADNA纤维纤维; ; 双螺旋模型的依据双螺旋模型的依据: : 1 1).).ChargaffChargaff( (1949-19511949-1951) )等的化学分析等的化学分析, ,发现发现: : . T + C =

24、 A + G. T + C = A + G； . . A = TA = T； . . G = CG = C； . . A + T G + CA + T G + C； 2 2).).X X射线衍射的研究射线衍射的研究: : Rosalind Franklin Rosalind Franklin ( (25 July 25 July 19201920 16 April16 April 19581958) )和改变和改变历史的历史的5151号照片。号照片。Maurice Hugh Maurice Hugh Frederick WilkinsFrederick WilkinsBornBorn: : 1

25、5 December 15 December 19161916, , PongaroaPongaroa, New , New ZealandZealandDiedDied: : 5 October 2004 5 October 2004, , LondonLondon, , United United KingdomKingdomAffiliation at the time of Affiliation at the time of the awardthe award: : London London UniversityUniversity, , London London, , Uni

26、ted KingdomUnited KingdomMaurice Maurice Hugh Hugh Frederick Frederick Wilkins in Wilkins in 19991999 Maurice Hugh Frederick Maurice Hugh Frederick WilkinswithWilkinswith a plaque a plaque celebrating his achievementscelebrating his achievements, , at Strand Campus at Strand Campus, , Kings CollegeK

27、ings College, , London London, , c.1999. Permission c.1999. Permission Maurice Hugh Frederick WilkinsMaurice Hugh Frederick Wilkins 19531953年年4 4月月2525日，英国著名的科学期日，英国著名的科学期刊刊自然自然杂志发表了沃森、克里克的一篇杂志发表了沃森、克里克的一篇优美精炼的短文，宣告了优美精炼的短文，宣告了DNADNA分子双螺旋结分子双螺旋结构模型的诞生。这一期杂志还发表了富兰克构模型的诞生。这一期杂志还发表了富兰克琳和威尔金斯的两篇论文，以实验报告

28、和数琳和威尔金斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了沃森、克里克的论文。据分析支持了沃森、克里克的论文。 这一年，沃森年仅这一年，沃森年仅2525岁，克里克也只岁，克里克也只有有3737岁，尚未获得博士学位。岁，尚未获得博士学位。由克里克夫由克里克夫人和美术家人和美术家奥迪勒设计奥迪勒设计的的DNADNA示意图示意图In Stockholm for their Nobel Prizes, December 1962In Stockholm for their Nobel Prizes, December 1962: :Maurice Wilkins, John Steinbeck, John

29、 Kendrew, MaxMaurice Wilkins, John Steinbeck, John Kendrew, MaxPerutzPerutz, Francis Crick, and James D Watson., Francis Crick, and James D Watson. Nobel Prize winners, December 1962Nobel Prize winners, December 1962： MauriceMauriceWilkins, Max Perutz, Francis Crick, John Wilkins, Max Perutz, Franci

30、s Crick, John Steinbeck,Steinbeck,James D Watson, John Kendrew James D Watson, John Kendrew ( (UPI/UPI/BettmanBettman) )Permission: Permission: CorbisCorbis. .Max Ferdinand Max Ferdinand PerutzPerutzBornBorn: : 19 May 1914 19 May 1914, , Vienna, AustriaVienna, AustriaDiedDied: : 6 February 2002 6 Fe

31、bruary 2002, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomAffiliation at the time Affiliation at the time of the awardof the award: : MRC MRC Laboratory of Laboratory of Molecular BiologyMolecular Biology, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomJohn John CowderyCowdery KendrewKen

32、drewBornBorn: : 24 March 1917 24 March 1917, , OxfordOxford, , United United KingdomKingdomDiedDied: : 23 August 1997 23 August 1997, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomAffiliation at the time of Affiliation at the time of the awardthe award: : MRC MRC Laboratory of Laboratory of Mo

33、lecular BiologyMolecular Biology, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomThe Nobel Prize in The Nobel Prize in ChemistryChemistry 19621962 to them to them： “ “for their studies of the for their studies of the structures of globular proteinsstructures of globular proteins” ”收藏于纽约科学博物馆的收藏

34、于纽约科学博物馆的DNADNA模型模型James Dewey James Dewey WatsonWatsonBornBorn: : 6 April 1928 6 April 1928, , ChicagoChicago, , IL IL, , USA USAAffiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : Harvard UniversityHarvard University, , CambridgeCambridge, , MA MA, , USAUSAFrancis Harry Fra

35、ncis Harry Compton CrickCompton CrickBornBorn: : 8 June 1916 8 June 1916, , NorthamptonNorthampton, , United United KingdomKingdomDiedDied: : 28 July 2004 28 July 2004, , San DiegoSan Diego, , CA CA, , USA USAAffiliation at the time of Affiliation at the time of the awardthe award: : MRC MRC Laborat

36、ory of Laboratory of Molecular BiologyMolecular Biology, , CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomThe Nobel Prize in The Nobel Prize in Physiology Physiology or Medicineor Medicine 19621962 to them to them： “ “for their discoveries concerning for their discoveries concerning the molecular

37、 structure of nucleic the molecular structure of nucleic acids and its significance for acids and its significance for information transfer in living information transfer in living materialmaterial” ”烟草花叶病毒烟草花叶病毒( (Tobacco mosaic Tobacco mosaic virus, TMVvirus, TMV) )的结构模的结构模型。型。富兰克林逝世之后富兰克林逝世之后, ,英

38、国生物化学家克鲁英国生物化学家克鲁格继续并且完成她的格继续并且完成她的这一研究课题。这一研究课题。克鲁格后来荣获了克鲁格后来荣获了19821982年诺贝尔化学年诺贝尔化学奖。奖。Aaron Klug Aaron Klug BornBorn: : 11 August 11 August 1926, 1926, ZelvasZelvas, , LithuaniaLithuaniaAffiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : MRC Laboratory of MRC Laboratory of

39、 Molecular Biology, Molecular Biology, CambridgeCambridge, , United United KingdomKingdomThe Nobel Prize in The Nobel Prize in ChemistryChemistry 19821982 to him to him： “ “for his development of for his development of crystallocrystallo- -graphic electron microscopy and his graphic electron microsc

40、opy and his structural elucidation of biologically structural elucidation of biologically important nucleic acid-protein important nucleic acid-protein complexescomplexes” ” 2 2. .A A-DNA-DNA和和Z Z-DNA-DNA: : A A-DNA-DNA：是：是在相对湿度为在相对湿度为75%75%时所得时所得到的到的DNADNA纤维纤维；1.81.8-9-9 0.380.38-30-30 1212左左2 2-1.

41、2-1.2 0.340.343636 10.010.0右右2.32.3+19+19 0.230.2333.633.6 10.710.7右右螺旋的大致直径螺旋的大致直径bpbp与螺旋轴之间的角度与螺旋轴之间的角度bpbp之间的距离之间的距离每对每对bpbp的旋度的旋度每圈的每圈的bpbp螺旋方向螺旋方向Z ZB BA ADNADNA的结构形式及特征比较的结构形式及特征比较二二. 核酸核酸( (三三).).Structure of ribonucleic Structure of ribonucleic acidacid，RNARNA 1. 1. mRNAmRNA( (messengermesse

42、nger RNARNA) ) 2. 2. rRNArRNA( (ribosomalribosomal RNA RNA) ) 3. 3. tRNAtRNA( (transfertransfer RNA RNA) ) 4. 4. microRNAmicroRNA( (miRNAmiRNA) ) 5. 5. ribozymeribozyme与各种蛋白质结与各种蛋白质结合形成核糖体；合形成核糖体；80%80%90%90%原核原核: :5S, 5S, 16S,23S16S,23S; ;真核真核: :5S, 5S, 5.8S, 5.8S, 18S,28S18S,28S100010001200kDa1200

43、kDa单链单链, ,线形线形; ;局部可形成局部可形成双螺旋形或双螺旋形或发夹形；发夹形；rRNArRNA识别活化的氨基识别活化的氨基酸，并与之合成酸，并与之合成为氨酰为氨酰- -tRNAtRNA；识别密码子；识别密码子；转运氨基酸至核转运氨基酸至核糖体上；糖体上；5%5%10%10%4S4S25kDa25kDa单链；二级单链；二级结构三叶草结构三叶草形形; ;三级结构三级结构呈倒呈倒“L L”形形; ;tRNAtRNA转录遗传信息转录遗传信息DNADNA；合成蛋白；合成蛋白质的模板；质的模板；1%1%5%5%6S6S25S25S1501502000kDa2000kDa单链单链, ,线形线形;

44、 ;部分可呈环部分可呈环状、发夹状状、发夹状; ;mRNAmRNA功能功能含量比例含量比例沉降系数沉降系数分子质量分子质量形态特征形态特征三种主要三种主要RNARNA的比较的比较 核酶核酶( (RibozymeRibozyme)-)-RNARNA催化剂催化剂 1981981 1年年, ,T.T.R.R.CechCech和和S.AltmanS.Altman发现发现：四四膜虫膜虫rRNArRNA的前体物能在没有任何蛋白质参的前体物能在没有任何蛋白质参与下进行自我加工，产生成熟的与下进行自我加工，产生成熟的rRNArRNA产物。产物。这种加工方式称为自我剪接这种加工方式称为自我剪接( (self s

45、plicingself splicing) )。 具有催化活性的具有催化活性的RNARNA普遍存在于原核普遍存在于原核和真核生物中。一个典型的例子核糖体的肽和真核生物中。一个典型的例子核糖体的肽基转移酶。基转移酶。 对酶的本质是蛋白质的传统观念提出对酶的本质是蛋白质的传统观念提出了新的挑战。了新的挑战。Sidney AltmanSidney AltmanBornBorn: : 7 May 1939 7 May 1939, , MontrealMontreal, , Canada CanadaAffiliation at the Affiliation at the time of the aw

46、ardtime of the award: : Yale UniversityYale University, , New HavenNew Haven, , CT CT, , USAUSAThomas R. Thomas R. CechCechBornBorn: : 8 December 8 December 19471947, , Chicago Chicago, , IL, IL, USAUSAAffiliation at the Affiliation at the time of the awardtime of the award: : University of Universi

47、ty of ColoradoColorado, , Boulder Boulder, , COCO, , USA USAThe Nobel Prize in The Nobel Prize in ChemistryChemistry 19891989 to them to them： “ “for their discovery of catalytic for their discovery of catalytic properties of RNAproperties of RNA” ”第三章第三章 细胞的分子基础细胞的分子基础 Molecular Basis of CellMolecu

48、lar Basis of Cell第三节第三节 细胞结构的组装细胞结构的组装 一、细胞的组装层次：一、细胞的组装层次： 细胞的小分子有机物的形成：包括碱基、氨细胞的小分子有机物的形成：包括碱基、氨基酸、葡萄糖、软脂酸形成；基酸、葡萄糖、软脂酸形成； 大分子组装：包括大分子组装：包括DNADNA、RNARNA、蛋白质、多糖、蛋白质、多糖组装；组装； 细胞的高级结构组装：细胞膜、核糖体、染细胞的高级结构组装：细胞膜、核糖体、染色体、微管、微丝等组装；色体、微管、微丝等组装； 具有空间结构和生物功能细胞器的组装：如具有空间结构和生物功能细胞器的组装：如细胞核、线粒体、叶绿体、内质网等；细胞核、线粒体

49、、叶绿体、内质网等； 细胞组装：有各种不同的细胞器组装成完整细胞组装：有各种不同的细胞器组装成完整的细胞。的细胞。 二、细胞的可能组装方式：二、细胞的可能组装方式： 模板组装：模板组装：指由模板指导，在一系列酶的催指由模板指导，在一系列酶的催化下，合成新的、与模板完全相同的分子。化下，合成新的、与模板完全相同的分子。DNADNA和和RNARNA的分子组装就属于此类；的分子组装就属于此类； 酶效应组装酶效应组装：指相同的单体分子在不同的酶指相同的单体分子在不同的酶系作用下，生成不同的产物。如以葡萄糖为原料系作用下，生成不同的产物。如以葡萄糖为原料既可合成纤维素，也可合成淀粉，就看进入哪条既可合成

50、纤维素，也可合成淀粉，就看进入哪条酶促反应途径；酶促反应途径； 自组装：自组装：指生物大分子借助本身的力量自行指生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构，这种组装也需要一种称为分子装配成高级结构，这种组装也需要一种称为分子伴侣的蛋白介导，如核小体的组装就需要核质素伴侣的蛋白介导，如核小体的组装就需要核质素的介导。的介导。第四章第四章 细胞的进化及其细胞的进化及其基本结构基本结构 Cellular Evolution and Basic Cellular Evolution and Basic ConstructionConstruction第一节第一节 细胞的起源与进化细胞的起源与进化 无机

51、小分子无机小分子( (如如COCO2 2、H H2 2O O) ) 有机小分子有机小分子( (如如G G、AAAA) ) 生物大分子生物大分子( (PrPr、DNADNA、RNARNA) ) ( (3434亿年前，具细胞膜、蛋白质亿年前，具细胞膜、蛋白质、RNARNA) ) 原始细胞原始细胞 原核细胞原核细胞 ( (约约1515亿年前亿年前) ) 真核细胞真核细胞第四章第四章 细胞的进化及其细胞的进化及其基本结构基本结构 Cellular Evolution and Basic Cellular Evolution and Basic ConstructionConstruction第二节第二

52、节 细胞结构的一般特征细胞结构的一般特征一一.细胞是生命活动的基细胞是生命活动的基本单位本单位 一、细胞是生命活动的基本单位：一、细胞是生命活动的基本单位： 一切有机体都由细胞构成，细胞是构一切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位成有机体的基本单位; ; 细胞具有独立的、有序的自控代谢体细胞具有独立的、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有机体生长与发育的基础; ; 细胞是遗传的基本单位；具有遗传的细胞是遗传的基本单位；具有遗传的全能性全能性; ; 没有细胞就没有完整的生命没有细胞就没有完整的生命; ;

53、 二、关于细胞概念的一些新思考：二、关于细胞概念的一些新思考： 第一，第一，细胞是物质细胞是物质( (结构结构) )、能量与信息过程、能量与信息过程精巧结合的综合体；精巧结合的综合体； 细胞能完成各种化学反应细胞能完成各种化学反应； 细胞需要并利用能量细胞需要并利用能量； 第二，第二，细胞是多层次细胞是多层次、非线性与多层面的复、非线性与多层面的复杂结构体系；杂结构体系； 第三，第三，细胞是高度有序的，具有自组装能力细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系；与自组织体系； 细胞细胞能进行自我调控能进行自我调控； 细胞能细胞能繁殖和传留后代繁殖和传留后代；细胞是物质细胞是物质( (结构结构)

54、 )、能量与信、能量与信息过程精巧结合的综合体息过程精巧结合的综合体细胞需要和利用能量细胞需要和利用能量细胞是多层次、非线性与多层细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系面的复杂结构体系细胞繁殖和传留后代细胞繁殖和传留后代 三、细胞的基本共性：三、细胞的基本共性： 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌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，即细胞膜蛋白质构成的生物膜，即细胞膜; ; 所有的细胞都含有两种核酸：即所有的细胞都含有两种核酸：即DNADNA与与RNARNA作为遗传信息储存、复制与转录的载体作为遗传信息储存、复制与转录的载体; ; 核糖体核糖体蛋白质合成的细胞器，

55、毫无例外地蛋白质合成的细胞器，毫无例外地存在于一切细胞内存在于一切细胞内; ; 所有细胞都是以一分为二的方式进行分裂增所有细胞都是以一分为二的方式进行分裂增殖，细胞分裂是生命繁衍的基础和保证殖，细胞分裂是生命繁衍的基础和保证。 支原体支原体( (mycoplastmycoplast) )：目前发现的最小、最简目前发现的最小、最简单的细胞；单的细胞； ：0.010.01，是细菌的，是细菌的1/101/10，是真核细，是真核细胞的胞的100100万分之一万分之一； 无核膜，含环状双螺旋无核膜，含环状双螺旋DNADNA，多聚核糖体，多聚核糖体，700700多种蛋白质；多种蛋白质； 病毒病毒( (vi

56、rusvirus) )：由一种核酸分子由一种核酸分子( (DNADNA或或RNARNA) )与与蛋白质构成的核酸蛋白质构成的核酸- -蛋白质复合体蛋白质复合体; ; 类病毒类病毒( (viroidviroid) )：仅由一条有感染的仅由一条有感染的RNARNA构构成成; ; 朊病毒朊病毒( (prionprion) )：由由有感染性的蛋白质构成有感染性的蛋白质构成; ; 病毒是目前发现的病毒是目前发现的最小、最简单的生命有机最小、最简单的生命有机体。体。肺炎支原体肺炎支原体衣原体衣原体ChiamydiaChiamydia pneumoniaepneumoniae梨子形的原体梨子形的原体( (E

57、BsEBs) )；左：吸附在巨噬细胞表面；左：吸附在巨噬细胞表面； 右：进入细胞内部的衣原体图片右：进入细胞内部的衣原体图片吸附在内皮细胞表面的立克次氏体和细胞吸附在内皮细胞表面的立克次氏体和细胞内包含立克次氏体的内吞体内包含立克次氏体的内吞体RNARNA病毒与病毒与DNADNA病毒病毒构成构成: :核酸核酸+ +蛋白质蛋白质 非细胞形态非细胞形态; ;不获取能不获取能量量; ;不对环境刺激反应不对环境刺激反应朊病毒朊病毒( (prionprion) )病病毒毒在在细细胞胞内内的的增增殖殖( (复复制制) )病毒只有感染了细胞后，才会苏醒，繁殖病毒只有感染了细胞后，才会苏醒，繁殖二二. 细胞的

58、大小和形态细胞的大小和形态=10=10-2-2mm=10=10-3-3mm=10=10-6-6mm=10=10-9-9mm =10=10-10-10mm各种细胞的不同形态各种细胞的不同形态四四. 细胞的一般结构细胞的一般结构光镜结构光镜结构( (三部结构三部结构) )细胞膜细胞膜( (cell membranecell membrane) )细胞质细胞质( (cytoplasmcytoplasm) )细胞核细胞核( (nicleusnicleus) )电镜结构电镜结构膜相结构膜相结构( (membranousmembranous structure structure) )非膜相结构非膜相结构

59、( (nonmembranousnonmembranous structure structure) ) 核膜核膜核仁核仁染色质染色质(染色染色体体)核基质核基质核糖体核糖体中心体中心体微管、微丝、中间纤维微管、微丝、中间纤维细胞基质细胞基质核仁核仁染色质染色质(染色体染色体)核基质核基质细胞膜细胞膜线粒体线粒体高尔基复合体高尔基复合体内质网内质网溶酶体溶酶体微体微体(过氧化物酶体过氧化物酶体)核膜核膜非非膜膜相相结结构构膜膜相相结结构构线粒体线粒体高尔基复合体高尔基复合体内质网内质网中心体中心体细胞基质细胞基质质膜质膜细胞核细胞核细胞质细胞质细胞膜细胞膜电镜下电镜下光镜下光镜下光镜及电镜下动

60、物细胞的结构分类光镜及电镜下动物细胞的结构分类电镜下的人红细胞膜电镜下的人红细胞膜单位膜单位膜( (7.57.5) )深色深色带带: :2 2浅色带浅色带: :3.53.5真核细胞结构模式图真核细胞结构模式图第四章第四章 细胞的进化及其细胞的进化及其基本结构基本结构 Cellular Evolution and Basic Cellular Evolution and Basic ConstructionConstruction第三节第三节 原核细胞和真核细胞原核细胞和真核细胞一一. 原核细胞原核细胞prokaryotic cellprokaryotic cell ( (一一).).原核细胞原

61、核细胞( (prokaryotic cellprokaryotic cell) )的基的基本特点：本特点： 2727亿年前出现亿年前出现; ; 遗传的信息量小遗传的信息量小( (6060万万500500万万bpbp) )，遗传信息，遗传信息载体仅由一个环状载体仅由一个环状DNADNA构成构成; ; 细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的细胞器和细胞核膜构与功能的细胞器和细胞核膜; ; ( (二二).).原核细胞的原核细胞的主要代表主要代表： 支原体；支原体； 细菌细胞细菌细胞( (bacteriumbacterium) )； 蓝藻或蓝细菌蓝藻或蓝

62、细菌( (CyanobacteriaCyanobacteria) )；大肠杆菌大肠杆菌弧形霍乱菌弧形霍乱菌淋病球菌淋病球菌细菌细胞细菌细胞CyanobacteriaCyanobacteria二二. 真核细胞真核细胞eukaryoticeukaryotic cell cell ( (一一).).真核细胞真核细胞( (eukaryotic celleukaryotic cell) )类群类群: :1515亿年前出现亿年前出现；现有：；现有： 原生动物原生动物( (protozoaprotozoa) )； 动物细胞动物细胞( (animal cellanimal cell) )； 植物细胞植物细胞(

63、 (plant cellplant cell) )； 真菌真菌( (fungifungi) )；草履虫草履虫巨噬细胞巨噬细胞神经元细胞神经元细胞植物薄壁细胞植物薄壁细胞 ( (二二).).真核细胞的结构真核细胞的结构： ( (三三).).真核细胞的基本结构体系：真核细胞的基本结构体系： 生物膜结构系统：生物膜结构系统：以脂质及蛋白质成以脂质及蛋白质成分为基础分为基础; ; 遗传信息表达结构系统：遗传信息表达结构系统：以核酸以核酸( (DNADNA或或RNARNA) )与蛋白质为主要成分与蛋白质为主要成分； 细胞骨架系统：细胞骨架系统：由特异性结构蛋白分由特异性结构蛋白分子装配构成子装配构成；

64、( (四四).).原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较：基本一致基本一致具有具有有有基本一致基本一致有有有有基本一致基本一致具有具有有有基本一致基本一致有有有有遗传密码遗传密码独立生活能力独立生活能力核糖体核糖体代谢体系代谢体系遗传物质遗传物质DNADNA( (RNARNA) ) 细胞膜细胞膜 原核细胞与真核细胞的共同点原核细胞与真核细胞的共同点真核细胞真核细胞 原核细胞原核细胞 结构特征结构特征 复杂复杂简单简单内膜系统内膜系统有有无无( (核糖体除外核糖体除外) )细胞器细胞器不含肽聚糖，主要由纤维素不含肽聚糖，主要由纤维素组成组成不含纤维素，主要由不含纤维素，主要由肽聚糖组成

65、肽聚糖组成细胞壁细胞壁线状双链，与组蛋白结合成线状双链，与组蛋白结合成染色质染色质环状双链，不与组蛋环状双链，不与组蛋白结合白结合DNADNA有丝分裂，减数分裂有丝分裂，减数分裂无丝分裂无丝分裂细胞分裂细胞分裂有有无无细胞骨架细胞骨架纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛简单原纤维及鞭毛简单原纤维及鞭毛 运动运动有有( (80S80S) )有有( (70S70S) )核糖体核糖体 有核膜、核仁有核膜、核仁( (真核真核) ) 无核膜、核仁无核膜、核仁( (拟核拟核) ) 细胞核细胞核 较大（较大（1010100100） 较小（较小（1 11010） 细胞大小细胞大小 原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较真真 核核 细细 胞胞 原原 核核 细细 胞胞 结构特征结构特征 转录在核内转录在核内, ,翻译在细胞质中翻译在细胞质中转录与翻译同时进行转录与翻译同时进行转录和翻译转录和翻译原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较第一篇第一篇 小小 结结seesee：P P3535