細(xì)胞的概念與分子基礎(chǔ)

細(xì)胞的概念與分子基礎(chǔ)第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20231第一節(jié)細(xì)胞的基本概念細(xì)胞是一切生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。細(xì)胞是由膜包圍的原生質(zhì)(protoplasm)團，通過質(zhì)膜與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和信息交流；是構(gòu)成有機體的基本單位，具有自我復(fù)制的能力，是有機體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；代謝與功能的基本單位，具有一套完整的代謝和調(diào)節(jié)體系；是遺傳的基本單位，具有發(fā)育的全能性。原生質(zhì):指組成細(xì)胞的全部活性物質(zhì)，從現(xiàn)代概念來說它包括質(zhì)膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核（或擬核）。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20232Animalcell第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20233細(xì)胞的大小和形態(tài)：

大小不同、形態(tài)各異，鴕鳥卵細(xì)胞最大，可達12~15cm，大多數(shù)真核細(xì)胞的直徑為1~10nm。細(xì)胞的大小與生物體的大小無關(guān)。細(xì)胞的數(shù)目單細(xì)胞生物如細(xì)菌、草履蟲，成人大約有1.8×1016個細(xì)胞。細(xì)胞的一般結(jié)構(gòu)（膜、質(zhì)、核、器）第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20234第二節(jié)細(xì)胞的起源與進化

一切生物都是由細(xì)胞構(gòu)成的，而細(xì)胞是生命活動的基本結(jié)構(gòu)單位和功能單位，是在生命長期進化發(fā)展過程中出現(xiàn)的。第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20235一、由小分子演變到生物大分子無機小分子有機分子(核苷酸、氨基酸、單糖、脂肪酸)生物大分子(核酸、蛋白)二、由生物大分子演變到原始細(xì)胞生物大分子脂質(zhì)膜脂質(zhì)膜包圍RNA

和蛋白質(zhì)分子原始細(xì)胞三、由原始細(xì)胞進化為高等生物原始細(xì)胞原核細(xì)胞真核細(xì)胞高等生物第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20236特征原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞直徑≈1μm10~100μm核仁無有細(xì)胞骨架無有胞質(zhì)細(xì)胞器無有DAN大小(堿基對)1×106~5×1061.5×107~5×109染色體數(shù)目單條多條表2-1原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的比較第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20237第三節(jié)細(xì)胞的分子基礎(chǔ)構(gòu)成細(xì)胞的基本元素有：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg等，其中前四種元素占90%以上。細(xì)胞的無機物主要有水和無機鹽。第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/20238一、生物小分子的結(jié)構(gòu)與功能1、無機化合物一般指不含碳的化合物,包括水和無機鹽。

水占細(xì)胞內(nèi)的總量的70％，可以說，沒有水，就不會有生命。水在細(xì)胞中以兩種形式存在：一種是游離水，約占95％；另一種是結(jié)合水，通過氫鍵或其他鍵同蛋白質(zhì)結(jié)合，約占4％~5％。細(xì)胞中無機鹽的含量很少，約占細(xì)胞干重的2~5％。主要有Na+、K+

、Ca2+

、Mg2+

、Cl-、PO4-和HCO3-，離子的濃度除了具有調(diào)節(jié)滲透壓和維持酸堿平衡的作用外，還有許多重要的作用。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202392、有機化合物

有機小分子:單糖(monosacchride)

脂肪酸(fattyacid)

氨基酸(aminoacid)

核苷酸(nucleotide)

有機大分子:多糖(polysaccharide)

脂類(lipid)

蛋白質(zhì)(protein)

核酸(nucleicacid)第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/2023101、作為細(xì)胞主要營養(yǎng)成分的碳水化合物單糖:基本分子式為(CH2O)n為細(xì)胞內(nèi)的主要能量來源.寡糖:由少數(shù)幾個單糖相連的聚合物.與蛋白結(jié)合可作為標(biāo)志物.多糖:由大量(成百上千)糖分子形成的大分子聚合物,主要為能量的儲存形式.

寡糖和多糖不僅在在信號傳導(dǎo)過程中起重要作用,也是細(xì)胞表面的標(biāo)志物.第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/2023112、作為細(xì)胞主要組成成分的脂類脂類包括：脂肪酸(甘油三脂和脂肪)、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、類胡蘿卜素等。脂類化合物難溶于水，而易溶于非極性有機溶劑。在細(xì)胞中的三大功能:重要的能量儲存形式;細(xì)胞膜的主要組分;在信號傳導(dǎo)中發(fā)揮總要作用(類固醇激素).第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202312二、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能

1、核酸

核酸是生物遺傳信息的載體分子，所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸單體聚合而成的大分子。脫氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)核糖核酸(ribonucleicacid,RNA).第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202313(一)DNA的結(jié)構(gòu)與功能DNA的結(jié)構(gòu)

Watson&Crick:DNA的雙螺旋模型二級結(jié)構(gòu):DNA有兩條脫氧核糖鏈組成,兩條鏈反向平行，親水的脫氧核糖-磷酸位于外側(cè),互補的堿基位于內(nèi)側(cè),螺旋直徑為2nm,每圈螺旋10對堿基，螺旋扭角為36度，螺距3.4nm，每個堿基平面之間的距離為0.34nm。

第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202314DNA的三種主要構(gòu)象B-DNA：為Watson&Click提出的螺旋模型.A-DNA：為右手螺旋，每圈螺旋10.9個堿基，螺旋扭角為33度，螺距3.2nm，每個堿基對的螺旋上升值為2.9A，堿基傾角為13度。Z-DNA：為左手螺旋，每圈螺旋12個堿基，螺旋扭角為-51度（G—C）和-9度（C—G），螺距46A，每個堿基對的螺旋上升值為3.5A（G—C）和4.1A（C—G），堿基傾角為9度。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202315RNA的結(jié)構(gòu)與功能

RNA結(jié)構(gòu)特點:基本組成單位為核糖核苷酸.

(1)RNA分子中的戊糖為β-D-核糖。(2)U代替了T。(3)基本上以單鏈形式存在。

第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/2023163、RNA的分類及功能（1）信使RNA(mRNA):占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的1%~5%,將核內(nèi)的遺傳信息轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中,作為模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。（2）轉(zhuǎn)運RNA

(tRNA):占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的5%~10%,按mRNA上遺傳密碼的順序?qū)⑻囟ò被徂D(zhuǎn)運到核糖體上進行蛋白質(zhì)的合成。（3）核糖體RNA(rRNA):占細(xì)胞內(nèi)RNA總量的75%~80%,與蛋白質(zhì)共同組成核蛋白體,是蛋白質(zhì)的合成場所。第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202317（4）snRNA：smallnuclearRNA真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體(spilceosome)的主要成分，參與mRNA前體的加工過程。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有五種snRNA，其長度在哺乳動物中約為100-215個核苷酸。snRNA一直存在于細(xì)胞核中，與40種左右的核內(nèi)蛋白質(zhì)共同組成RNA剪接體，在RNA轉(zhuǎn)錄后加工中起重要作用。第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202318（5）miRNA：(microRNA）是一種大小約21-23個堿基的單鏈小分子RNA，是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約70-90個堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過Dicer酶加工后生成，第一個被確認(rèn)的是在線蟲中首次發(fā)現(xiàn)的lin-4和let-7，隨后在人類、果蠅、植物等多種生物中鑒別出數(shù)百個miRNAs。由于miRNAs存在的廣泛性和多樣性，提示miRNA可能有非常廣泛多樣的生物功能。據(jù)推測miRNA在高級真核生物體內(nèi)對基因表達的調(diào)控作用可能和轉(zhuǎn)錄因子一樣重要。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202319(6)核酶與脫氧核酶核酶(ribozyme):指具有酶活性的RNA,是細(xì)胞內(nèi)除蛋白酶以外的對RNA具有自身催化切割活性的RNA序列。脫氧核酶(deoxyribozyme)或酶性DNA(DNAenzyme,DNAzyme):指具有特定生物催化功能的DNA分子。第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/202320(二)、由遺傳信息表達的蛋白質(zhì)一個細(xì)胞中約有104種蛋白質(zhì)，分子的數(shù)達1011。蛋白質(zhì)是細(xì)胞的結(jié)構(gòu)成分，也是細(xì)胞功能的實現(xiàn)者。第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/2023211.蛋白質(zhì)的組成

天然蛋白質(zhì)是由20種不同的α氨基酸構(gòu)成的聚合物,每種氨基酸都含有一個α羧基(COOH)和一個α氨基(NH2)和一個特異性側(cè)鏈基團,不同氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)特性決定了個氨基酸在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能.肽鍵:一個α羧基和一個α氨基脫水形成的化學(xué)鍵.肽(peptide):氨基酸通過肽鍵形成的化合物.二肽:兩個氨基酸由肽鍵連接形成的化合物.多肽:多個氨基酸由肽鍵連接形成的化合物.蛋白質(zhì):由幾十個到成百上千個氨基酸連接而成的生物大分子.第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日3/9/2023222.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(b)二級結(jié)構(gòu):由肽鍵的C=O和NH2通過氫鍵相連而成,常見為α螺旋(α-helix)和β折疊(β-sheet).(a)一級結(jié)構(gòu):氨基酸排列序列.(d)四級結(jié)構(gòu):三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價相互連接而成的多聚體.(c)三級結(jié)構(gòu):在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上肽鏈不同區(qū)域的氨基酸側(cè)鏈間通過氫鍵離子鍵疏水作用和vanderwalls力相互作用而