医学]第二章细胞的概念与分子基础.ppt

医学细胞生物学 Medical Cell Biology,cell Biology,Chapter 2 细胞的概念和分子基础,cell Biology,本章知识重点： 掌握原核细胞与真核细胞的异同，细胞的化学与分 子组成，核酸、蛋白质的分子结构特点； 熟悉核酸的种类和生物学功能，蛋白质的结构特点； 了解生命的分子起源、细胞的形成和进化，核酶和小RNA。,cell Biology,第一节 细胞的基本概念,一、细胞是生命活动的基本单位,cell Biology,病毒非细胞形态的生命体,问题：对于病毒，“细胞是生命活动的基本单位” 这个概念还成不成立？,所有的病毒必须在其宿主细胞内才能表现的生命特征；,因此，“细胞是生命活动的基本单位”同样适用于病毒。,根据细胞的进化程度：,细胞,原核细胞（prokaryotic cell）,真核细胞（eukaryotic cell）,二、细胞的分类,细胞,原核细胞,真核细胞,细胞,原核细胞,真核细胞,古核细胞,古细菌,真细菌,cell Biology,二、原核细胞,cell Biology,蓝藻,细菌,支原体 支原体是最小的原核生物。,蓝细菌是最大最复杂的原核生物， 可以进行光合作用。,cell Biology,肺炎支原体,葡萄球菌（Staphylococcus）,不同杆菌的大小、长短、粗细很不一致,螺形菌(spiral bacteria)螺旋形（弧菌、螺菌）,细菌的结构,一细菌的基本结构,古细菌：一类很特殊的细菌，多生活在局端的生态环境 中，如高温、高盐环境。 特点： 1、具有原核细胞的某些特征：无核膜及内膜系统； 2、具有真核生物的特征：RNA聚合酶和真核细胞很 相似，DNA具有内含子并结合组蛋白； 3、具有不同于原核细胞和真核细胞的特征：细胞 膜中的脂类不能皂化，细胞壁不含肽聚糖。,三、真核细胞,真核细胞区别于原核细胞的 最主要的特征是出现有核膜 包围的细胞核。,cell Biology,（一）真核细胞的形态与大小,真核细胞形态多种多样，常与细胞所处的部位及功能相关。,cell Biology,几种细胞的大小,不同类型的真核细胞大小差异很大，一般用微米和纳米 作为描述细胞大小的单位。大多数细胞的直径在1020微米 之间，卵细胞较大，人的卵细胞约为100微米，一些鸟类动 物的卵细胞可达几个厘米。,细胞膜,细胞质,细胞核,光镜下结构,（cell membrane),(cytoplasm),(nucleus),（二）真核细胞的基本结构,cell Biology,真核细胞的结构特点： 1、以脂质及蛋白质成分为基础的膜相结构体系生物膜系统； 2、以核酸蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系遗传信息 表达体系； 3、由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系细胞骨架体系； 4、核糖体和细胞质溶胶。,cell Biology,（一）生物膜系统 质膜（plasmolemma） 细胞表面的一层单位膜。 内质网（endoplasmic reticulum，ER） 由膜围成的隧道系统，是个连续的膜囊和膜管网，可分为糙面内质网（RER）和光面内质网（SER）两大部分。 高尔基体（Golgi apparatus）由扁囊和小泡组成，是合成物加工、包装与运输的细胞器。 溶酶体（动物细胞特有）动物细胞中含有多种酸性水解酶的膜围细胞器。 线粒体（mitochondrion）双层膜围成的与能量代谢有关的细胞器，主要作用是合成ATP。 中心粒（动物细胞特有）是动物细胞中的微管结构，一般成对存在。,（二）遗传信息表达结构系统 染色质/染色体（chromatin/chromosome） 由DNA与蛋白质构成，使DNA复制与RNA转录的场所。 核仁（nucleuli）由RNA-蛋白质与DNA-蛋白质构成，主要功能是rRNA的转录与核糖体亚单位的装配。 核糖体（ribosome） 由RNA与数十种蛋白质构成的颗粒结构，沉降系数为80S。,（三）细胞骨架系统 微丝（microfilament）主要成分是肌动蛋白，功能为细胞运动和信号传递。 微管（microtubule）主要成份为管蛋白和微管结合蛋白，主要起细胞支架的功能。 中间纤维（intermediate filament）又称中间丝，成份复杂，其蛋白表达与细胞分化关系密切。 核纤层（nuclear lamina）主要成份是核纤层蛋白。 核基质（nuclear matrix）主要成份为核基质蛋白。 (四)核糖体与细胞质溶胶 核糖体（ribosome） 由RNA与数十种蛋白质构成的颗粒结构，沉降系数为80S。,真核细胞与原核细胞的比较,cell Biology,四、非细胞生命形态病毒,病毒没有细胞结构，不能在体外独立生活。 病毒的结构简单，主要由两部分组成蛋白质外壳和遗传物质的核。病毒的遗传物质可以是DNA，也可是RNA，前者称为DNA病毒，后者称为RNA病毒。,H1N1病毒,甲型H1N1病毒,病毒,RNA病毒,DNA病毒,病毒,动物病毒,植物病毒,细菌病毒（噬菌体）,亚病毒,类病毒：只含有具有侵染性的RNA,拟病毒：只含有不具有侵染性的RNA,朊病毒：只含有具有侵染性的蛋白质,cell Biology,病毒的增殖,吸附 穿入 脱壳 生物合成 组装成熟 释放,第二节 细胞的起源与进化,一、原始细胞的形成,（一）地球上原始生命的诞生,米勒模拟实验,CH4,第一阶段：从无机小分子形 成有机小分子物质,cell Biology,四类重要的有机小分子： 氨基酸、核苷酸、脂肪酸、 单糖。,第二阶段：从有机小分子物质形成生物大分子物质,cell Biology,核苷酸与核苷酸之间通过磷酸二酯键相连接，形成线性 多核苷酸；氨基酸与氨基酸直接按通过肽键相连接，形成多 肽。 美国科学家福克斯等人曾进行合成生命大分子的模拟实 验。将各种氨基酸混合，置于130-180下加热一个小时，或 加入多磷酸后60 温浴较长时间，能产生具有肽键结构的类 蛋白质。同事还证明多核苷酸也能按这种方式生成。,第三阶段：从生物大分子物质组成多分子体系,cell Biology,第四阶段：从多分子体系演变为生命,当出现具有原始新陈代谢和遗传特征（自我复制）时， 就标志着原始生命的产生。,cell Biology,（二）原始细胞的形成,cell Biology,原始细胞中出现了包围细胞的细胞膜、储存遗传信息的DNA、 指导蛋白质合成的RNA和制造蛋白质的核糖体，是原核细胞诞生的标志。,二、原核细胞向真核细胞的演化,1、分化起源说：认为原核生物在长期的自然演化过程中，通 过内部结构的分化和自然选择，逐步形成网膜系统、胞核系统 和能量转换系统等，使其称为结构日趋精细，功能更加完善的 真核细胞，最终形成真核生物。,cell Biology,2、内共生起源说：认为真核细胞是由原始厌氧菌的后代吞入 了需氧菌逐渐演化而来，进而使真核细胞能在氧气充足的地球 上生存下来。 线粒体是起源于一种细菌类的原核细胞，而叶绿体是 起源于蓝藻类的原核细胞，他们最早被原始的真核细 胞吞噬进细胞内，与宿主进行长期的共生，而演化为 重要的细胞器。,早起多细胞可能是有单细胞聚集成群体。 单细胞形成群体细胞分裂后不分开，提高摄食效率，更好地利用资源 群体演变为具有不同特化细胞的多细胞生物协同、特化 单细胞经常是能实现的功能有限例如，大多数细胞无法既长出鞭毛进行运动，又进行分裂。但是如果每个细胞都能各司其职，那么一个菌落可以同时拥有运动和分生细胞。,三、单细胞生物向多细胞生物的进化,第三节 细胞的分子基础,组成细胞的元素有50多种，其中 大量元素：C、H、O、N，约占细胞总量的90%； 较多元素：S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe等元素， 约占细胞总量的9%以上。 微量元素：Cu、Zn、Mn（锰）、Mo（钼）、 Co（钴）、Cr（铬）、Si、F、Br、 I、Li、Ba等。,cell Biology,cell Biology,细胞内的分子,生物小分子,生物大分子,无机化合物：水、无机盐,有机小分子：单糖、脂肪酸、 氨基酸、核苷酸。,核酸,蛋白质,多糖,cell Biology,2、无机盐：以离子状态存在， 阳离子主要有Na+、K+ 、Ca2+ 、Fe2+ 、Mg2+ 阴离子主要有Cl- 、 SO42- 、 PO43- 、 HCO3- 作用：维持细胞内外的渗透压和pH值； 直接与蛋白质和脂类结合，组成具有一定 功能的结合蛋白或类脂。,1、水是细胞中含量最多的成分。,cell Biology,有机小分子：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸,核酸,核酸是生物遗传的物质基础，细胞内的核酸分为核糖核 酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。其中DNA携带 着控制细胞生命活动的全部信息，RNA则与信息的表达有关。,核苷酸是核酸的基本组成单位。核苷酸由戊糖、碱基和磷 酸三部分组成。,cell Biology,生物大分子：由有机小分子聚合而成，细胞内主要的大 分子有核酸、蛋白质和糖类。,核酸：核苷酸是核酸的基本组成单位。,脱氧核糖,磷酸,糖苷键,核 苷,酯 键,单 核 苷 酸,核苷酸的分子结构：,5,3,核酸的分子结构：,35 磷酸二酯键,由于各种脱氧核苷酸中脱氧核糖和磷酸都是相同的，只有碱基是不同的，因此可用碱基的排列顺序来代表DNA的脱氧核苷酸组成顺序。 DNA分子中脱氧核苷酸或碱基的排列顺序也称DNA的一级结构。,cell Biology,DNA,1953年，Watson和Crick提出了DNA分子的 双螺旋结构模型。,cell Biology,cell Biology,1、DNA分子由两条相互平行而方向相反的多核苷酸链组成，两条链围绕着同一个中心轴以右手方向盘绕成双螺旋结构。 2、螺旋的主链由位于外侧的间隔相连的脱氧核糖和磷酸组成，双螺旋的内侧由碱基构成。 3、两条多核苷酸链之间依据碱基互补原则相连，即A与T配对，G与C配对。 4、螺旋内的每一对碱基均位于同一平面上，并且垂直于螺旋纵轴，相邻碱基对之间的距离为0.34纳米，双螺旋螺距为3.4纳米。,双螺旋结构模型,cell Biology,cell Biology,DNA的主要功能：储存、复制和传递遗传信息。,cell Biology,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，另一条来自新合成的 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,DNA复制,RNA,RNA分子是由腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸和尿苷酸通过3,5磷酸二酯键连接而成。大部分RNA以单链形式存在，但在RNA分子内部的某些区域，RNA单链仍可折叠，并按碱基互补原则形成局部双螺旋结构，这种双螺旋结构呈发夹样，也称为RNA的发夹结构。,cell Biology,3.RNA RNA的结构特点： RNA的糖是核糖，而不是脱氧核糖 RNA分子中不含胸腺嘧啶（T），而含有尿嘧啶（U） RNA由一条多核苷酸链组成,RNA的分类：mRNA、tRNA、rRNA、 snRNA、miRNA、核酶,mRNA：信使RNA，携带着来源于DNA的遗传信息， 与核糖体结合，作为合成蛋白质的模板。 rRNA：核糖体RNA，参与核糖体形成，参与蛋白质 的合成。 tRNA：转移RNA，其分子化学组成的最大特点是含 有稀有碱基，整个分子结构呈三叶草形，主 要功能是转运氨基酸，参与蛋白质合成。,cell Biology,mRNA 密码子： mRNA分子中每3个相邻的核苷酸所形成的一个三联体，它决定了多肽链中特定的氨基酸位置。一共有64个密码子,snRNA：小核RNA，主要功能是参与基因转录产物的 加工过程。 miRNA：微小RNA，参与细胞分化与发育的基因表达调控。 核酶：是具有酶活性的RNA分子，其底物是RNA，参与某些RNA的剪接。,cell Biology,二）蛋白质生命现象的载体,头发是蛋白质 皮肤是蛋白质 肌肉是蛋白质 指甲是蛋白质.,蛋白质,蛋白质组成的 基本单位是氨基酸。 自然界中氨基酸种 类很多，但组成蛋 白质的只有20种氨 基酸。,cell Biology,cell Biology,氨基酸(amino acid) 两性电解质 肽键 氨基酸残基,肽 键,氨基端 （N端）,羧基端 （C端）,一级结构：,氨基酸之间通过肽键连接形成的多肽链。 氨基酸的排列顺序 多肽链的数目 链内及链间二硫键的数目和位置,人胰岛素分子特定的一级结构,多肽链借助氨基酸残基间氢键的相互吸引，按一定方式折叠、盘曲形成螺旋状或片层状结构。如a-螺旋和 -折叠。,二级结构：,蛋白质的二级结构: 螺旋 折叠,二级结构进一步折叠和盘旋，形成具有一 定功能结构域的结构；,主要维系键有氢键、离子 键和疏水键。,三级结构,肌红蛋白,四级结构：,亚基：一条多肽链形成经过一、二、三级结形成的一个结构域称为亚基（亚基间由非共价键连接）。,两个以上的亚基聚结的结构，包括亚基的数目，类型、结构和布局。,血红蛋白,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,cell Biology,一类特殊类型的蛋白质酶,酶是由生物体细胞产生的具有催化作用的蛋白质。,特点： 1、催化效率高 2、高度专一性 3、高度不稳定性,cell Biology,cell Biology,1、由非细胞原始生命演化为细胞生物的转变中首先出现的是 A.细胞膜 B.细胞核 C.细胞器 D.核仁 E.内质网 2.在分类学上，病毒属于 A.原核细胞 B.真核细胞 C.多种细胞生物 D.共生生物 E.非细胞结构生物 3.目前发现的最小的细胞是 A.细菌 B.双线菌 C.支原体 D.绿藻 E.立克次氏体 4.原核细胞和真核细胞都具有的细胞器是 A.中心体 B.线粒体 C.核糖体 D.高尔基复合体 E.溶酶体 4.一个原核细胞的染色体含有 A.一条DNA并与RNA、组蛋白结合在一起 B.