细胞的概念和分子基础ppt课件

1、第二章第二章 细胞的概念和分子根底细胞的概念和分子根底 第一节第一节 细胞的根本概念细胞的根本概念一、细胞是生命活动的根本单位一、细胞是生命活动的根本单位 细胞是一切生命活动的根本细胞是一切生命活动的根本构造和功能单位。构造和功能单位。 细胞是构成有机体的根本单位；细胞是构成有机体的根本单位；细胞具有独立完好的代谢体系，是细胞具有独立完好的代谢体系，是代谢与功能的根本单位；代谢与功能的根本单位；细胞是有机体生长与发育的根底；细胞是有机体生长与发育的根底；细胞是遗传的根本单位，细胞具有细胞是遗传的根本单位，细胞具有遗传的全能性遗传的全能性 ；没有细胞就没有完好的生命。没有细胞就没有完好的生命。

2、原核细胞原核细胞prokaryotic cellprokaryotic cell 真核细胞真核细胞eukaryotic celleukaryotic cell 近近2020年研讨阐明原核生物分为二年研讨阐明原核生物分为二大类型：大类型： 古细菌古细菌archaeobacteria)archaeobacteria) 真细菌真细菌eubacteriaeubacteria 20世纪世纪60年代细胞生物学家年代细胞生物学家H.Ris提提出将细胞分为两大类：出将细胞分为两大类：1、细菌域、细菌域bacteria:支原体、衣支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌、蓝原体、立克次体、细菌、放线菌、蓝藻藻真细

3、菌真细菌2、古细菌域、古细菌域archaea：产甲烷菌、：产甲烷菌、盐杆菌、热原质体盐杆菌、热原质体古细菌古细菌3、真核域、真核域 eukarya ：真菌、植：真菌、植物、动物物、动物1990年美国年美国C. R. Woese将生物界分为三将生物界分为三个域：个域：原核细胞原核细胞古核细胞古核细胞真核细胞真核细胞 目前普遍观念依然把古核细胞目前普遍观念依然把古核细胞归为原核细胞。归为原核细胞。 一些学者建议将生物界的细胞分一些学者建议将生物界的细胞分为三类：为三类：三三界界系系统统 Haeckel 1894 五五界界系系统统 Whittaker 1959 六六界界系系统统 Woese 1977

4、 三三类类生生物物 Woese 1990 真细菌Eubacteria 细菌Bacteria 原核生物Monera 古细菌Archaebacteria 古细菌Archaea 原生生物Protista 原生生物Protista 原生生物Protista 真菌Fungi 真菌Fungi 植物Plantae 植物Plantae 植物Plantae 动物Animalia 动物Animalia 动物Animalia 真核生物Eukarya v遗传的信息量小，遗传的信息量小，DNADNA为裸露的环状为裸露的环状分子，环的直径约为分子，环的直径约为2.5nm2.5nm，周长约几，周长约几十纳米。十纳米。v细胞

5、内无分化为以膜为根底的具有专细胞内无分化为以膜为根底的具有专门构造与功能的细胞器与细胞核膜。门构造与功能的细胞器与细胞核膜。v核糖体为核糖体为70S70S型。型。二、原核细胞二、原核细胞v支原体支原体mycoplasmamycoplasmav衣原体衣原体chlamydiachlamydiav细菌细菌bacteriabacteriav蓝藻又称蓝细菌蓝藻又称蓝细菌cyanobacteriumcyanobacterium主要代表：主要代表：1 1、支原体、支原体最小最简单的细胞最小最简单的细胞肺炎支原体肺炎支原体 直径约为直径约为0.10.3m,介于介于病毒和细菌之间病毒和细菌之间的单细胞生物的单细

6、胞生物,没没有细胞壁。营寄有细胞壁。营寄生生活。生生活。 支原体的细胞膜由磷脂和蛋白质构成，无支原体的细胞膜由磷脂和蛋白质构成，无细胞壁，胞质内呈环形的双链细胞壁，胞质内呈环形的双链DNA分子分散分子分散存在。存在。 核糖体为其独一的细胞器。核糖体为其独一的细胞器。 支原体与医学关系亲密，是肺炎、脑炎与支原体与医学关系亲密，是肺炎、脑炎与尿道炎的病原体。尿道炎的病原体。 细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有荚膜、鞭核质体等部分构成，有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊构造。绝大多数细菌的直径毛、菌毛等特殊构造。绝大多数细菌的直径大小在

7、大小在0.50.55m5m之间。之间。2 2、细菌是原核细胞的典型代表、细菌是原核细胞的典型代表细菌构造表示图细菌构造表示图常见有杆菌、球菌、螺旋菌。常见有杆菌、球菌、螺旋菌。3 3、古细菌多生活于极端环境、古细菌多生活于极端环境 v具有原核生物的某些特征：无核膜及具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统；内膜系统；v也有真核生物的特征：以甲硫氨酸起也有真核生物的特征：以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、感、RNARNA聚合酶和真核细胞的类似、聚合酶和真核细胞的类似、DNADNA具有内含子并结合组蛋白具有内含子并结合组蛋白. .v还具有既不同于原

8、核细胞也不同于真核还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征：细胞膜中的脂类是不可皂化细胞的特征：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、但都不含胞壁酸、D D型氨基酸。型氨基酸。 二二. .真核细胞真核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell)一真核细胞的形状与大小一真核细胞的形状与大小 直径多数在直径多数在10m10m20m 20m 。1m=102cm=103mm=106 m=109nm普尔基涅神经元：在大脑里的普尔

9、基涅神经元：在大脑里的1000亿亿个神经元中，普尔基涅神经元是体积个神经元中，普尔基涅神经元是体积最大的。这些细胞是小脑皮层内的运最大的。这些细胞是小脑皮层内的运动协调巨匠。动协调巨匠。 1603620http:/w2009-03-2009-03-图：电子显tp脂肪细胞的电子扫描图脂肪细胞的电子扫描图 光学显微镜下的三部构造光学显微镜下的三部构造 细胞膜细胞膜cell membranecell membrane细胞质细胞质cytoplasmcytoplasm细胞核细胞核nucleusnucleus 二真核细胞的根本构造二真核细胞的根本构造细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核电子显微镜下的两相构

10、造电子显微镜下的两相构造电镜下构造电镜下构造膜相构造膜相构造细胞膜细胞膜内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体溶酶体溶酶体过氧化物酶体过氧化物酶体核膜核膜1 1、以脂质及蛋白质成分为根底的膜相、以脂质及蛋白质成分为根底的膜相构造体系构造体系生物膜系统生物膜系统非膜相构造非膜相构造电镜下构造电镜下构造非膜相构造非膜相构造核膜核膜核糖体核糖体核仁核仁染色质染色质核基质核基质2 2、以核酸蛋白质为主要成分的遗传信息表、以核酸蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系达体系遗传信息表达系统遗传信息表达系统膜相构造膜相构造电镜下构造电镜下构造膜相构造膜相构造非膜相构造非膜相构造中心粒中心粒微管微管微丝

11、微丝中等纤维中等纤维3 3、以特异蛋白质分子构成的细胞骨架体、以特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系系细胞骨架系统细胞骨架系统核糖体核糖体核蛋白体核蛋白体细胞质溶胶细胞质溶胶4 4、核糖体与细胞质溶胶、核糖体与细胞质溶胶 均质半透明液体，占细胞总体积一半，主均质半透明液体，占细胞总体积一半，主要成分是蛋白质要成分是蛋白质2020。以脂质及蛋白质成分为根底的膜系统以脂质及蛋白质成分为根底的膜系统构造构造生物膜系统；生物膜系统；以核酸以核酸- -蛋白质为主要成分的遗传信蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统构造息表达系统构造遗传信息表达构造遗传信息表达构造系统；系统；由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体由特异

12、蛋白质分子构成的细胞骨架体系系细胞骨架系统。细胞骨架系统。核糖体与细胞质溶胶核糖体与细胞质溶胶 真核细胞的根本构造体系：真核细胞的根本构造体系：原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较特征特征 原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞细胞大小细胞大小较小较小1 11010m m较大较大1010100 100 m m细胞核细胞核无核仁和核膜无核仁和核膜有核仁和核膜有核仁和核膜细胞器细胞器无除核糖体外无除核糖体外有各种细胞器有各种细胞器核糖体核糖体70S70S50S+30S50S+30S80S80S60S+40S60S+40S染色体染色体只需一条只需一条DNADNA，DNADNA裸裸露不与组蛋白和

13、酸性露不与组蛋白和酸性蛋白结合，染色体为蛋白结合，染色体为单数。单数。有几条有几条DNADNA，DNADNA与组蛋与组蛋白和酸性蛋白结合，有白和酸性蛋白结合，有假设干对染色体。假设干对染色体。内膜系统内膜系统简单简单复杂复杂细胞骨架细胞骨架无无有微管，微丝有微管，微丝细胞壁细胞壁主要组分为肽聚糖主要组分为肽聚糖主要组分为纤维素主要组分为纤维素转录和翻译转录和翻译 出如今同一时间和出如今同一时间和地点细胞质中地点细胞质中出如今不同时间和地点转录出如今不同时间和地点转录在核内，翻译在细胞质中在核内，翻译在细胞质中细胞分裂细胞分裂无丝分裂无丝分裂有丝分裂和减数分裂有丝分裂和减数分裂四、非细胞生命形状

14、四、非细胞生命形状病毒病毒 病毒病毒virusvirus: :核酸分子与蛋白质构核酸分子与蛋白质构成的核酸成的核酸- -蛋白质复合体；蛋白质复合体；根据核酸类型病毒可分为两大类：根据核酸类型病毒可分为两大类： DNA DNA病毒与病毒与RNARNA病毒病毒类病毒类病毒viroidviroid: :仅由感染性的仅由感染性的RNARNA构成；构成；朊病毒朊病毒prionprion: :仅由感染性的蛋白仅由感染性的蛋白质亚基构成；质亚基构成；根据宿主不同根据宿主不同:动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒细菌病毒噬菌体细菌病毒噬菌体DNADNA病毒乙肝、腺、乳头瘤病毒、病毒乙肝、腺、乳头瘤病毒、RNARN

15、A病病毒脊髓灰质炎、流感病毒、毒脊髓灰质炎、流感病毒、HIVHIV、仅有、仅有RNARNA的类病毒、仅有蛋白质的朊病毒。的类病毒、仅有蛋白质的朊病毒。朊病毒朊病毒土豆：类病毒土豆：类病毒HIV脊髓灰质炎脊髓灰质炎乙肝病毒乙肝病毒噬菌体噬菌体H5N1禽流感病毒禽流感病毒 艾滋病病毒粒子内部构造艾滋病病毒粒子内部构造 第二节第二节 细胞的来源与进化细胞的来源与进化细胞的来源包含三个方面：细胞的来源包含三个方面：(1)与生命的来源相伴随的原核细胞与生命的来源相伴随的原核细胞的来源；的来源；(2)原核细胞向真核细胞的来源；原核细胞向真核细胞的来源；(3)单细胞生物向多细胞生物的进化单细胞生物向多细胞生

16、物的进化 一、原始细胞的构成一、原始细胞的构成一地球上原始生命的诞生一地球上原始生命的诞生四个阶段：四个阶段：1、从无机小分子构成有机小分子物质；、从无机小分子构成有机小分子物质； 原始大气物质雷电、火山迸发原始大气物质雷电、火山迸发简单简单的有机小分子地壳外表的水体作用的有机小分子地壳外表的水体作用含含有机化合物的水溶液有机化合物的水溶液大的水体或原始海大的水体或原始海洋中。洋中。 现今普遍接受的观念：生命来源于早期现今普遍接受的观念：生命来源于早期地球地球“暖和小水池的暖和小水池的“有机汤中。有机汤中。 2、从有机小分子构成生物大分子物质；、从有机小分子构成生物大分子物质； 单核苷酸单核苷

17、酸多核苷酸，氨基酸多核苷酸，氨基酸多肽多肽3、从生物大分子物质组成多分子体系；、从生物大分子物质组成多分子体系； 多肽核酸脂质多肽核酸脂质4、从多分子体系演化为原始生命。、从多分子体系演化为原始生命。多分子体系外表能够存在催化功能多分子体系外表能够存在催化功能各类单体各类单体的聚合的聚合 产生更高级的原始蛋白和核酸产生更高级的原始蛋白和核酸从无从无生命的海洋中摄取化学分子和能量生命的海洋中摄取化学分子和能量出现具有出现具有原始新陈代谢和遗传特征原始新陈代谢和遗传特征(自复制自复制) 。 米勒在实验中米勒在实验中 C二原始细胞的构成二原始细胞的构成1、具有自我复制才干的多聚体的构成、具有自我复制

18、才干的多聚体的构成 关于核苷酸与氨基酸多聚体关于核苷酸与氨基酸多聚体(即核酸与即核酸与蛋白质蛋白质)的来源，普遍以为是首先产生了的来源，普遍以为是首先产生了能自我复制的能自我复制的RNA多聚体，然后在多聚体，然后在RNA指点下合成了蛋白质。指点下合成了蛋白质。 有催化才干的有催化才干的RNA即核酶的发现为这即核酶的发现为这一观念提供了有力证据。一观念提供了有力证据。 2、膜的出现与原始细胞的诞生、膜的出现与原始细胞的诞生 人们推断在生命出现前的原始液体外人们推断在生命出现前的原始液体外表，磷脂分子能自发地装配成包围表，磷脂分子能自发地装配成包围RNA与蛋白质的膜构造，经过自然选择就构与蛋白质的

19、膜构造，经过自然选择就构成了原始细胞。成了原始细胞。 以蛋白质为主体构成微球体以蛋白质为主体构成微球体 二、原核细胞向真核细胞的演化二、原核细胞向真核细胞的演化 原始细胞中出现了包围细胞原始细胞中出现了包围细胞的细胞膜、储存遗传信息的的细胞膜、储存遗传信息的DNADNA、指、指点蛋白质合成的点蛋白质合成的RNARNA和制造蛋白质的和制造蛋白质的核糖体，是原核细胞诞生的标志。核糖体，是原核细胞诞生的标志。 一分化来源说：以为，原核生物在长期一分化来源说：以为，原核生物在长期的自然演化过程中，内部构造逐渐分化，功的自然演化过程中，内部构造逐渐分化，功能不断完善，最终演化成了真核生物。能不断完善，最

20、终演化成了真核生物。二内共生来源说：以为真核细胞是经过二内共生来源说：以为真核细胞是经过假设干不同种类的原核细胞生物结合共生而假设干不同种类的原核细胞生物结合共生而呵斥的，这些共生的原核生物与宿主细胞建呵斥的，这些共生的原核生物与宿主细胞建立了严密的相互依存的关系，这样的共生的立了严密的相互依存的关系，这样的共生的组合就成为真核生物的祖先。组合就成为真核生物的祖先。 三、单细胞生物向多细胞生物的进化三、单细胞生物向多细胞生物的进化 多细胞生物进化的早期能够是多细胞生物进化的早期能够是由单细胞聚集成群体。由单细胞聚集成群体。 细胞在向多细胞机体进化过程细胞在向多细胞机体进化过程中，另一个最重要的

21、特点是出现细胞中，另一个最重要的特点是出现细胞的分化，构成构造和功能各异的不同的分化，构成构造和功能各异的不同组织，但又相互协调成为一个有机的组织，但又相互协调成为一个有机的整体。整体。 从聚集到分工从聚集到分工单细胞生物向多细胞生物的进化单细胞生物向多细胞生物的进化 团藻：较为原始的多细胞生物，后代仍聚在一团团藻：较为原始的多细胞生物，后代仍聚在一团未曾分开而成的个体，但是在这团细胞中，已有未曾分开而成的个体，但是在这团细胞中，已有一定的分工运动、光协作用。一定的分工运动、光协作用。 第三节第三节 细胞的分子根底细胞的分子根底细胞是由生命物质细胞是由生命物质-原生质原生质protoplasm

22、组成。组成。组成细胞根本元素组成细胞根本元素99.9%：C .H .O. N 90%；S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe. 9.9% 微量元素：微量元素：Cu.Zn.Mn.Mo.Co.Cr.Si.F.Br.I.Li.Ba等等细胞的成分细胞的成分生物大分子生物大分子 生物小分子生物小分子无机化合物无机化合物水水无机盐无机盐有机化合物有机化合物碳化合物：碳化合物：糖糖脂肪酸脂肪酸氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸核酸核酸蛋白质蛋白质酶酶一、生物小分子一、生物小分子一水和无机盐是细胞内的无机化一水和无机盐是细胞内的无机化合物合物水水水在细胞中以两种方式存在：水在细胞中以两种方式存在：一种是游离水，约占一

23、种是游离水，约占9595；另一种是结合水，经过氢键或其它键另一种是结合水，经过氢键或其它键和蛋白质结合，约占和蛋白质结合，约占4 45 5 水分子中的电荷分布是不对称的，一侧显水分子中的电荷分布是不对称的，一侧显正电性，另一侧显负电性，从而表现出电极正电性，另一侧显负电性，从而表现出电极性，它既可以与蛋白质中的正电荷结合，也性，它既可以与蛋白质中的正电荷结合，也可以与负电荷结合。可以与负电荷结合。 水在细胞中的主要作用：溶解无机物、水在细胞中的主要作用：溶解无机物、调理温度、参与酶反响、参与物质代谢以调理温度、参与酶反响、参与物质代谢以及构成细胞有序构造。及构成细胞有序构造。无机盐无机盐无机盐

24、含量少，约占细胞总重的无机盐含量少，约占细胞总重的1 1 细胞中常见的无机离子包括两大类：细胞中常见的无机离子包括两大类： 阴离子：主要有阴离子：主要有ClCl、SO42- SO42- 、PO43PO43、HCO3HCO3 阳离子：主要有阳离子：主要有Na+Na+、K+K+、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、Fe2+Fe2+、Fe3+Fe3+、Mn2+Mn2+、Cu2+Cu2+、Co2+Co2+、Mo2+ Mo2+ v无机盐的生理功能：无机盐的生理功能：v1 1调理细胞浸透压调理细胞浸透压v2 2调理调理pHpH值值v3 3酶的活化剂和功能因子酶的活化剂和功能因子( (辅酶和辅基辅酶和辅基)

25、 )v4 4某些有机物的组分：如核酸某些有机物的组分：如核酸(PO43(PO43) )、叶绿素、叶绿素MgMg、血红素、血红素Fe2Fe2 二有机小分子是组成生物大分子的亚二有机小分子是组成生物大分子的亚单位单位有机小分子分子量是有机小分子分子量是10010010001000碳化合物碳化合物单糖单糖(monosacharide)(monosacharide)脂肪酸脂肪酸(fatty acid)(fatty acid)氨基酸氨基酸(amino acid)(amino acid)核苷酸核苷酸(nucleotide)(nucleotide)v糖糖 糖类主要由碳、氢、氧三种元素糖类主要由碳、氢、氧三种

26、元素组成，故又称碳水化合物组成，故又称碳水化合物(carbohydrate)(carbohydrate)v分子式：分子式：CH2O)nCH2O)nv是细胞的能源和多糖的亚基是细胞的能源和多糖的亚基v脂肪酸脂肪酸 v脂肪酸分子组成：脂肪酸分子组成：R RCOOHCOOHv一端是疏水性的长烃链一端是疏水性的长烃链v另一端是亲水性的羧基另一端是亲水性的羧基( (一一COOH)COOH)v脂肪酸的分类：脂肪酸的分类：v不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸v饱和脂肪酸饱和脂肪酸v氨基酸氨基酸 氨基酸是蛋白质的亚基。氨基酸是蛋白质的亚基。v核苷酸核苷酸 核苷酸是核酸的亚基。核苷酸是核酸的亚基。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸

27、(deoxyribonucleic acid(deoxyribonucleic acid，DNA)DNA)核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid(ribonucleic acid，RNA)RNA)二、生物大分子二、生物大分子分子量分子量10 00010 000100 000100 000( (一一) ) 核酸：遗传信息携带者核酸：遗传信息携带者核酸核酸1 1核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸根核酸根本单位本单位单核苷酸单核苷酸戊糖戊糖磷酸磷酸 碱基碱基核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖嘧嘧 啶：啶：嘌呤：嘌呤：含氮有机碱含氮有机碱NN123456嘧嘧 啶啶NNNN912345678嘌嘌 呤呤

28、NNNNH2NONH2NNNN鸟嘌呤鸟嘌呤 Gguanine腺嘌呤腺嘌呤 A adenine碱碱 基基胞嘧啶胞嘧啶 Ccytosine 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T thymineNOCH2ONONH2NNOOHHOHHOHHHOCH2H5 12 3 4 核糖核糖2 OOHH HHOHHHOCH2H5 12 3 4 脱氧核糖脱氧核糖OPOHOHHOOOHH HHOHHHOCH2H5 12 3 4 H2O312456NONH2NHOPOHOHHOOH HHOHHHOCH2H5 12 3 4 NNONH2123456糖苷键糖苷键核苷核苷OPOHOHHOOH HHOHHHOCH2H5 12 3 4 NNON

29、H2123456糖苷键糖苷键核苷核苷H2OOPOHHOOH HHOHH OCH2H5 12 3 4 NNONH2123456糖苷键糖苷键核苷核苷酯酯 键键单单 核核 苷苷 酸酸OPOHHOOH HHOHH OCH2H5 12 3 4 NNONH2123456单核苷酸种类：单核苷酸种类：脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸dAMP) 腺苷酸腺苷酸AMP 脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸dGMP) 鸟苷酸鸟苷酸GMP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸dCMP) 胞苷酸胞苷酸CMP脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸dTMP) 尿苷酸尿苷酸UMP 有时磷酸可与核苷上有时磷酸可与核苷上2个羟基构成酯键，个羟基构成酯键，成为环化核苷酸，如环化腺苷酸成为环化核苷

30、酸，如环化腺苷酸cAMP。OPOHHOOH HHOHHH5 OCH212 3 4 123456NNONH2NH2NNNN91234 5678OPOHHOOH HHOHHH5 OCH212 3 4 H2OOPOHHOOH HHOHH5 OCH212 3 4 123456NNONH2NH2NNNN91234 5678OPHOOH HHOHHH5 OCH212 3 4 3 5 磷酸二酯磷酸二酯键键532.DNA一级构造：一级构造： DNA分子中脱氧核苷分子中脱氧核苷酸或碱基的陈列顺序。酸或碱基的陈列顺序。二级构造：二级构造： Watson和和 Crick提出提出的的DNA双螺旋构造模型双螺旋构造模型

31、Watson和和 Crick的的DNA双螺旋构造模型双螺旋构造模型 DNA分子是由两条相互平行方向相分子是由两条相互平行方向相反的多核苷酸链围绕着同一中心轴构成反的多核苷酸链围绕着同一中心轴构成的右手双螺旋构造。的右手双螺旋构造。 相邻碱基对旋转相邻碱基对旋转36，间距，间距0.34nm，一个螺旋包含一个螺旋包含10个碱基旋转个碱基旋转360，螺距，螺距为为3.4nm。 两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基互两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基互补配对原那么补配对原那么A=T，GC以氢键相连。以氢键相连。 DNA双螺旋的外表存在一个大沟双螺旋的外表存在一个大沟major groove和一个小沟和一个小

32、沟minor groove。DNA双螺旋构造比较稳定。双螺旋构造比较稳定。NNNNHNHOOCH2POOHOOOCH2POOHOOPOOHONNNNHNHO3 35 5H3 3OOCH2POOHOOOCH2POOHOOPOOHONHNOOCH3HNNON5 53.4nm含含10个碱基对个碱基对DNA双螺旋构造模型双螺旋构造模型DNA ModelsDNADNA有三种主要构象：有三种主要构象：B-DNAB-DNA：高湿度时：高湿度时A-DNAA-DNA：低湿度时低湿度时Z-DNAZ-DNA： DNA的主要功能是储存、复制和传送的主要功能是储存、复制和传送遗传信息。遗传信息。 细胞或生物体的一套完好

33、的单倍体遗细胞或生物体的一套完好的单倍体遗传物质称为基因组，它是一切染色体上传物质称为基因组，它是一切染色体上全部基因和基因间的全部基因和基因间的DNA的总和。的总和。 人类基因组人类基因组DNA含有的碱基数为含有的碱基数为: 2.911093.1109bp， 基因的数目约为基因的数目约为23万个。万个。DNA RNA 蛋白质蛋白质复制复制3.RNA 3.RNA DNADNA和和RNARNA核苷酸构呵斥分的比较核苷酸构呵斥分的比较核酸嘧啶嘌呤戊糖磷酸C TC TG AG AU U同上同上同上同上 同上同上同上同上 DNA RNA戊戊 糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱碱 基基A G C T A

34、 G C U磷磷 酸酸磷磷 酸酸磷磷 酸酸核苷酸种类核苷酸种类脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸dAMP) 腺苷酸腺苷酸AMP 脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸dGMP) 鸟苷酸鸟苷酸GMP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸dCMP) 胞苷酸胞苷酸CMP脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸dTMP) 尿苷酸尿苷酸UMP 结结 构构双双 链链 单单 链链存在部位存在部位主要存在细胞核中主要存在细胞核中 主要存在细胞质中主要存在细胞质中功功 能能储存，复制和传送遗传信息储存，复制和传送遗传信息 与遗传信息表达有关与遗传信息表达有关RNA发夹构造发夹构造1 1信使核糖核酸信使核糖核酸(messenger RNA, (messenger RNA, mRNA

35、)mRNA) 约占约占RNARNA总量的总量的1%1%5%5%。 mRNA mRNA指点特定蛋白质合成的过程指点特定蛋白质合成的过程称为翻译称为翻译(translation)(translation)。 mRNA mRNA分子中每三个相邻的碱基组分子中每三个相邻的碱基组成一个密码子成一个密码子(codon)(codon)，由密码子确，由密码子确定蛋白质中氨基酸的陈列顺序。定蛋白质中氨基酸的陈列顺序。 原核细胞的原核细胞的mRNAmRNA为多顺反子为多顺反子(polycistron)(polycistron)，即一分子，即一分子RNARNA有时可携有时可携带几种蛋白质的遗传信息，能指点合成带几种

36、蛋白质的遗传信息，能指点合成几种蛋白质。几种蛋白质。 真核细胞中的真核细胞中的mRNAmRNA是单顺反子是单顺反子(monocistron)(monocistron)，每分子，每分子RNARNA只携带一种只携带一种蛋白质遗传信息，只能作为一种蛋白质蛋白质遗传信息，只能作为一种蛋白质合成的模板。合成的模板。 mRNA mRNA在其在其55端和端和33端都各有一段端都各有一段由由3030到数百个核苷酸组成的非翻译区到数百个核苷酸组成的非翻译区(untranslated region(untranslated region，UTR)UTR)，中间那，中间那么是具有编码蛋白质功能的编码区。么是具有编码

37、蛋白质功能的编码区。 UTR UTR是蛋白质翻译调控的重要靶点之一。是蛋白质翻译调控的重要靶点之一。2 2核糖体核糖体RNA(ribosome RNARNA(ribosome RNA， rRNA) rRNA) rRNA rRNA是细胞内含量最多的是细胞内含量最多的RNARNA，占细胞总，占细胞总RNARNA的的80%80%90% 90% 。原核生物核糖体原核生物核糖体70S70S 大亚基：大亚基：23SrRNA 23SrRNA 5SrRNA + 34 5SrRNA + 34种蛋白质种蛋白质 小亚基：小亚基：16rSRNA+2116rSRNA+21种蛋白质种蛋白质 真核生物核糖体真核生物核糖体8

38、0S80S 小亚基：小亚基：18SrRNA +3018SrRNA +30种蛋白质种蛋白质 大亚基：大亚基：2828、5.8S5.8S、5SrRNA 5SrRNA 3 3转移核糖核酸转移核糖核酸(transfer RNA, tRNA) (transfer RNA, tRNA) mRNA tRNA rRNA细胞中含量细胞中含量5%10% 5%10% 80%90%沉降系数沉降系数6S25S 4S 5.8S 、18S、28S构造特征构造特征存在场所存在场所细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞中的核糖体细胞中的核糖体功能作用功能作用三种三种RNA分子的构造特征和功能作用分子的

39、构造特征和功能作用根本上呈线形，根本上呈线形，部分呈双链，部分呈双链，构成发夹式构构成发夹式构造。造。呈三叶草形，柄部呈三叶草形，柄部3 3，有有CCACCA三个碱基，其相三个碱基，其相对端为反密码环，有对端为反密码环，有反密码子。反密码子。线形，某线形，某些节段能些节段能够成双螺够成双螺旋构造。旋构造。转录转录DNADNA中的遗传信中的遗传信息，作为合成蛋白息，作为合成蛋白质的模板。质的模板。运输活化的氨基酸运输活化的氨基酸到核糖体上的到核糖体上的mRNAmRNA的特定位点。的特定位点。为核糖体的为核糖体的组成成分。组成成分。4snRNAsmall nuclear RNA, 小核小核RNA：

40、 分子相对较小，长约分子相对较小，长约70300nt。snRNA在在细胞内的含量虽不及总细胞内的含量虽不及总RNA的的1，但其拷，但其拷贝贝(copy)数多得惊人。数多得惊人。 有有20多种，十几种富含尿苷酸多种，十几种富含尿苷酸(U) ，且含量，且含量可高达总核苷酸的可高达总核苷酸的35，称为，称为U-snRNA。 U-snRNA的主要功能是参与基因转录产物的主要功能是参与基因转录产物的加工过程，与一些蛋白组成剪接体。的加工过程，与一些蛋白组成剪接体。 5miRNA微小微小RNA： miRNAMicroRNA是一类长约是一类长约1925nt的非编码的非编码RNA，其前体为，其前体为7090n

41、t，具有发夹构造。，具有发夹构造。核：核：miRNA基因基因 pri-miRNA 前体前体miRNA质：前体质：前体miRNA 成熟成熟miRNA 非对称非对称RISC复复 合体合体与靶基因与靶基因UTR结合结合 发扬作用发扬作用Drosha (RNase家族的成员家族的成员) RNA诱导基因沉默复合物诱导基因沉默复合物 Dicer酶双链酶双链RNA专注性专注性RNA内切酶内切酶基因组基因组DNAmiRNA初级产物初级产物miRNA前体前体DroshaDicer成熟成熟miRNA非对称非对称RISC复合体复合体靶基因靶基因mRNA降解降解靶基因翻译抑制靶基因翻译抑制RISCRNA诱导基因沉默复

42、合物诱导基因沉默复合物 复合物经过与靶基因复合物经过与靶基因mRNA 3端端UTR互补结合，抑制靶基因的蛋白质合成或互补结合，抑制靶基因的蛋白质合成或促使靶基因的促使靶基因的mRNA降解，从而参与细降解，从而参与细胞分化与发育的基因表达调控。胞分化与发育的基因表达调控。 Dicer酶除了在酶除了在miRNA构成过程中起构成过程中起重要作用之外，还可将一些外源双链重要作用之外，还可将一些外源双链RNA加工成为加工成为22nt左右的左右的siRNA (small interference RNA)。 这些这些siRNA也可以以序列同源互补的也可以以序列同源互补的mRNA为靶点，经过促使特定基因的为

43、靶点，经过促使特定基因的mRNA降解来高效、特异地阻断体内特降解来高效、特异地阻断体内特定基因表达，这种景象称为定基因表达，这种景象称为RNA干扰干扰(RNA interference ，RNAi)。 6 6核酶：核酶： 核酶核酶ribozymeribozyme是一类有酶催化活是一类有酶催化活性的性的RNARNA分子，具有自我剪切和催化功能，分子，具有自我剪切和催化功能，也称为也称为RNARNA催化剂。催化剂。 核酶是既能特异识别又能特异切割小分核酶是既能特异识别又能特异切割小分子子RNARNA的核酸内切酶，核酶的底物为的核酸内切酶，核酶的底物为RNARNA分分子，其特异性序列经过碱基配对识别

44、并结子，其特异性序列经过碱基配对识别并结合靶合靶RNARNA，催化裂解靶，催化裂解靶RNARNA，抑制基因表达，抑制基因表达，特别是抑制某些有害基因表达。特别是抑制某些有害基因表达。 动物细胞内主要含有的动物细胞内主要含有的RNARNA种类及功能种类及功能 种类种类细胞核与细胞核与细胞质细胞质细胞器细胞器线粒体线粒体功能功能核糖体核糖体RNARNArRNArRNAmt rRNAmt rRNA核糖体的组成成分核糖体的组成成分信使信使RNARNAmRNAmRNAmt mRNAmt mRNA蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运转运RNARNAtRNAtRNAmt tRNAmt tRNA转运氨基酸转运氨基

45、酸不均一核不均一核RNARNA hnRNAhnRNA成熟成熟mRNAmRNA的前体的前体小核小核RNARNAsnRNAsnRNA参与参与hnRNAhnRNA的剪接、转的剪接、转运运微微RNARNAmiRNAmiRNA调理与生长发育有关调理与生长发育有关的基因的基因小核仁小核仁RNARNA核酶核酶snoRNAsnoRNA有 酶 活 性有 酶 活 性的的RNARNArRNArRNA的加工与修饰的加工与修饰催化催化RNARNA剪接剪接( (二二) ) 蛋白质遗传信息的表达蛋白质遗传信息的表达 蛋白质占细胞干重的蛋白质占细胞干重的50以上。以上。 蛋白质是展现蛋白质是展现DNA信息的最正确物质，信息的

46、最正确物质，它不仅决议细胞的外形和构造，而且还它不仅决议细胞的外形和构造，而且还担负着许多重要的生理功能。担负着许多重要的生理功能。 CH2NCOOHHRH2N 1. 1.蛋白质的组成蛋白质的组成 蛋白质的根本单位蛋白质的根本单位氨基酸氨基酸 20 20种氨基酸，它们构造的共同特点：含有氨种氨基酸，它们构造的共同特点：含有氨基的有机酸基的有机酸主要元素：主要元素： C H O N C H O N ；少量的；少量的S S碱性的氨基碱性的氨基酸性的羧基酸性的羧基侧侧链链COOHRCH3N+ COO-HR两性化合物两性化合物两性电解质两性电解质 由一样或不同的各个氨基酸，按照由一样或不同的各个氨基酸

47、，按照一定的陈列顺序，以特定的化学键方一定的陈列顺序，以特定的化学键方式衔接，从而组成蛋白质的根本构造。式衔接，从而组成蛋白质的根本构造。CH2NCHR1OOHCNCHR2OOHHHH2OCOCH2NHR1CNCHR2OOHHH2O肽键肽键CNCHR3OOHHHH2O 由一样或不同的各个氨基酸，按由一样或不同的各个氨基酸，按照一定的陈列顺序，以特定的化学键照一定的陈列顺序，以特定的化学键方式衔接，从而组成蛋白质的根本构方式衔接，从而组成蛋白质的根本构造。造。COCH2NHR1CNCHR2OHH2O肽键肽键CNCHR3OOHHH2O肽键肽键 蛋白质分子是由许多氨基酸分子经过肽键，依次蛋白质分子是

48、由许多氨基酸分子经过肽键，依次缩合而构成多肽链。缩合而构成多肽链。CNCOOHHRnH.侧侧链链侧侧链链侧侧链链侧侧链链主主链链H2NCOOH 由一样或不同的各个氨基酸，按照一由一样或不同的各个氨基酸，按照一定的陈列顺序，以特定的化学键方式衔接，定的陈列顺序，以特定的化学键方式衔接，从而组成蛋白质的根本构造。从而组成蛋白质的根本构造。2.2.蛋白质的构造蛋白质的构造 v蛋白质的一级构造：蛋白质的一级构造：v多肽链中氨基酸的种类，数目和多肽链中氨基酸的种类，数目和陈列顺序。主键：肽键；副键：陈列顺序。主键：肽键；副键：二硫键二硫键v蛋白质的二级构造：蛋白质的二级构造： 在一级构造的根底上，借助氢键在氨基酸残在一级构造的根底上，借助氢键在氨基酸残基之间衔接，使多肽链成为基之间衔接，使多肽链成为-螺旋或螺旋或-折叠折叠的构造。氢键的构造。氢键 -螺旋是多肽链最稳定的构象，主要螺旋是多肽链最稳定的构象，主要存在于球状蛋白分子，如肌红蛋白分存在于球状蛋白分子，如肌红蛋白分子子 。 -多肽链分子处于伸展形状，多肽链多