医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件

医学细胞生物学细胞的概念和分子基础医学细胞生物学细胞的概念和分子基础1细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位有机体结构组成的基本单位具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基本单位生长与发育的基础遗传的基本单位没有细胞就没有完整的生命细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位2上世纪60年代，H.Ris将细胞分为原核真核两类1990年，Woese提出生物界分3个域，细菌域，古菌域和真核域细菌域：支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌、蓝藻等——真细菌古菌域：产甲烷菌、盐杆菌、热原质体等——古细菌真核域：真菌、植物、动物细胞的基本概念上世纪60年代，H.Ris将细胞分为原核真核两类细胞3医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件4原核细胞结构简单，体积小，一至几个微米细胞质中裸露DNA——拟核（nucleoid）含核糖体，无膜性细胞器有细胞壁（cellwall）：蛋白多糖和糖脂细胞的基本概念原核细胞细胞的基本概念5细胞的基本概念支原体(mycoplasma)：最小最简单的细胞直径0.1~0.3µm，无细胞壁惟一细胞器是核糖体环状DNA仅指导400种蛋白质合成肺炎、脑炎、尿道炎——病原体细胞的基本概念支原体(mycoplasma)：最小最简单的细6细菌(bacteria)：原核细胞的典型代表1~10µm大小，分为球菌、杆菌和螺旋菌壁成分肽聚糖；有些菌壁外多肽和多糖组成荚膜细胞膜常分为内膜外膜和膜间隙；内膜上有呼吸链酶等细胞膜有时内陷形成中间体，与DNA复制和细胞分裂有关环状DNA分子，无内含子；胞质中常有环状质粒每个菌5千-5万核糖体，大多游离少数附着膜内表细胞的基本概念细菌(bacteria)：原核细胞的典型代表细胞的基本概念7古细菌

可生活在极端环境中产甲烷菌、盐杆菌、硫化叶菌、热原质体原核细胞特征：无核膜及内膜系统真核细胞的特征：以甲硫氨酸起始合成蛋白质、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶与真核细胞相似、DNA有内含子并结合组蛋白特殊的特征：细胞膜中的脂类不能皂化(油脂+氢氧化钠=脂肪酸钠盐+甘油)，细胞壁不含肽聚糖、胞壁酸、D型氨基酸及二氨基庚二酸细胞的基本概念古细菌可生活在极端环境中细胞的基本概念8真核细胞形态各异，大小10~20µm，人卵细胞140µm基本结构细胞的基本概念真核细胞细胞的基本概念9脂质与蛋白质为基础的生物膜系统单位膜厚8-10nm；功能：物质交换、信息传递、识别、代谢调节核酸-蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统DNA与蛋白质结合特异蛋白质分子构成细胞骨架系统微管、微丝、中间纤维维持细胞形态参与物质运输、细胞分裂、信息传递；核骨架——核纤层蛋白参与基因表达、染色体包装、分布核糖体与细胞质溶胶核糖体直径15-25nmRNA+蛋白质其中RNA60%决定蛋白质位置细胞溶胶占总体积一半主要成分蛋白质——酶还有多糖、脂蛋白、RNA，及水和无机离子K+Na+Cl-Mg2+Ca2+等细胞的基本概念脂质与蛋白质为基础的生物膜系统细胞的基本概念10医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件11非细胞生命形态——病毒核酸-蛋白质复合体：含DNA——DNA病毒；含RNA——RNA病毒；仅由RNA组成——类病毒；仅由蛋白质组成——朊病毒病毒不完整生命体彻底寄生物多数通过“主动吞饮”进入宿主细胞利用宿主细胞的代谢系统以病毒核酸为模板复制转录翻译装配新病毒颗粒释放细胞的基本概念埃博拉病毒(EBV)属丝状病毒科，呈长丝状体，单股负链RNA病毒，有18,959个碱基，分子量为4.17×10^6。外有包膜，病毒颗粒直径大约80nm，大小100nm×(300～1500)nm。纯病毒粒子由一个螺旋形核糖核壳复合体构成，含负链线性RNA分子和4个毒粒结构蛋白。60℃30min方能破坏其感染性;紫外线照射2min可使之完全灭活;对化学药品敏感，乙醚、去氧胆酸钠、β-丙内酯、福尔马林、次氯酸钠等消毒剂可以完全灭活病毒感染性。埃博拉病毒在除了骨头和骨骼的肌肉外，对人体任何其他组织或器官都一视同仁地加以侵蚀，像扫荡一样。当病毒将自身复制到宿主的血细胞中，血细胞便开始死亡并凝结在一起。凝块堵塞血管，切断全身的血液供应；感染的器官开始出现死片。病毒蛋白质以特有的凶残攻击胶原，这是固定器官的连结组织中主要的蛋白质。当胶原变成浆状物，器官表面开始出现孔洞，包括皮肤，血从孔洞中倾泻而出。皮肤下面出现血斑；液化的死皮在表面形成水疱。在这个阶段所有的孔窍都会渗血，同时皮肤和肌肉的表面隔膜开始炸裂。在身体内部，心脏开始渗血，渗入周围的空腔。肝脏肿大、裂开，然后化脓腐烂；肾脏失灵，塞满了死细胞和血块。死的、凝结的血细胞比比皆是，包括大脑，妨碍了供氧，最终导致痴呆和严重的癫痫发作。同时，病毒摧毁剩余血液的凝结能力，以致大出血不受抑制地继续。活的死的血液随同死组织及脱落的粘膜，包括胃、口腔和肠道的粘膜，经过呕吐和腹泻抛出体外。崩溃的血管和肠子不再固定在一起，而是像流体一般涌入体腔。虽然在体液中漂浮着，但组织自身是脱水的，无法执行其功能，于是病人开始死亡。非细胞生命形态——病毒细胞的基本概念埃博拉病毒(EBV)属丝12腺病毒疱疹病毒肝炎病毒HIV病毒腺病毒疱疹病毒肝炎病毒HIV病毒13噬菌体噬菌体14臭臭♥♥臭臭♥♥15医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件16细胞的分子基础生命的化学元素50多种：C、H、O、N占90%；S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe以上共占99.9%有机物+无机物生物小分子水和无机盐是细胞内的无机化合物水：游离水、结合水→以氢键结合蛋白质；无机盐：离子状态→游离水中维持渗透压、PH值、神经肌肉应激性；→结合蛋白质或脂类具有功能有机小分子组成生物大分子有机小分子：分子量100～1000碳化合物，碳原子30左右分四种：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸糖：化学式(CH2O)n，n为3、4、5、6、7，

称：碳水化合物，6碳葡萄糖主要能源和组成多糖；常见3碳和5碳糖单糖分子间脱水反应形成糖苷键，单糖→寡糖→多糖（C1OH+C4/6OH→C-O-C+H2O）细胞的分子基础生命的化学元素50多种：C、H、O、N占9017两类多糖：糖原(glycogen)→动物；淀粉(starch)→植物糖类作用：

能量贮存、细胞结构成分、小分子糖类参与细胞信号传导、细胞识别及细胞间相互作用脂肪酸(fattyacid)：疏水长烃链和-COOH组成，无分支的偶数碳原子的饱和或不饱和脂肪族羧酸，碳原子间含双键的为不饱和脂肪酸，缺少双键的为硬脂酸，通常含14～20个碳原子脂肪(fat)：甘油分子通过酯键与3个脂肪酸分子结合而成，也称甘油三酯，是高效能量储存形式（碳水化合物的2倍）脂类的功能：①贮存能量，长期能量储存的形式；②构成细胞膜组分，是质膜骨架；③转导信号，脂类中的类固醇，如胆固醇是合成类固醇激素(雌激素和雄激素)的前体，类固醇激素可充当信使分子，传递信号细胞的分子基础两类多糖：糖原(glycogen)→动物；淀粉(18氨基酸：多样化分子，均含一个-COOH和一个-NH3，蛋白质的亚基核苷酸：一个含氮环的化合物，结合一个5碳糖——核糖或脱氧核糖，结合磷酸基团；是核酸的亚基生物大分子细胞中约有3000种生物大分子，分子量：1万～100万；核酸、蛋白质、多糖等核酸携带遗传信息分为RNA(ribonucleicacid)和DNA(deoxyribonucleicacid)两大类1.核酸的化学组成

几十个～几百万个核苷酸聚合而成核苷酸：碱基+戊糖+磷酸

通过共价键连接而成戊糖：D-核糖、D-2-脱氧核糖；碱基：嘌呤(A/G)与嘧啶(C/T/U)细胞的分子基础氨基酸：多样化分子，均含一个-COOH和一个-NH3，蛋白质19细胞的分子基础两类碱基：嘌呤碱：腺嘌呤adenine（A）嘧啶碱：胞嘧啶cytosine（C）鸟嘌呤guanine（G）尿嘧啶uracil（U）胸腺嘧啶thymine（T）细胞的分子基础两类碱基：20戊糖：D-核糖D-2-脱氧核糖细胞的分子基础核苷酸的组成：碱基+戊糖(核糖)=核苷嘧啶的1N/嘌呤的9N——核糖1C核苷+磷酸=核苷酸核糖5C——磷酸戊糖：D-核糖21细胞的分子基础核苷酸的聚合：核糖1C位与碱基(嘧啶的1N/嘌呤的9N)形成糖苷键，所合成核苷

核糖3C位与5C位之间形成磷酸二酯键连接单核苷酸成为核酸链糖苷键(glycosidicbond)：一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键，常见的糖苷键有O-糖苷键和N-糖苷键核苷酸之间或脱氧核苷酸之间只有碱基不同，所以可用碱基排列顺序代表RNA或DNA组成顺序，称为一级结构细胞的分子基础核苷酸的聚合：22核苷酸的类型：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP——DNAAMP、GMP、CMP、UMP——RNA少量修饰碱基(稀有碱基)：6-甲基嘌呤、5-甲基胞嘧啶、5-羟基胞嘧啶等，主要分布于RNA分子上环化核苷酸：3',5'-环化腺苷酸cAMP

3',5'-环化鸟苷酸cGMP细胞的分子基础第二信使→→核苷酸的类型：细胞的分子基础第二信使→→232.DNA摩尔浓度：A=TG=C1953年Watson和Crick提出DNA分子双螺旋结构模型(B-DNA)(β-DNA)脱氧核苷酸由磷酸二酯键连接，方向一条5'→3'，另一条3'→5'两条链围绕同一个中心轴，右手螺旋方向盘绕成双螺旋碱基互补原则：A=TG≡C相邻碱基之间距离0.34nm，10个碱基构成一个螺距3.4nm螺旋直径2nm；右手螺旋结构上存在两条凹沟：大沟和小沟DNA的高级结构：DNA与蛋白质结合，盘曲折叠形成染色体(chromosome)细胞的分子基础2.DNA细胞的分子基础24细胞的分子基础碱基互补原则：A=TG≡C细胞的分子基础碱基互补原则：A=TG≡C25DNA结构细胞的分子基础DNA结构细胞的分子基础26DNA主要功能：储存、复制、传递遗传信息遗传信息以碱基排列顺序的方式蕴藏于DNA分子中一段DNA分子由n个核苷酸组成，排列顺序4n种，导致遗传信息多样性、生物多样性生物体一套完整的单倍遗传物质——基因组（染色体组）人类基因组DNA碱基数31.647亿个bp碱基对;A+T54%G+C38%编码序列——外显子：1.1%~1.4%；内含子：24%；非编码：75%基因数目：2~3万个（Celera公司：

2.6383万到3.9114万个之间

）；基因长度：2~30Kbp重复序列：50%以上；个体间核苷酸差异：0.1%遗传信息表达：复制(replication)——半保留复制转录(transcription)DNA→RNA翻译(translation)RNA→蛋白质细胞的分子基础DNA主要功能：储存、复制、传递遗传信息细胞的分子基础273.RNA跟DNA相同：由3',5'-磷酸二酯键连接而成跟DNA区别：U替代T；戊糖的核糖2C不脱氧RNA单链可折叠，形成局部双螺旋——发夹结构(1)mRNA

占细胞内总RNA的1%~5%每三个核苷酸组成1个密码子，决定1个aa真核生物mRNA特有：5'端有帽子结构——7-甲基三磷酸鸟苷，3'端有多聚腺苷酸尾巴PolyAmRNA分子中每三个相邻碱基，组成一个密码子(codon)，密码子确定氨基酸组成真核生物mRNA在合成后，需要一系列加工，成为合成蛋白质模板细胞的分子基础3.RNA细胞的分子基础28原核细胞的mRNA是多顺反子(polycistron)——一个RNA分子可携带几种蛋白质遗传信息，指导几种蛋白质合成真核细胞的mRNA是单顺反子(monocistron)——每分子RNA只携带一种蛋白质信息两种细胞的mRNA的5'端和3'端，各有30至几百个核苷酸的非翻译区，是翻译调控的靶点动物细胞主要RNA种类和功能：细胞的分子基础原核细胞的mRNA是多顺反子(polycistron)——29(2)rRNA占RNA总量的80％～90％，分子量在RNA中最大rRNA呈单链结构，主要功能参与构成核糖体真核细胞核糖体（80S）含5S、5.8S、28S和18S四种rRNA原核细胞核糖体（70S）含5S、23S和16S三种rRNA核糖体是细胞合成蛋白质的机器，rRNA占核糖体总量60%，蛋白质占40%细胞的分子基础(2)rRNA细胞的分子基础30(3)tRNA占细胞RNA总量的5％～10％分子量较小，含70～90个核苷酸；特点是含稀有碱基tRNA部分折叠成双链，结构呈三叶草形，tRNA3'末端CCA-OH共价结合特定氨基酸反密码环上三个碱基构成反密码子(anticodon)，反密码子可识别mRNA上相应的密码子，并结合（配对）tRNA的功能是转运氨基酸到核糖体合成蛋白质反转录病毒在细胞内复制时，需要细胞内的tRNA为引物，如：色氨酸-tRNA、脯氨酸-tRNA细胞的分子基础(3)tRNA细胞的分子基础31(4)snRNA真核细胞核内的小分子RNA，含70~300个核苷酸，称小核RNA(smallnuclearRNA,snRNA)不及总RNA1%，但snRNA的拷贝数很多，约100~200万个/细胞已发现snRNA20多种，大多富含尿苷酸（U），称U-snRNAU-snRNA的5'端含甲基化稀有碱基，形成特有的帽子结构，常见为2,2,7-三甲基三磷酸尿苷（m32,2,7Gppp）主要功能：参与基因转录产物的加工细胞的分子基础(4)snRNA细胞的分子基础32(5)miRNAmicroRNA(微小RNA)，长21~25nt的非编码RNA，其前体70~90nt，具有发夹结构最先在秀丽隐小杆线虫发现，随后在哺乳动物中不断发现新miRNAmiRNA普遍存在于生物界，具有高度保守性细胞的分子基础被转运蛋白从细胞核运到细胞质RISC，RNA-inducedsilencingcomplex(5)miRNA细胞的分子基础被转运蛋白从细胞33Dicer酶是双链RNA专一性RNA内切酶；Dicer酶可将外源双链RNA也加工成22nt左右的siRNA(smallinterferenceRNA)；siRNA同样使序列互补的mRNA降解，从而高效、特异阻断特定基因的表达，这种现象“RNA干扰(RNAinterference,RNAi)”RNA干扰的发现，不仅揭示了细胞内的基因沉默机制，已经成为基因功能分析的有力工具(6)piRNApiRNA(Piwi-interactingRNA)29~30nt小型RNA分子，哺乳类睾丸生殖细胞中，与Piwi蛋白结合→piRNAcomplex,piRC，发挥RNA沉默效应细胞的分子基础Dicer酶是双链RNA专一性RNA内切酶；细胞的分子基34(7)核酶(ribozyme)1981年ThomasCech在原生动物四膜虫中发现具有酶活性的RNA，当去除所有蛋白质后，rRNA剪接仍可完成核酶是RNA分子，底物也是RNA分子，通过与序列特异性的靶RNA分子配对，而发挥作用目前发现了多种类型具有催化活性的天然核酶人工合成锤头状和发夹状核酶，功能很好可根据锤头结构模式，设计破坏致病基因的转录产物，为基因治疗提供新的途径细胞的分子基础(7)核酶(ribozyme)细胞的分子基础35蛋白质表达遗传信息蛋白质占细胞干重50%以上，决定细胞形态结构、执行重要生理功能1.蛋白质的组成氨基酸(aminoacid,aa)由一个α羧基(COOH)，一个α氨基(NH2)和一个特异的侧链基团(－R)组成组成蛋白质的氨基酸仅为：20种天然氨基酸，分为四大类：非极性疏水性氨基酸、极性中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸细胞的分子基础酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸、组氨酸一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱水缩合成肽键，组成肽链蛋白质表达遗传信息细胞的分子基础酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸36细胞的分子基础细胞的分子基础372.蛋白质的结构氨基酸的种类、数量和排列顺序，组成蛋白质的一级结构1958年JohnKendrew首次确定了153aa组成的肌红蛋白的三级结构蛋白质共同结构特征：肽链折叠新生肽链经过折叠和构象调整，才具有功能；可溶性蛋白质——分子伴侣，参与辅助蛋白质折叠和构象形成二级结构：某一段肽链的空间结构，是由于肽链内氨基酸残基之间有规则形成氢键的结果，包括α-螺旋和β-折叠片细胞的分子基础2.蛋白质的结构细胞的分子基础38α-螺旋：3.6个aa盘旋一周，相邻螺旋之间，肽键的-NH中的H与-CO的O，形成氢键，与螺旋长轴平行细胞内的多肽合成后，自发形成α-螺旋，这是多肽链最稳定的构象，主要存在于球状蛋白分子中β-折叠片：多肽分子处于伸展状态，多肽链反复折叠，反向平行，相邻肽段之间形成氢键β-折叠片主要存在于纤维状蛋白分子中大多数蛋白质中此两种结构同时存在α-螺旋：3.6个aa盘旋一周，相邻螺旋之间，肽键的-NH中39三级结构：指肽链不同区域的氨基酸侧链间相互作用而形成的肽链折叠。主要化学键：氢键、离子键、疏水作用和范德华力三级结构的基本单位是结构域(二级结构的多肽链，连接并折叠成紧密的球形结构；具有特殊功能，与蛋白质的活性有关)三级结构蛋白质即表现出生物学活性，某些蛋白质结构复杂，需要一条以上的具有三级结构的肽链组成，形成四级结构四级结构：两条以上具有独立三级结构的多肽链，通过非共价键相互连接形成的多聚体。每条具有独立三级结构的多肽链则称为此蛋白质的亚基拥有四级结构的蛋白质，只有所有亚基结合一起，才具有生物学活性；比如体内大多数的酶细胞的分子基础三级结构：指肽链不同区域的氨基酸侧链间相互作用而形成的肽链折40细胞的分子基础细胞的分子基础41某些试剂，如尿素，可以破坏折叠蛋白中的非共价键，是蛋白质去折叠，变成松散肽链，这个过程叫做蛋白质的变性上述变性可逆，去掉尿素，加入适量的还原剂，如β-巯基乙醇，变性的蛋白质可以重新折叠，恢复变性的蛋白质可以重新折叠，恢复原来的构象，叫做复性3.蛋白质的结构与功能的关系蛋白质的功能取决于其构象；血红蛋白β链第6位的谷氨酸被缬氨酸取代，形成异常血红蛋白(构象变化)，镰刀形红细胞贫血结构域(多肽链的独立折叠单位)包含的aa在40～350之间，每个蛋白质分子有1至多个结构域，不同结构域有不同功能；具有类似结构域的蛋白质往往有类似功能细胞的分子基础某些试剂，如尿素，可以破坏折叠蛋白中的非共价键，是蛋白42蛋白质功能的发挥与其构象的不断改变密切相关；比如蛋白质的磷酸化与去磷酸化可引起构象改变蛋白质的磷酸化：将ATP末端的一个磷酸基团共价连接到蛋白质的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸侧链的羟基基团上；由蛋白激酶催化磷酸化，由蛋白质磷酸酶催化去磷酸化蛋白质磷酸化与去磷酸化是真核细胞完成信息传递的分子基础细胞的分子基础一类GTP结合蛋白，其活性受控于与GTP还是GDP的结合；与GTP结合有活性，与GDP结合无活性GTP结合蛋白的活化或去活化跟信息传递相关蛋白质功能的发挥与其构象的不断改变密切相关；比如蛋白质的434.一类特殊类型的蛋白质——酶生物体内有催花活性的蛋白质，特点：催化效率极高、高度专一性、高度不稳定性一些氨基酸残基因折叠而彼此接近，形成催化区域——活性中心一些酶有变构位点可结合变构剂，影响构象，调节酶的活性多糖存在于细胞膜表面和细胞间质中细胞中分布大量线性大分子和分支大分子的糖类，其中短链为寡糖，是由许多不同单糖分子组成的非重复短链，通常与蛋白质或者脂质连接在一起，形成细胞表面的一部分糖的主要存在形式：糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂、脂多糖糖蛋白：共价结合糖的蛋白质，糖链与肽链的连接方式有两种：细胞的分子基础4.一类特殊类型的蛋白质——酶细胞的分子基础44①N-糖肽键指糖碳原子上的羟基，与肽链的天冬酰胺残基上的酰胺基，脱水形成的糖苷键②O-糖肽键指糖碳原子上的羟基，与肽链的氨基酸残基(丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸)的羟基，脱水形成的糖苷键糖脂：含糖类的脂质，分为四类：鞘糖脂(哺乳类主要存在形式)、甘油糖脂、磷酸多萜醇衍生糖脂、类固醇衍生糖脂哺乳类的鞘糖脂：中性鞘糖脂、神经节苷脂(含唾液酸)、硫苷脂(硫酸化)质膜上新发现的复合糖类——糖基磷脂酰肌醇(GPI)，可结合某些蛋白使之锚定在质膜上糖链在构成细胞抗原、细胞识别、细胞粘附、信息传递中均发挥重要作用细胞的分子基础①N-糖肽键指糖碳原子上的羟基，与肽链的天冬酰45细胞的起源与进化原始细胞的形成地球上原始生命的诞生无机小分子形成有机小分子生命起源于早期地球“有机汤”有机小分子形成生物大分子生物大分子组成多分子体系多分子体系演变为原始生命核酸-蛋白质微滴增大分裂，周而复始。出现原始新城代谢和遗传特征——原始生命产生细胞的起源与进化原始细胞的形成46Miller模拟实验Miller模拟实验47原始细胞的形成具有自我复制能力的多聚体的形成原始核酸多聚体和氨基酸多聚体相互依存相互作用；核酶——催化核酸剪接，催化肽键形成膜的出现与原始细胞的诞生原始细胞跟支原体相似，只是遗传物质为RNA而不是DNA；DNA储存的遗传信息更稳定，还可修补细胞的起源与进化原始细胞的形成细胞的起源与进化48原核细胞向真核细胞演化原始细胞是异养型原始生物，只有进化出自养型，生命才能延续——蓝藻类，具有膜、DNA、RNA、核糖体真核细胞起源假说：1.分化起源说内部结构分化+自然选择→网膜系统、胞核系统、能量转换系统2.内共生起源说原始厌氧菌吞食需氧菌演化→代谢复杂需要更多膜→细胞膜内陷→各种细胞器细胞的起源与进化原核细胞向真核细胞演化细胞的起源与进化49单细胞生物向多细胞生物的进化多细胞进化的早期→单细胞聚集成群体粘细菌多细胞进化的重要特点→细胞分化团藻细胞的起源与进化单细胞生物向多细胞生物的进化细胞的起源与进化50复习题1.体积最小的完整生命是什么？2.原核生物与真核生物最主要的区别是什么？共有哪些区别？3.生命的主要四种元素是什么？4.有机小分子主要有哪几种？5.单糖聚合成多糖，通过什么键？6.碱基与核糖形成核苷时，通过什么键？7.核苷酸聚合成核酸时，通过什么键？8.B-DNA的双螺旋结构是怎样的？9.什么是碱基互补配对原则？10.RNA与DNA的相同与不同处有哪些？11.真核生物的mRNA特征结构有哪些？12.rRNA占细胞内总RNA的百分比是？13.真核生物的核糖体的rRNA有哪些？14.原核生物的核糖体的rRNA有哪些？15.rRNA占核糖体的总重量的百分比是？16.tRNA的结构特点有哪些，有什么功能？17.snRNA的数量、分布和功能？复习题1.体积最小的完整生命是什么？5118.成熟miRNA有多大，由什么酶加工成熟？19.成熟miRNA在哪里，有什么功能？20.核酶最早在什么生物中发现？有什么特点？21.氨基酸之间缩合成什么键，形成肽链？22.蛋白质的一级结构至四级结构各是什么？23.维持蛋白质的一级结构至四级结构各需要什么键？24.酸性氨基酸和碱性氨基酸各有哪些？25.蛋白质的磷酸化与去磷酸化各由什么酶催化，由什么分子提供磷酸基团？26.GTP结合蛋白有什么特点，功能是什么?27.酶的三大特性是什么？28.什么是寡糖？它的主要存在形式和定位？29.糖链与肽链的连接方式主要有哪两种？30.哺乳类主要的糖脂类型是？31.细胞表面的寡糖链的主要作用是？复习题18.成熟miRNA有多大，由什么酶加工成熟？复习题52医学细胞生物学细胞的概念和分子基础医学细胞生物学细胞的概念和分子基础53细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位有机体结构组成的基本单位具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基本单位生长与发育的基础遗传的基本单位没有细胞就没有完整的生命细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位54上世纪60年代，H.Ris将细胞分为原核真核两类1990年，Woese提出生物界分3个域，细菌域，古菌域和真核域细菌域：支原体、衣原体、立克次体、细菌、放线菌、蓝藻等——真细菌古菌域：产甲烷菌、盐杆菌、热原质体等——古细菌真核域：真菌、植物、动物细胞的基本概念上世纪60年代，H.Ris将细胞分为原核真核两类细胞55医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件56原核细胞结构简单，体积小，一至几个微米细胞质中裸露DNA——拟核（nucleoid）含核糖体，无膜性细胞器有细胞壁（cellwall）：蛋白多糖和糖脂细胞的基本概念原核细胞细胞的基本概念57细胞的基本概念支原体(mycoplasma)：最小最简单的细胞直径0.1~0.3µm，无细胞壁惟一细胞器是核糖体环状DNA仅指导400种蛋白质合成肺炎、脑炎、尿道炎——病原体细胞的基本概念支原体(mycoplasma)：最小最简单的细58细菌(bacteria)：原核细胞的典型代表1~10µm大小，分为球菌、杆菌和螺旋菌壁成分肽聚糖；有些菌壁外多肽和多糖组成荚膜细胞膜常分为内膜外膜和膜间隙；内膜上有呼吸链酶等细胞膜有时内陷形成中间体，与DNA复制和细胞分裂有关环状DNA分子，无内含子；胞质中常有环状质粒每个菌5千-5万核糖体，大多游离少数附着膜内表细胞的基本概念细菌(bacteria)：原核细胞的典型代表细胞的基本概念59古细菌

可生活在极端环境中产甲烷菌、盐杆菌、硫化叶菌、热原质体原核细胞特征：无核膜及内膜系统真核细胞的特征：以甲硫氨酸起始合成蛋白质、核糖体对氯霉素不敏感、RNA聚合酶与真核细胞相似、DNA有内含子并结合组蛋白特殊的特征：细胞膜中的脂类不能皂化(油脂+氢氧化钠=脂肪酸钠盐+甘油)，细胞壁不含肽聚糖、胞壁酸、D型氨基酸及二氨基庚二酸细胞的基本概念古细菌可生活在极端环境中细胞的基本概念60真核细胞形态各异，大小10~20µm，人卵细胞140µm基本结构细胞的基本概念真核细胞细胞的基本概念61脂质与蛋白质为基础的生物膜系统单位膜厚8-10nm；功能：物质交换、信息传递、识别、代谢调节核酸-蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统DNA与蛋白质结合特异蛋白质分子构成细胞骨架系统微管、微丝、中间纤维维持细胞形态参与物质运输、细胞分裂、信息传递；核骨架——核纤层蛋白参与基因表达、染色体包装、分布核糖体与细胞质溶胶核糖体直径15-25nmRNA+蛋白质其中RNA60%决定蛋白质位置细胞溶胶占总体积一半主要成分蛋白质——酶还有多糖、脂蛋白、RNA，及水和无机离子K+Na+Cl-Mg2+Ca2+等细胞的基本概念脂质与蛋白质为基础的生物膜系统细胞的基本概念62医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件63非细胞生命形态——病毒核酸-蛋白质复合体：含DNA——DNA病毒；含RNA——RNA病毒；仅由RNA组成——类病毒；仅由蛋白质组成——朊病毒病毒不完整生命体彻底寄生物多数通过“主动吞饮”进入宿主细胞利用宿主细胞的代谢系统以病毒核酸为模板复制转录翻译装配新病毒颗粒释放细胞的基本概念埃博拉病毒(EBV)属丝状病毒科，呈长丝状体，单股负链RNA病毒，有18,959个碱基，分子量为4.17×10^6。外有包膜，病毒颗粒直径大约80nm，大小100nm×(300～1500)nm。纯病毒粒子由一个螺旋形核糖核壳复合体构成，含负链线性RNA分子和4个毒粒结构蛋白。60℃30min方能破坏其感染性;紫外线照射2min可使之完全灭活;对化学药品敏感，乙醚、去氧胆酸钠、β-丙内酯、福尔马林、次氯酸钠等消毒剂可以完全灭活病毒感染性。埃博拉病毒在除了骨头和骨骼的肌肉外，对人体任何其他组织或器官都一视同仁地加以侵蚀，像扫荡一样。当病毒将自身复制到宿主的血细胞中，血细胞便开始死亡并凝结在一起。凝块堵塞血管，切断全身的血液供应；感染的器官开始出现死片。病毒蛋白质以特有的凶残攻击胶原，这是固定器官的连结组织中主要的蛋白质。当胶原变成浆状物，器官表面开始出现孔洞，包括皮肤，血从孔洞中倾泻而出。皮肤下面出现血斑；液化的死皮在表面形成水疱。在这个阶段所有的孔窍都会渗血，同时皮肤和肌肉的表面隔膜开始炸裂。在身体内部，心脏开始渗血，渗入周围的空腔。肝脏肿大、裂开，然后化脓腐烂；肾脏失灵，塞满了死细胞和血块。死的、凝结的血细胞比比皆是，包括大脑，妨碍了供氧，最终导致痴呆和严重的癫痫发作。同时，病毒摧毁剩余血液的凝结能力，以致大出血不受抑制地继续。活的死的血液随同死组织及脱落的粘膜，包括胃、口腔和肠道的粘膜，经过呕吐和腹泻抛出体外。崩溃的血管和肠子不再固定在一起，而是像流体一般涌入体腔。虽然在体液中漂浮着，但组织自身是脱水的，无法执行其功能，于是病人开始死亡。非细胞生命形态——病毒细胞的基本概念埃博拉病毒(EBV)属丝64腺病毒疱疹病毒肝炎病毒HIV病毒腺病毒疱疹病毒肝炎病毒HIV病毒65噬菌体噬菌体66臭臭♥♥臭臭♥♥67医学细胞生物学细胞的概念和分子基础优质课件68细胞的分子基础生命的化学元素50多种：C、H、O、N占90%；S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe以上共占99.9%有机物+无机物生物小分子水和无机盐是细胞内的无机化合物水：游离水、结合水→以氢键结合蛋白质；无机盐：离子状态→游离水中维持渗透压、PH值、神经肌肉应激性；→结合蛋白质或脂类具有功能有机小分子组成生物大分子有机小分子：分子量100～1000碳化合物，碳原子30左右分四种：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸糖：化学式(CH2O)n，n为3、4、5、6、7，

称：碳水化合物，6碳葡萄糖主要能源和组成多糖；常见3碳和5碳糖单糖分子间脱水反应形成糖苷键，单糖→寡糖→多糖（C1OH+C4/6OH→C-O-C+H2O）细胞的分子基础生命的化学元素50多种：C、H、O、N占9069两类多糖：糖原(glycogen)→动物；淀粉(starch)→植物糖类作用：

能量贮存、细胞结构成分、小分子糖类参与细胞信号传导、细胞识别及细胞间相互作用脂肪酸(fattyacid)：疏水长烃链和-COOH组成，无分支的偶数碳原子的饱和或不饱和脂肪族羧酸，碳原子间含双键的为不饱和脂肪酸，缺少双键的为硬脂酸，通常含14～20个碳原子脂肪(fat)：甘油分子通过酯键与3个脂肪酸分子结合而成，也称甘油三酯，是高效能量储存形式（碳水化合物的2倍）脂类的功能：①贮存能量，长期能量储存的形式；②构成细胞膜组分，是质膜骨架；③转导信号，脂类中的类固醇，如胆固醇是合成类固醇激素(雌激素和雄激素)的前体，类固醇激素可充当信使分子，传递信号细胞的分子基础两类多糖：糖原(glycogen)→动物；淀粉(70氨基酸：多样化分子，均含一个-COOH和一个-NH3，蛋白质的亚基核苷酸：一个含氮环的化合物，结合一个5碳糖——核糖或脱氧核糖，结合磷酸基团；是核酸的亚基生物大分子细胞中约有3000种生物大分子，分子量：1万～100万；核酸、蛋白质、多糖等核酸携带遗传信息分为RNA(ribonucleicacid)和DNA(deoxyribonucleicacid)两大类1.核酸的化学组成

几十个～几百万个核苷酸聚合而成核苷酸：碱基+戊糖+磷酸

通过共价键连接而成戊糖：D-核糖、D-2-脱氧核糖；碱基：嘌呤(A/G)与嘧啶(C/T/U)细胞的分子基础氨基酸：多样化分子，均含一个-COOH和一个-NH3，蛋白质71细胞的分子基础两类碱基：嘌呤碱：腺嘌呤adenine（A）嘧啶碱：胞嘧啶cytosine（C）鸟嘌呤guanine（G）尿嘧啶uracil（U）胸腺嘧啶thymine（T）细胞的分子基础两类碱基：72戊糖：D-核糖D-2-脱氧核糖细胞的分子基础核苷酸的组成：碱基+戊糖(核糖)=核苷嘧啶的1N/嘌呤的9N——核糖1C核苷+磷酸=核苷酸核糖5C——磷酸戊糖：D-核糖73细胞的分子基础核苷酸的聚合：核糖1C位与碱基(嘧啶的1N/嘌呤的9N)形成糖苷键，所合成核苷

核糖3C位与5C位之间形成磷酸二酯键连接单核苷酸成为核酸链糖苷键(glycosidicbond)：一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键，常见的糖苷键有O-糖苷键和N-糖苷键核苷酸之间或脱氧核苷酸之间只有碱基不同，所以可用碱基排列顺序代表RNA或DNA组成顺序，称为一级结构细胞的分子基础核苷酸的聚合：74核苷酸的类型：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP——DNAAMP、GMP、CMP、UMP——RNA少量修饰碱基(稀有碱基)：6-甲基嘌呤、5-甲基胞嘧啶、5-羟基胞嘧啶等，主要分布于RNA分子上环化核苷酸：3',5'-环化腺苷酸cAMP

3',5'-环化鸟苷酸cGMP细胞的分子基础第二信使→→核苷酸的类型：细胞的分子基础第二信使→→752.DNA摩尔浓度：A=TG=C1953年Watson和Crick提出DNA分子双螺旋结构模型(B-DNA)(β-DNA)脱氧核苷酸由磷酸二酯键连接，方向一条5'→3'，另一条3'→5'两条链围绕同一个中心轴，右手螺旋方向盘绕成双螺旋碱基互补原则：A=TG≡C相邻碱基之间距离0.34nm，10个碱基构成一个螺距3.4nm螺旋直径2nm；右手螺旋结构上存在两条凹沟：大沟和小沟DNA的高级结构：DNA与蛋白质结合，盘曲折叠形成染色体(chromosome)细胞的分子基础2.DNA细胞的分子基础76细胞的分子基础碱基互补原则：A=TG≡C细胞的分子基础碱基互补原则：A=TG≡C77DNA结构细胞的分子基础DNA结构细胞的分子基础78DNA主要功能：储存、复制、传递遗传信息遗传信息以碱基排列顺序的方式蕴藏于DNA分子中一段DNA分子由n个核苷酸组成，排列顺序4n种，导致遗传信息多样性、生物多样性生物体一套完整的单倍遗传物质——基因组（染色体组）人类基因组DNA碱基数31.647亿个bp碱基对;A+T54%G+C38%编码序列——外显子：1.1%~1.4%；内含子：24%；非编码：75%基因数目：2~3万个（Celera公司：

2.6383万到3.9114万个之间

）；基因长度：2~30Kbp重复序列：50%以上；个体间核苷酸差异：0.1%遗传信息表达：复制(replication)——半保留复制转录(transcription)DNA→RNA翻译(translation)RNA→蛋白质细胞的分子基础DNA主要功能：储存、复制、传递遗传信息细胞的分子基础793.RNA跟DNA相同：由3',5'-磷酸二酯键连接而成跟DNA区别：U替代T；戊糖的核糖2C不脱氧RNA单链可折叠，形成局部双螺旋——发夹结构(1)mRNA

占细胞内总RNA的1%~5%每三个核苷酸组成1个密码子，决定1个aa真核生物mRNA特有：5'端有帽子结构——7-甲基三磷酸鸟苷，3'端有多聚腺苷酸尾巴PolyAmRNA分子中每三个相邻碱基，组成一个密码子(codon)，密码子确定氨基酸组成真核生物mRNA在合成后，需要一系列加工，成为合成蛋白质模板细胞的分子基础3.RNA细胞的分子基础80原核细胞的mRNA是多顺反子(polycistron)——一个RNA分子可携带几种蛋白质遗传信息，指导几种蛋白质合成真核细胞的mRNA是单顺反子(monocistron)——每分子RNA只携带一种蛋白质信息两种细胞的mRNA的5'端和3'端，各有30至几百个核苷酸的非翻译区，是翻译调控的靶点动物细胞主要RNA种类和功能：细胞的分子基础原核细胞的mRNA是多顺反子(polycistron)——81(2)rRNA占RNA总量的80％～90％，分子量在RNA中最大rRNA呈单链结构，主要功能参与构成核糖体真核细胞核糖体（80S）含5S、5.8S、28S和18S四种rRNA原核细胞核糖体（70S）含5S、23S和16S三种rRNA核糖体是细胞合成蛋白质的机器，rRNA占核糖体总量60%，蛋白质占40%细胞的分子基础(2)rRNA细胞的分子基础82(3)tRNA占细胞RNA总量的5％～10％分子量较小，含70～90个核苷酸；特点是含稀有碱基tRNA部分折叠成双链，结构呈三叶草形，tRNA3'末端CCA-OH共价结合特定氨基酸反密码环上三个碱基构成反密码子(anticodon)，反密码子可识别mRNA上相应的密码子，并结合（配对）tRNA的功能是转运氨基酸到核糖体合成蛋白质反转录病毒在细胞内复制时，需要细胞内的tRNA为引物，如：色氨酸-tRNA、脯氨酸-tRNA细胞的分子基础(3)tRNA细胞的分子基础83(4)snRNA真核细胞核内的小分子RNA，含70~300个核苷酸，称小核RNA(smallnuclearRNA,snRNA)不及总RNA1%，但snRNA的拷贝数很多，约100~200万个/细胞已发现snRNA20多种，大多富含尿苷酸（U），称U-snRNAU-snRNA的5'端含甲基化稀有碱基，形成特有的帽子结构，常见为2,2,7-三甲基三磷酸尿苷（m32,2,7Gppp）主要功能：参与基因转录产物的加工细胞的分子基础(4)snRNA细胞的分子基础84(5)miRNAmicroRNA(微小RNA)，长21~25nt的非编码RNA，其前体70~90nt，具有发夹结构最先在秀丽隐小杆线虫发现，随后在哺乳动物中不断发现新miRNAmiRNA普遍存在于生物界，具有高度保守性细胞的分子基础被转运蛋白从细胞核运到细胞质RISC，RNA-inducedsilencingcomplex(5)miRNA细胞的分子基础被转运蛋白从细胞85Dicer酶是双链RNA专一性RNA内切酶；Dicer酶可将外源双链RNA也加工成22nt左右的siRNA(smallinterferenceRNA)；siRNA同样使序列互补的mRNA降解，从而高效、特异阻断特定基因的表达，这种现象“RNA干扰(RNAinterference,RNAi)”RNA干扰的发现，不仅揭示了细胞内的基因沉默机制，已经成为基因功能分析的有力工具(6)piRNApiRNA(Piwi-interactingRNA)29~30nt小型RNA分子，哺乳类睾丸生殖细胞中，与Piwi蛋白结合→piRNAcomplex,piRC，发挥RNA沉默效应细胞的分子基础Dicer酶是双链RNA专一性RNA内切酶；细胞的分子基86(7)核酶(ribozyme)1981年ThomasCech在原生动物四膜虫中发现具有酶活性的RNA，当去除所有蛋白质后，rRNA剪接仍可完成核酶是RNA分子，底物也是RNA分子，通过与序列特异性的靶RNA分子配对，而发挥作用目前发现了多种类型具有催化活性的天然核酶人工合成锤头状和发夹状核酶，功能很好可根据锤头结构模式，设计破坏致病基因的转录产物，为基因治疗提供新的途径细胞的分子基础(7)核酶(ribozyme)细胞的分子基础87蛋白质表达遗传信息蛋白质占细胞干重50%以上，决定细胞形态结构、执行重要生理功能1.蛋白质的组成氨基酸(aminoacid,aa)由一个α羧基(COOH)，一个α氨基(NH2)和一个特异的侧链基团(－R)组成组成蛋白质的氨基酸仅为：20种天然氨基酸，分为四大类：非极性疏水性氨基酸、极性中性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸细胞的分子基础酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸碱性氨基酸：精氨酸、赖氨酸、组氨酸一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基脱水缩合成肽键，组成肽链蛋白质表达遗传信息细胞的分子基础酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸88细胞的分子基础细胞的分子基础892.蛋白质的结构氨基酸的种类、数量和排列顺序，组成蛋白质的一级结构1958年JohnKendrew首次确定了153aa组成的肌红蛋白的三级结构蛋白质共同结构特征：肽链折叠新生肽链经过折叠和构象调整，才具有功能；可溶性蛋白质——分子伴侣，参与辅助蛋白质折叠和构象形成二级结构：某一段肽链的空间结构，是由于肽链内氨基酸残基之间有规则形成氢键的结果，包括α-螺旋和β-折叠片细胞的分子基础2.蛋白质的结构细胞的分子基础90α-螺旋：3.6个aa盘旋一周，相邻螺旋之间，肽键的-NH中的H与-CO的O，形成氢键，与螺旋长轴平行细胞内的多肽合成后，自发形成α-螺旋，这是多肽链最稳定的构象，主要存在于球状蛋白分子中β-折叠片：多肽分子处于伸展状态，多肽链反复折叠，反向平行，相邻肽段之间形成氢键β-折叠片主要存在于纤维状蛋白分子中大多数蛋白质中此两种结构同时存在α-螺旋：3.6个aa盘旋一周，相邻螺旋之间，肽键的-NH中91三级结构：指肽链不同区域的氨基酸侧链间相互作用而形成的肽链折叠。主要化学键：氢键、离子键、疏水作用和范德华力三级结构的基本单位是结构域(二级结构的多肽链，连接并折叠成紧密的球形结构；具有特殊功能，与蛋白质的活性有关)三级结构蛋白质即表现出生物学活性，某些蛋白质结构复杂，需要一条以上的具有三级结构的肽链组成，形成四级结构四级结构：两条以上具有独立三级结构的多肽链，通过非共价键相互连接形成的多聚体。每条具有独立三级结构的多肽链则称为此蛋白质的亚基拥有四级结构的蛋白质，只有所有亚基结合一起，才具有生物学活性；比如体内大多数的酶细胞的分子基础三级结构：指肽链不同区域的氨基酸侧链间相互作用而形成的肽链折92细胞的分子基础细胞的分子基础93某些试剂，如尿素，可以破坏折叠蛋白中的非共价键，是蛋白质去折叠，变成松散肽链，这个过程叫做蛋白质的变性上述变性可逆，去掉尿素，加入适量的还原剂，如β-巯基乙醇，变性的蛋白质可以重新折叠，恢复变性的蛋白质可以重新折叠，恢复原来的构象，叫做复性3.蛋白质的结构与功能的关系蛋白质的功能取决于其构象；血红蛋白β链第6位的谷氨酸被缬氨酸取代，形成异常血红蛋白(构象变化)，镰刀形红细胞贫血结构域(多肽链的独立折叠单位)包含的aa在40～350之间，每个蛋白质分子有1至多个结构域，不同结构域有不同功能；具有类似结构域的蛋白质往往有类似功能细胞的分子基础某些试剂，如尿素，可以破坏折叠蛋白中的非共价键，是蛋白94蛋白质功能的发挥与其构象的不断改变密切相关；比