细胞的概念与分子基础

细胞的概念与分子基础2023/4/161第1页，共25页，2023年，2月20日，星期二第一节细胞的基本概念细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。细胞是由膜包围的原生质(protoplasm)团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交流；是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力，是有机体生长发育的基础；代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系；是遗传的基本单位，具有发育的全能性。原生质:指组成细胞的全部活性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核（或拟核）。2023/4/162第2页，共25页，2023年，2月20日，星期二Animalcell2023/4/163第3页，共25页，2023年，2月20日，星期二细胞的大小和形态：

大小不同、形态各异，鸵鸟卵细胞最大，可达12~15cm，大多数真核细胞的直径为1~10nm。细胞的大小与生物体的大小无关。细胞的数目单细胞生物如细菌、草履虫，成人大约有1.8×1016个细胞。细胞的一般结构（膜、质、核、器）2023/4/164第4页，共25页，2023年，2月20日，星期二第二节细胞的起源与进化

一切生物都是由细胞构成的，而细胞是生命活动的基本结构单位和功能单位，是在生命长期进化发展过程中出现的。2023/4/165第5页，共25页，2023年，2月20日，星期二一、由小分子演变到生物大分子无机小分子有机分子(核苷酸、氨基酸、单糖、脂肪酸)生物大分子(核酸、蛋白)二、由生物大分子演变到原始细胞生物大分子脂质膜脂质膜包围RNA

和蛋白质分子原始细胞三、由原始细胞进化为高等生物原始细胞原核细胞真核细胞高等生物第6页，共25页，2023年，2月20日，星期二特征原核细胞真核细胞细胞直径≈1µm10~100µm核仁无有细胞骨架无有胞质细胞器无有DAN大小(碱基对)1×106~5×1061.5×107~5×109染色体数目单条多条表2-1原核细胞和真核细胞的比较2023/4/167第7页，共25页，2023年，2月20日，星期二第三节细胞的分子基础构成细胞的基本元素有：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg等，其中前四种元素占90%以上。细胞的无机物主要有水和无机盐。2023/4/168第8页，共25页，2023年，2月20日，星期二一、生物小分子的结构与功能1、无机化合物一般指不含碳的化合物,包括水和无机盐。

水占细胞内的总量的70％，可以说，没有水，就不会有生命。水在细胞中以两种形式存在：一种是游离水，约占95％；另一种是结合水，通过氢键或其他键同蛋白质结合，约占4％~5％。细胞中无机盐的含量很少，约占细胞干重的2~5％。主要有Na+、K+

、Ca2+

、Mg2+

、Cl-、PO4-和HCO3-，离子的浓度除了具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外，还有许多重要的作用。2023/4/169第9页，共25页，2023年，2月20日，星期二2、有机化合物

有机小分子:单糖(monosacchride)

脂肪酸(fattyacid)

氨基酸(aminoacid)

核苷酸(nucleotide)

有机大分子:多糖(polysaccharide)

脂类(lipid)

蛋白质(protein)

核酸(nucleicacid)2023/4/1610第10页，共25页，2023年，2月20日，星期二1、作为细胞主要营养成分的碳水化合物单糖:基本分子式为(CH2O)n为细胞内的主要能量来源.寡糖:由少数几个单糖相连的聚合物.与蛋白结合可作为标志物.多糖:由大量(成百上千)糖分子形成的大分子聚合物,主要为能量的储存形式.

寡糖和多糖不仅在在信号传导过程中起重要作用,也是细胞表面的标志物.2023/4/1611第11页，共25页，2023年，2月20日，星期二2、作为细胞主要组成成分的脂类脂类包括：脂肪酸(甘油三脂和脂肪)、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、类胡萝卜素等。脂类化合物难溶于水，而易溶于非极性有机溶剂。在细胞中的三大功能:重要的能量储存形式;细胞膜的主要组分;在信号传导中发挥总要作用(类固醇激素).2023/4/1612第12页，共25页，2023年，2月20日，星期二二、生物大分子的结构与功能

1、核酸

核酸是生物遗传信息的载体分子，所有生物均含有核酸。核酸是由核苷酸单体聚合而成的大分子。脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)核糖核酸(ribonucleicacid,RNA).2023/4/1613第13页，共25页，2023年，2月20日，星期二(一)DNA的结构与功能DNA的结构

Watson&Crick:DNA的双螺旋模型二级结构:DNA有两条脱氧核糖链组成,两条链反向平行，亲水的脱氧核糖-磷酸位于外侧,互补的碱基位于内侧,螺旋直径为2nm,每圈螺旋10对碱基，螺旋扭角为36度，螺距3.4nm，每个碱基平面之间的距离为0.34nm。

2023/4/1614第14页，共25页，2023年，2月20日，星期二DNA的三种主要构象B-DNA：为Watson&Click提出的螺旋模型.A-DNA：为右手螺旋，每圈螺旋10.9个碱基，螺旋扭角为33度，螺距3.2nm，每个碱基对的螺旋上升值为2.9A，碱基倾角为13度。Z-DNA：为左手螺旋，每圈螺旋12个碱基，螺旋扭角为-51度（G—C）和-9度（C—G），螺距46A，每个碱基对的螺旋上升值为3.5A（G—C）和4.1A（C—G），碱基倾角为9度。2023/4/1615第15页，共25页，2023年，2月20日，星期二RNA的结构与功能

RNA结构特点:基本组成单位为核糖核苷酸.

(1)RNA分子中的戊糖为β-D-核糖。(2)U代替了T。(3)基本上以单链形式存在。

2023/4/1616第16页，共25页，2023年，2月20日，星期二3、RNA的分类及功能（1）信使RNA(mRNA):占细胞内RNA总量的1%~5%,将核内的遗传信息转移到细胞质中,作为模板指导蛋白质的合成。（2）转运RNA

(tRNA):占细胞内RNA总量的5%~10%,按mRNA上遗传密码的顺序将特定氨基酸转运到核糖体上进行蛋白质的合成。（3）核糖体RNA(rRNA):占细胞内RNA总量的75%~80%,与蛋白质共同组成核蛋白体,是蛋白质的合成场所。2023/4/1617第17页，共25页，2023年，2月20日，星期二（4）snRNA：smallnuclearRNA真核生物转录后加工过程中RNA剪接体(spilceosome)的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。现在发现有五种snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。snRNA一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成RNA剪接体，在RNA转录后加工中起重要作用。2023/4/1618第18页，共25页，2023年，2月20日，星期二（5）miRNA：(microRNA）是一种大小约21-23个碱基的单链小分子RNA，是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成，第一个被确认的是在线虫中首次发现的lin-4和let-7，随后在人类、果蝇、植物等多种生物中鉴别出数百个miRNAs。由于miRNAs存在的广泛性和多样性，提示miRNA可能有非常广泛多样的生物功能。据推测miRNA在高级真核生物体内对基因表达的调控作用可能和转录因子一样重要。2023/4/1619第19页，共25页，2023年，2月20日，星期二(6)核酶与脱氧核酶核酶(ribozyme):指具有酶活性的RNA,是细胞内除蛋白酶以外的对RNA具有自身催化切割活性的RNA序列。脱氧核酶(deoxyribozyme)或酶性DNA(DNAenzyme,DNAzyme):指具有特定生物催化功能的DNA分子。2023/4/1620第20页，共25页，2023年，2月20日，星期二(二)、由遗传信息表达的蛋白质一个细胞中约有104种蛋白质，分子的数达1011。蛋白质是细胞的结构成分，也是细胞功能的实现者。2023/4/1621第21页，共25页，2023年，2月20日，星期二1.蛋白质的组成

天然蛋白质是由20种不同的α氨基酸构成的聚合物,每种氨基酸都含有一个α羧基(COOH)和一个α氨基(NH2)和一个特异性侧链基团,不同氨基酸侧链的化学特性决定了个氨基酸在蛋白质结构和功能.肽键:一个α羧基和一个α氨基脱水形成的化学键.肽(peptide):氨基酸通过肽键形成的化合物.二肽:两个氨基酸由肽键连接形成的化合物.多肽:多个氨基酸由肽键连接形成的化合物.蛋白质:由几十个到成百上千个氨基酸连接而成的生物大分子.2023/4/1622第22页，共25页，2023年，2月20日，星期二2.蛋白质的结构(b)二级结构:由肽键的C=O和NH2通过氢键相连而成,常见为α螺旋(α-helix)和β折叠(β-sheet).(a)一级结构:氨基酸排列序列.(d)四级结构:三级结构的多肽链通过非共价相互连接而成的多聚体.(c)三级结构:在二级结构的基础上肽链不同区域的氨基酸侧链间通过氢键离子键疏水作用和vanderwalls力相互作用而形成的肽