细胞生物学 2 细胞概念与分子基础（2学时）

细胞的概念与分子基础福建医科大学细胞生物学与遗传学系细胞的基本概念细胞的分子基础细胞的起源与进化细胞的概念与分子基础细胞是生命活动的基本单位原核细胞真核细胞病毒

细胞的基本概念细胞是生命活动的基本单位——没有细胞就没有完整的生命——病毒必须在细胞内才能表现基本的生命特征生物界分三域：——细菌域：支原体、衣原体、立克次体、

细菌、放线菌、蓝藻等——古菌域：甲烷菌、盐杆菌、热原质体——真核域：原生生物、真菌、植物、动物细胞的基本概念细胞生物细菌：具有原核生物的构造真菌原核生物古菌：真核生物植物动物结构、能量产生与新陈代谢和细菌相似复制、转录和翻译则更类似真核生物原生生物(包括藻类和原生动物)细胞的分类：细胞是生命活动的基本单位原核细胞真核细胞病毒细胞的基本概念原核细胞的基本结构最小最简单的细胞：支原体最典型的原核生物：大肠杆菌结构简单，仅由细胞膜包绕无膜性细胞器，但有核糖体DNA呈环状，裸露DNA无核膜包围，所在区域称为拟核常见有：支原体——最小最简单的细胞；细菌——放线菌、蓝细菌又称蓝藻；

古细菌——多生活在极端环境。支原体：大小在0.10～0.25μm左右，结构类似原核生物，有细胞膜和核糖体，含有DNA和RNA两种核酸和各种蛋白酶，能在培养基上自由生活，但无细胞壁。认为是病毒和细菌间的过渡生物。医学相关：是肺炎、脑炎和尿道炎的病原体支原体细菌：大小在0.5～5μ

m左右，常见的有球菌、杆菌和螺旋菌。细胞壁成分为肽聚糖；细胞质含丰富核糖体；拟核区有环状DNA，无内含子；含环状质粒，是独立于DNA之外的遗传物质。医学相关：有些是有益菌，但多数细菌可致病。——肠道细菌知多少？（有益、条件有害、有害三类）认识双歧杆菌和乳酸杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌吗？最典型的原核生物：大肠杆菌细菌的耐药性增长速度越来越快，临床医师一定要严格掌握抗生素的应用指征，不然将陷入无药可用的境地，而出现“超级细菌”；

2011年2月25日，卫生部：医院滥用抗生素将被降级处理我国目前每人每年平均输液8瓶而欧美国家只有2-3瓶，存在严重的抗生素滥用的问题；据统计临床医生的处方中约有1/3以上的处方含有抗生素，再加上患者在市场上自行购买的抗生素，使抗生素的滥用现象比较严重；目前我国使用量、销售量在前15位的药品当中，有10种是抗菌药物；我国住院病人抗菌药物的费用占总费用的50%以上，国外一般在15%到30%。感冒更多是由病毒引起的，而抗生素的作用是抗菌，当没有细菌时，吃这些药一点效果都没有。古细菌直径：1～10μm；构造：与细菌相似；但细胞壁不含肽聚糖；

场所：常生活在极端环境中；特点代表：甲烷球菌的基因组有1740kb，编码1738种蛋白质。具有独特的生化性质（例如膜脂由醚键连接而非酯键）

直径、结构、能量产生与新陈代谢和细菌相似复制、转录和翻译则更类似真核生物医学价值：通常对其他生物无害，或未知有害。细胞是生命活动的基本单位原核细胞真核细胞病毒细胞的基本概念红细胞神经细胞成纤维细胞平滑肌细胞脂肪细胞上皮细胞骨骼肌细胞骨细胞真核细胞的形态与大小细胞的形态结构与功能的关系真核细胞大小及其限制机制直径：10～100μm；不同物种的多数同类细胞大小相似，但极少类型的细胞除外（如卵细胞,鸟类可达几厘米）；器官乃至个体的大小与细胞数量成正比，与细胞大小无关；当细胞生长达到一定的体积，其表面积与体积的关系成为制约细胞生存的主要因素，而细胞分裂成为延续细胞生命的必然途径。真核细胞的基本结构显微结构（细胞膜、质、核）亚显微结构质膜

细胞质细胞骨架线粒体溶酶体高尔基体内质网核糖体细胞核构造核膜核质核仁原核细胞和真核细胞的共同点都具有选择透过性的生物膜结构都具有遗传物质都具有核糖体都能以细胞分裂的方式进行繁殖原核细胞和真核细胞的比较特征原核细胞真核细胞

细胞质无膜性细胞器，无细胞骨架，无中心体，具有核糖体（70S）具有多种膜性细胞器，具有细胞骨架和中心体，具有核糖体（80S）

细胞核具有一条环状的DNA分子，裸露，拟核，无核仁具有若干条线性的DNA分子，与蛋白质结合成染色质，具有膜包围的细胞核及核仁

基因组信息量少，无内含子和重复序列。转录和翻译在胞质中同时进行信息量大，有内含子和大量重复序列。转录和翻译分别在核内和胞质中进行分裂方式无丝分裂有丝分裂、减数分裂；无丝分裂

DNA（拟核）细胞核原核细胞结构模式图真核细胞结构模式图原核细胞和真核细胞的区别：

1.大小、细胞器、核膜。A．细菌属于原核细胞，它们起源于35亿年前；原生生物、真菌、植物及动物均属于真核细胞，最早的真核细胞起源于15亿年前。B．原核细胞和真核细胞的不同特性：

1.复杂性：原核细胞的结构和功能都及其简单；真核细胞具三种结构系统：遗传系统、膜系统、骨架系统。2．基因物质：所有的细胞都通过遗传密码（DNA）储存它们的遗传信息。

(1)包被：类核区与细胞核。

(2)数量：DNA/RNA比原核细胞多的多。

(3)构成：由DNA及蛋白质组成的染色体；一个单链，“裸露”的DNA染色体。

3.细胞质：膜包被的细胞器及细胞骨架蛋白；原核细胞都没有；两者都具有核糖体，但在大小上不同。4.细胞繁殖：有丝分裂；无丝分裂。5.细胞运动：细胞质运动及纤毛和鞭毛运动；原核细胞虽具有鞭毛，但其蛋白组成、运动形式及机制与真核的鞭毛不同植物细胞和动物细胞细胞是生命活动的基本单位原核细胞真核细胞病毒细胞的基本概念病毒（virus）——是唯一非细胞形态的生命体；——是最小、最简单的生命存在形式；——其生命活动过程不能独立完成，必须在活细胞内进行；——是由核酸（DNA或RNA）与蛋白质组成的核酸-蛋白质复合体；病毒根据结构：——DNA病毒（DNA+蛋白质）；——RNA病毒（RNA+蛋白质）；——类病毒（RNA）；——朊病毒（蛋白质）根据宿主：——动物病毒；——植物病毒；——细菌病毒（噬菌体）。病毒分类感冒为何要做血像检查？感冒，习惯上分为病毒性感冒和细菌性感冒。

病毒性感冒有：普通感冒、流行性感冒和病毒性咽炎等，白细胞总数偏低或正常，早期中性粒细胞百分数可稍高。细菌性感冒有：细菌性咽扁桃体炎，白细胞总数和中性粒细胞百分数均见高。因此，如果临床不做血像检查，就难以确定病原体是病毒还是细菌，很难正确用药，比如退热抗炎药阿司匹林对哪种比较有效呢？（√病毒型）感冒为何要做血像检查细胞的基本概念细胞的分子基础

1、生物小分子2、生物大分子细胞的起源与进化细胞基本概念与分子基础无机化合物：

——水,无机盐；——无机盐在细胞中均以离子状态存在，或游离或结合；——阳离子：Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+等；——阴离子：Cl-、SO2-、PO43-、HCO3-等。有机小分子：

——分子量100-1000，是组成生物大分子的亚单位；——单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸是四种主要有机小分子。生物小分子细胞中的水细胞中的无机化合物占细胞总量的70％-80％可维持细胞温度的相对稳定具有较高的沸点，不易挥发在生化反应中既是反应剂又是溶剂存在两种形式：结合水、自由水细胞中的无机盐类细胞中的无机化合物调节渗透压，维持酸碱平衡作为生物大分子的结构成分作为酶的辅助因子PO4-在细胞代谢中最为重要（能量代谢、核酸、磷脂、磷酸化蛋白等）原生质（protoplasm）主要元素微量元素有机物无机物生物大分子生物小分子氨基酸核苷酸单糖脂肪酸蛋白质核酸多糖脂类水无机盐细胞中的生物大分子

指蛋白质、核酸、糖类、脂类等分子结构复杂，分子量巨大，分子中蕴藏生命活动的信息，在生命机体中执行多种重要的生物学功能的多聚物。生物大分子（Biomacromolecule）蛋白质糖类脂类核酸线粒体细胞壁染色质生物膜核糖体细胞骨架叶绿体中的淀粉颗粒种类及亚细胞定位：

---核糖核酸（RNA）

---脱氧核糖核酸（DNA）基本组成：

---单核苷酸：

核糖＋含氮碱基＋磷酸功能：1、遗传信息的贮存、传递和表达2、催化核酸（Nucleicacid）核酸脱氧核糖HOOHHHOHHHOCH2H1

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核酸的化学组成单核苷酸核糖、碱基、磷酸HOOHOHHOHHHOCH2H核糖1

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核糖多聚核苷酸链NN165432嘧啶CHNNNNH123456789嘌呤CH鸟嘌呤（G）ONNNNH123456789NH2NNNNHCH123456789NH2腺嘌呤（A）尿嘧啶（U）NN165432OONN165432OOH3C胸腺嘧啶（T）NN165432NH2O胞嘧啶（C）含氮生物碱：碱基(base)1

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HOOHHHOHHH2COHHNNH165432碱基H2O糖苷键O＝P—OHOHOH磷酸酯键无机磷酸H2O脱氧核糖核苷酸核苷核苷酸OHOHHOHHOCH2H三磷酸腺苷(ATP)1

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O—P—OOHOO—P—OHOHO—P—OHONNNNHCH123456789NH2重要的核苷酸衍生物环化核苷酸：cAMP&cGMP3,5-环化鸟苷酸(cGMP)OHOHHOHO－CH2H1

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HO—P＝OHO—P＝ONNNNH123456789NH2OOHOHHOHO－CH2H1

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CHNNNNHCH123456789NH23,5-环化腺苷酸(cAMP)O＝P—OHO1

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HOHHHH2CHOHOH1

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HOHHHOHHH2CHO＝P—OOH从单核苷酸到多核苷酸链3,5-磷酸二酯键极性分子53

两条反向平行脱氧核糖核苷酸

长链形成右手双螺旋；

脱氧核糖和磷酸基团位于长链

外侧，碱基位于长链内侧；碱基互补配对原则；螺旋结构在空间分布上具有

不均一性，形成大沟和小沟。DNA双螺旋结构模型Watson&Crick(1953)单一长链结构；假双链结构(茎环结构)

tRNA的三叶草结构

mRNA、tRNA和rRNARNA的结构单核苷酸（AGCU）形成极性长链可形成局部双链结构(发夹结构)

RNA的主要种类：

---mRNA（携带遗传信息）---tRNA（转运氨基酸）---rRNA（构成核糖体）---snRNA（参与mRNA的可变剪切）

---miRNA（参与基因表达的调控）---核酶（具有酶活性的RNA分子）核酸的结构RNA的结构模型核酸的功能遗传信息的存储、复制及表达DNA存储并复制遗传信息mRNA，指导蛋白质的合成

tRNA转运氨基酸分子

rRNA组成蛋白质的合成机器－－核糖体RNA具有酶的活性（核酶，Ribozyme），冲击了酶都是蛋白质的传统观点。蛋白质（Protein）基本组成单位：——氨基酸（20种氨基酸的聚合物）种类多样性——球状蛋白、纤维状蛋白功能多样性——生命功能的执行者蛋白质概述性质：两性电解质种类：酸性氨基酸碱性氨基酸中性氨基酸功能：蛋白质的结构单元氨基酸（Aminoacid）H2N－C－C－OHROH蛋白质的化学组成＋H3N－C－C－O－ROH三肽从氨基酸到多肽链二肽肽键肽键H2OH2O氨基酸残基主链与侧链极性分子H2N－C－C－OHROHH2N－C－C－OHROHH2N－C－C－OHROHN－端C－端氨基酸的种类、数目、排列顺序；二硫键的位置和数目一级结构（Primarystructure）蛋白质结构镰状细胞贫血症（Hbs）一个基因缺陷（镰刀细胞）会导致多种症状二级结构（Secondarystructure

）蛋白质结构指多肽链局部区域的折叠或盘旋通过主链的－C－和－N－之间形成的氢键维系主要形式：螺旋（球状蛋白）、片层（纤维状蛋白）HO螺旋结构片层结构羊瘙痒病（TSE）：平衡失调、奇痒难忍、瘫痪而死。牛海绵状脑病（疯牛病，BSE）克-雅氏病（CJD）库鲁病（Kuru）库鲁病（Kuru），又称笑死病，最早在1950年发现于新几内亚的部落，该部落有摄食死亡亲戚的脑部和其他组织的习惯。其症状为患者的脑部组织会产生空洞、海绵化，并导致脑部退化、肌肉失去协调和痴呆的症状产生，死亡时伴随大笑。致死性家族性失眠症（FFI）朊病毒（prion）克-雅氏病人脑组织海绵化、空泡化PrPcPrPscPrion是一种结构变异的蛋白质（PrPsc）PrPc与PrPsc具有相同的蛋白质一级结构，但在二级结构上显著不同PrPsc能转变正常的PrPc使之发生结构变异，成为致病的PrPsc朊病毒（prion）三级结构：通过侧链非共价键形成球状蛋白构象四级结构：多个亚基通过分子间作用力形成聚合体

三级结构/四级结构（higherstructure

）蛋白质结构血红蛋白的四级结构血红蛋白的三级结构一级结构二级结构三级结构四级结构蛋白质的功能结构和支持作用传递和运输作用机体运动功能调节功能催化作用防御功能原生质（protoplasm）主要元素微量元素有机物无机物生物大分子生物小分子

氨基酸核苷酸单糖脂肪酸

蛋白质核酸多糖脂类水无机盐多糖淀粉糖原纤维素甲壳素(chitin)又叫几丁质、甲壳质，是一种维持和保护甲壳动物和微生物躯体的线性氨基多糖，广泛存在于甲壳动物、节肢动物及某些藻类、菌类和高等植物的细胞壁中。在医学领域主要用于提高免疫力、制备手术缝合线等。多糖脂肪酸为无分支结构的具有偶数碳原子的饱和或不饱和脂肪族羧酸，是最简单的脂类，可与其它分子结合形成多种脂类物质甘油三酯是能源物质磷脂构成生物膜骨架脂肪酸脂类甘油骨架脂肪酸链（疏水）甘油骨架脂肪酸链（疏水）胆碱磷酸亲水头部无机化合物有机小分子———种类：单糖脂肪酸氨基酸核苷酸功能：构建生物有机大分子物质代谢中间产物执行特定功能生物小分子种类：核糖和脱氧核糖葡萄糖、半乳糖、 岩藻糖、甘露糖功能：构成生物大分子能源物质单糖monosaccharideHOOHOHHOHHHOCH2H核糖1

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脱氧核糖HOOHHHOHHHOCH2H1

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特性：直链肪烃有机酸双亲性分子与其他分子共价结合功能：构成生物膜能源物质脂肪酸Fattyacid组成：-核糖/脱氧核糖-含氮生物碱(嘌呤/嘧啶)-无机磷酸——核糖/脱氧核糖＋碱基→核苷＋磷酸→核苷酸种类：嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸功能：构建核酸分子作为第二信号物质作为生物催化剂核苷酸nucleotideNN165432嘧啶CHNNNNH123456789嘌呤CH鸟嘌呤ONNNNH123456789NH2NNNNHCH123456789NH2腺嘌呤尿嘧啶NN165432OONN165432OOH3C胸腺嘧啶NN165432NH2O胞嘧啶含氮生物碱：碱基(base)1

HHOHOH2

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OOHHH2COHHNHN165432碱基H2O糖苷键O＝P—OHOHOH磷酸酯键H2O核糖碱基核苷核苷酸无机磷酸组成：两性化合物：两性电解质种类：非极性氨基酸不带电荷的极性氨基酸带正电荷的极性氨基酸带负电荷的极性氨基酸功能：构建蛋白质分子：蛋白质结构单元氨基酸AminoacidH2N－C－C－OHROH细胞的基本概念细胞的分子基础细胞的起源与进化细胞的基本概念与分子基础生物大分子如何组成原始生命体?一、化学起源学说无机小分子有机小分子?有机小分子生物大分子?这些过程何时何地在何种条件下陆续完成?这些都是有待探索的问题原始生命体如何演变原始细胞?1953年，米勒(Mi11er)对接近于地表原始气氛的气体混合系统进行试验1、从无机小分子到有机小分子？

（氨基酸的模拟合成）NH3、

H2、CH4、H2O 甲醛核糖氰化氢天冬氨酸核苷核苷酸ADP、ATP聚磷酸混合系统腺嘌呤谷氨酸β－氨基丙酸(紫外线)(冲击波)(射线)高压电弧

(2)从球外空间探索这些分子存在的证据；

(3)从球外来源的陨石中分析这类物质是否存在；

(1)实验室中创造类似于生命发生期的地球条件，开展人工模拟的实验。2、从有机小分子到生物大分子?（类蛋白的模拟合成）美国福克斯(F.Fox)模拟原始地球条件、将一些氨基酸混合后，倒入160℃～200℃的热砂或粘土中，使水分蒸发、氨基酸浓缩，经过0.5h~3.0h，就产生了一种琥珀色的透明物质，即类蛋白(proteinoid)。原始海水中的有机化合物小分子，可能因吸附作用，在岸边的岩石或粘土表面浓集，受到热的催化，进而合成为生物大分子。类蛋白具有：

肽链结构蛋白质特有的显色反应可被蛋白酶水解水解后生成氨基酸甚至有微弱的酶活性

类蛋白与蛋白区别：无旋光性有序度较差不能引起免疫反应

核苷酸＋聚磷酸这种聚合物具有RNA的某种特性，受RNA酶部分水解。加热聚合聚核苷酸生物大分子的构成物可从无机物和简单有机物小分子在接近地表原始状态的物理的、化学的条件下合成出来，这是生命起源于地球化学演化的有力证明。团聚粒说：苏联的奥巴林(Oparin)白明胶(蛋白质)的水溶液与阿拉伯胶(糖)的水溶液混在一起，在混合之前，这种溶液都是透明的，混合之后，变为混浊。在显微镜下可以看到在均匀的溶液中出现了小滴，即团聚体。它们四周与水液有明显的界限。3、原始生命体的发生问题水溶液中11000×团聚粒说：

＊直径从1um—500um不等

＊与周围水液有明显界限。外圈增厚形成膜样结构。

＊可以稳定存在几小时至几周。

＊具有原始代谢特性：

加入磷酸化酶，可进入团聚体滴中；再加入葡萄糖-1-磷酸，可进入团聚体滴，在磷酸化酶催化下，生成淀粉，使团聚体增长，排出磷酸。

＊能够增长和繁殖。奥巴林原生的第一个细胞必须具备下列最基本的性质(1)有类似质膜的生物膜。(2)有能完成自我复制和自发整合的生命大分子物质体系。(3)具有内在的物质代谢、能量代谢和信息交流的基本性能。3、原始生命体演变成原始细胞?1.从非细胞形态到细胞形态一般都认为早期的生命的形态必定是非细胞形态病毒：大小在0.08~0.10μ左右，中心一个核酸分子，含有RNA(噬菌体和动物病毒中含有DNA)外面是蛋白质外壳。类病毒：只有病毒的1/80，也就是0.001μ左右。连蛋白质的外壳度没有，只有裸露的RNA分子。

近二十年来，有越来越多的迹象表明：（1）原核细胞出现于真核细胞之前（2）真核细胞是由原核细胞进化而来的。最直接的证据：

早期的化石记录显示：最早的原核细胞大约在35亿年前出现，比真核细胞的出现早10~20亿年。最显著的证据：

两种类型的细胞彼此间有许多共性（例如：非常相似的遗传密码、代谢所需的酶系、某些生化反应途径以及膜系统等），使得二者在结构、功能的进化上有较为紧密的联系。主要证据（1）细胞壁成分与真核细胞相似，而非由含壁酸的肽聚糖构成，因此抑制壁酸合成的链霉素，抑制肽聚糖前体合成的环丝氨酸，抑制肽聚糖合成的青霉素与万古霉素等对古细菌与真核细胞无作用。（2）DNA与基因结构：古细菌DNA中有重复序列的存在。多数古核细胞的基因组中存在内含子。（3）有类核小体结构：古细菌具有组蛋白，而且能与DNA构建成类似核小体结构。（4）有类似真核细胞的核糖体：多数