分子基础和基本概念

MolBasic&ConceptoftheCell细胞分子基础与概念细胞的化学与分子组成细胞的形成和进化原核细胞与真核细胞细胞分子基础和基本概念细胞的化学与分子组成细胞的起源和进化原核细胞与真核细胞细胞分子基础和基本概念原生质（protoplasm）

构成生命机体的原始生命物质。细胞的化学与分子组成Componentofthecell原生质无机化合物有机化合物原生质大量元素微量元素有机物无机物有机小分子生物大分子水无机盐C、H、O、N、S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe等Cu、Zn、Mn、Mo、Co、Cr、Si、F、Br、I、Li、Ba等细胞的化学与分子组成Componentofthecell无机化合物有机化合物水（游离水、结合水）无机盐有机小分子有机大分子氨基酸核苷酸核酸蛋白质多糖单糖脂肪酸酶脂类种类：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细胞的有机小分子Componentofthecell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细胞的有机小分子monosaccharide单糖（CH2O）nHOOHOHHOHHHOCH2H核糖1

2

3

4

5

脱氧核糖HOOHHHOHHHOCH2H1

2

3

4

5

特性：疏水长烃链+亲水羧基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Fattyacid脂肪酸细胞的有机小分子三酰甘油硬脂酸磷脂酰胆碱组成：戊糖（核糖/脱氧核糖）、碱基(嘌呤/嘧啶)、磷酸戊糖＋碱基→核苷＋磷酸→核苷酸种类：嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸功能：构建核酸的基本结构单元作为第二信号物质作为生物催化剂细胞的有机小分子nucleotide核苷酸D-核糖D-2-脱氧核糖HOCH2OOHHOHHHHOHHOCH2OOHHOHHHHH戊糖（核糖/脱氧核糖）2’2’NN165432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

3

4

5

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OHOHHOHHOCH2H腺嘌呤三核苷酸(ATP)1

2

3

4

5

O—P—OOHOO—P—OHOHO—P—OHONNNNHCH123456789NH2环化核苷酸：cAMP&cGMP3

,5

-环化鸟苷酸(cGMP)OHOHHOHO－CH2H1

2

3

4

5

HO—P＝OHO—P＝ONNNNH123456789NH2OOHOHHOHO－CH2H1

2

3

4

5

CHNNNNHCH123456789NH23

,5

-环化腺嘌呤(cAMP)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：蛋白质结构单元细胞的有机小分子Aminoacid氨基酸H2N－C－C－OHROHα氨基酸的基本种类名称英文缩写名称英文缩写名称英文缩写名称英文缩写丙氨酸

Ala精氨酸

Arg天冬酰胺

Asn天冬氨酸

Asp谷氨酸

Glu甘氨酸

Gly谷氨酰胺

Gln半胱氨酸Cys組氨酸

His亮氨酸

Leu异亮氨酸

Ile苯丙氨酸

Phe赖氨酸

Lys脯氨酸

Pro蛋氨酸

Met丝氨酸

Ser苏氨酸

Thr色氨酸

Trp酪氨酸

Tyr缬氨酸

ValComponentofthecell细胞的化学与分子组成生物大分子（biomacromolecule）指蛋白质、核酸、酶等分子，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。原生质无机化合物有机化合物细胞的生物大分子

（一）核酸(nucleicacid)核酸是生物遗传的物质基础。核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)

主要与信息的传递有关。脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)

携带着控制细胞生命活动的全部信息。核酸的化学组成核苷酸的组成戊糖碱基磷酸核苷酸的组成戊糖碱基磷酸D-核糖D-2-脱氧核糖HOCH2OOHHOHHHHOHHOCH2OOHHOHHHHH核酸的化学组成腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)胞嘧啶(cytosine,C)胸腺嘧啶(thymine,T)尿嘧啶(uracil,U)核酸的化学组成核苷酸的组成

戊糖碱基磷酸嘌呤嘧啶1

HHOHOH2

3

4

5

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O＝P—OHO1

2

3

4

5

HOHHHH2CHOHOH1

2

3

4

5

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3

5

种类：脱氧核糖核酸(DNA)

核糖核酸(RNA)-mRNA-rRNA-tRNA-snRNA,hnRNA功能：-遗传信息的贮存、传递和表达-催化功能细胞的生物大分子核酸(nucleicacid)DNA与RNA在化学组成上的异同DNARNA戊糖脱氧核糖核糖碱基A、G、C、TA、G、C、U磷酸磷酸磷酸核苷酸dAMP、dGMPdCMP、dTMPAMP、GMPCMP、UMP两条反向平行互补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Waston&Crick(1953)DNA双螺旋结构DNA双链通过碱基互补配对形成双螺旋结构。碱基脱氧核糖DNA主链小沟大沟DNA－蛋白质相互作用DNA的主要功能储存、复制和传递遗传信息DNA的半保留复制(semi-conservativereplication)在DNA复制后，每条亲代DNA单链成为子代DNA双链中的一条链。

3’，5’-磷酸二酯键A、U、C、GD-核糖取代脱氧核糖

单一长链结构；局部双链结构(茎环结构)mRNA、tRNA、rRNA、snRNA、miRNA和核酶RNA的结构RNA的发夹结构（茎环结构）RNA能够按照碱基互补配对原则形成局部双螺旋结构，称为发夹结构。占细胞总RNA的1%-5%以DNA为模板，由RNA聚合酶转录而来；在遗传信息流向过程中起重要作用，作为蛋白质合成的模板每三个相邻碱基组成一个密码子（codon）信使RNA(messengerRNA，mRNA）

三联体密码子占细胞总RNA的5%-10%分子较小，70-90nt含稀有碱基单链局部折叠成发夹结构，呈三叶草形

3’端有CCA，能结合特定氨基酸具反密码环，能与mRNA上密码子互补结合每种tRNA转运一种特定氨基酸，参与蛋白质合成转运RNA(transferRNA，tRNA）

tRNA单链局部折叠成发夹结构，呈三叶草形；3’端有CCA，能结合特定氨基酸；具反密码环，能与mRNA上密码子互补结合；每种tRNA转运一种特定氨基酸，参与蛋白质合成。占细胞总RNA80%-90%分子量最大参与核糖体的形成作为mRNA的识别结合位点核糖体RNA(ribosomalRNA，rRNA）

mRNA、tRNA、rRNA的相互作用，参与蛋白质的合成过程。约21-25nt具发夹结构（茎环结构）普遍存在于生物界，高度保守性抑制靶基因的蛋白质合成或促使其mRNA降解，调控基因表达微小RNA（microRNA，miRNA）微小RNA（microRNA，miRNA）70-90nt21-25nt转运至胞质诱导基因沉默复合物核酶（ribozyme)具有酶活性的RNA参与RNA的剪接过程小核RNA（snRNA），参与基因转录的加工过程颠覆酶的本质就是蛋白质的概念，为生命起源探索提出新见解。蛋白质的化学组成与结构蛋白质的功能细胞的生物大分子

（二）蛋白质(protein)组成：两性化合物：两性电解质种类：带正电荷的碱性氨基酸带负电荷的酸性氨基酸不带电荷的极性氨基酸不带电荷的非极性氨基酸功能：构建蛋白质分子：蛋白质结构单元蛋白质的化学组成氨基酸（aminoacid)H2N－C－C－OHROHα三肽从氨基酸到多肽链N－端C－端二肽肽键肽键H2OH2O氨基酸残基主链与侧链极性分子NH2－CH－C－OHOR1NH2－CH－C－OHOR1NH2－CH－C－OHOR1氨基酸的种类、数目和排列顺序二硫键的位置和数目蛋白质的结构Primarystructure一级结构NH2－CH－C－OHOR1主链内的氨