細胞膜的分子基礎PPT精選文檔

1、1第三章第三章 細胞的分子基礎細胞的分子基礎2內容提要內容提要 第一節(jié)第一節(jié) 細胞是生命活動的基本單位細胞是生命活動的基本單位第二節(jié)第二節(jié) 細胞的性態(tài)、大小和數(shù)量細胞的性態(tài)、大小和數(shù)量 第三節(jié)第三節(jié) 原核細胞和真核細胞原核細胞和真核細胞 第四節(jié)第四節(jié) 細胞的分子基礎細胞的分子基礎3第一節(jié)第一節(jié) 細胞是生命活動的細胞是生命活動的基本單位基本單位 結構結構 核酸核酸 核糖體核糖體 一分為二的分裂方式一分為二的分裂方式4第二節(jié)第二節(jié) 細胞的形態(tài)、大小細胞的形態(tài)、大小和數(shù)量和數(shù)量 形態(tài)形態(tài) 大小大小 數(shù)量數(shù)量5第三節(jié)第三節(jié) 原核細胞和真核細胞原核細胞和真核細胞 根據(jù)進化地位、結構的復雜程度、遺傳裝根據(jù)

2、進化地位、結構的復雜程度、遺傳裝置的類型與主要生命活動的方式，將細胞置的類型與主要生命活動的方式，將細胞分為原核細胞（分為原核細胞（prokaryotic cellprokaryotic cell）和真）和真核細胞（核細胞（eukaryotic celleukaryotic cell）兩大類。）兩大類。6Nucleoid78原核細胞與真核細胞的比較原核細胞與真核細胞的比較 真核細胞具有由核膜、染色質、核仁、核基質構成的細真核細胞具有由核膜、染色質、核仁、核基質構成的細胞核；原核細胞無核膜、核仁，僅有核物質構成的擬核。胞核；原核細胞無核膜、核仁，僅有核物質構成的擬核。 除某些低等類群（如甲藻等）

3、的細胞外，真核生物染色除某些低等類群（如甲藻等）的細胞外，真核生物染色體體DNADNA均與組蛋白結合，形成核小體；而在原核細胞核均與組蛋白結合，形成核小體；而在原核細胞核DNADNA無組蛋白與之結合，也不構成染色體。無組蛋白與之結合，也不構成染色體。 真核細胞的真核細胞的DNADNA復制在細胞周期的復制在細胞周期的S S期，原核細胞期，原核細胞DNADNA復制復制常是連續(xù)進行的。常是連續(xù)進行的。 真核細胞的基因表達具有時空性，轉錄先在細胞核中進真核細胞的基因表達具有時空性，轉錄先在細胞核中進行，蛋白質合成后在細胞質中進行；原核細胞的轉錄與蛋行，蛋白質合成后在細胞質中進行；原核細胞的轉錄與蛋白質

4、合成在細胞質中同時進行。白質合成在細胞質中同時進行。9 真核細胞有內質網、高爾基體、溶酶體等細胞器構成的內真核細胞有內質網、高爾基體、溶酶體等細胞器構成的內膜系統(tǒng)，原核細胞沒有。膜系統(tǒng)，原核細胞沒有。 真核細胞內含微管、微絲和中間纖維等構成的細胞骨架，真核細胞內含微管、微絲和中間纖維等構成的細胞骨架，與細胞運動、細胞分裂、胞質環(huán)流及吞噬作用密切相關；原與細胞運動、細胞分裂、胞質環(huán)流及吞噬作用密切相關；原核細胞內無細胞骨架。核細胞內無細胞骨架。 真核細胞的核糖體為真核細胞的核糖體為80S80S型，原核細胞核糖體為型，原核細胞核糖體為70S70S型。型。 真核細胞含有雙層單位膜包裹而成的線粒體或葉

5、綠體，內真核細胞含有雙層單位膜包裹而成的線粒體或葉綠體，內含含DNADNA及基因表達體系，其內膜上有與氧化磷酸化或光合磷及基因表達體系，其內膜上有與氧化磷酸化或光合磷酸化相關的電子傳遞鏈；原核細胞功能上與線粒體、葉綠體酸化相關的電子傳遞鏈；原核細胞功能上與線粒體、葉綠體相應的結構是質膜和質膜內褶，但質膜內褶內無相應的結構是質膜和質膜內褶，但質膜內褶內無DNADNA及基因及基因表達體系。表達體系。 真核細胞的細胞分裂方式包括有絲分裂和減數(shù)分裂，原核真核細胞的細胞分裂方式包括有絲分裂和減數(shù)分裂，原核細胞則進行無絲分裂。細胞則進行無絲分裂。 10第四節(jié)第四節(jié) 細胞的分子基礎細胞的分子基礎 一、水和無

6、機鹽一、水和無機鹽 二、有機化合物二、有機化合物 三、生物大分子三、生物大分子11生物小分子生物小分子 組成細胞的基本元素是：組成細胞的基本元素是： C C、H H、 O O、N N、S S、K K、CaCa、P P、MgMg，其中，其中C C、H H、 O O、N N四種元四種元素占素占90%90%以上。細胞化學物質可分為兩大類以上。細胞化學物質可分為兩大類：無機物和有機物。在無機物中水是最主：無機物和有機物。在無機物中水是最主要的成分，約占細胞物質總含量的要的成分，約占細胞物質總含量的70708080。 12一、無機化合物一、無機化合物 細胞的無機物主要有水和無機鹽。細胞的無機物主要有水和

7、無機鹽。 水約占細胞重量的水約占細胞重量的7070-80-80，其中游離水約，其中游離水約9595，其余為結合水。其余為結合水。 無機鹽的含量約為無機鹽的含量約為1 1，主要以離子形式存在，主要以離子形式存在 。13水水 水分子是偶極子水分子是偶極子 。蛋白質中每一個氨基酸平均可。蛋白質中每一個氨基酸平均可結合結合2.62.6個水分子。個水分子。 水是細胞中最主要的成份。水是細胞中最主要的成份。 水分子間可形成氫鍵。水分子間可形成氫鍵。 水在細胞中既是反應物也是溶劑水在細胞中既是反應物也是溶劑 。 細胞中的水以兩種形式存在細胞中的水以兩種形式存在: : 游離水和結合水。游離水和結合水。 14

8、無機離子的主要功能是維持細胞內的無機離子的主要功能是維持細胞內的pHpH和和滲透壓，以保持細胞的正常生理活動；有滲透壓，以保持細胞的正常生理活動；有的同蛋白質或脂類結合組成具有特定功能的同蛋白質或脂類結合組成具有特定功能的結合蛋白，參與細胞的生命活動；有的的結合蛋白，參與細胞的生命活動；有的作為酶反應的輔助因子。所以無機鹽也是作為酶反應的輔助因子。所以無機鹽也是維持細胞生命活動所不可缺少的。維持細胞生命活動所不可缺少的。 無機鹽無機鹽15 主要的陰離子有主要的陰離子有ClCl、POPO44和和HCOHCO33，其中磷酸根，其中磷酸根離子在細胞代謝活動中最為重要：在各類細胞離子在細胞代謝活動中最

9、為重要：在各類細胞的能量代謝中起著關鍵作用；是核苷酸、磷脂的能量代謝中起著關鍵作用；是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分；調節(jié)酸堿平、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分；調節(jié)酸堿平衡，對血液和組織液衡，對血液和組織液pHpH起緩沖作用。起緩沖作用。 主要的陽離子有：主要的陽離子有：NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+、CuCu2+2+、CoCo2+2+、MoMo2+2+。其作用如下：。其作用如下：16 離子種類 在細胞中的作用 Fe2+或Fe3+ 血紅蛋白、細胞色素、過氧化物酶 和鐵蛋 白的組成成分 Na+ 維持膜

10、電位K+參與蛋白質合成和某些酶促合成Mg2+ 葉綠素、磷酸酶、NaK泵 Mn2+ 肽酶 Cu2+ 酪氨酸酶、抗壞血酸氧化酶 Co2+ 肽酶 Mo2+ 硝酸還原酶、黃嘌呤氧化酶 Ca2+ 鈣調素、肌動球蛋白、ATP酶17二、有機化合物二、有機化合物 細胞內有細胞內有4 4類有機小分子類有機小分子: : 單糖、脂肪酸、單糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸，由它們可以構成生物大氨基酸和核苷酸，由它們可以構成生物大分子。分子。 18（一）糖類（一）糖類 糖類由碳、氫、氧糖類由碳、氫、氧 3 3種化學元素組成，它是構成生物體的種化學元素組成，它是構成生物體的重要成分，也是細胞的主要能源物質。主要包括單糖、二重要

11、成分，也是細胞的主要能源物質。主要包括單糖、二糖、低聚糖糖、低聚糖(2(26 6個糖個糖) )和多糖和多糖( (由幾百到幾千個單糖分子由幾百到幾千個單糖分子組成組成) )，其中多糖屬于生物大分子。，其中多糖屬于生物大分子。 單純的多糖由許多葡萄糖殘基組成，在動物細胞內主要是單純的多糖由許多葡萄糖殘基組成，在動物細胞內主要是糖原，在植物細胞內主要是淀粉。它們是細胞內貯存的營糖原，在植物細胞內主要是淀粉。它們是細胞內貯存的營養(yǎng)物質，提供細胞代謝所需的能源。養(yǎng)物質，提供細胞代謝所需的能源。 19（二）脂類（二）脂類 脂肪酸是脂類的主要成分。一般包括脂肪、類脂和脂肪酸是脂類的主要成分。一般包括脂肪、類

12、脂和固醇等。固醇等。 脂肪酸是營養(yǎng)價值較高的營養(yǎng)物，按重量比計算，脂肪酸是營養(yǎng)價值較高的營養(yǎng)物，按重量比計算，脂肪酸分解產生的能量，相當于葡萄糖所產生能量脂肪酸分解產生的能量，相當于葡萄糖所產生能量的兩倍。脂肪酸在細胞內最重要的功能是構成細胞的兩倍。脂肪酸在細胞內最重要的功能是構成細胞結構。結構。 除了脂肪酸外，細胞內還有其他一些脂類。磷脂是除了脂肪酸外，細胞內還有其他一些脂類。磷脂是構成細胞膜和多種細胞器的膜結構的重要組成成分構成細胞膜和多種細胞器的膜結構的重要組成成分。 20（三）核苷酸（三）核苷酸 核苷酸是組成核酸的基本單位，每個核苷核苷酸是組成核酸的基本單位，每個核苷酸分子由一個戊糖酸

13、分子由一個戊糖( (核糖或脫氧核糖核糖或脫氧核糖) )、一、一個含氮堿基個含氮堿基( (嘧啶或嘌呤嘧啶或嘌呤) )和一個磷酸脫水和一個磷酸脫水縮合而成?？s合而成。21（四）氨基酸（四）氨基酸 細胞內主要有細胞內主要有2020種氨基酸，它們的差別主種氨基酸，它們的差別主要是要是R R側鏈不同側鏈不同( (圖圖3-1)3-1)，決定了氨基酸不，決定了氨基酸不同的化學性質。氨基酸是組成蛋白質的基同的化學性質。氨基酸是組成蛋白質的基本單位，蛋白質是長的線性的氨基酸多聚本單位，蛋白質是長的線性的氨基酸多聚體，這些氨基酸通過一個氨基酸的羧基與體，這些氨基酸通過一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間形成的

14、肽鍵而首另一個氨基酸的氨基之間形成的肽鍵而首尾相連，構成多肽鏈。尾相連，構成多肽鏈。 2223 生物大分子生物大分子 細胞內小分子組裝成大分子，不僅是分子大小發(fā)生變化，細胞內小分子組裝成大分子，不僅是分子大小發(fā)生變化，而且賦予它們與小分子截然不同的生物學特性。而且賦予它們與小分子截然不同的生物學特性。生物大分子（生物大分子（biological macromoleculesbiological macromolecules） ：蛋白質、核酸、多糖和脂類分子量巨大蛋白質、核酸、多糖和脂類分子量巨大 ，具有一定的生，具有一定的生物學功能。物學功能。它們的分子量一般在它們的分子量一般在10 0001

15、0 000到到1 000 0001 000 000之間，細胞內大之間，細胞內大約有約有3 0003 000種大分子。種大分子。24 蛋白質、核酸、脂類和糖，約占細胞干重的蛋白質、核酸、脂類和糖，約占細胞干重的90%90%以上。以上。 一個細胞中約有一個細胞中約有10104 4種蛋白質，分子的數(shù)達種蛋白質，分子的數(shù)達10101111。 蛋白質是細胞的結構成分，也是細胞功能的實現(xiàn)者。生化蛋白質是細胞的結構成分，也是細胞功能的實現(xiàn)者。生化反應的催化劑反應的催化劑酶是蛋白質。酶是蛋白質。25一、核一、核 酸酸 （一）核酸的種類及其組成（一）核酸的種類及其組成 細胞中的核酸有兩大類：一是主要分布于細胞核

16、中的脫氧細胞中的核酸有兩大類：一是主要分布于細胞核中的脫氧核糖核酸核糖核酸( (簡寫簡寫DNA)DNA)；另一是主要分布于細胞質中的核糖；另一是主要分布于細胞質中的核糖核酸核酸( (簡寫簡寫RNA)RNA)。 兩類核酸的差異是組成核酸的單位兩類核酸的差異是組成核酸的單位單核苷酸的化學組單核苷酸的化學組成不同，確切地說就是成不同，確切地說就是核苷核苷(nucleoside)(nucleoside)的化學組成有別的化學組成有別。 3,5-3,5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵相連，即在一個核苷酸的相連，即在一個核苷酸的33羥基和另羥基和另一個核苷酸的一個核苷酸的55磷酸基之間形成磷酸二酯鍵，分別聚合磷酸基之

17、間形成磷酸二酯鍵，分別聚合成脫氧核糖核酸或核糖核酸。成脫氧核糖核酸或核糖核酸。 26 DNADNA是遺傳信息復制、傳遞和基因轉錄的模板，是遺傳信息復制、傳遞和基因轉錄的模板，RNARNA參與蛋白質的合成。參與蛋白質的合成。 生物體全部基因序列及其間隔稱為基因組生物體全部基因序列及其間隔稱為基因組genome.genome. 原核生物的基因組大小約原核生物的基因組大小約600Kb-9.5Mb600Kb-9.5Mb，真核生物，真核生物的約為的約為3Mb-140000Mb3Mb-140000Mb。 一個能夠獨立生存的細胞需要約一個能夠獨立生存的細胞需要約500500個基因。個基因。272829核酸的

18、特性核酸的特性 當溫度上升到一定高度時，當溫度上升到一定高度時，DNADNA雙鏈即解離為單鏈，稱為雙鏈即解離為單鏈，稱為變性變性（denaturationdenaturation）或熔解（）或熔解（meltingmelting），這一溫度稱），這一溫度稱為熔解溫度（為熔解溫度（melting temperaturemelting temperature，TmTm）。堿基組成不）。堿基組成不同的同的DNADNA，熔解溫度不一樣，含，熔解溫度不一樣，含GCGC對（對（3 3條氫鍵）多的條氫鍵）多的DNADNA，TmTm高；含高；含ATAT對（對（2 2條氫鍵）多的，條氫鍵）多的，TmTm低。當溫度

19、下低。當溫度下降到一定溫度以下，變性降到一定溫度以下，變性DNADNA的互補單鏈又可通過在配對的互補單鏈又可通過在配對堿基間形成氫鍵，恢復堿基間形成氫鍵，恢復DNADNA的雙螺旋結構，這一過程稱為的雙螺旋結構，這一過程稱為復性復性（renaturationrenaturation）或）或退火退火（annealingannealing）。）。30 （二）（二）DNADNA的結構的結構 DNADNA是所有生物是所有生物( (病毒除外病毒除外) )的遺傳信息貯存者。的遺傳信息貯存者。遺傳信息的基本單位是遺傳信息的基本單位是基因基因(gene)(gene)，基因是片段，基因是片段DNADNA分子中的核

20、苷酸排列順序。分子中的核苷酸排列順序。 DNADNA是雙螺旋結構是雙螺旋結構: :DNADNA的二級結構。的二級結構。 DNADNA的超螺旋的超螺旋(superhelix)(superhelix)結構結構: DNA: DNA的三級結構的三級結構。 31每條主鏈上的每條主鏈上的2-脫氧核糖與磷酸處于螺旋的外側；相脫氧核糖與磷酸處于螺旋的外側；相鄰的兩個核苷酸上的堿基平面，相互平行且基本上垂鄰的兩個核苷酸上的堿基平面，相互平行且基本上垂直于螺旋軸。螺旋的直徑為直于螺旋軸。螺旋的直徑為2.0nm。在同一條鏈上相。在同一條鏈上相鄰的兩個堿基之間沿軸的螺距為鄰的兩個堿基之間沿軸的螺距為0.34nm，其間

21、的旋轉，其間的旋轉角為角為36。大約每隔。大約每隔10個堿基旋繞一圈，其間距為個堿基旋繞一圈，其間距為3.4nm 3233 DNADNA有三種主要構象有三種主要構象 。 B-DNAB-DNA：為為Watson&ClickWatson&Click提出的右手螺旋模型，每圈螺旋提出的右手螺旋模型，每圈螺旋1010個堿基，螺旋扭角為個堿基，螺旋扭角為3636度，螺距度，螺距34A34A，每個堿基對的螺，每個堿基對的螺旋上升值為旋上升值為3.4A3.4A，堿基傾角為，堿基傾角為-2-2度。度。 A-DNAA-DNA：為右手螺旋，每圈螺旋為右手螺旋，每圈螺旋10.910.9個堿基，螺旋扭角

22、為個堿基，螺旋扭角為3333度，螺距度，螺距32A32A，每個堿基對的螺旋上升值為，每個堿基對的螺旋上升值為2.9A2.9A，堿基，堿基傾角為傾角為1313度。度。 Z-DNAZ-DNA：為左手螺旋，每圈螺旋：為左手螺旋，每圈螺旋1212個堿基，螺旋扭角為個堿基，螺旋扭角為- -5151度（度（GCGC）和）和-9-9度（度（CGCG），螺距），螺距46A46A，每個堿基對的，每個堿基對的螺旋上升值為螺旋上升值為3.5A3.5A（GCGC）和）和4.1A4.1A（CGCG），堿基傾角），堿基傾角為為9 9度。度。3435 ( (二二) RNA) RNA的結構的結構 1 1、結構特征、結構特征

23、RNARNA是核糖核苷酸的多聚體，其中的核苷酸是核糖核苷酸的多聚體，其中的核苷酸是以是以3,5-3,5-磷酸二酯鍵相連接，分子中磷酸二酯鍵相連接，分子中不同的核糖核苷酸排列順序是不同的核糖核苷酸排列順序是RNARNA的一級結的一級結構。構。 36RNARNA與與DNADNA的區(qū)別的區(qū)別 戊糖戊糖 嘧啶堿嘧啶堿 天然天然RNARNA是以單股鏈的形式存在，而是以單股鏈的形式存在，而DNADNA分子常以雙股螺旋分子常以雙股螺旋的形式存在。的形式存在。 鳥嘌呤的含量不一定和胞嘧啶的含量相等，腺嘌呤的含量鳥嘌呤的含量不一定和胞嘧啶的含量相等，腺嘌呤的含量也不一定和尿嘧啶的含量相等。也不一定和尿嘧啶的含量

24、相等。 RNARNA分子除含四種核糖苷酸以外，還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多修飾成分子除含四種核糖苷酸以外，還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多修飾成分，其中包括堿基的修飾成分和核糖的修飾成分以及由它分，其中包括堿基的修飾成分和核糖的修飾成分以及由它們所構成的核苷或核苷酸。們所構成的核苷或核苷酸。 37 2 2、RNARNA分子的類型分子的類型 按按RNARNA分子能否進入細胞質而分為：分子能否進入細胞質而分為：細胞核特異性細胞核特異性RNARNA與細胞可移動與細胞可移動RNARNA兩類。兩類。 細胞核特異性細胞核特異性RNARNA：包括不均一細胞核核糖核酸：包括不均一細胞核核糖核酸( (以以hn hn RNARNA表示表示)

25、 )及染色質核糖核酸及染色質核糖核酸(ch RNA)(ch RNA)等等 。 細胞可移動細胞可移動RNARNA、這類、這類RNARNA的分子量相對地小些，它們的分子量相對地小些，它們可以從細胞核遷入細胞質，如可以從細胞核遷入細胞質，如rRNArRNA、tRNAtRNA等等 。 信使核糖核酸信使核糖核酸(message RNA(message RNA，簡寫，簡寫mRNAmRNA) ) 帽子結構的功能：帽子結構的功能： 尾巴結構：尾巴結構： 3839 （三）核酸的功能（三）核酸的功能 DNADNA主要執(zhí)行生物的遺傳和繁殖功能。主要執(zhí)行生物的遺傳和繁殖功能。 mRNAmRNA的功能是把核內的功能是把

26、核內DNADNA的堿基序列（遺傳信息）的堿基序列（遺傳信息），按照堿基互補原則，拷貝并細胞質中的核糖體，按照堿基互補原則，拷貝并細胞質中的核糖體，用以決定蛋白質合成的氨基酸排列順序。，用以決定蛋白質合成的氨基酸排列順序。 tRNAtRNA的主要功能是辨認的主要功能是辨認mRNAmRNA，并將氨基酸結合于，并將氨基酸結合于核糖體上，供給蛋白質的合成。核糖體上，供給蛋白質的合成。 rRNArRNA并不是單獨執(zhí)行功能，而是與核糖體蛋白共并不是單獨執(zhí)行功能，而是與核糖體蛋白共同構成核糖體而執(zhí)行功能。同構成核糖體而執(zhí)行功能。 40二、蛋白質二、蛋白質 蛋白質是構成細胞的主要成分，占細胞干蛋白質是構成細胞

27、的主要成分，占細胞干重的一半以上。蛋白質不僅決定細胞的形重的一半以上。蛋白質不僅決定細胞的形狀和結構，而且還擔負許多重要的生理功狀和結構，而且還擔負許多重要的生理功能，在細胞識別和催化中起重要作用。能，在細胞識別和催化中起重要作用。 41（一）肽與肽鍵（一）肽與肽鍵肽鍵（肽鍵（peptide bondpeptide bond）是由一個氨基酸）是由一個氨基酸分子中的羧基與另一個氨基酸分子中的分子中的羧基與另一個氨基酸分子中的氨基氨基( (或是脯氨酸的亞氨基或是脯氨酸的亞氨基) )之間，脫去之間，脫去一分子水形成的酰氨鍵。一分子水形成的酰氨鍵。 4243 （二）蛋白質的結構（二）蛋白質的結構 蛋白質的結構分為四級：蛋白質的結構分為四級： 一級結構一級結構(primary structure) (primary structure) 二級結構二級結構(secondary structure) (seconda