細胞的概念與分子基礎(chǔ)課件

1、4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)1第一節(jié)第一節(jié) 細胞細胞(xbo)的基本概念的基本概念 細胞是一切生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。細胞是一切生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。n 細胞是由膜包圍的原生質(zhì)細胞是由膜包圍的原生質(zhì)(protoplasm)團，通過團，通過 質(zhì)膜與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和信息交流；質(zhì)膜與周圍環(huán)境進行物質(zhì)和信息交流；n 是構(gòu)成有機體的基本單位，具有自我復制是構(gòu)成有機體的基本單位，具有自我復制(fzh)的能力，的能力， 是有機體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；是有機體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；n 代謝與功能的基本單位，具有一套完整的代謝和代謝與功能的基本單位，具有一套完整的代謝和 調(diào)節(jié)體系；調(diào)節(jié)體系；n 是

2、遺傳的基本單位，具有發(fā)育的全能性。是遺傳的基本單位，具有發(fā)育的全能性。n 原生質(zhì)原生質(zhì):指組成細胞的全部活性物質(zhì)，從現(xiàn)代概念來指組成細胞的全部活性物質(zhì)，從現(xiàn)代概念來 說它包括質(zhì)膜、細胞質(zhì)和細胞核（或擬核）。說它包括質(zhì)膜、細胞質(zhì)和細胞核（或擬核）。 第一頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)2Animal cell第二頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)3n細胞細胞(xbo)的大小和形態(tài)：的大小和形態(tài)： 大小不同、形態(tài)各異，鴕鳥卵細胞最大，可達大小不同、形態(tài)各異，鴕鳥卵細胞最大，可達1215cm，大多數(shù)真核細胞的直徑為，大多數(shù)真核細胞的直徑為110nm。細胞的。

3、細胞的大小與生物體的大小無關(guān)。大小與生物體的大小無關(guān)。n細胞的數(shù)目細胞的數(shù)目 單細胞生物如細菌、草履蟲，成人大約有單細胞生物如細菌、草履蟲，成人大約有1.81016個細胞。個細胞。n細胞的一般結(jié)構(gòu)（膜、質(zhì)、核、器）細胞的一般結(jié)構(gòu)（膜、質(zhì)、核、器）第三頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)4第二節(jié)第二節(jié) 細胞的起源細胞的起源(qyun)與進化與進化 一切生物都是由細胞構(gòu)成的，而細胞是一切生物都是由細胞構(gòu)成的，而細胞是生命活動生命活動(hu dng)的基本結(jié)構(gòu)單位和功能單位，的基本結(jié)構(gòu)單位和功能單位，是在生命長期進化發(fā)展過程中出現(xiàn)的。是在生命長期進化發(fā)展過程中出現(xiàn)的。第四頁，共二十

4、五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)5一、由小分子演變到生物大分子一、由小分子演變到生物大分子 無機小分子無機小分子 有機分子有機分子(核苷酸、氨基酸、核苷酸、氨基酸、 單糖單糖(dn tn)、脂肪酸、脂肪酸) 生物大分子生物大分子(核酸、蛋核酸、蛋白白)二、由生物大分子演變到原始細胞二、由生物大分子演變到原始細胞 生物大分子生物大分子 脂質(zhì)膜脂質(zhì)膜 脂質(zhì)膜包圍脂質(zhì)膜包圍RNA 和蛋白質(zhì)分子和蛋白質(zhì)分子 原始細胞原始細胞三、由原始細胞進化為高等生物三、由原始細胞進化為高等生物 原始細胞原始細胞 原核細胞原核細胞 真核細胞真核細胞 高高 等生物等生物第五頁，共二十五頁。4/18/2022

5、細胞的概念與分子基礎(chǔ)6 特征特征 原核細胞原核細胞 真核細胞真核細胞細胞直徑細胞直徑 1m 10100m核仁核仁 無無 有有細胞骨架細胞骨架 無無 有有胞質(zhì)細胞器胞質(zhì)細胞器 無無 有有DAN大小大小(堿基對堿基對) 11065106 1.51075109染色體數(shù)目染色體數(shù)目 單條單條 多條多條表表2-1 原核細胞和真核細胞的比較原核細胞和真核細胞的比較(bjio)第六頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)7第三節(jié)第三節(jié) 細胞細胞(xbo)的分子基礎(chǔ)的分子基礎(chǔ)n構(gòu)成細胞的基本元素有：構(gòu)成細胞的基本元素有：O、C、H、N、S、K、Ca、P、Mg等，其中前四種等，其中前四種(s zh

6、n)元素占元素占90%以上。以上。n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無機鹽。第七頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)8一、生物小分子的結(jié)構(gòu)一、生物小分子的結(jié)構(gòu)(jigu)與功與功能能1、無機化合物無機化合物 一般指不含碳的化合物一般指不含碳的化合物,包括水和無機鹽。包括水和無機鹽。 水水占細胞內(nèi)的總量的占細胞內(nèi)的總量的70，可以說，沒有水，就不會，可以說，沒有水，就不會有生命。水在細胞中以兩種形式存在：一種是游離水，有生命。水在細胞中以兩種形式存在：一種是游離水，約占約占95；另一種是結(jié)合水，通過氫鍵或其他鍵同蛋白；另一種是結(jié)合水，通過氫鍵或其他鍵同蛋白質(zhì)

7、結(jié)合，約占質(zhì)結(jié)合，約占45。 細胞中細胞中無機鹽無機鹽的含量很少，約占細胞干重的的含量很少，約占細胞干重的25。主。主要有要有Na+、K+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、 Cl-、PO4-和和HCO3-，離，離子的濃度除了具有調(diào)節(jié)滲透壓和維持子的濃度除了具有調(diào)節(jié)滲透壓和維持(wich)酸堿平衡的酸堿平衡的作用外，還有許多重要的作用。作用外，還有許多重要的作用。第八頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)92、有機化合物、有機化合物 有機小分子有機小分子: 單糖單糖 (monosacchride) 脂肪酸脂肪酸 (fatty acid) 氨基酸氨基酸 (amino acid) 核苷酸核

8、苷酸 (nucleotide) 有機大分子有機大分子: 多糖多糖(du tn) (polysaccharide) 脂類脂類 (lipid) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) (protein) 核酸核酸 (nucleic acid)第九頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)101、作為、作為(zuwi)細胞主要營養(yǎng)成分的碳水化合細胞主要營養(yǎng)成分的碳水化合物物n單糖單糖: 基本分子式為基本分子式為(CH2O)n為細胞內(nèi)的主要為細胞內(nèi)的主要 能量來源能量來源.n寡糖寡糖:由少數(shù)幾個單糖相連的聚合物由少數(shù)幾個單糖相連的聚合物.與蛋白結(jié)與蛋白結(jié) 合可作為標志物合可作為標志物.n多糖多糖:由大量由大量(成百

9、上千成百上千)糖分子糖分子(fnz)形成的大分子形成的大分子(fnz)聚聚 合物合物, 主要為能量的儲存形式主要為能量的儲存形式. 寡糖和多糖不僅在在信號傳導過程中起重要作寡糖和多糖不僅在在信號傳導過程中起重要作 用用,也也是細胞表面的標志物是細胞表面的標志物.第十頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)112、作為細胞主要、作為細胞主要(zhyo)組成成分的脂類組成成分的脂類n脂類包括：脂肪酸脂類包括：脂肪酸(甘油三脂和脂肪甘油三脂和脂肪)、磷酸甘油酯、磷酸甘油酯、鞘脂、糖脂、類胡蘿卜素等。脂類化合物難溶于水，鞘脂、糖脂、類胡蘿卜素等。脂類化合物難溶于水，而易溶于非極性有機溶劑

10、。而易溶于非極性有機溶劑。n在細胞中的在細胞中的三大功能三大功能: 重要的能量儲存重要的能量儲存(chcn)形式形式; 細胞膜的主要組分細胞膜的主要組分;在信號傳導中發(fā)揮總要作用在信號傳導中發(fā)揮總要作用(類固醇激素類固醇激素).第十一頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)12二、生物二、生物(shngw)大分子的結(jié)構(gòu)與大分子的結(jié)構(gòu)與功能功能 1、核酸、核酸 核酸是生物遺傳信息的載體分子，所有生物均含有核酸是生物遺傳信息的載體分子，所有生物均含有核酸核酸。核酸是由核苷酸單體聚合。核酸是由核苷酸單體聚合(jh)而成的大分子。而成的大分子。n脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸(deoxyrib

11、onucleic acid, DNA)n核糖核酸核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA).第十二頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)13(一) DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(jigu)與功能與功能DNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(jigu) Watson&Crick:DNA的雙螺旋的雙螺旋模型二級結(jié)構(gòu)模型二級結(jié)構(gòu):DNA有兩條脫氧核糖鏈組成有兩條脫氧核糖鏈組成(z chn),兩條鏈反向平行，兩條鏈反向平行，親水的脫氧核糖親水的脫氧核糖-磷酸位于外磷酸位于外側(cè)側(cè),互補的堿基位于內(nèi)側(cè)互補的堿基位于內(nèi)側(cè),螺旋螺旋直徑為直徑為2nm,每圈螺旋每圈螺旋10對堿對堿基，螺旋扭角為基，螺旋

12、扭角為36度，螺距度，螺距3.4nm，每個堿基平面之間的，每個堿基平面之間的距離為距離為0.34nm。 第十三頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)14DNA的三種(sn zhn)主要構(gòu)象B-DNA：為為Watson&Click提出的螺旋提出的螺旋模型模型.A-DNA：為右手螺旋，每圈螺旋為右手螺旋，每圈螺旋10.9個個堿基，螺旋扭角為堿基，螺旋扭角為33度，螺距度，螺距(luj)3.2nm，每個堿基對的螺旋上升值為，每個堿基對的螺旋上升值為2.9A，堿基傾角為，堿基傾角為13度。度。Z-DNA：為左手螺旋，每圈螺旋為左手螺旋，每圈螺旋12個堿基，個堿基，螺旋扭角為螺旋

13、扭角為-51度（度（GC）和）和-9度（度（CG），螺），螺距距46A，每個堿基對的螺旋上升值為，每個堿基對的螺旋上升值為3.5A（GC）和和4.1A（CG），堿基傾角為），堿基傾角為9度。度。第十四頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)15RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(jigu)與功能與功能 RNA結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點:基本組成單位為核糖核苷酸基本組成單位為核糖核苷酸. (1) RNA分子中的戊糖為分子中的戊糖為-D-核糖。核糖。 (2) U代替代替(dit)了了T。 (3) 基本上以單鏈形式存在?；旧弦詥捂溞问酱嬖?。 第十五頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)163、

14、RNA的分類的分類(fn li)及功能及功能（1） 信使信使RNA (mRNA):占細胞內(nèi)占細胞內(nèi)RNA總量的總量的1%5%,將核內(nèi)的遺傳信息轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中將核內(nèi)的遺傳信息轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)中,作為模作為模板板(mbn)指導蛋白質(zhì)的合成。指導蛋白質(zhì)的合成。（2） 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA (tRNA):占細胞內(nèi)占細胞內(nèi)RNA總量的總量的5%10%,按按mRNA上遺傳密碼的順序?qū)⑻囟ò被线z傳密碼的順序?qū)⑻囟ò被徂D(zhuǎn)運到核糖體上進行蛋白質(zhì)的合成。酸轉(zhuǎn)運到核糖體上進行蛋白質(zhì)的合成。（3） 核糖體核糖體RNA (rRNA):占細胞內(nèi)占細胞內(nèi)RNA總量的總量的 75%80%,與蛋白質(zhì)共同組成核蛋白體與蛋白質(zhì)共同組成核

15、蛋白體,是蛋白質(zhì)的是蛋白質(zhì)的合成場所。合成場所。第十六頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)17（4）snRNA：small nuclear RNAn真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過程中RNA剪接體剪接體(spilceosome)的主的主要成分，參與要成分，參與mRNA前體的加工過程?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有五種前體的加工過程?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有五種snRNA，其長度在哺乳動物，其長度在哺乳動物(brdngw)中約為中約為100-215個核個核苷酸。苷酸。snRNA一直存在于細胞核中，與一直存在于細胞核中，與40種左右的核內(nèi)蛋種左右的核內(nèi)蛋白質(zhì)共同組成白質(zhì)共同組成RNA剪接體，在剪接體，

16、在RNA轉(zhuǎn)錄后加工中起重要轉(zhuǎn)錄后加工中起重要作用。作用。第十七頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)18（5）miRNA：(microRNA）n是一種大小約是一種大小約21-23個堿基的單鏈小分子個堿基的單鏈小分子RNA，是由具，是由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約70-90個堿基大小的單鏈個堿基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過前體經(jīng)過Dicer酶加工后生成，第一個被確認的是在線蟲中首酶加工后生成，第一個被確認的是在線蟲中首次發(fā)現(xiàn)次發(fā)現(xiàn)(fxin)的的lin-4和和let-7，隨后在人類、果蠅、植物等，隨后在人類、果蠅、植物等多種生物中鑒別出數(shù)百個多種生物中鑒別出數(shù)百個miRNAs。n由

17、于由于miRNAs存在的廣泛性和多樣性，提示存在的廣泛性和多樣性，提示miRNA可能有可能有非常廣泛多樣的生物功能。據(jù)推測非常廣泛多樣的生物功能。據(jù)推測miRNA在高級真核在高級真核生物體內(nèi)對基因表達的調(diào)控作用可能和轉(zhuǎn)錄因子一樣生物體內(nèi)對基因表達的調(diào)控作用可能和轉(zhuǎn)錄因子一樣重要。重要。 第十八頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)19(6) 核酶與脫氧核酶與脫氧(tu yng)核核酶酶n核酶核酶(ribozyme):指具有指具有(jyu)酶活性的酶活性的RNA,是細胞內(nèi)除蛋白酶以外的對是細胞內(nèi)除蛋白酶以外的對RNA具有自具有自身催化切割活性的身催化切割活性的RNA序列。序列。n

18、脫氧核酶脫氧核酶(deoxyribozyme)或酶性或酶性DNA (DNA enzyme, DNAzyme):指具有特定生指具有特定生物催化功能的物催化功能的DNA分子分子。第十九頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)20(二)、由遺傳信息表達、由遺傳信息表達(biod)的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì) 一個細胞中約有一個細胞中約有104種蛋白質(zhì)，分種蛋白質(zhì)，分 子子的數(shù)達的數(shù)達1011。 蛋白質(zhì)是細胞的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是細胞的結(jié)構(gòu)(jigu)成分，也是成分，也是細細 胞功能的實現(xiàn)者。胞功能的實現(xiàn)者。第二十頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)211. 蛋白質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的組成(z

19、chn) 天然蛋白質(zhì)是由天然蛋白質(zhì)是由20種不同的種不同的氨基酸構(gòu)成的聚氨基酸構(gòu)成的聚合物合物,每種氨基酸都含有一個每種氨基酸都含有一個羧基羧基(COOH)和一個和一個氨基氨基(NH2)和一個特異性側(cè)鏈基團和一個特異性側(cè)鏈基團,不同氨基酸側(cè)鏈的不同氨基酸側(cè)鏈的化學特性決定了個氨基酸在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)化學特性決定了個氨基酸在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(jigu)和功能和功能.n肽鍵肽鍵: 一個一個羧基和一個羧基和一個氨基脫水形成的化學鍵氨基脫水形成的化學鍵.n肽肽(peptide): 氨基酸通過肽鍵形成的化合物氨基酸通過肽鍵形成的化合物.n二肽二肽:兩個氨基酸由肽鍵連接形成的化合物兩個氨基酸由肽鍵連接形成的化合物.n

20、多肽多肽:多個氨基酸由肽鍵連接形成的化合物多個氨基酸由肽鍵連接形成的化合物.n蛋白質(zhì)蛋白質(zhì):由幾十個到成百上千個氨基酸連接而成的生由幾十個到成百上千個氨基酸連接而成的生物大分子物大分子.第二十一頁，共二十五頁。4/18/2022細胞的概念與分子基礎(chǔ)222. 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)(jigu)(b)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu):由肽鍵的由肽鍵的C=O和和NH2通過氫鍵相連通過氫鍵相連(xin lin)而成而成,常見為常見為螺旋螺旋(-helix)和和折疊折疊( (-sheet).(a)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(jigu):氨基酸排列序列氨基酸排列序列.(d)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu):三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價相互連接而成的多聚體三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價相互連接而成的多聚體.(c)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu):