細胞膜的分子基礎

細胞膜的分子基礎第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日

內容提要第一節(jié)細胞是生命活動的基本單位第二節(jié)細胞的性態(tài)、大小和數量第三節(jié)原核細胞和真核細胞第四節(jié)細胞的分子基礎第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)細胞是生命活動的基本單位結構核酸核糖體一分為二的分裂方式第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)細胞的形態(tài)、大小和數量形態(tài)大小數量第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)原核細胞和真核細胞根據進化地位、結構的復雜程度、遺傳裝置的類型與主要生命活動的方式，將細胞分為原核細胞（prokaryoticcell）和真核細胞（eukaryoticcell）兩大類。第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日Nucleoid第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日原核細胞與真核細胞的比較

①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。②除某些低等類群（如甲藻等）的細胞外，真核生物染色體DNA均與組蛋白結合，形成核小體；而在原核細胞核DNA無組蛋白與之結合，也不構成染色體。③真核細胞的DNA復制在細胞周期的S期，原核細胞DNA復制常是連續(xù)進行的。④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白質合成在細胞質中同時進行。第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日⑤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。⑥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；原核細胞內無細胞骨架。⑦真核細胞的核糖體為80S型，原核細胞核糖體為70S型。⑧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DNA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、葉綠體相應的結構是質膜和質膜內褶，但質膜內褶內無DNA及基因表達體系。⑨真核細胞的細胞分裂方式包括有絲分裂和減數分裂，原核細胞則進行無絲分裂。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日第四節(jié)細胞的分子基礎一、水和無機鹽二、有機化合物三、生物大分子第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日生物小分子組成細胞的基本元素是：C、H、O、N、S、K、Ca、P、Mg，其中C、H、O、N四種元素占90%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要的成分，約占細胞物質總含量的70％—80％。第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、無機化合物

細胞的無機物主要有水和無機鹽。水約占細胞重量的70％-80％，其中游離水約95％，其余為結合水。無機鹽的含量約為1％，主要以離子形式存在。第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日水水分子是偶極子。蛋白質中每一個氨基酸平均可結合2.6個水分子。水是細胞中最主要的成份。水分子間可形成氫鍵。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:游離水和結合水。第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日無機離子的主要功能是維持細胞內的pH和滲透壓，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。所以無機鹽也是維持細胞生命活動所不可缺少的。無機鹽第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日主要的陰離子有Cl—、PO4—和HCO3—，其中磷酸根離子在細胞代謝活動中最為重要：①在各類細胞的能量代謝中起著關鍵作用；②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的組成成分；③調節(jié)酸堿平衡，對血液和組織液pH起緩沖作用。主要的陽離子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。其作用如下：第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日離子種類

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+維持膜電位K+參與蛋白質合成和某些酶促合成Mg2+葉綠素、磷酸酶、Na’—K‘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酶第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、有機化合物細胞內有4類有機小分子:單糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸，由它們可以構成生物大分子。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日（一）糖類糖類由碳、氫、氧3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、二糖、低聚糖(2～6個糖)和多糖(由幾百到幾千個單糖分子組成)，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。第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日（二）脂類脂肪酸是脂類的主要成分。一般包括脂肪、類脂和固醇等。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結構。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。第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日（三）核苷酸

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(核糖或脫氧核糖)、一個含氮堿基(嘧啶或嘌呤)和一個磷酸脫水縮合而成。第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日（四）氨基酸

細胞內主要有20種氨基酸，它們的差別主要是R側鏈不同(圖3-1)，決定了氨基酸不同的化學性質。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肽鍵而首尾相連，構成多肽鏈。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日生物大分子

細胞內小分子組裝成大分子，不僅是分子大小發(fā)生變化，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（biologicalmacromolecules）：蛋白質、核酸、多糖和脂類分子量巨大，具有一定的生物學功能。它們的分子量一般在10000到1000000之間，細胞內大約有3000種大分子。第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日蛋白質、核酸、脂類和糖，約占細胞干重的90%以上。一個細胞中約有104種蛋白質，分子的數達1011。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——酶是蛋白質。第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日一、核酸（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中的脫氧核糖核酸(簡寫DNA)；另一是主要分布于細胞質中的核糖核酸(簡寫RNA)。兩類核酸的差異是組成核酸的單位——單核苷酸的化學組成不同，確切地說就是核苷(nucleoside)的化學組成有別。

3',5'-磷酸二酯鍵相連，即在一個核苷酸的3’羥基和另一個核苷酸的5’磷酸基之間形成磷酸二酯鍵，分別聚合成脫氧核糖核酸或核糖核酸。第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日DNA是遺傳信息復制、傳遞和基因轉錄的模板，RNA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genome.原核生物的基因組大小約600Kb-9.5Mb，真核生物的約為3Mb-140000Mb。一個能夠獨立生存的細胞需要約500個基因。第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日核酸的特性當溫度上升到一定高度時，DNA雙鏈即解離為單鏈，稱為變性（denaturation）或熔解（melting），這一溫度稱為熔解溫度（meltingtemperature，Tm）。堿基組成不同的DNA，熔解溫度不一樣，含G—C對（3條氫鍵）多的DNA，Tm高；含A—T對（2條氫鍵）多的，Tm低。當溫度下降到一定溫度以下，變性DNA的互補單鏈又可通過在配對堿基間形成氫鍵，恢復DNA的雙螺旋結構，這一過程稱為復性（renaturation）或退火（annealing）。第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日（二）DNA的結構DNA是所有生物(病毒除外)的遺傳信息貯存者。遺傳信息的基本單位是基因(gene)，基因是片段DNA分子中的核苷酸排列順序。DNA是雙螺旋結構:DNA的二級結構。DNA的超螺旋(superhelix)結構:DNA的三級結構。第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日每條主鏈上的2-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直于螺旋軸。螺旋的直徑為2.0nm。在同一條鏈上相鄰的兩個堿基之間沿軸的螺距為0.34nm，其間的旋轉角為36°。大約每隔10個堿基旋繞一圈，其間距為3.4nm第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日DNA有三種主要構象。B-DNA：為Watson&Click提出的右手螺旋模型，每圈螺旋10個堿基，螺旋扭角為36度，螺距34A，每個堿基對的螺旋上升值為3.4A，堿基傾角為-2度。A-DNA：為右手螺旋，每圈螺旋10.9個堿基，螺旋扭角為33度，螺距32A，每個堿基對的螺旋上升值為2.9A，堿基傾角為13度。Z-DNA：為左手螺旋，每圈螺旋12個堿基，螺旋扭角為-51度（G—C）和-9度（C—G），螺距46A，每個堿基對的螺旋上升值為3.5A（G—C）和4.1A（C—G），堿基傾角為9度。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日(二)RNA的結構1、結構特征RNA是核糖核苷酸的多聚體，其中的核苷酸是以3’,5’-磷酸二酯鍵相連接，分子中不同的核糖核苷酸排列順序是RNA的一級結構。第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日RNA與DNA的區(qū)別戊糖嘧啶堿天然RNA是以單股鏈的形式存在，而DNA分子常以雙股螺旋的形式存在。鳥嘌呤的含量不一定和胞嘧啶的含量相等，腺嘌呤的含量也不一定和尿嘧啶的含量相等。RNA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們所構成的核苷或核苷酸。第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日2、RNA分子的類型按RNA分子能否進入細胞質而分為：細胞核特異性RNA與細胞可移動RNA兩類。細胞核特異性RNA：包括不均一細胞核核糖核酸(以hnRNA表示)及染色質核糖核酸(chRNA)等。細胞可移動RNA、這類RNA的分子量相對地小些，它們可以從細胞核遷入細胞質，如rRNA、tRNA等。信使核糖核酸(messageRNA，簡寫mRNA)帽子結構的功能：尾巴結構：第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日（三）核酸的功能DNA主要執(zhí)行生物的遺傳和繁殖功能。mRNA的功能是把核內DNA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，用以決定蛋白質合成的氨基酸排列順序。tRNA的主要功能是辨認mRNA，并將氨基酸結合于核糖體上，供給蛋白質的合成。rRNA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。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、蛋白質

蛋白質是構成細胞的主要成分，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。

第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日（一）肽與肽鍵肽鍵（peptidebond）是由一個氨基酸分子中的羧基與另一個氨基酸分子中的氨基(或是脯氨酸