2015細(xì)胞概述(8)

1、學(xué)習(xí)目的和要求1. 掌握原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的異同。2. 掌握核酸、蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生 物學(xué)功能。 3. 了解生命的分子起源、細(xì)胞的形成和 進(jìn)化。,第二章 細(xì)胞的概念和分子基礎(chǔ),第一節(jié) 細(xì)胞的基本概念,一、細(xì)胞是生命的基本單位二、原核細(xì)胞三、真核細(xì)胞,四、病毒,一、細(xì)胞是生命的基本單位,細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，所有生物都是由細(xì)胞組成的； 細(xì)胞是生命活動(dòng)的功能單位，一切代謝活動(dòng)均以細(xì)胞為基

2、礎(chǔ)； 細(xì)胞是生殖和遺傳的基礎(chǔ)與橋梁； 細(xì)胞是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)； 沒(méi)有細(xì)胞就沒(méi)有完整的生命（病毒的生命活動(dòng)離不開(kāi)細(xì)胞）,二、原核細(xì)胞,（一）主要代表支原體衣原體細(xì)菌藍(lán)藻(藍(lán)細(xì)菌),1.支原體（mycoplasma） 最小最簡(jiǎn)單的細(xì)胞。大 ?。和ǔ?.1～0.3μm。細(xì)胞膜：由磷脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成，沒(méi)有 細(xì)胞壁 。DNA: 呈環(huán)形雙鏈。

3、,肺炎支原體,2. 細(xì)菌 原核細(xì)胞的典型代表 。細(xì)胞壁：主要成分為肽聚糖。細(xì)胞膜：由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，有時(shí)可內(nèi)陷形成間體細(xì)胞質(zhì)：DNA：環(huán)狀分子，很少有重復(fù)序列，無(wú)內(nèi)含子 。,有的細(xì)菌還有夾膜、鞭毛、菌毛等特殊結(jié)構(gòu)。,核糖體：大部分游離于細(xì)胞質(zhì)中，小部分附著在細(xì)胞膜內(nèi)表面。,質(zhì)粒（plasmid）：能夠獨(dú)立于基因組DNA以外，自我復(fù)制的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。,細(xì)菌結(jié)構(gòu)示意圖,(二)原核細(xì)胞的基本特點(diǎn)： 1. 遺傳信息載體僅

4、由一個(gè)環(huán)狀DNA構(gòu)成，無(wú)膜包裹,形成擬核（nucleoid）。 2.細(xì)胞內(nèi)只有核糖體，沒(méi)有專門結(jié)構(gòu)與功能分化的細(xì)胞器 。 3.體積小，直徑約為1到數(shù)個(gè)微米。,三、真核細(xì)胞,1.細(xì)胞的形態(tài)與功能相適應(yīng),血細(xì)胞,神經(jīng)細(xì)胞模式圖,（一）細(xì)胞的形態(tài)和大小,人類的精卵細(xì)胞,平滑肌細(xì)胞,上皮細(xì)胞模式圖,鱗狀上皮：口腔，食道，皮膚表面，修復(fù)能力強(qiáng)。,立方上皮：腎小管，甲狀腺濾泡等，吸收與分泌。,柱狀上皮：胃，腸，子宮等內(nèi)腔面，吸收與

5、分泌。,2.細(xì)胞的大小因種類不同而相差較大,最大的細(xì)胞是鴕鳥(niǎo)的卵細(xì)胞,,,動(dòng)物細(xì)胞的直徑一般為10~100μm,,（二）真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu),電子顯微鏡下，在細(xì)胞質(zhì)中可以看到由單位膜組成的膜相結(jié)構(gòu)以及微絲、微管、中間纖維等非膜相結(jié)構(gòu)。,1.膜相結(jié)構(gòu)與非膜相結(jié)構(gòu),膜相結(jié)構(gòu)（membranous structure） 細(xì)胞膜 細(xì)胞核 線粒體 高爾基復(fù)合體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 溶酶體 過(guò)氧化物酶體 轉(zhuǎn)運(yùn)小泡,膜相結(jié)構(gòu)的

6、膜統(tǒng)稱生物膜（biological membrane）,電鏡下觀察所有的膜都呈現(xiàn)一致的三層結(jié)構(gòu)，即內(nèi)外為電子密度高的暗層，中間夾有電子密度低的亮層，這種“兩暗夾一明”的結(jié)構(gòu)稱單位膜。,單位膜（unit membrane）,非膜相結(jié)構(gòu)（non-membranous structure） 核糖體 中心體 染色質(zhì) 核仁 微管 微絲

7、中間纖維 細(xì)胞基質(zhì) 核基質(zhì),2.真核細(xì)胞區(qū)域化 代謝有序性和自控性 ?細(xì)胞核 細(xì)胞生命活動(dòng)的控制中心 ?內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 蛋白質(zhì)、脂類和糖類的“生產(chǎn)車間” ?高爾基復(fù)合體 生物大分子的“加工車間”,?線粒體和葉綠體 產(chǎn)能 的“動(dòng)力車間” ?核糖體 蛋白質(zhì)生產(chǎn)的機(jī)器 ?溶酶體 “回收車間”和 “保衛(wèi)處”

8、?細(xì)胞骨架系統(tǒng) 支架、運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng) ?膜流 生產(chǎn)“流水線”和“傳送帶”,3.真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn),1）以脂質(zhì)及蛋白質(zhì)成分為基礎(chǔ)的生物 膜系統(tǒng) 包括細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、線粒體、溶酶體、過(guò)氧化物酶體及核膜等。,2）以核酸-蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達(dá)系統(tǒng) 儲(chǔ)存遺傳信息的DNA是以與蛋白質(zhì)結(jié)合形式而存在（染色質(zhì)）。 遺傳信息的流向是由DNA → RNA (mRNA) →

9、蛋白質(zhì)。 核糖體是合成蛋白質(zhì)的機(jī)器 。,3）由特異蛋白質(zhì)分子構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng) 由一系列纖維狀蛋白組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，包括細(xì)胞質(zhì)骨架與核骨架。,4）核糖體與蛋白質(zhì)合成系統(tǒng),核糖體是合成蛋白質(zhì)的機(jī)器，其功能是按照mRNA的指令,由氨基酸合成蛋白質(zhì)。,電鏡下觀察到的核糖體,核糖體是由rRNA和蛋白質(zhì)組成的復(fù)合物,游離核糖體附著核糖體多聚核糖體,注意區(qū)別:,游離核糖體: 游離在細(xì)胞質(zhì)中的核糖體,主

10、要合成細(xì)胞質(zhì)本身所需要的結(jié)構(gòu)蛋白。附著核糖體: 附著在膜上的核糖體，主要合成分泌蛋白（如酶、激素及各種抗體）、溶酶體蛋白、跨膜蛋白和駐留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的駐留蛋白。,多聚核糖體（polyribosome）： 多個(gè)核糖體結(jié)合到一個(gè)mRNA分子上，成串排列，形成蛋白質(zhì)合成的功能單位。多聚核糖體可以在一條mRNA鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率。,核糖體上的主要功能位點(diǎn),mRNA結(jié)合位點(diǎn) ：

11、位于核糖體小亞基。 原核生物30S小亞基通過(guò)16S rRNA 的3’端與mRNA 5’端起始密碼子上游SD序列（Shine-Dalgarno sequence）配對(duì)結(jié)合。 真核生物中40S小亞基識(shí)別mRNA的帽子結(jié)構(gòu)，使mRNA與核糖體結(jié)合。,P位點(diǎn)（peptidyl-tRNA site）：起始氨酰-tRNA和肽酰-tRNA結(jié)合的位置。A位點(diǎn)（aminoacyl site）：氨酰tRNA結(jié)合的位置。 E

12、位點(diǎn)（exit site)：tRNA移出的位置。 肽酰轉(zhuǎn)移酶（peptidyl transferase）催化位點(diǎn)： 位于P位和A位的連接處，催化肽鍵的形成。,步驟一：肽鏈合成的起始,A.核糖體小亞基與mRNA、起始tRNA結(jié)合B.大小亞基的結(jié)合,多肽合成的基本過(guò)程,步驟二：肽鏈的延長(zhǎng),A.氨酰基-tRNA進(jìn)入A位B.肽鍵的形成C.空載的tRNA從E位釋放D.移位(由A位轉(zhuǎn)移至P位）,步驟三：肽鏈延長(zhǎng)的終止,A.核糖體滑動(dòng)到終止

13、密碼子B.釋放因子結(jié)合到A位C.肽鏈釋放，核糖體大小亞基分離,tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸機(jī)制示意圖,5）細(xì)胞質(zhì)溶膠（cytosol） 細(xì)胞質(zhì)中的無(wú)定型區(qū)域，協(xié)助完成物質(zhì)運(yùn)輸、能量傳遞、信息傳遞等細(xì)胞活動(dòng)。,真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的比較,,細(xì)胞的基本共性,細(xì)胞膜,核酸 蛋白質(zhì),分裂增殖,核糖體,,四、病毒,病毒（virus）是非細(xì)胞形態(tài)的生命體。特點(diǎn)：在活細(xì)胞內(nèi)才能表現(xiàn)它們的基本生命活動(dòng)。在電子顯微鏡下才能看到。結(jié)構(gòu)： 核

14、酸分子（DNA或RNA )與蛋白質(zhì)組成的核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體。,分類：根據(jù)核酸類型分為兩大類：DNA病毒RNA病毒類病毒（viroid）：僅由感染性的RNA構(gòu)成。朊病毒（prion） ：僅由感染性的蛋白質(zhì)構(gòu)成。,,主要元素： C . H . O. N . 90%以上； S. P . Na. K. Ca. Cl. Mg. Fe. 9%,微量元素：

15、 Cu. Zn. Mn. Mo. Co. Cr. Si. F. Br. I. Li. Ba等,第二節(jié)   細(xì)胞的分子基礎(chǔ),化合物,,有機(jī)化合物,無(wú)機(jī)化合物,,水,無(wú)機(jī)鹽,,游離水,,糖 類,脂 類,酶,蛋白質(zhì),核 酸,維生素,結(jié)合水,(一) 水和無(wú)機(jī)鹽是細(xì)胞內(nèi)的無(wú)機(jī)化合物 1.水 水是細(xì)胞中含量最多的成分 。 水在細(xì)胞中以兩種形式存在：游離

16、水。結(jié)合水，通過(guò)氫鍵或其他鍵同蛋白質(zhì)結(jié)合。 作用：良好溶劑，為各種代謝反應(yīng)提供環(huán)境。,一、生物小分子,2.無(wú)機(jī)鹽：以離子狀態(tài)存在。陰離子：如Cl－、PO4－、HCO3－等陽(yáng)離子：如Na+、K+、Ca2+等 游離形式：維持細(xì)胞內(nèi)外液的滲透壓和pH。 結(jié)合形式：與蛋白質(zhì)或脂類結(jié)合，組成具有 一定功能的結(jié)合蛋白或類脂。,小分子單糖脂肪酸氨基酸核苷 酸,大分子多糖脂肪蛋白質(zhì)核

17、酸,,,,,(二) 有機(jī)小分子是組成生物大分子的亞單位,二、生物大分子,生物大分子由有機(jī)小分子聚合而成，細(xì)胞內(nèi)主要的大分子有核酸、蛋白質(zhì)和多糖。,（一）核酸攜帶遺傳信息 1.化學(xué)組成,核苷酸,,戊 糖,磷 酸,,核　　糖,脫氧核糖,,嘧啶：Ｔ Ｃ Ｕ,嘌呤：Ａ　Ｇ,堿 基,嘧 啶,嘌 呤,胞嘧啶 Ccytosine,胸腺嘧啶 Tthymine,鳥(niǎo)嘌呤 Gguanine,腺嘌呤 Aadenine,,

18、核糖,脫氧,,,,糖苷鍵,,,核　苷,,,,,酯 鍵,,單 核 苷 酸,,,3’5’磷酸二酯鍵,5´,3´,2.DNA的結(jié)構(gòu)與功能,DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。,Watson和 Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。,二級(jí)結(jié)構(gòu)：,一級(jí)結(jié)構(gòu),,,,,,DNA的雙鏈形成,1.DNA分子是由兩條相互平行方向相反的多核苷酸鏈圍繞著同一中心軸形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。2.兩條長(zhǎng)鏈的堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)按堿基配對(duì)原則（A=T，G三C

19、）以氫鍵相連。3.相鄰堿基對(duì)旋轉(zhuǎn)36°，間距0.34nm，一個(gè)螺旋包含10個(gè)堿基旋轉(zhuǎn)360°，螺距為3.4nm。,Watson和 Crick的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,DNA功能： 儲(chǔ)存、復(fù)制和傳遞遺傳信息。 遺傳信息的儲(chǔ)存： 生物體的遺傳信息儲(chǔ)存于DNA分子的線性核苷酸序列中，核苷酸的數(shù)量和排列方式 ，決定了DNA分子的復(fù)雜性和多樣性。,遺傳信息的復(fù)制： DN

20、A分子中所攜帶的遺傳信息通過(guò)復(fù)制傳遞給子代細(xì)胞，復(fù)制是以親代DNA為模板合成子代DNA的過(guò)程，新形成的子代DNA分子在堿基序列上與親代DNA分子完全相同。,半保留復(fù)制,遺傳信息的傳遞： DNA分子所攜帶的遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再通過(guò)翻譯合成蛋白質(zhì)，決定細(xì)胞的生物學(xué)行為。,遺傳信息的傳遞,3.RNA的結(jié)構(gòu)與功能,RNA分子是單鏈的，RNA在細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生，然后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在蛋白質(zhì)的合成中起重要作用。,RNA發(fā)夾

21、結(jié)構(gòu)模式圖,RNA分子單鏈在部分區(qū)域折疊并按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則形成雙鏈發(fā)夾結(jié)構(gòu)。,⑴ 信使核糖核酸 （message RNA，mRNA) 含量：占細(xì)胞內(nèi)總RNA的1%~5% 。 種類：種類多而且極不均一。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：3’，5’端的非編碼區(qū)。中間的編碼區(qū)。,mRNA是遺傳信息的攜帶者。在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，再進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，是蛋白質(zhì)合成的模板。,mRNA分子中每三個(gè)相鄰的堿基組成一個(gè)密碼子（co

22、don），決定蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。,(2) tRNA,（2） 轉(zhuǎn)移核糖核酸（transfer RNA, tRNA） 含量：總RNA的5%~10%。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?jiǎn)捂溄Y(jié)構(gòu)，部分折疊，整個(gè)分子結(jié)構(gòu)呈三葉草形。 3’端有CCA三個(gè)堿基，與特定氨基酸結(jié)合。反密碼環(huán)上的三個(gè)堿基組成反密碼子（anticodon），與mRNA上密碼子互補(bǔ)結(jié)合，參與蛋白質(zhì)合成。功能：轉(zhuǎn)運(yùn)特定的氨基酸，參與蛋白質(zhì)合成。,(3)核糖體RNA (

23、ribosome RNA，rRNA）,含量：占RNA總量的80%~90%。 功能：參與核糖體形成。,原核生物核糖體（70S）真核生物核糖體（80S）,,,mRNA tRNA rRNA,結(jié)構(gòu)特征,存在場(chǎng)所,細(xì)胞質(zhì)或核糖體 細(xì)胞質(zhì)或核糖體 核糖體,功能作用,,三種RNA分子的結(jié)構(gòu)特征和功能作用,,基本上呈線形，局部呈

24、雙鏈，形成發(fā)夾式結(jié)構(gòu)。,呈三葉草形，柄部和基部呈雙螺旋結(jié)構(gòu)，柄部3，有CCA三個(gè)堿基，其相對(duì)端為基部呈環(huán)形，稱反密碼環(huán)，中央有三個(gè)堿基，為反密碼子。,線形，某些節(jié)段可能成雙螺旋結(jié)構(gòu)。,轉(zhuǎn)錄DNA中的遺傳信息，并帶到核糖體上，作為合成蛋白質(zhì)的模板。,運(yùn)輸活化的氨基酸到核糖體上的mRNA的特定位點(diǎn)，特定的tRNA運(yùn)輸特定的氨基酸。,為蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所的核糖體的組成成分。,動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)含有的主要RNA種類及功能,,DNA與RNA的主要區(qū)別,DNA

25、 RNA,DNA RNA,（二）蛋白質(zhì)表達(dá)遺傳信息,蛋白質(zhì)的基本單位,,氨基酸,兩性化合物,,1.蛋白質(zhì)的化學(xué)組成,不同氨基酸其R基各不相同，R基的結(jié)構(gòu)決定了20種氨基酸的特殊性質(zhì),NH,,,,,,,,,肽 鍵,肽 鍵,蛋白質(zhì)分子是由許多氨基酸分子通過(guò)肽鍵，依次縮合而形成多肽鏈。,側(cè)鏈,側(cè)鏈,側(cè)鏈,側(cè)鏈,主鏈,(1) 一級(jí)結(jié)構(gòu),2.蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),(2)二級(jí)結(jié)構(gòu),部分肽鏈發(fā)生卷曲和

26、折疊，肽鏈中的氨基酸間形成氫鍵。 a-螺旋和ß-折疊結(jié)構(gòu),(3)三級(jí)結(jié)構(gòu)：,多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再盤繞或折疊形成的三維空間結(jié)構(gòu)。（氫鍵，離子鍵，疏水鍵）,肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu),(4)四級(jí)結(jié)構(gòu)：,由兩條以上的多肽鏈在各自三級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上以非共價(jià)鍵形式而相互結(jié)合的復(fù)合體。,血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu),3.蛋白質(zhì)的分類,外形,,纖維蛋白：球形蛋白：,肌球蛋白、角蛋白酶蛋白、免疫球蛋白、血紅蛋白等。,功能,,結(jié)構(gòu)蛋白：調(diào)節(jié)蛋白：轉(zhuǎn)

27、運(yùn)蛋白：收縮蛋白：抗體蛋白：催化蛋白：,肌球蛋白胰島素血紅蛋白肌動(dòng)蛋白，肌球蛋白免疫球蛋白蛋白酶,組成成分,,單純蛋白：結(jié)合蛋白：,指單純由氨基酸組成的蛋白質(zhì)。（白蛋白，組蛋白）指單純蛋白和非蛋白質(zhì)類物質(zhì)結(jié)合，非蛋白質(zhì)物質(zhì)稱輔基。（核蛋白，糖蛋白，脂蛋白),4.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)。 結(jié)構(gòu)域（structural domains）是大分子蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成

28、單元。組成一個(gè)結(jié)構(gòu)域的氨基酸殘基在40～350之間。通常通過(guò)結(jié)構(gòu)域去推斷某些蛋白質(zhì)的功能。具有相同結(jié)構(gòu)域的蛋白具有類似功能。,Src蛋白(有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能)的結(jié)構(gòu)域,蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸左右其功能的發(fā)揮。A. 蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化反應(yīng) B. 蛋白激酶催化蛋白質(zhì)磷酸化，可以提高也可以降低蛋白質(zhì)活性，這取決于磷酸化的位置和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),GTP結(jié)合蛋白形成分子開(kāi)關(guān),5.酶,是具有高度催化活性的蛋白質(zhì)。,酶的特性,,高度的專一性

29、 高效的催化能力 活性的可調(diào)節(jié)性,酶的分類,單純蛋白酶類 結(jié)合蛋白酶類：酶蛋白+輔基 （非蛋白質(zhì)）=全酶,酶：,,(三)多糖存在于細(xì)胞膜表面和細(xì)胞間質(zhì)中 單糖可聚合形成線形或分支狀大分子糖類，短鏈稱為寡糖，長(zhǎng)鏈稱為多糖。 1.糖蛋白（glycoproteins）： 共價(jià)結(jié)合糖的蛋白質(zhì)，常見(jiàn)的連接方式是N-糖肽鍵和O-糖肽鍵。,2.糖脂（glycolipids）： 含

30、有糖類的脂質(zhì)。根據(jù)組成不同，可把糖脂分為4類，即鞘糖脂、甘油糖脂、磷酸多萜醇衍生糖脂和類固醇衍生糖脂。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中主要存在的是鞘糖脂。 功能：細(xì)胞抗原、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞粘附及信息傳遞中起重要作用。,思考題,2.原核細(xì)胞與真核細(xì)胞差異。 3.核酸、蛋白質(zhì)分子的種類和 生物學(xué)功能。,1.真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有那些？,anticodonbacteriacell membranecodoncytoplasmcytoso

31、ldeoxyribonucleic acid，DNAenzyme,中英文關(guān)鍵詞對(duì)照,反密碼子細(xì)菌細(xì)胞膜密碼子細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)溶膠脫氧核糖核酸酶,eukaryotic cellglycolipidsglycoproteinsmessage RNA， mRNAmicroRNA, miRNAmycoplasmanucleoidnucleuspeptideplasmidprion,真核細(xì)胞糖脂糖蛋白信使

32、核糖核酸微小RNA支原體擬核細(xì)胞核肽質(zhì)粒朊病毒,prokaryotic cellprotoplasmribonucleic acid，RNAribosomeribosome RNA， rRNAribozymestructural domainstransfer RNA, tRNAviroidvirus,原核細(xì)胞原生質(zhì)核糖核酸核糖體核糖體RNA核酶結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)運(yùn)RNA類病毒病毒,謝 謝,,,