2015細胞概述(8)

1、學習目的和要求1. 掌握原核細胞與真核細胞的異同。2. 掌握核酸、蛋白質分子的結構特點和生 物學功能。 3. 了解生命的分子起源、細胞的形成和 進化。,第二章 細胞的概念和分子基礎,第一節(jié) 細胞的基本概念,一、細胞是生命的基本單位二、原核細胞三、真核細胞,四、病毒,一、細胞是生命的基本單位,細胞是生命的基本結構單位，所有生物都是由細胞組成的； 細胞是生命活動的功能單位，一切代謝活動均以細胞為基

2、礎； 細胞是生殖和遺傳的基礎與橋梁； 細胞是生物體生長發(fā)育的基礎； 沒有細胞就沒有完整的生命（病毒的生命活動離不開細胞）,二、原核細胞,（一）主要代表支原體衣原體細菌藍藻(藍細菌),1.支原體（mycoplasma） 最小最簡單的細胞。大 ?。和ǔ?.1～0.3μm。細胞膜：由磷脂和蛋白質構成，沒有 細胞壁 。DNA: 呈環(huán)形雙鏈。

3、,肺炎支原體,2. 細菌 原核細胞的典型代表 。細胞壁：主要成分為肽聚糖。細胞膜：由脂質和蛋白質組成，有時可內(nèi)陷形成間體細胞質：DNA：環(huán)狀分子，很少有重復序列，無內(nèi)含子 。,有的細菌還有夾膜、鞭毛、菌毛等特殊結構。,核糖體：大部分游離于細胞質中，小部分附著在細胞膜內(nèi)表面。,質粒（plasmid）：能夠獨立于基因組DNA以外，自我復制的環(huán)狀結構。,細菌結構示意圖,(二)原核細胞的基本特點： 1. 遺傳信息載體僅

4、由一個環(huán)狀DNA構成，無膜包裹,形成擬核（nucleoid）。 2.細胞內(nèi)只有核糖體，沒有專門結構與功能分化的細胞器 。 3.體積小，直徑約為1到數(shù)個微米。,三、真核細胞,1.細胞的形態(tài)與功能相適應,血細胞,神經(jīng)細胞模式圖,（一）細胞的形態(tài)和大小,人類的精卵細胞,平滑肌細胞,上皮細胞模式圖,鱗狀上皮：口腔，食道，皮膚表面，修復能力強。,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.細胞的大小因種類不同而相差較大,最大的細胞是鴕鳥的卵細胞,,,動物細胞的直徑一般為10~100μm,,（二）真核細胞的結構,電子顯微鏡下，在細胞質中可以看到由單位膜組成的膜相結構以及微絲、微管、中間纖維等非膜相結構。,1.膜相結構與非膜相結構,膜相結構（membranous structure） 細胞膜 細胞核 線粒體 高爾基復合體 內(nèi)質網(wǎng) 溶酶體 過氧化物酶體 轉運小泡,膜相結構的

6、膜統(tǒng)稱生物膜（biological membrane）,電鏡下觀察所有的膜都呈現(xiàn)一致的三層結構，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”的結構稱單位膜。,單位膜（unit membrane）,非膜相結構（non-membranous structure） 核糖體 中心體 染色質 核仁 微管 微絲

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

8、?細胞骨架系統(tǒng) 支架、運輸、運動 ?膜流 生產(chǎn)“流水線”和“傳送帶”,3.真核細胞的基本結構特點,1）以脂質及蛋白質成分為基礎的生物 膜系統(tǒng) 包括細胞膜、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基復合體、線粒體、溶酶體、過氧化物酶體及核膜等。,2）以核酸-蛋白質為主要成分的遺傳信息表達系統(tǒng) 儲存遺傳信息的DNA是以與蛋白質結合形式而存在（染色質）。 遺傳信息的流向是由DNA → RNA (mRNA) →

9、蛋白質。 核糖體是合成蛋白質的機器 。,3）由特異蛋白質分子構成的細胞骨架系統(tǒng) 由一系列纖維狀蛋白組成的網(wǎng)狀結構系統(tǒng)，包括細胞質骨架與核骨架。,4）核糖體與蛋白質合成系統(tǒng),核糖體是合成蛋白質的機器，其功能是按照mRNA的指令,由氨基酸合成蛋白質。,電鏡下觀察到的核糖體,核糖體是由rRNA和蛋白質組成的復合物,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: 游離在細胞質中的核糖體,主

10、要合成細胞質本身所需要的結構蛋白。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)質網(wǎng)腔內(nèi)的駐留蛋白。,多聚核糖體（polyribosome）： 多個核糖體結合到一個mRNA分子上，成串排列，形成蛋白質合成的功能單位。多聚核糖體可以在一條mRNA鏈上同時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,mRNA結合位點 ：

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

12、位點（exit site)：tRNA移出的位置。 肽酰轉移酶（peptidyl transferase）催化位點： 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結合B.大小亞基的結合,多肽合成的基本過程,步驟二：肽鏈的延長,A.氨?；?tRNA進入A位B.肽鍵的形成C.空載的tRNA從E位釋放D.移位(由A位轉移至P位）,步驟三：肽鏈延長的終止,A.核糖體滑動到終止

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

14、酸分子（DNA或RNA )與蛋白質組成的核酸-蛋白質復合體。,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構成。朊病毒（prion） ：僅由感染性的蛋白質構成。,,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)   細胞的分子基礎,化合物,,有機化合物,無機化合物,,水,無機鹽,,游離水,,糖 類,脂 類,酶,蛋白質,核 酸,維生素,結合水,(一) 水和無機鹽是細胞內(nèi)的無機化合物 1.水 水是細胞中含量最多的成分 。 水在細胞中以兩種形式存在：游離

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

17、酸,,,,,(二) 有機小分子是組成生物大分子的亞單位,二、生物大分子,生物大分子由有機小分子聚合而成，細胞內(nèi)主要的大分子有核酸、蛋白質和多糖。,（一）核酸攜帶遺傳信息 1.化學組成,核苷酸,,戊 糖,磷 酸,,核　　糖,脫氧核糖,,嘧啶：Ｔ Ｃ Ｕ,嘌呤：Ａ?。?堿 基,嘧 啶,嘌 呤,胞嘧啶 Ccytosine,胸腺嘧啶 Tthymine,鳥嘌呤 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的結構與功能,DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。,Watson和 Crick提出的DNA雙螺旋結構模型。,二級結構：,一級結構,,,,,,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構。2.兩條長鏈的堿基在雙螺旋內(nèi)側按堿基配對原則（A=T，G三C

19、）以氫鍵相連。3.相鄰堿基對旋轉36°，間距0.34nm，一個螺旋包含10個堿基旋轉360°，螺距為3.4nm。,Watson和 Crick的DNA雙螺旋結構模型,DNA功能： 儲存、復制和傳遞遺傳信息。 遺傳信息的儲存： 生物體的遺傳信息儲存于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分子的復雜性和多樣性。,遺傳信息的復制： DN

20、A分子中所攜帶的遺傳信息通過復制傳遞給子代細胞，復制是以親代DNA為模板合成子代DNA的過程，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。,半保留復制,遺傳信息的傳遞： DNA分子所攜帶的遺傳信息通過轉錄傳遞給RNA，再通過翻譯合成蛋白質，決定細胞的生物學行為。,遺傳信息的傳遞,3.RNA的結構與功能,RNA分子是單鏈的，RNA在細胞核內(nèi)產(chǎn)生，然后進入細胞質，在蛋白質的合成中起重要作用。,RNA發(fā)夾

21、結構模式圖,RNA分子單鏈在部分區(qū)域折疊并按堿基互補配對原則形成雙鏈發(fā)夾結構。,⑴ 信使核糖核酸 （message RNA，mRNA) 含量：占細胞內(nèi)總RNA的1%~5% 。 種類：種類多而且極不均一。 結構特點：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。在細胞核中轉錄DNA上的遺傳信息，再進入細胞質，是蛋白質合成的模板。,mRNA分子中每三個相鄰的堿基組成一個密碼子（co

22、don），決定蛋白質中氨基酸的排列順序。,(2) tRNA,（2） 轉移核糖核酸（transfer RNA, tRNA） 含量：總RNA的5%~10%。 結構特點：單鏈結構，部分折疊，整個分子結構呈三葉草形。 3’端有CCA三個堿基，與特定氨基酸結合。反密碼環(huán)上的三個堿基組成反密碼子（anticodon），與mRNA上密碼子互補結合，參與蛋白質合成。功能：轉運特定的氨基酸，參與蛋白質合成。,(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,結構特征,存在場所,細胞質或核糖體 細胞質或核糖體 核糖體,功能作用,,三種RNA分子的結構特征和功能作用,,基本上呈線形，局部呈

24、雙鏈，形成發(fā)夾式結構。,呈三葉草形，柄部和基部呈雙螺旋結構，柄部3，有CCA三個堿基，其相對端為基部呈環(huán)形，稱反密碼環(huán)，中央有三個堿基，為反密碼子。,線形，某些節(jié)段可能成雙螺旋結構。,轉錄DNA中的遺傳信息，并帶到核糖體上，作為合成蛋白質的模板。,運輸活化的氨基酸到核糖體上的mRNA的特定位點，特定的tRNA運輸特定的氨基酸。,為蛋白質合成場所的核糖體的組成成分。,動物細胞內(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）蛋白質表達遺傳信息,蛋白質的基本單位,,氨基酸,兩性化合物,,1.蛋白質的化學組成,不同氨基酸其R基各不相同，R基的結構決定了20種氨基酸的特殊性質,NH,,,,,,,,,肽 鍵,肽 鍵,蛋白質分子是由許多氨基酸分子通過肽鍵，依次縮合而形成多肽鏈。,側鏈,側鏈,側鏈,側鏈,主鏈,(1) 一級結構,2.蛋白質的分子結構,(2)二級結構,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-折疊結構,(3)三級結構：,多肽鏈在二級結構的基礎上再盤繞或折疊形成的三維空間結構。（氫鍵，離子鍵，疏水鍵）,肌紅蛋白的三維結構,(4)四級結構：,由兩條以上的多肽鏈在各自三級結構的基礎上以非共價鍵形式而相互結合的復合體。,血紅蛋白的四級結構,3.蛋白質的分類,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,,結構蛋白：調節(jié)蛋白：轉

27、運蛋白：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蛋白，肌球蛋白免疫球蛋白蛋白酶,組成成分,,單純蛋白：結合蛋白：,指單純由氨基酸組成的蛋白質。（白蛋白，組蛋白）指單純蛋白和非蛋白質類物質結合，非蛋白質物質稱輔基。（核蛋白，糖蛋白，脂蛋白),4.蛋白質的結構與功能的關系 一級結構是蛋白質功能的基礎。 結構域（structural domains）是大分子蛋白質的結構組成

28、單元。組成一個結構域的氨基酸殘基在40～350之間。通常通過結構域去推斷某些蛋白質的功能。具有相同結構域的蛋白具有類似功能。,Src蛋白(有信號轉導功能)的結構域,蛋白質的磷酸化與去磷酸左右其功能的發(fā)揮。A. 蛋白質磷酸化與去磷酸化反應 B. 蛋白激酶催化蛋白質磷酸化，可以提高也可以降低蛋白質活性，這取決于磷酸化的位置和蛋白質的結構,GTP結合蛋白形成分子開關,5.酶,是具有高度催化活性的蛋白質。,酶的特性,,高度的專一性

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

30、有糖類的脂質。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。哺乳動物細胞中主要存在的是鞘糖脂。 功能：細胞抗原、細胞識別、細胞粘附及信息傳遞中起重要作用。,思考題,2.原核細胞與真核細胞差異。 3.核酸、蛋白質分子的種類和 生物學功能。,1.真核細胞的結構特點有那些？,anticodonbacteriacell membranecodoncytoplasmcytoso

31、ldeoxyribonucleic acid，DNAenzyme,中英文關鍵詞對照,反密碼子細菌細胞膜密碼子細胞質細胞質溶膠脫氧核糖核酸酶,eukaryotic cellglycolipidsglycoproteinsmessage RNA， mRNAmicroRNA, miRNAmycoplasmanucleoidnucleuspeptideplasmidprion,真核細胞糖脂糖蛋白信使

32、核糖核酸微小RNA支原體擬核細胞核肽質粒朊病毒,prokaryotic cellprotoplasmribonucleic acid，RNAribosomeribosome RNA， rRNAribozymestructural domainstransfer RNA, tRNAviroidvirus,原核細胞原生質核糖核酸核糖體核糖體RNA核酶結構域轉運RNA類病毒病毒,謝 謝,,,