細(xì)胞的基本概念與分子基礎(chǔ)

1、 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 1教學(xué)基本要求1.理解細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位，掌握原核細(xì)胞、真核細(xì)胞、單細(xì)胞、多細(xì)胞、生物大分子、細(xì)胞起源、細(xì)胞進(jìn)化等基本概念；2. 熟悉原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)特征與區(qū)別；3. 熟悉原始細(xì)胞起源的歷程及生命起源過(guò)程中核酸、蛋白質(zhì)及脂類(lèi)的重要性；4. 理解真核細(xì)胞某些細(xì)胞器起源的學(xué)說(shuō)；5. 熟悉生物由單細(xì)胞向多細(xì)胞進(jìn)化的幾個(gè)階段；6. 掌握多細(xì)胞生物區(qū)別于單細(xì)胞生物的特征。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 27. 掌握細(xì)胞中的元素和無(wú)機(jī)化合物的種類(lèi)與功能8. 熟悉生物大分子的概念及其與有機(jī)小分子的關(guān)系9. 掌握核酸的結(jié)構(gòu)、種類(lèi)與功能；10. 熟悉蛋白質(zhì)的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)11.

2、熟悉多糖的存在形式、分布特征與功能 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 3第一節(jié) 細(xì)胞的基本概念一、細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位（一）細(xì)胞的概念1. 細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單位2. 細(xì)胞是生物體的基本功能單位，具有完整的代謝體系3.細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)與發(fā)育的基礎(chǔ)4.細(xì)胞是遺傳的基本單位，具有完整的遺傳系統(tǒng)和遺傳的全能性 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 4二、原核細(xì)胞（一）特征1. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單DNA環(huán)狀、裸露、形成擬核（nucleoid）細(xì)胞中只有核糖體，無(wú)其他細(xì)胞器2. 體積?。褐睆?至數(shù)微米（二）主要類(lèi)群1.支原體2.衣原體3.細(xì)菌4.藍(lán)藻 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 51.支原體：0.10.3m，無(wú)細(xì)胞壁，形態(tài)多變，具有高度多形性。

3、是肺炎、腦炎、泌尿生殖道炎的病原體。2.衣原體： 0.30.5m，有細(xì)胞壁，少數(shù)有致病性，引起泌尿生殖道炎、附睪炎、直腸炎、沙眼等。肺炎支原體圖片來(lái)自 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 63.細(xì)菌大?。?.55 m細(xì)胞壁：主要成分是肽聚糖。有的表面有莢膜、鞭毛、菌毛等特殊結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜：脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成，某些革蘭氏陰性菌還具有細(xì)胞外膜(capsule)，某些革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌質(zhì)膜內(nèi)褶形成中膜體(mesosome)，以擴(kuò)大細(xì)胞膜的表面積，提高代謝效率，還可能與DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂有關(guān)。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 7細(xì)胞質(zhì)DNA：環(huán)狀、裸露、無(wú)內(nèi)含子、很少有重復(fù)序列質(zhì)粒：核外DNA，環(huán)狀，可自由出入細(xì)胞，獨(dú)立復(fù)制核糖體：大部

4、分游離于細(xì)胞質(zhì)中，少數(shù)附著于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)；70S（50S+30S） 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 8三、真核細(xì)胞（一）真核細(xì)胞的形態(tài)與大小1.形態(tài)：多種多樣，與細(xì)胞類(lèi)型有關(guān)并與其功能相適應(yīng)2.大?。憾嘣?020m之間，大者可達(dá)100 m至數(shù)cm，與細(xì)胞類(lèi)型有關(guān)（二）真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)光鏡下的結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜，細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核電鏡下的結(jié)構(gòu)：膜相結(jié)構(gòu)，非膜相結(jié)構(gòu) 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 91.生物膜系統(tǒng)：質(zhì)膜，內(nèi)膜系統(tǒng)，線(xiàn)粒體2.遺傳系統(tǒng)：DNA, RNA, 核糖體，聚合酶及各種因子3.細(xì)胞骨架系統(tǒng)：微管，微絲，中等纖維4.核糖體：rRNA串聯(lián)蛋白質(zhì)，大小兩個(gè)亞單位5.細(xì)胞質(zhì)溶膠：胞質(zhì)中除細(xì)胞器外的不定型溶膠，含離子、水

5、、中小有機(jī)分子和生物大分子細(xì)胞上述結(jié)構(gòu)體系具有嚴(yán)密的組織結(jié)構(gòu)和功能分工，正常的生命活動(dòng)依賴(lài)于結(jié)構(gòu)的完整性。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 10表2-1 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較（教材p14）原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的區(qū)別表現(xiàn)在細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、基因組結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)特征幾個(gè)方面?！?0S”、“80S”中的S是沉降系數(shù) 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 11四、原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較比較項(xiàng)目原核細(xì)胞真核細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)細(xì)胞直徑1 m10100 m核膜、核仁無(wú)有細(xì)胞骨架無(wú)有膜性細(xì)胞器無(wú)有遺傳系統(tǒng)DNA特征單個(gè)分子, 環(huán)狀, 裸露多個(gè)分子, 線(xiàn)狀, 與蛋白質(zhì)結(jié)合核糖體特征70S80S基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄翻譯同時(shí)先轉(zhuǎn)錄，后翻譯 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳

6、學(xué) 12四、非細(xì)胞生命形態(tài)病毒（一）特征1.在活細(xì)胞內(nèi)才能表現(xiàn)出生命活動(dòng)2.在電鏡下才可看到（二）成分核酸與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核蛋白復(fù)合體（三）類(lèi)別1.DNA病毒：DNA+蛋白質(zhì)2.RNA病毒：RNA+蛋白質(zhì)類(lèi)病毒（viroid）：僅有感染性的RNA構(gòu)成朊病毒（prio）：僅有感染性的蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 13第二節(jié) 細(xì)胞的起源與進(jìn)化原始細(xì)胞的形成從原核細(xì)胞向真核細(xì)胞的演化單細(xì)胞生物向多細(xì)胞生物的進(jìn)化 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 14一、原始細(xì)胞的形成1. 無(wú)機(jī)小分子有機(jī)小分子2. 有機(jī)小分子生物大分子紫外線(xiàn), 雷電, 放射能, 火山, 引力能甲烷, 氫, 氮, 氨水, 水蒸氣等核苷酸, 氨基

7、酸, 脂肪酸, 單糖等聚合, 演變, 選擇核酸, 蛋白質(zhì), 多糖 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 153. 生物大分子多分子體系4. 多分子體系原始生命5. 原始生命原始細(xì)胞6. 原始細(xì)胞原核細(xì)胞聚合, 演變, 選擇主要由核酸和蛋白質(zhì)構(gòu)成進(jìn)行代謝和自我復(fù)制的多分子體系脂質(zhì)膜形成, 包裹蛋白質(zhì)、RNA等多分子體系演變, 選擇長(zhǎng)期演變, 自然選擇有典型結(jié)構(gòu)的質(zhì)膜, 核糖體, 遺傳物質(zhì)為DNA長(zhǎng)期演變, 自然選擇 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 16 核苷酸多核苷酸核酸氨基酸多肽蛋白質(zhì)脂肪酸磷脂等脂質(zhì)膜糖類(lèi)：?jiǎn)为?dú)存在或與以上 物質(zhì)結(jié)合有機(jī)小分子甲烷、氫、氮、氨水、水蒸氣等紫外線(xiàn)雷電，放射能火山，引力能多分子體系自然選擇原始

8、細(xì)胞進(jìn)化與選擇原核細(xì)胞原始生命進(jìn)行代謝和自我復(fù)制的多分子體系脂質(zhì)膜形成包裹RNA等多分子體系典型結(jié)構(gòu)的質(zhì)膜、核糖體和DNA 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 17二、從原核細(xì)胞向真核細(xì)胞的演化從原核細(xì)胞到真核細(xì)胞要形成：核膜，內(nèi)膜系統(tǒng)，線(xiàn)粒體，葉綠體和細(xì)胞骨架系統(tǒng)。1. 核膜的起源與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)2. 內(nèi)膜系統(tǒng)（包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）的起源質(zhì)膜內(nèi)陷，即自生說(shuō)（autogenesis）、分化起源說(shuō)。3. 線(xiàn)粒體、葉綠體起源于細(xì)菌共生。內(nèi)共生說(shuō)(endosymbiosis)4. 細(xì)胞骨架的起源？分化起源？ 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 18內(nèi)共生假說(shuō)的證據(jù)：（1）二者的大小形態(tài)與細(xì)菌類(lèi)似；（2）二分裂法繁殖；（3）有自身的遺傳系統(tǒng)且有原核

9、細(xì)胞的特點(diǎn)；（4）核糖體和核糖體RNA與細(xì)菌的更接近 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 19三、單細(xì)胞生物向多細(xì)胞生物的進(jìn)化1.由單細(xì)胞生物向多細(xì)胞生物進(jìn)化大致經(jīng)歷了單細(xì)胞單細(xì)胞群體多細(xì)胞生物三個(gè)階段。2. 多細(xì)胞生物區(qū)別于單細(xì)胞生物的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)與功能特化（2）功能分工并高度協(xié)同合作生物進(jìn)化在各方面留下了中間環(huán)節(jié)，它們是進(jìn)化歷程的直接證據(jù)。任何生物的個(gè)體發(fā)育過(guò)程都是該物種進(jìn)化歷程的快速展現(xiàn)。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 20第三節(jié) 細(xì)胞的分子基礎(chǔ)細(xì)胞成分中的元素主要元素：C, H, O, N 占90%大量元素：S, P, Cl, K, Na, Ca, Mg, Fe 占9.9%;微量元素：Cu, Zn, Mn,

10、Mo, Co, Cr, Si, F, Br, I, Li, Ba 占0.1%細(xì)胞中的無(wú)機(jī)成分水：含量、存在形式和功能無(wú)機(jī)鹽：含量、存在形式和功能 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 21一、有機(jī)小分子舉例說(shuō)說(shuō)有機(jī)小分子和生物大分子是哪些物質(zhì)。單糖、雙糖脂肪酸氨基酸核苷酸多糖脂類(lèi)蛋白質(zhì)核酸有機(jī)小分子和生物大分子的聯(lián)系與重要區(qū)別是什么？ 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 22（一）糖類(lèi)1.結(jié)構(gòu)：由C、H、O三種元素組成，化學(xué)通式為（CH2O)n2.功能：細(xì)胞的能源和多糖的亞基寡糖定義：由310個(gè)單糖分子聚合而成的稱(chēng)低聚糖；存在形式：糖蛋白和糖脂；功能：參與細(xì)胞識(shí)別、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞間的相互作用。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 23（二）脂

11、肪酸1. 結(jié)構(gòu)：無(wú)分支，有偶數(shù)碳原子，飽和或不飽和，脂肪族羧酸。CH3 (CH2)14COOH 十六碳酸（軟脂酸）CH3 (CH2)16COOH 十八碳酸（硬脂酸）2. 性質(zhì)：同時(shí)具有親水性和疏水性。3. 功能：作為脂肪、磷脂等多種重要化合物的組分。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 24脂肪1. 結(jié)構(gòu)：甘油和脂肪酸以酯鍵結(jié)合2. 性質(zhì)：脂肪不溶于水或細(xì)胞質(zhì)，在其中聚集成脂滴。3. 功能：供能，隔熱，緩沖機(jī)械力CH2OC(CH)14CH3CHOC(CH)14CH3CH2OC(CH)14CH3OOO 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 25磷脂1. 結(jié)構(gòu)甘油磷脂：2分子脂肪酸1分子甘油 1分子磷酸1個(gè)極性小分子（含氨堿或醇類(lèi)

12、）。鞘磷脂： 1分子脂肪酸1分子鞘氨醇 1分子磷酸1個(gè)極性小分子2. 性質(zhì)：雙親性分子3. 功能：細(xì)胞模性結(jié)構(gòu)的成分 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 26脂類(lèi)的功能1. 重要的能量貯存形式；2. 隔熱與緩沖機(jī)械力3. 生物膜的主要組分；4. 在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用，既可作為類(lèi)固醇激素，又可充當(dāng)信使分子。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 27（三）氨基酸1.結(jié)構(gòu)：氨基和羧基連接于同一個(gè)碳原子2.性質(zhì)：兩性電解質(zhì)3.功能：蛋白質(zhì)的構(gòu)成單位H2NCCOOHHCH3H3N+CCOO-HCH3非離子型離子型 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 28（四）核苷酸1.結(jié)構(gòu)：由堿基、五碳糖和磷酸集團(tuán)構(gòu)成2.性質(zhì)：可與另一核苷酸形成氫鍵和酯鍵堿

13、基上的某個(gè)原子或原子團(tuán)可被另一原子或原子團(tuán)取代1個(gè)磷酸基團(tuán)與同1個(gè)核苷的2個(gè)羥基形成酯鍵時(shí)，便形成環(huán)化核苷酸3.功能：核酸的構(gòu)成單位 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 29二、生物大分子（一）核酸1. DNA的結(jié)構(gòu)（1）脫氧核苷酸結(jié)構(gòu)種類(lèi)（2）多核苷酸鏈的結(jié)構(gòu)單體的聚合方式鏈的方向性 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 30（3）DNA雙鏈的結(jié)構(gòu)連接兩條鏈的化學(xué)鍵堿基配對(duì)原則互補(bǔ)鏈的方向（4）DNA的空間結(jié)構(gòu)B型DNA螺旋方向直徑、螺距、相鄰堿基對(duì)之間的距離大溝與小溝 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 312. DNA的功能貯存、復(fù)制、傳遞遺傳信息。3.RNA的種類(lèi)、特點(diǎn)與功能RNA與DNA的區(qū)別DNARNA戊糖脫氧核糖核糖堿基ATCG

14、AUCG空間結(jié)構(gòu)雙鏈，螺旋狀單鏈，局部形成雙鏈區(qū) 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 32（1）mRNA特點(diǎn)真核細(xì)胞的mRNA具有“帽”和“尾”;真核細(xì)胞的mRNA只含單個(gè)基因，具有組織特異性；基因兩端均有非翻譯區(qū)；在特定部位形成發(fā)卡結(jié)構(gòu)。功能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，在基因表達(dá)過(guò)程中傳遞遺傳信息。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 33（2）rRNA含量：占細(xì)胞中RNA總量的8090%功能：參與核糖體的構(gòu)成和蛋白質(zhì)合成原核細(xì)胞核糖體（70S） 小亞基（30S）:16S RNA + 21種蛋白質(zhì)真核細(xì)胞核糖體（80S）小亞基（40S）:18S RNA + 30種蛋白質(zhì)大亞基（50S）5S RNA 23S RNA+ 36種蛋白質(zhì)大亞基

15、（60S）5S RNA 5.8S RNA28S RNA+ 49種蛋白質(zhì) 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 34（3）tRNA特點(diǎn)占細(xì)胞總RNA的510%，分子量小(7090bp)，含稀有堿基；分子呈三野草形；3端有游離的CCA，其相對(duì)一端有反密碼子(2)功能在蛋白質(zhì)合成中轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸；色氨酸t(yī)RNA、脯氨酸t(yī)RNA可作為反轉(zhuǎn)錄引物。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 35 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 36（4）snRNA特點(diǎn)：含量不到RNA總量的1%，大小70 300 個(gè)核苷酸。功能：參與基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工過(guò)程相鄰?fù)怙@子的連接。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 37（6）核酶與脫氧核酶核酶(ribozyme)和脫氧核酶(deoxyribozy

16、me)分別指由特定催化功能的RNA和DNA，又稱(chēng)酶性核酸。能分別催化RNA和DNA的水解與聚合。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 38 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 39（二）蛋白質(zhì)1. 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成蛋白質(zhì)的基本單位氨基酸非離子型離子型H2NCCOOHHCH3H3N+CCOO-HCH3 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 402.蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)（1）一級(jí)結(jié)構(gòu)肽鏈中氨基酸的排列順序肽鍵肽鏈肽鍵 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 41（2）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)片層結(jié)構(gòu)在 NH與 C=O之間形成氫鍵是多肽鏈局部區(qū)域的氨基酸的排列方式二級(jí)結(jié)構(gòu)中具有特定功能的空間構(gòu)象稱(chēng)為motif。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 42（3）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)同一肽鏈在二級(jí)

17、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上經(jīng)盤(pán)曲、折疊成的更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)維持三級(jí)結(jié)構(gòu)的鍵是不同側(cè)鏈間的氫鍵、離子鍵、疏水鍵和Van der Waals力等三級(jí)結(jié)構(gòu)中，疏水氨基酸傾向于折疊在分子的內(nèi)部，親水氨基酸折疊在分子的表面。使蛋白質(zhì)表面有親水性。三級(jí)結(jié)構(gòu)的特異功能區(qū)稱(chēng)domain。不同的蛋白質(zhì)分子含有一到數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)域。一個(gè)結(jié)構(gòu)域通常由40350個(gè)氨基酸組成。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 434.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（1）兩條或兩條以上的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈以非共價(jià)鍵結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)（2）其中的每個(gè)肽鏈稱(chēng)為亞單位或亞基。 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 44蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖 細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué) 453.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（1）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)（2）結(jié)構(gòu)決定