细胞的分子基础及基本概念(20200905083505)
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02细胞的分子基础及基本概念
碱性的氨基 侧 链
（二）蛋白质的分子结构 由相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排 列顺序，以特定的化学键方式连接，从而组成蛋 白质的基本结构。
主 链
侧 链
肽键 肽键
侧 链
侧 链
侧 链
蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，
依次缩合而形成多肽链。
1）肽键（peptide bond） 在蛋白质分子中，一个 氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的 -氨基，通过脱 去一分子水所形成的酰胺键叫肽键（-CO-NH-）。 肽键的性质：为共价键，长度介于单、双键之间， 具有部分双键性质，不能自由旋转。 2）二肽 由两个氨基酸通过肽键而连接而成的结构。 3）寡肽（oligopeptide）小于10个氨基酸残基的肽。 4）多肽（polypeptide）由多个氨基酸通过肽键而连 接而成的链状结构。
（2） 作为酶激活剂或抑制剂：Cl-能激活唾液淀粉酶
3．构成骨骼，牙齿及其它组织 4．构成体内有特殊功能的化合物：如血红蛋白和细胞色素中的铁、 维生素B12中的钴、甲状腺素中的碘。
三、糖类（ Carbohydrate ）
四、脂类（lipids）
（一）核酸的化学组成与种类
化学组成
核
糖
戊
核酸的基本单位
1.蛋白质的一级结构： 多肽链中氨基酸的种类，数目和排列顺 序。（主键：肽键；副键：二硫键）
2.蛋白质的二级结构： 在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残 基之间连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。 （氢键）
3.蛋白质的三级结构： 在二级结构的基础上再行折叠。（氢
键，酯键，离子键，疏水键）
4.蛋白质的四级结构： 由两条或几条多肽链在各自三级结构的 基础上形成为蛋白质分子的结构亚基， 由若干亚基之间以非共价键形式而相互 结合的复合体。（非共价键）
细胞的概念与分子基础
(4) snRNA (5) miRNA
（二）蛋白质是遗传信息的执行者
1. 蛋白质的组成 2. 蛋白质的结构 3. 蛋白质的结构与功能的关系 4. 酶的本质是特殊的蛋白
（三）多糖存在于细胞膜表面和细胞间质中
小结：
细胞生物学的发展历史
细胞生物学的概念
细胞的发现 细胞学说的建立及内容
细胞学的发展 实验细胞学的发展 电镜的发明 分子生物学与细胞生物学的发展
C, H, O, N (90%) S, P, C l , K, Na, Ca, Mg, Fe
99.9%
Cu，Zn，Mn, Mo, Co, Cr, S i , F , Br, I , L i , Ba(微量元素）
一. 生物小分 子 （一）水与无机盐是细胞内的无机化合物
（二）有机小分子是组成生物大分子的亚单位
细胞是有序的、具有自组装与自组织能力的体系
细胞的基本共性
1. 所有的细胞都有相似的化学组成 2. 脂-蛋白体系的生物膜
3. DNA-RNA的遗传装置 4. 蛋白质合成的机器—核糖体 5. 一分为二的分裂方式
细胞的多样性
原核生物界（Prokaryotae）：三域系統中的古菌域與細菌域同歸於原核生物界。五界說的原核生物界則是包括沒有核膜的細菌等。 古菌域（Archaea）：一般生存於極端環境，如深海、鹽湖、火山口等。包括嗜鹽菌、一些超嗜熱菌、嗜酸菌等。參見古菌分類表。細 菌域（Bacteria）：包括藍綠菌（原名藍綠藻）、放線菌、衣原體、支原體、立克次體等。參見細菌分類表。
真菌界（Fungi）：五界系統約翰(John，1949)、胡先輔(1965)、魏泰克(Whittaker，1969)、馬古利斯(Margulis，1974)、 陳世驤(1979)等都先後提出了生物五界分類系統，真菌都是獨立成界，但內容各異。其中最有代表性、影響最深的是魏泰克提出的 生物五界分類系統。該系統將真菌(或稱菌物)獨立成菌物界。參見真菌分類表。 植物界（Plantae）：包含綠藻、輪藻、苔蘚植物、蕨類植物、種子植物等。在五界說中，除了極少數在分類上有爭議的綠藻部份為 單細胞（爭議點為歸屬於Protista），否則原則上植物界皆為多細胞。參見植物分類表(NCBI)。 動物界（Animalia）：即“後生動物”（即多細胞生物）。參見動物分類表。 病毒和類病毒
（二）蛋白质是遗传信息的执行者
1. 蛋白质的组成 2. 蛋白质的结构 3. 蛋白质的结构与功能的关系 4. 酶的本质是特殊的蛋白
（三）多糖存在于细胞膜表面和细胞间质中
小结：
细胞生物学的发展历史
细胞生物学的概念
细胞的发现 细胞学说的建立及内容
细胞学的发展 实验细胞学的发展 电镜的发明 分子生物学与细胞生物学的发展
C, H, O, N (90%) S, P, C l , K, Na, Ca, Mg, Fe
99.9%
Cu，Zn，Mn, Mo, Co, Cr, S i , F , Br, I , L i , Ba(微量元素）
一. 生物小分 子 （一）水与无机盐是细胞内的无机化合物
（二）有机小分子是组成生物大分子的亚单位
细胞是有序的、具有自组装与自组织能力的体系
细胞的基本共性
1. 所有的细胞都有相似的化学组成 2. 脂-蛋白体系的生物膜
3. DNA-RNA的遗传装置 4. 蛋白质合成的机器—核糖体 5. 一分为二的分裂方式
细胞的多样性
原核生物界（Prokaryotae）：三域系統中的古菌域與細菌域同歸於原核生物界。五界說的原核生物界則是包括沒有核膜的細菌等。 古菌域（Archaea）：一般生存於極端環境，如深海、鹽湖、火山口等。包括嗜鹽菌、一些超嗜熱菌、嗜酸菌等。參見古菌分類表。細 菌域（Bacteria）：包括藍綠菌（原名藍綠藻）、放線菌、衣原體、支原體、立克次體等。參見細菌分類表。
真菌界（Fungi）：五界系統約翰(John，1949)、胡先輔(1965)、魏泰克(Whittaker，1969)、馬古利斯(Margulis，1974)、 陳世驤(1979)等都先後提出了生物五界分類系統，真菌都是獨立成界，但內容各異。其中最有代表性、影響最深的是魏泰克提出的 生物五界分類系統。該系統將真菌(或稱菌物)獨立成菌物界。參見真菌分類表。 植物界（Plantae）：包含綠藻、輪藻、苔蘚植物、蕨類植物、種子植物等。在五界說中，除了極少數在分類上有爭議的綠藻部份為 單細胞（爭議點為歸屬於Protista），否則原則上植物界皆為多細胞。參見植物分類表(NCBI)。 動物界（Animalia）：即“後生動物”（即多細胞生物）。參見動物分類表。 病毒和類病毒
细胞概念与分子基础
细胞概念与分子基础
第一节 真核细胞 Eukaryotic cell
一、基本结构 二、细胞的形状和大小
细胞概念与分子基础
细胞结构
1、原生质(protoplasm)： 1839 Purkinje用原生质一词指细胞的全部活 性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟核)。
2、质膜（plasma membrane）：是细胞表面的单位膜。
第二章 细胞的概念和分子基础
Basic Concepts and Molecular Basis of Cell
第一节 第二节 第三节 第四节
真核细胞 原核与古核细胞 病毒、类病毒、阮病毒 细胞的化学成分
细胞概念与分子基础
精子穿卵受精卵6周胚胎细胞概念1与分1子周基础胚胎12周胚胎4月胚胎
弧 形 霍 乱 菌
细胞概念与分子基础
细胞概念与分子基础
菌幽 门 螺 旋
1、细胞壁（Cell Wall）：厚度一般15-30nm。主要成分是肽聚糖， 由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸（teichoic acid）构成双糖单元，以 β（1-4）糖苷键连接成大分子。
2、细胞膜（Cell Membrane）：厚约8~10nm，外侧紧贴细胞壁， 通常不形成内膜系统。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与 捕光反应有关的内褶。
细胞概念与分子基础
Animal cell
细胞概念与分子基础
Plant cell
细胞概念与分子基础
细胞的形状和大小
单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关，如硅藻呈各种 奇异的形态、草履虫像鞋底。
高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。如肌肉细胞呈梭 形；红细胞为圆盘状；植物叶表皮的保卫细胞成半月形，2个细胞围成一个气 孔，以利于呼吸和蒸腾。
第一节 真核细胞 Eukaryotic cell
一、基本结构 二、细胞的形状和大小
细胞概念与分子基础
细胞结构
1、原生质(protoplasm)： 1839 Purkinje用原生质一词指细胞的全部活 性物质，从现代概念来说它包括质膜、细胞质和细胞核(或拟核)。
2、质膜（plasma membrane）：是细胞表面的单位膜。
第二章 细胞的概念和分子基础
Basic Concepts and Molecular Basis of Cell
第一节 第二节 第三节 第四节
真核细胞 原核与古核细胞 病毒、类病毒、阮病毒 细胞的化学成分
细胞概念与分子基础
精子穿卵受精卵6周胚胎细胞概念1与分1子周基础胚胎12周胚胎4月胚胎
弧 形 霍 乱 菌
细胞概念与分子基础
细胞概念与分子基础
菌幽 门 螺 旋
1、细胞壁（Cell Wall）：厚度一般15-30nm。主要成分是肽聚糖， 由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸（teichoic acid）构成双糖单元，以 β（1-4）糖苷键连接成大分子。
2、细胞膜（Cell Membrane）：厚约8~10nm，外侧紧贴细胞壁， 通常不形成内膜系统。一些行光合作用的原核生物，质膜具有与 捕光反应有关的内褶。
细胞概念与分子基础
Animal cell
细胞概念与分子基础
Plant cell
细胞概念与分子基础
细胞的形状和大小
单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关，如硅藻呈各种 奇异的形态、草履虫像鞋底。
高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。如肌肉细胞呈梭 形；红细胞为圆盘状；植物叶表皮的保卫细胞成半月形，2个细胞围成一个气 孔，以利于呼吸和蒸腾。
细胞生物学第二章：细胞的概念与分子基础
• U-snRNA的5‘端含甲基化稀有碱基，形成特有的帽子结构，常见为
2,2,7-三甲基三磷酸鸟苷（m32,2,7Gppp） • 主要功能：参与基因转录产物的加工
细胞的分子基础
(5) miRNA
• microRNA(微小RNA)，长21~25nt的非编码 RNA，其前体 70~90nt，具有发夹结构
合成蛋白质的模板
细胞的分子基础
• mRNA指导特定蛋白质合成的过程称为翻译（translation）
• 原核细胞的mRNA是 多顺反子(polycistron) —— 每分子RNA可携 带几种蛋白质遗传信息，指导几种蛋白质合成 • 真核细胞的mRNA是 单顺反子(monocistron) —— 每分子RNA只 携带一种蛋白质信息 • 两种细胞的mRNA的5' 端和 3' 端，各有 30至几百个核 苷酸的非翻译区(UTR)，是 翻译调控的靶点
细胞的分子基础
(2) rRNA
• 占RNA总量的80％～90％，分子量在RNA 中最大 • 单链结构，主要功能参与构成核糖体 • 真核细胞核糖体（80S）含5S、5.8S、28S
和18S四种rRNA
• 原核细胞核糖体（70S）含5S、23S和16S 三种rRNA
• 核糖体是细胞合成蛋白质的机器，rRNA占
• 最先在秀丽隐杆线虫发现，随后在哺乳动物中
不断发现新miRNA，哺乳动物基因的近1%可 能编码miRNA。
• miRNA普遍存在于生物界，具有高度保守性，
参与细胞分化与发育的基因表达调控
miRNA的形成与作用机制
Dicer酶 是 双链RNA专一性RNA内切酶； Dicer酶可将外源双链RNA 也加工成 22nt (nucleotide)左右的siRNA (small interference RNA)。
第二章 细胞的概念与分子基础
• 原核细胞，古核细胞和真核细胞
h
2
原核细胞
古核细胞
原核生物
蓝细菌
古核生物
甲烷球菌
古细菌
真核细胞
真核生物
动物
植物
真细菌
生命进化谱系
Woese 提出的三大h 界假说
3
二、原核细胞
1.特点 • 结构简单，体积小
细胞膜包裹细胞质和DNA，拟核（nucleoid） 直径1~10 µm，含核糖体，无膜性细胞器 • 有细胞壁（cell wall）
h
4
2.常见的原核细胞
• 最小最简单的细胞——支原体 （mycoplasma）
• 直径0.1~0.3 µm • 惟一细胞器是核糖体 • 环状DNA仅指导400种蛋白质合成
h
5
h
6
细菌（bacteria）
• 原核细胞的典型代表，广泛存在于自然界 • 1~10 µm大小，分为球菌、杆菌和螺旋菌 • 细胞壁主要成分是肽聚糖 • 有些在细胞壁外有多肽和多糖组成的荚膜 • 中间体是细胞膜内陷造成的，与DNA复制
• 细胞的出现
兼性分子phospholipid在水中自发聚合成双层结 构,包裹自我复制的RNA→指导→蛋白质合成→原 始细胞
h
26
h
27
Miller’s simulated experiment
h
28
二、从原核细胞到真核细胞的演进
• 结构简单的原核生物
＊分支为二：生活在极端环境下的古细菌；
进化为现存细菌的真细菌
和细胞分裂有关
• 细菌核糖体沉降系数70S，大亚基50S，小 亚基30S
h
7
h
8
古细菌
• 可在极端环境下生存，如盐杆菌，硫化叶 菌，热原质体
细胞的概念和分子基础
和蛋白质组成，有 时内陷形成间体 • 环状裸露的DNA • 有核糖体和质粒
间体 核糖体
DNA 细胞膜 质粒 细胞壁
2.支原体（mycoplasma)
• 最小的细胞，约 0.1~0.3μm
• 有核糖体和环状 双链DNA
• 细胞膜由磷脂和 蛋白质构成，无 细胞壁，不能维 持固定的形态。
（二）真核细胞的基本结构
• 核酸的组成单位：核苷酸 核苷酸=碱基+戊糖+磷酸
嘌呤：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G) 嘧啶：胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)、胸腺嘧啶(T)
核糖 脱氧核糖
图
ATP（三磷酸腺苷酸）
cAMP（环化腺苷酸） cGMP（环化鸟苷酸）
二者是细胞内的第二信使分子
DNA与RNA组成上的比较:
DNA和RNA的组成单位是核苷酸，分别为脱氧核糖 核苷酸（4种）和核糖核苷酸（4种）。
碱基 核糖 磷酸
DNA A、G、C、T
脱氧核糖 磷酸
RNA A、G、C、U 核糖 磷酸
核苷酸与核苷酸之间通过磷酸 二酯键连接形成多核苷酸链 （核酸的基本结构）
磷酸二酯键－
|
磷酸二酯键：核苷酸与核苷
|
酸之间连接的两个磷酸酯键
－糖苷键
两条多核苷酸链反向平行 排列，脱氧核糖与磷酸残 基排列在长链的外侧，碱 基位于长链内侧，碱基之 间以氢键相连接，连接规 律是A与T互补，形成两个 氢键即A=T；G与C互补，形 成三个氢键即G三C。
电镜
光镜
非 膜 相 结 构
膜 相 结 构
细胞膜 内质网 高尔基复合体 核膜 线粒体 溶酶体 过氧化氢体 小泡等
具有膜成份 的细胞结构
膜相结构 非膜相结构
不具有膜成份 的细胞结构。
间体 核糖体
DNA 细胞膜 质粒 细胞壁
2.支原体（mycoplasma)
• 最小的细胞，约 0.1~0.3μm
• 有核糖体和环状 双链DNA
• 细胞膜由磷脂和 蛋白质构成，无 细胞壁，不能维 持固定的形态。
（二）真核细胞的基本结构
• 核酸的组成单位：核苷酸 核苷酸=碱基+戊糖+磷酸
嘌呤：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G) 嘧啶：胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)、胸腺嘧啶(T)
核糖 脱氧核糖
图
ATP（三磷酸腺苷酸）
cAMP（环化腺苷酸） cGMP（环化鸟苷酸）
二者是细胞内的第二信使分子
DNA与RNA组成上的比较:
DNA和RNA的组成单位是核苷酸，分别为脱氧核糖 核苷酸（4种）和核糖核苷酸（4种）。
碱基 核糖 磷酸
DNA A、G、C、T
脱氧核糖 磷酸
RNA A、G、C、U 核糖 磷酸
核苷酸与核苷酸之间通过磷酸 二酯键连接形成多核苷酸链 （核酸的基本结构）
磷酸二酯键－
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磷酸二酯键：核苷酸与核苷
|
酸之间连接的两个磷酸酯键
－糖苷键
两条多核苷酸链反向平行 排列，脱氧核糖与磷酸残 基排列在长链的外侧，碱 基位于长链内侧，碱基之 间以氢键相连接，连接规 律是A与T互补，形成两个 氢键即A=T；G与C互补，形 成三个氢键即G三C。
电镜
光镜
非 膜 相 结 构
膜 相 结 构
细胞膜 内质网 高尔基复合体 核膜 线粒体 溶酶体 过氧化氢体 小泡等
具有膜成份 的细胞结构
膜相结构 非膜相结构
不具有膜成份 的细胞结构。
细胞的概念和分子基础
HO
O
H
H
H
OH
H
H
5
OCH2
1
2
3
4
H2O
O
P
OH
HO
O
H
H
H
O
H
H
5
OCH2
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
N
N
O
NH2
NH2
N
N
N
N
9
1
2
3
4
5
6
7
8
O
P
HO
O
H
H
H
OH
H
H
5
OCH2
1
2
3
4
3 5 磷酸二酯键
5´
3´
2.DNA（脱氧核糖核酸）
⑴DNA双螺旋结构模型
C≡G
5´-末端 3´-末端 磷酸二酯键 磷酸二酯键
N
N
N
N
H
N
H
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
P
O
OH
O
…
N
N
N
N
H
N
H
O
3´
5´
H
3´
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
P
O
OH
O
H
H
H
OH
H
H
5
OCH2
1
2
3
4
H2O
O
P
OH
HO
O
H
H
H
O
H
H
5
OCH2
1
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1
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3
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N
N
O
NH2
NH2
N
N
N
N
9
1
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5
6
7
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O
P
HO
O
H
H
H
OH
H
H
5
OCH2
1
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3 5 磷酸二酯键
5´
3´
2.DNA（脱氧核糖核酸）
⑴DNA双螺旋结构模型
C≡G
5´-末端 3´-末端 磷酸二酯键 磷酸二酯键
N
N
N
N
H
N
H
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
O
CH2
P
O
OH
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OH
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…
N
N
N
N
H
N
H
O
3´
5´
H
3´
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
O
CH2
P
O
OH
O
O
P
O
OH
第三章(临床) 细胞的概念与分子基础
微量元素
水 无机小分子 无机盐 生物小分子 有机小分子 单糖 脂肪酸 氨基酸 核苷酸
细
胞
生物大分子
核 酸
蛋白质
多糖
一、生物小分子
无机化合物
细胞中含量最大（75%），极性小分子，是良 1.水 好的溶剂，是细胞内生化反应的场所。
游离水 结合水
2.无机盐
以离子形式存在。 种类 功能 a、维持细胞内外液的渗透压和PH值； b、与蛋白质或脂类结合，组成具有一定功能的结合 蛋白质（如血红蛋白）或类脂（如磷脂）。 阳离子：Na+,K+,Ca2+,Fe2+,Mg2+等 阴离子：Cl-,SO42-,PO43-,HCO3-等
DNA的功能
DNA是遗 传物质，其 功能是---储存，复制 和传递遗传 信息。
3.RNA的结构与功能
RNA为单链，可自身回折形成局部假双链（发夹结构）。 mRNA (信使RNA) tRNA (转运RNA) rRNA (核糖体RNA) snRNA (小核RNA) miRNA (微小RNA) piRNA
爪 蟾 明的 细细 胞胞 核核 的移 全植 能实 性验 ， 证
二、原核细胞
大 肠 杆 菌
淋 病 球 菌
弧 形 霍 乱 菌
肉 毒 梭 菌
三、真核细胞
（一）真核细胞的形态与大小
1.细胞的形态：
与功能相适应
2.细胞的大小
大小变异范围：
人与动物10—100μm,
大多数细胞直径在10~20μm
在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基 之间连接，形成局部规则结构，使多肽链成 为螺旋或折叠的结构。（氢键） 可分为： • a-螺旋：肽链以右手螺旋盘绕而成 的空心筒状构象。 • ß-折叠片层：一条肽链回折而成的 平行排列构象。
细胞生物学 第二章 细胞的概念和分子基础
一、原始细胞的形成 二、原核细胞向真核细胞的演化 三、单细胞生物向多细胞生物的进化
一、原始细胞的形成
※生命源自于海洋！
自然
简单元素
条件
无机小分子 有机小分子
（C、H、O）
氨基酸 核苷酸
原始生命
生物大分子
界膜 包裹
核酸 蛋白质
多分子体系
有机分子的自发形成
以蛋白质为主体形成微球体
（一）多聚体的形成
主
肽键
肽键
链
氨基端
侧
侧
侧
链
链
链
羧基端
侧
链
★蛋白质的四级结构
1.蛋白质的一级结构(primary structure) 具有一定数目和顺序的氨基酸残基之间以肽键 为主键或有少量二硫键为副键的多肽链。
2.蛋白质的二级结构(secondary structure)
在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基 之间的对应点连接，使分子结构发生折曲的 结构。分为α-螺旋、ß-折叠片层、三股螺旋 三种类型。
碱性的氨基
酸性的羧基
侧链
主要功能 蛋白质的基本结构单位。
4、核苷酸(nucleotide)
★★ 化学组成
核 苷 酸
主要功能
磷酸 戊糖
核糖 脱氧核糖
碱基
嘧 啶：Ｔ Ｃ Ｕ 嘌 呤：Ａ Ｇ
核酸的基本结构单位。
5’端
酯
键
糖
苷
核
★★
键
苷
核苷酸
3’端
（二） 生物大分子执行细胞的特定功能
一、核 酸
是生物遗传的物质基础
（二）有机小分子
糖苷键
单糖
多糖
有 机
氨基酸
一、原始细胞的形成
※生命源自于海洋！
自然
简单元素
条件
无机小分子 有机小分子
（C、H、O）
氨基酸 核苷酸
原始生命
生物大分子
界膜 包裹
核酸 蛋白质
多分子体系
有机分子的自发形成
以蛋白质为主体形成微球体
（一）多聚体的形成
主
肽键
肽键
链
氨基端
侧
侧
侧
链
链
链
羧基端
侧
链
★蛋白质的四级结构
1.蛋白质的一级结构(primary structure) 具有一定数目和顺序的氨基酸残基之间以肽键 为主键或有少量二硫键为副键的多肽链。
2.蛋白质的二级结构(secondary structure)
在一级结构的基础上，借氢键在氨基酸残基 之间的对应点连接，使分子结构发生折曲的 结构。分为α-螺旋、ß-折叠片层、三股螺旋 三种类型。
碱性的氨基
酸性的羧基
侧链
主要功能 蛋白质的基本结构单位。
4、核苷酸(nucleotide)
★★ 化学组成
核 苷 酸
主要功能
磷酸 戊糖
核糖 脱氧核糖
碱基
嘧 啶：Ｔ Ｃ Ｕ 嘌 呤：Ａ Ｇ
核酸的基本结构单位。
5’端
酯
键
糖
苷
核
★★
键
苷
核苷酸
3’端
（二） 生物大分子执行细胞的特定功能
一、核 酸
是生物遗传的物质基础
（二）有机小分子
糖苷键
单糖
多糖
有 机
氨基酸
细胞的分子基础及基本概念
自我加工，产生成熟的rRNA产物。这种加工方式称为自我剪接(self splicing)。 ❖ 后来陆续发现，具有催化活性的RNA不只存在于四膜虫，而是普遍存在 于原核和真核生物中。一个典型的例子核糖体的肽基转移酶。
可编辑版
核酶
❖ 大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催 化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活 性。
❖ 主要的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、 Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2可+。编辑版
阳离子在细胞中的作用
离子种类
Fe2+或Fe3+ Na+ K+ Mg2+ Mn2+ Cu2+ Co2+ Mo2+ Ca2+
在细胞中的作用
血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的成分 维持膜电位 维持膜电位、参与蛋白质合成和某些酶促合成 叶绿素、磷酸酶、Na+-K+泵 肽酶 酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶 肽酶 硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶 钙调素、肌动球蛋白、ATP酶
内膜无独立的内膜有分化成各种细胞器鞭毛构成鞭毛蛋白微管蛋白光合与呼吸酶分布质膜线粒体和叶绿体核糖体70s50s30s80s60s40s营养方式吸收有的行光合作用吸收光合作用内吞细胞壁肽聚糖蛋白质脂多糖脂蛋白植物细胞具有纤维素壁序号内容具有相同的化学能贮能机制如atp合成酶原核位于细胞质膜真核位于线粒体膜上都是通过蛋白酶体蛋白质降解结构降解蛋白质古细菌与真核细胞相比较原核细胞与真核细胞的相同点一概述个体微小可通过滤菌器大多数病毒必须用电镜才能看见一般在2030nm之间
可编辑版
肌 红 蛋 白 三 级 结 构
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核酶
❖ 大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催 化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活 性。
❖ 主要的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、 Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2可+。编辑版
阳离子在细胞中的作用
离子种类
Fe2+或Fe3+ Na+ K+ Mg2+ Mn2+ Cu2+ Co2+ Mo2+ Ca2+
在细胞中的作用
血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的成分 维持膜电位 维持膜电位、参与蛋白质合成和某些酶促合成 叶绿素、磷酸酶、Na+-K+泵 肽酶 酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶 肽酶 硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶 钙调素、肌动球蛋白、ATP酶
内膜无独立的内膜有分化成各种细胞器鞭毛构成鞭毛蛋白微管蛋白光合与呼吸酶分布质膜线粒体和叶绿体核糖体70s50s30s80s60s40s营养方式吸收有的行光合作用吸收光合作用内吞细胞壁肽聚糖蛋白质脂多糖脂蛋白植物细胞具有纤维素壁序号内容具有相同的化学能贮能机制如atp合成酶原核位于细胞质膜真核位于线粒体膜上都是通过蛋白酶体蛋白质降解结构降解蛋白质古细菌与真核细胞相比较原核细胞与真核细胞的相同点一概述个体微小可通过滤菌器大多数病毒必须用电镜才能看见一般在2030nm之间
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肌 红 蛋 白 三 级 结 构
细胞的概念和分子基础
复杂 有微管，微丝，中间纤维 主要组分为纤维素 出现在不一样时间和地点（转 录在核内，翻译在细胞质中） 有丝分裂和减数分裂
第38页
细胞的概念和分子基础
第39页
四、病 毒
在生物界中，病毒（virus）是唯一非 细胞形态生命体。
特点：
★在活细胞内才能表现出它们基本生 命活动。
★在电子显微镜下才能看到。
组蛋白。
细胞的概念和分子基础
第17页
☆还含有既不一样于原核细胞也不一样 于真核细胞特征：细胞膜中脂类是不可 皂化；细胞壁不含肽聚糖，有以蛋白质 为主，有含杂多糖，有类似于肽聚糖， 但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基 庚二酸。
细胞的概念和分子基础
第18页
代表性古细菌：
极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以
烟草花叶病毒 线形病毒
第47页
细胞的概念和分子基础
T4噬菌体 蝌蚪形病毒
第48页
第二节 细胞分子基础
一、生物小分子 二、生物大分子
细胞的概念和分子基础
第49页
细胞是生物体形态结构和功效基本 单位。
原生质（protoplasm）－组成细胞 物质。
组成原生质化学元素有50各种。
细胞的概念和分子基础
细胞的概念和分子基础
第53页
水分子结构模型
细胞的概念和分子基础
第54页
2 . 无机盐
无机盐含量少，约占细胞总重1％ ❖细胞中常见无机离子包含两大类： ➢阴离子：主要阴离子有Cl－、PO4－、HCO3－ ➢阳离子：主要阳离子有：Na+、K+、Ca2+、 Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+
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细胞的概念和分子基础
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四、病 毒
在生物界中，病毒（virus）是唯一非 细胞形态生命体。
特点：
★在活细胞内才能表现出它们基本生 命活动。
★在电子显微镜下才能看到。
组蛋白。
细胞的概念和分子基础
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☆还含有既不一样于原核细胞也不一样 于真核细胞特征：细胞膜中脂类是不可 皂化；细胞壁不含肽聚糖，有以蛋白质 为主，有含杂多糖，有类似于肽聚糖， 但都不含胞壁酸、D型氨基酸和二氨基 庚二酸。
细胞的概念和分子基础
第18页
代表性古细菌：
极端嗜热菌（themophiles）：能生长在90℃以
烟草花叶病毒 线形病毒
第47页
细胞的概念和分子基础
T4噬菌体 蝌蚪形病毒
第48页
第二节 细胞分子基础
一、生物小分子 二、生物大分子
细胞的概念和分子基础
第49页
细胞是生物体形态结构和功效基本 单位。
原生质（protoplasm）－组成细胞 物质。
组成原生质化学元素有50各种。
细胞的概念和分子基础
细胞的概念和分子基础
第53页
水分子结构模型
细胞的概念和分子基础
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2 . 无机盐
无机盐含量少，约占细胞总重1％ ❖细胞中常见无机离子包含两大类： ➢阴离子：主要阴离子有Cl－、PO4－、HCO3－ ➢阳离子：主要阳离子有：Na+、K+、Ca2+、 Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+
细胞的分子基础和基本概念
第二信使——cAMP
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38
（1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
• ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。 它的结构如下：
NH2
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
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AMP ADP ATP
39
⑵ cAMP 和 cGMP
可编辑版
25
有机小分子
1、单糖： 单糖：构成寡糖和多糖的基本单位， 通式：（ CH2O）n，n为整数，从3到7 种类：
戊糖（五碳糖，C5H10O5）包括核糖和脱氧核 糖，是核酸的组成部分。
己糖：六碳糖，（ C6H12O6）包括葡萄糖， 是细胞的能源物质。
可编辑版
26
可编辑版
27
Six--carbon sugars
• 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸 链时，必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
可编辑版
44
可编辑版
45
O-
5′
O=P—O—CH2O G
O-
3′
G TA
1′
3′
PP
P
OH
5′
OH OH O-
5′
O=P—O—CH2O T
• 在所有的细胞中，经常会发现, 核苷酸单体中的磷酸在AMP和 GMP中很容易被酯化，形成环 状的cAMP和cGMP。它们的环 状磷酯键是一个高能键.
• cAMP(3’,5’- 环腺嘌呤核苷一磷 酸)和 cGMP( 3’,5’-环鸟嘌呤核 苷一磷酸)的主要功能是作为细 胞之间传递信息的信使。
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（1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
• ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。 它的结构如下：
NH2
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
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AMP ADP ATP
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⑵ cAMP 和 cGMP
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25
有机小分子
1、单糖： 单糖：构成寡糖和多糖的基本单位， 通式：（ CH2O）n，n为整数，从3到7 种类：
戊糖（五碳糖，C5H10O5）包括核糖和脱氧核 糖，是核酸的组成部分。
己糖：六碳糖，（ C6H12O6）包括葡萄糖， 是细胞的能源物质。
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27
Six--carbon sugars
• 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸 链时，必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
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O-
5′
O=P—O—CH2O G
O-
3′
G TA
1′
3′
PP
P
OH
5′
OH OH O-
5′
O=P—O—CH2O T
• 在所有的细胞中，经常会发现, 核苷酸单体中的磷酸在AMP和 GMP中很容易被酯化，形成环 状的cAMP和cGMP。它们的环 状磷酯键是一个高能键.
• cAMP(3’,5’- 环腺嘌呤核苷一磷 酸)和 cGMP( 3’,5’-环鸟嘌呤核 苷一磷酸)的主要功能是作为细 胞之间传递信息的信使。
细胞的概念与分子基础-V1
细胞的概念与分子基础-V1细胞是构成生物组织的基本单位，它是生命的基本组成部分。
细胞的结构和功能都是由细胞内的分子基础所决定的。
对于细胞的概念以及分子基础的内容，我们可以从以下几个方面进行整理：1. 细胞的概念：细胞是组成生物体的基本单位，具有自主的生命反应，能够完成所有生命活动的基本单元，是构成生物体的最小可活动单位。
细胞可以彼此独立，也可以通过联络成为群体。
2. 细胞的结构：细胞是由细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核等组成的。
其中细胞膜是细胞的包裹膜，它控制了物质的进出，使细胞内外环境能够保持稳定。
细胞质是细胞内的液体环境，可以提供物质交换和代谢所需的环境。
细胞器则是细胞质内的功能区，包括线粒体、内质网、高尔基体等等。
细胞核则是控制基因表达和遗传信息的重要重心。
3. 细胞的功能：细胞的功能包括吸收、消化、合成、分解、运输、分裂等等。
其中细胞膜通过运输蛋白、离子泵等物质机制使得物质能够进入细胞内部。
内质网和高尔基体通过蛋白质合成和修饰，为细胞提供必要的物质基础。
线粒体则是生产能量的场所，它通过氧化磷酸化反应为细胞提供必要的能量。
细胞的分裂可以使得细胞不断繁衍生长，完成生物体的生长和更新。
4. 细胞分子基础：细胞内最基本的分子基础是蛋白质、核酸、碳水化合物和小分子有机化合物等。
蛋白质扮演着各种功能分子的角色，比如酶、运输蛋白等。
核酸则是遗传物质，控制着细胞的基因表达。
碳水化合物则是细胞的能量来源，它们被储存为葡萄糖等物质。
此外，还有许多小分子有机化合物，它们参与了各种代谢路径的过程。
总之，细胞的概念和分子基础对于我们理解生物体的结构和功能具有重要意义。
对于想要深入探究生物学相关学科的学习者和实践者来说，建议更加注重于细胞这一基础单元的研究。
2.细胞的分子基础和基本概念
大分子自我组装
由一种或几种重复小亚单位构建大结构可减少所需的遗传信息量 亚单位可通过能量较低的键结合，使组装和拆卸更容易 亚单位装配可避免结构合成中出现差错
功 能
DNA复制
DNA复制特点：
①半保留复制： 以双链DNA为模板，各自合成新链。 其中一条来自亲代DNA，另一条来自新 合成的
②半不连续复制：DNA双链的合成是不连续的，与复 制叉方向相反，合成的片段叫冈崎片 段
RNA的转录
RNA的结构特点： RNA的糖是核糖，而不是脱氧核糖 RNA分子中不含胸腺嘧啶（T），而含有尿嘧啶（U） RNA由一条多核苷酸链组成
（一）糖
单糖：细胞主要营养成分，提供能量和细胞组分的原料 多糖：贮存形式和细胞的结构成分
单糖分子脱水缩合——糖苷键
寡糖 多糖
单糖可缩水形成多糖-糖原和淀粉
二、氨基酸
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共20种，分四类
1、酸性氨基酸 2、碱性氨基酸 3、极性氨基酸 4、非极性和疏水氨基酸氨基酸
非极性 极性无电荷
转录：以DNA为模板合成RNA的过程
翻译：mRNA指导特定蛋白质的合成过程
mRNA 密码子：
mRNA分子中每3个相邻的核苷酸所形成的一个三联体，它决定了 多肽链中特定的氨基酸位置。一共有64个密码子
tRNA 反密码子
rRNA
遗传法则
二、蛋白质 不同结构水平的蛋白
一级结构：蛋白质中氨基酸的排列序列（肽键）
2.功能不同 ①游离于水中，维持细胞内外液的渗透压和pH值 ②与蛋白质或脂类结合，成为其组成成分
二、有机化合物
细胞中的四种有机小分子：
单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸
细胞中的四种生物大分子：由有机小分子构成
细胞的概念和分子基础
三界系统
五界系统
六界系统
三类生物
Haeckel 1894 Whittaker1959
Woese 1977
Woese 1990
原生生物Protista
原核生物Monera
真细菌Eubacteria 细菌Bacteria 古细菌Archaebacteria 古细菌Archaea
原生生物Protista 原生生物Protista
以蛋白质为主体形成微球体
二、原核细胞向真核细胞的演化
原始细胞中出现了包围细胞的细胞膜、储 存遗传信息的DNA、指导蛋白质合成的RNA 和制造蛋白质的核糖体，是原核细胞诞生的 标志。
（一）分化起源说：认为，原核生物在长期 的自然演化过程中，内部结构逐渐分化，功 能不断完善，最终演变成了真核生物。
❖具有原核生物的某些特征：无核膜及 内膜系统； ❖也有真核生物的特征：以甲硫氨酸起 始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏 感、RNA聚合酶和真核细胞的相似、DNA 具有内含子并结合组蛋白.
❖还具有既不同于原核细胞也不同于真核 细胞的特征：细胞膜中的脂类是不可皂化 的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为 主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖， 但都不含胞壁酸、D型氨基酸。
H
4
H
3
H
1
H
2
H
OH
脱氧核糖
NH2
OH
4
N3
5
HO P O
OH
O 2 16 N H
HO5 C H2 O
4
H
3
H
H
OH
1
H
2
H2O
H
OH
NH2
OH
4
N3
细胞的分子基础
细胞的分子基础细胞是生物体的基本单位，每个细胞都包含着复杂的分子系统。
这些分子基础构成了细胞的结构和功能，从而使细胞能够完成各种生物学活动。
本文将从细胞膜、细胞质、细胞核以及细胞器等方面，介绍细胞的分子基础。
1. 细胞膜：细胞膜是细胞的外层覆盖物，由磷脂双层构成。
磷脂分子是由疏水性的脂肪酸尾部和疏水性的磷酸头部组成。
磷脂分子在水中自组装形成磷脂双层，使得细胞膜具有半透性。
细胞膜中还含有蛋白质和糖类分子，它们通过细胞膜上的通道和受体传递物质和信号，维持细胞内外的稳态平衡。
2. 细胞质：细胞膜内的液体称为细胞质，其中包含了许多重要的分子基础。
例如，氨基酸是构成蛋白质的基本单元，通过核糖体合成蛋白质。
核糖体由核糖核酸（rRNA）和蛋白质组成，通过翻译mRNA上的密码子，将氨基酸按照特定的顺序连接起来，合成特定的蛋白质。
3. 细胞核：细胞核是细胞中控制遗传信息的中心，其中包含了DNA分子。
DNA是由四种碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶）组成的长链状分子。
DNA通过碱基配对原则，以双螺旋的结构存在，其中腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成两条氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间形成三条氢键。
这种稳定的结构使得DNA能够存储和传递遗传信息，控制细胞的生长和发育。
4. 细胞器：细胞质中还存在着各种细胞器，它们都是由特定的分子基础构成，并具有特定的功能。
例如，线粒体是细胞中的能量生产中心，其中的ATP合酶由多个蛋白质亚单位组成，通过氧化磷酸化反应合成ATP。
高尔基体是合成糖蛋白和磷脂的重要细胞器，其中的糖基转移酶通过将糖基转移至蛋白质或脂质分子上，合成糖蛋白和磷脂。
内质网是细胞中的蛋白质合成和折叠的地方，其中的众多蛋白质分子参与了蛋白质的合成和修饰。
细胞的分子基础是生命存在和运行的基础。
细胞膜、细胞质、细胞核以及细胞器等分子基础相互作用，协同工作，使细胞能够完成各种生物学活动。
通过研究细胞的分子基础，我们可以更好地理解细胞的结构和功能，为生命科学的发展做出贡献。