细胞的概念和分子基础

➢ 遗传信息的传递：DNA分子所携带的遗传信息通过 转录传递给RNA，再通过翻译合成蛋白质，决定细 胞的生物学行为。
3.RNA RNA分子以单链形式存在，在部分区域折叠并按
碱基互补配对原则形成双链发夹结构。
RNA发夹结构模式图
⑴信使核糖核酸（message RNA，mRNA) 含量：占细胞内总RNA的1%-5% 种类：种类多而且极不均一 结构特点：
2.无机盐：以离子状态存在
➢ 阴离子：如Cl－、PO4－、HCO3－等 ➢ 阳离子：如Na+、K+、Ca2+等
游离形式：维持细胞内外液的渗透压和pH值。 结合形式：直接与蛋白质或脂类结合，组成具有一
定功能的结合蛋白或类脂。
(二)有机小分子:组成生物大分子的亚单位
1.糖 结构：主要由碳、氢、氧三种元素组成，化学组成为
保持多核苷酸自我复制 磷脂分子自发装配成膜结构
避免优质蛋白丢失
二、原核细胞向真核细胞的演化
➢ 一般认为，真核细胞是由原核细胞进化而来的 ➢ 原始真核细胞大约在15亿年前在地球上出现
(一)分化起源说
内部结构分化
真核生物
原核生物
自然选择
(二)内共生起源说
真核细胞是由原始厌氧菌的后代吞入了需氧菌 逐步演化而来
⑸ 微小RNA（microRNA, miRNA） 组成：长约21～25nt的非编码RNA ，具有发夹结构。 功能：抑制靶基因的蛋白质合成或促使靶基因的
mRNA降解，从而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
⑹ 核酶（ribozyme） 具有酶活性的RNA分子
功能：
核酶的底物是RNA分子，它们通过与序列特异 性的靶RNA分子配对而发挥作用。
形成拟核（nucleoid）； 细胞质中无膜性细胞器， 含有核糖体。 ⑵ 体积小：直径约为1到数个微米
主要代表：支原体、衣原体、细菌、蓝绿藻又称 蓝细菌。
1.支原体（mycoplasma） 最小最简单的细胞 大小：通常为0.1～0.3μm 细胞膜：由磷脂和蛋白质构成，没有细胞壁 DNA：呈环形双链，胞质内分散存在，指导约400种 蛋白质合成
与mRNA上密码子互补结合，参与蛋白质合成。 功能：转运特定的氨基酸，参与蛋白质合成
⑷核小RNA（small nuclear RNA, snRNA） 组成：含70~300个核苷酸 含量：不及总RNA的1% 功能：参与基因转录产物的加工，富含尿苷酸的U-
snRNA与特异蛋白结合成剪接体UsnRNP。
➢ 3’，5’的非编码区 ➢ 中间的编码区 原核细胞——多顺反子；真核细胞——单顺反子 功能：作为合成蛋白质的模板 mRNA分子中每三个相邻的碱基组成一个密码子 （codon），决定蛋白质中氨基酸的排列顺序。
⑵ 核糖体RNA（ribosome RNA，rRNA） 含量：占RNA总量的80%~90% 功能：参与核糖体形成 原核生物核糖体（70S）
大亚基50S：23S rRNA 5S rRNA +36种蛋白质
小亚基30S：16S rRNA+21种蛋白质 真核生物核糖体（80S）
大亚基60S：28S rRNA 5.8S rRNA +49种蛋白质
5S rRNA 小亚基40S：18S rRNA +30种蛋白质
⑶ 转移核糖核酸（transfer RNA, tRNA） 含量：总RNA的5%~10% 结构特点： ➢ 单链结构，部分折叠，整个分子结构呈三叶草形。 ➢ 3‘端有CCA三个碱基，与特定氨基酸结合。 ➢ 反密码环上的三个碱基组成反密码子（anticodon），
生物大分子由有机小分子聚合而成，细胞内主要的 大分子有核酸、蛋白质和多糖。
(一)核酸携带遗传信息
1.核酸的化学组成
⑴ 核苷酸是核酸的基本组成单位
戊糖
核糖 脱氧核糖
核苷酸 磷酸碱基Βιβλιοθήκη 嘌呤：A G 嘧啶：T C U
⑵ 核酸
核酸
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA） 核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）
原核细胞与真核细胞的比较
四、病毒
生物界中，病毒（virus）是惟一的非细胞形态生命体。 特点： ➢ 在活细胞内才能表现出它们的基本生命活动 ➢ 在电子显微镜下才能看到 结构： 核酸分子与蛋白质组成的核酸-蛋白质复合体 分类：根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：
➢ DNA病毒 ➢ RNA病毒 类病毒（viroid）：仅由感染性的RNA构成。 朊病毒（prion） ：仅由感染性的蛋白质亚基构成。
病毒的分子结构
第二节 细胞的起源与进化
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
(一)地球上原始生命的诞生
1.从无机小分子形成有机小分子物质
雷电、紫外
原始大气物质 火山爆发 有机小分子
2.从有机小分子物质形成生物大分子物质
有机小分子 进化、选择 生物大分子
有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。
细菌结构示意图
3.古细菌（archaebacteria） 一类很特殊的细菌，多 生活在极端环境中，如高温、高盐环境。
特点：
➢ 具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统。
➢ 具有真核生物的特征：RNA聚合酶和真核细胞的相 似、DNA具有内含子并结合组蛋白等。
➢ 具有不同于原核细胞和真核细胞的特征：细胞膜中 的脂类不可皂化，细胞壁不含肽聚糖。
(一)细胞的概念
1. 细胞是构成有机体的基本单位； 2. 细胞具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基
本单位； 3. 细胞是有机体生长与发育的基础； 4. 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性； 5. 没有细胞就没有完整的生命。
(二)细胞的分类
早期细胞分为两大类
1990年，生物界被划 分为三个域
一个核苷酸戊糖的5’磷酸
基与另一个核苷酸戊糖的3’
羟基脱水缩合，形成3’、
5’磷酸二酯键，多个核苷
酸之间借助磷酸二酯键重
复相连而形成的多聚核苷
酸链即为核酸。
多核苷酸链的形成
DNA和RNA在化学组成上的异同
2.DNA ⑴ DNA双螺旋结构模型 ➢ DNA分子是由两条脱氧核糖核苷酸链组成 ➢ 两条链反向平行 ➢ 脱氧核糖和磷酸位于螺旋的外侧，碱基位于双螺
➢ 由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系——细胞 骨架系统 由一系列纤维状蛋白组成的网状结构系统，包括 细胞质骨架与核骨架。
➢ 核糖体与蛋白质合成系统
核糖体（ribosome）：合成蛋白质的机器 。
➢ 细胞质溶胶 细胞质溶胶（cytosol）：细胞质中除了细胞器和 细胞骨架结构之外的区域，协助完成物质运输、 能量传递、信息传递等细胞活动。
旋内侧 ➢ 碱基之间互补配对：A═T
C≡G
DNA双螺旋结构模型
DNA化学结构
⑵ DNA功能：储存、复制和传递遗传信息。
➢ 遗传信息的储存：生物体的遗传信息储存于DNA分 子的线性核苷酸序列中，核苷酸的数量和排列方式 ， 决定了DNA分子的复杂性和多样性。
➢ 遗传信息的复制：DNA分子中所携带的遗传信息通 过复制传递给子代细胞，复制是以亲代DNA为模板 合成子代DNA的过程，新形成的子代DNA分子在碱 基序列上与亲代DNA分子完全相同。
聚合
3.从生物大分子物质组成多分子体系
4.从多分子体系演变为原始生命
长期进化
生长分裂
原始核酸蛋白质
核酸蛋白质微滴
原始生命
原始新陈代谢
有机分子的自发形成
以蛋白质为主体形成微球体
(二)原始细胞的形成
1.具有自我复制能力的多聚体的形成 多聚体的形成是原始细胞形成的关键步骤 ➢ RNA的自我复制 ➢ RNA指导蛋白质合成 ➢ 蛋白质催化RNA复制 2.膜的出现与原始细胞的诞生
2.蛋白质的分子结构
以独特的三维构象形式存在，蛋白质三维构象的形 成主要由其氨基酸的顺序决定，是氨基酸组分间相互 作用的结果。 ⑴ 一级结构：氨基酸的排列顺序
一级结构中氨基酸排列顺序的差异使蛋白质折叠 成不同的高级结构。
⑵ 二级结构 肽链主链内的氨基酸残基之间有规则地形成氢键相 互作用的结果。 有两种主要的折叠形式：α-螺旋和β-片层。
肺炎支原体
2.细菌 原核细胞的典型代表
细胞壁：位于细菌外表面，主要成分为肽聚糖。 细胞膜：由脂质和蛋白质组成，有时可内陷形成中间
体 细胞质： ➢ DNA：环状分子，很少有重复序列，无内含子 ➢ 质粒（plasmid）：能够独立于基因组DNA以外，自
我复制的环状结构。
核糖体：大部分游离于细胞质中，小部分附着在细胞膜 内表面。 70S细菌核糖体 50S大亚基 30S小亚基
三、真核细胞
(一)真核细胞的形态大小
形态：多种多样，常与细胞所处的部位及功能相关 大小：差异很大，与细胞类型有关
(二)真核细胞的基本结构 ➢ 光镜下结构：细胞膜（cell membrane）
细胞质（cytoplasm） 细胞核（nucleus） ➢ 电子显微镜下，在细胞质中可看到由单位膜组成的 膜性细胞器及微丝、微管、中间纤维等骨架系统。
三、单细胞生物向多细胞生物的进化
➢ 多细胞生物进化的早期由单细胞聚集成群体 ➢ 在多细胞机体内出现细胞的分工和协作
从聚集到分工——单细胞生物向多细胞生物的进化
团藻：较为原始的多细胞生物
第三节 细胞的分子基础
一、生物小分子 二、生物大分子
细胞是由生命物质——原生质（protoplasm）组成
基本元素99.9%： C、H、O、N——90%; S、P、Na、 K、Ca、Cl、Mg、Fe—— 9%
(CH2O)n 功能：细胞的能源和多糖的亚基 2.脂肪酸 结构：由两个不同的部分组成