第二章 细胞内生物分子的相互作用
分子生物学知识：细胞内溶酶体与核小体的相互作用
分子生物学知识：细胞内溶酶体与核小体的相互作用细胞内溶酶体与核小体的相互作用细胞作为生命的基本单位，内部的器官相互作用，协同合作，使整个细胞能够正常运转。
细胞内溶酶体和核小体作为两个细胞重要的器官，它们之间的相互作用也对细胞的生命活动产生着重要的影响。
一、溶酶体溶酶体是细胞内的一种分泌颗粒，主要分为原始体、早期溶酶体和晚期溶酶体，它们的形态和功能不同。
溶酶体的主要作用是通过酸性水解酶分解各种大分子有机物，将其分解成小分子物质，供细胞进行能量代谢和再生。
1.溶酶体的结构溶酶体是一种连续的膜限结构，可分为单质体溶酶体和多质体溶酶体。
单质体溶酶体主要存在于非分泌性细胞中，如吞噬细胞、黑色素细胞和淋巴细胞。
多质体溶酶体分为原始体、早期溶酶体和晚期溶酶体。
原始体位于高尔基复合体自泡状囊泡与非泡状成份之间，是溶酶体生成的最初阶段。
早期溶酶体形成于合并的原始体中，内含多种酸性水解酶。
晚期溶酶体的最终形态和功能各异，包括线粒体溶酶体、膜蛋白酶体、普通溶酶体等。
其中普通溶酶体是最典型和普遍的一种，具有最广泛的分化。
普通溶酶体形态多样，大小不等，内含多种水解酶，体积约为5-700nm。
2.溶酶体的功能溶酶体主要由于细胞内的挤压、摩擦、毒性或代谢产物等因素造成的细胞膜的透性破坏而形成，是维持生命的一个重要的途径。
溶酶体的主要功能具有以下几个方面。
①酸性水解功能：溶酶体内有多种水解酶，其中酸性水解酶是其独特特征，因此能够将小分子物质和复杂有机物通过酸性水解作用分解成代谢所需的基本小分子物质，从而能够满足细胞自身的生命代谢需求。
②细胞质解毒功能：很多毒素都可以引起细胞膜透性的改变，从而使溶酶体细胞在分泌时由于酸性环境和水解性质等因素而将其分解并排泄掉。
③有机物的消化：免疫系统中的细胞凋亡、一些生物产生的毒素、有机物质的外部吞噬，以及自体蛋白质的陈旧代谢都要通过溶酶体的作用进行分解和消化。
④细胞内的合成：一些内分泌腺体产生的物质、外泌腺体产生的物质、胚胎等都需要通过溶酶体在细胞内部完成合成。
生物大分子的基本结构和性质
羟赖氨酸羟基中的氧原子相连称为O-连接糖链。
蛋白聚糖：主要存在于人或者动物的皮肤、软骨、角
5
3
3 -5 磷酸二酯键
5
3
基本结构——双螺旋结构（基本要点）： A：大沟，小沟 B：碱基配对：A=T，G C
C：反向平行：暗示DNA复制和转录的分子机制 高级结构： 单核苷酸形成的二级结构：发夹结构 反向重复序列（回文序列）
蛋白质：是氨基酸以肽键连接而成的聚合体
一级结构 氨基酸的a-羧基与下一个氨基酸a-氨基缩 合形成肽键，从N-端到C-端的氨基酸顺序即为多肽的 一级结构。 二级结构 C—N键具有部分双键性质，使得C=O与
生物大分子的自我组装
折叠盘绕
二级结构
多肽链、核酸链
折叠盘绕
三级结构/超二 级结构
分子内组合 生物类分子 四级结构（血红蛋白）
功能类似的分子的组装——cAMP-CAP与DNA序
列识别并结合 同类生物分子的组装——微管与微丝 异类生物分子组装——蛋白质与核酸（核糖体）
原纤维
烟草花叶病毒粒子（TMV）的自我装配
N=H四原子形成刚性的肽键单元平面，肽键单元间以
氢键相连，多肽链在空间折叠形成二级结构，常见的 有a-螺旋和β-折叠。
三级结构 二级结构进一步折叠形成多肽的三级
结构。亲水基团位于蛋白质外侧，疏水基团埋在
内侧，氢键、盐键、范德华力和疏水力维持结构 的稳定。分子伴侣帮助蛋白质正确折叠。 四级结构 由多条多肽链（亚基）构成的寡聚蛋 白，稳定三级结构的力量可将亚基维系在一起构
具有半缩醛羟基和一个以上的醇羟基，单糖间
可通过不同苷键连接。
糖蛋白中的糖肽连接类型：
在糖蛋白中仅有一种糖残基与天冬酰胺相连，即N-
生物分子及其相互作用的结构和机制
生物分子及其相互作用的结构和机制生物分子是构成生命体系的基础单位，包括蛋白质、核酸、碳水化合物和脂质等。
生物分子能够在细胞内完成各种生物学功能，这种能力来自生物分子内的结构和相互作用。
一、蛋白质的结构和功能蛋白质是生物体内最为重要的分子，能够完成多种生物学功能。
蛋白质的功能主要由其结构所决定。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质中氨基酸的序列。
形成蛋白质的基础是20种不同的氨基酸，它们按照一定的顺序连接成为长链，这样的链就是蛋白质的一级结构。
二级结构是指蛋白质中的氢键和静电相互作用，使得氨基酸链折叠成了特定的结构。
常见的二级结构有α螺旋和β折叠板。
三级结构是指蛋白质中各个二级结构之间的相互作用，较强的氢键和静电相互作用导致不同的二级结构之间发生相互作用形成更大的结构。
如果这个结构已经能执行某种特定功能，则会称之为蛋白质的三级结构。
四级结构是指由两个或多个相同或不同的蛋白质亚基组成的多聚体结构。
除此之外，蛋白质中的某些氨基酸具有特殊的化学性质，如丝氨酸、苏氨酸和半胱氨酸等，可以形成S-S键以及其他的耐热，耐酸碱，耐盐等性质。
这些氨基酸的存在决定了蛋白质的特性和生物学功能。
二、核酸的结构和功能核酸是一种重要的生物分子，它们可以存储和传递基因信息，也可以作为一种代谢物质在细胞内发挥重要的功能。
像蛋白质一样，核酸也有一级结构、二级结构和三级结构。
一级结构指DNA或RNA的碱基序列。
碱基是核酸中的重要组成部分，有四种不同的碱基，即腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和尿嘧啶(T)或胸腺嘧啶(U)。
DNA是由A、C、G、T四种碱基组成的，RNA则是由A、C、G、U四种碱基组成的。
二级结构指DNA中形成的双螺旋结构，RNA中形成的二级结构则在空间上呈现出不同的形态，如发夹状、内环状、三螺旋状等。
三级结构指核酸的三维形态，决定了其在细胞内发挥的生物学功能。
生物分子相互作用
生物分子相互作用生物分子相互作用是生物学中一个重要的研究领域，涉及到细胞内各种生化反应的发生和细胞功能的实现。
在细胞内部，各种生物分子通过相互作用，实现了信号传递、代谢调控、细胞运动等生命活动，对于维持生命的正常进行起着关键作用。
一、蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质是生物体内最重要的分子之一，参与了几乎所有的生命过程。
蛋白质与蛋白质之间的相互作用形式多种多样，例如蛋白质与蛋白质之间的结合、酶促反应等。
这些相互作用通常通过蛋白质的结构域和功能位点来实现。
例如，酶与底物之间的特异性结合是通过酶的活性中心实现的；抗体与抗原之间的结合是通过抗体的亚基来实现的。
二、核酸与蛋白质相互作用核酸与蛋白质之间的相互作用在细胞核酸合成、RNA的翻译调节等方面起着重要作用。
蛋白质可以通过识别和结合DNA或RNA的特定序列或结构域来实现这种相互作用。
例如，转录因子是一类特殊的蛋白质，它们能够通过与DNA结合，调控基因的转录过程。
三、蛋白质与小分子相互作用除了与其他蛋白质或核酸相互作用外，蛋白质还可以与许多小分子相互作用，包括激素、药物等。
这些小分子通常通过与蛋白质的结合，影响蛋白质的功能和结构。
例如，药物与蛋白质之间的相互作用可以导致药物的药效或毒性。
四、膜蛋白与膜脂相互作用膜蛋白是细胞膜的主要组成部分，它们通过与膜脂相互作用，参与了细胞膜的形成和功能的实现。
通过与膜脂的疏水作用，蛋白质可以嵌入到细胞膜中，形成不同功能的通道、受体等结构。
同时，膜蛋白还可以通过与膜脂的相互作用来调节膜的流动性和稳定性。
五、生物分子与金属离子相互作用金属离子是生物体内许多生物分子的催化剂，与蛋白质、核酸等相互作用，对于调控细胞内各种生化反应发挥重要作用。
例如，铁离子参与了血红蛋白和氧分子的结合与释放过程；锌、镁等离子是许多酶的辅助因子。
六、药物与生物分子的相互作用药物与生物分子之间的相互作用是药物在体内发挥药效的基础。
正是通过与生物分子的相互作用，药物可以调节相关的生物过程，治疗疾病。
分子生物学第二章DNA结构与功能
Alu家族： Alu家族是哺乳动物包括人基因组中含量最丰富的一种中度重复顺序家族，在单倍体人基因组中重复达30万-50万次，约占人基因组的3-6％。 Alu家族每个成员的长度约300bp，由于每个单位长度中有一个限制性内切酶Alu的切点（AG↓CT）从而将其切成长130和170bp的两段，因而定名为Alu序列（或Alu家族）。
定义：
核心颗粒
核小体的结构
Histone octamer (组蛋白八聚体)
Top view Side view Nucleosome core
Nucleosome core
Chromatosome
146 bp, 1.8 superhelical turn
166 bp, 2 superhelical turn
原核生物(prokaryote)
（三）染色体的结构和组成
组蛋白： H1 H2A H2B H3 H4 非组蛋白 } DNA 蛋白质 真核生物染色体的组成
1、组蛋白(histone)
真核生物染色体的基本结构蛋白 富含带正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸 碱性蛋白质 可以和酸性的DNA紧密结合（非特异性结合）；
28S、5.8S及18S rRNA基因： 非洲爪蛙的18S、5.8S及28S rRNA基因是连在一起的，它们中间隔着不转录的间隔区，这些18S、5.8S及28S rRNA基因及间隔区组成的单位在DNA链上串联重复许多次。 不转录的间隔区是由21-100个碱基对组成的类似卫星DNA的串联重复序列。 中度重复序列往往分散在不重复序列之间。
真核细胞DNA序列大致可被分为3类：
不重复序列/单一序列
1
中度重复序列
2
高度重复序列
3
不重复序列/单一序列 在单倍体基因组里，这些序列一般只有一个或几个拷贝，它占DNA总量的40％-80％，不重复序列长约750-2000bp，相当于一个结构基因的长度。 真核生物的大多数基因在单倍体中都是单拷贝的。如：蛋清蛋白、血红蛋白等 功能：编码蛋白质。
分子与细胞生物学
分子与细胞生物学细胞是生命的基本单位，而细胞内的分子是构成细胞的最基本的组成部分。
分子与细胞生物学是研究分子与细胞之间相互关系的学科，它在揭示生命的本质和功能中起着重要的作用。
一、分子与细胞的相互关系细胞是由分子构成的，分子在细胞内发挥着重要的功能。
例如，DNA是一种重要的分子，它携带了生物体遗传信息的基本单位。
在细胞中，DNA通过转录和翻译过程转化为蛋白质，从而实现基因的表达。
蛋白质是细胞功能的重要组成部分，它们参与细胞的结构、代谢、信号传导等多种生物学过程。
二、分子与细胞的相互作用分子间的相互作用是细胞内很重要的过程。
例如，蛋白质与其他分子之间的相互作用决定了细胞内的信号传导和代谢调控。
此外，细胞膜上的受体蛋白质与外界信号分子的结合也是细胞与环境相互作用的关键环节。
三、分子生物学的研究方法分子生物学是研究生物分子结构、功能和相互关系的学科。
它包括了一系列的实验和分析技术。
例如，PCR技术可以快速扩增DNA序列，从而方便了基因的检测和研究；基因测序技术可以高通量地获取DNA序列信息，帮助挖掘基因的功能和调控机制；蛋白质质谱技术可以鉴定蛋白质的组成和修饰等。
四、细胞生物学的研究方法细胞生物学是研究细胞结构、功能和生命活动的学科。
细胞生物学通过显微镜技术观察和分析细胞的形态和结构；细胞培养技术可以在体外研究细胞生长和分裂等过程；基因编辑技术可以在细胞中精确改变基因序列，研究基因的功能和调控机制。
五、分子与细胞生物学的应用分子与细胞生物学的研究对许多领域有着广泛的应用。
例如，在医学领域，研究细胞和分子的功能和异常变化有助于理解疾病的发生机制，并为疾病的诊断和治疗提供新的思路；在农业领域，通过研究植物细胞和分子，可以改良农作物、提高产量和抗病能力；在生物工程领域，利用基因编辑和基因转导等技术，可以对细胞和分子进行精确的调控，开发出更多用于生产和疾病治疗的新药和新材料。
结论：分子与细胞生物学作为生命科学的重要分支，对揭示生命的本质和功能具有重要意义。
《普通生物学》课程笔记
《普通生物学》课程笔记第一章：生命与生命科学一、什么是生命1. 生命的定义与特征- 生命的定义：生命是一种复杂的化学系统，它能够进行自我复制、自我调节、自我修复，并且能够对外界环境做出反应。
- 生命的基本特征：a. 新陈代谢：生物体通过代谢过程摄取营养物质，释放能量，维持生命活动。
b. 生长：生物体通过细胞分裂和细胞增大等方式实现体积和质量的增加。
c. 繁殖：生物体能够产生后代，确保物种的延续。
d. 适应性：生物体能够通过进化适应不断变化的环境。
e. 应激性：生物体能够对各种内外界刺激做出反应。
f. 稳态性：生物体能够维持相对稳定的内部环境，即稳态。
2. 生命的起源- 生命的起源尚未完全明确，以下是几种主要的假说：a. 自然发生说：认为生命可以直接从非生命物质中产生。
b. 化学进化说：认为生命起源于地球早期海洋中的化学反应，逐渐形成了复杂的有机分子和生命体系。
c. 宇宙生命说：认为生命的种子可能来自外太空，通过陨石或彗星等途径传播到地球。
二、生命科学的内涵1. 研究对象与范围- 生命科学研究生命现象和生命活动规律，包括生物的形态、结构、功能、发生、发展、遗传、进化等各个方面。
- 研究层次从分子、细胞、组织、器官、个体到种群、群落和生态系统。
2. 研究方法- 观察法：通过肉眼、显微镜等工具观察生物体的形态、行为等特征。
- 实验法：通过实验操作和控制变量来探究生命现象的因果关系。
- 比较法：通过比较不同生物或同一生物在不同环境下的差异，揭示生命现象的本质。
- 系统分析法：从系统的角度分析生物体的结构与功能，以及生物与环境的关系。
- 数理统计法：运用数学和统计学方法对生命现象进行定量分析。
3. 分支学科- 细胞生物学：研究细胞的结构、功能和生命活动规律。
- 遗传学：研究遗传信息的传递、变异和表达。
- 发育生物学：研究生物体从受精卵到成熟个体的发育过程。
- 生态学：研究生物与环境之间的相互关系和生态系统的功能。
生物分子的相互作用及其功能探究
生物分子的相互作用及其功能探究生命离不开生物分子的相互作用。
从单细胞生物到多级别生命体系，分子间的相互作用一直贯穿了整个生命的进化历程。
在此基础上，许多重要的生命过程和生理功能都得以实现。
因此，研究生物分子的相互作用及其功能是生命科学的重要方向之一。
本文将从蛋白质、核酸、多糖等层面分析生物分子的相互作用机制及其功能。
蛋白质相互作用及其功能：蛋白质是生命中的重要分子，是生命内部机制的驱动力和实现者。
在细胞内，许多生命过程都需要蛋白质间的相互作用来实现。
蛋白质间的相互作用除了单纯的物理吸引力和排斥力以外，还有包括疏水作用、溶剂化作用、离子作用、氢键作用在内的多种相互作用方式。
其中最常见的是氢键。
氢键是一种虚拟的化学键，包括带正电氢原子和带负电的氮、氧或氟原子之间的相互作用。
在蛋白质中，氢键作用通常是蛋白质稳定性和形态固定的关键。
蛋白质中最常见的相互作用方式是非共价性相互作用。
在非共价性相互作用中，没有共价键的形成或断裂。
非共价性相互作用包括范德华力、静电作用、水合作用和疏水作用等。
除了形态和稳定性外，蛋白质间的相互作用还可以在许多生理功能中发挥作用，如信号传递、酶的活性调节、膜蛋白的输运和蛋白质折叠等。
在信号传递中，蛋白质间的相互作用构成了重要的信号途径。
例如，典型的接头蛋白质特异性和激酶酶学锁是由蛋白质间的相互作用所构成的。
酶的活性调节是通过蛋白质-蛋白质相互作用实现的，如酶促活性和抑制活性之间的相互作用。
膜蛋白的输运则需要蛋白质间的相互作用来形成跨膜通道。
同样，蛋白质的折叠和稳定性也需要蛋白质间的相互作用作为基础。
核酸相互作用及其功能：核酸是基因物质的主要组成部分，有着复杂的结构和功能。
在核酸分子中，相互作用可以影响结构，影响功能，从而影响生物过程。
其中最常见的核酸间相互作用形式是互补性。
互补性来自于核酸中四种碱基的互补配对，即腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成两个氢键，鸟嘌呤与胞嘧啶之间形成三个氢键。
互补配对形成了双螺旋结构，保证了基因的复制和转录。
分子与细胞
分子与细胞在生物学领域中，分子与细胞是两个极为重要的概念。
分子是构成生物体的基本单位，它们通过化学键相互连接并发挥特定的生物学功能。
而细胞是生命的基本单位，是所有生物体的组成部分。
在本文中，我们将深入探讨分子与细胞之间的关系以及它们在生物体内的作用。
分子分子是由原子通过化学键结合而成的结构单元。
它们可以是简单的单原子分子，也可以是复杂的有机分子，如蛋白质、碳水化合物和核酸等。
分子间的相互作用和结合方式决定了它们在生物体内的功能和性质。
例如，蛋白质分子通过特定的三维结构和功能域实现了各种生物学功能，如酶催化、结构支撑和信号传导等。
在细胞内，分子起着重要的作用。
它们参与了细胞的代谢过程、调控基因表达、维持细胞结构和功能等方面。
细胞内的分子通常由细胞核、细胞质和细胞器中的不同职能区域共同协调工作，实现细胞的正常运作。
细胞细胞是生物体的最基本单位，是生命的基石。
细胞可以看作是一个微型的生物工厂，拥有自我复制、代谢、生长和适应环境的能力。
在生物进化的过程中，细胞不断演化出不同的形态和功能，形成了多样化的生物体。
细胞由细胞膜、细胞质和细胞核等结构组成。
细胞膜是细胞的保护屏障，同时也是细胞与外界环境交流的媒介。
细胞质包含了细胞内的各种细胞器和细胞骨架，是细胞内重要的代谢和合成场所。
而细胞核则负责细胞的遗传信息的储存和调控。
在细胞内部，分子起着关键的作用。
细胞通过不同的信号途径、分子调节机制和代谢途径来维持自身的稳态和功能。
分子间的相互作用和协同合作使得细胞具有高度的复杂性和适应性，可以适应不同的环境和生存条件。
分子与细胞的关系分子与细胞之间存在密切的相互关系。
一方面，分子构成了细胞的基本组成部分，细胞的结构和功能是由各种不同的分子所组成的。
另一方面，细胞通过内部的分子调控机制来实现生命活动，将外界的信号转化为细胞内部的响应。
在细胞的代谢过程中，分子起着重要的作用。
细胞通过分解和合成分子来获取能量、合成新的生物分子，并清除代谢产物等。
生物大分子相互作用
生物大分子相互作用生物大分子相互作用是指生物体内大分子之间的相互关系和相互作用。
生物体内的大分子主要包括蛋白质、核酸、多糖等，它们之间通过不同的相互作用，实现生命活动的调节和运行。
本文将重点介绍生物大分子相互作用的三种主要类型：蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质-核酸相互作用以及蛋白质-多糖相互作用。
蛋白质是生物体内最为重要的大分子之一，它们通过与其他蛋白质的相互作用，调节细胞内的信号传导、代谢通路和基因表达等生命过程。
蛋白质-蛋白质相互作用主要包括蛋白质的结构相互作用和功能相互作用两个方面。
结构相互作用是指蛋白质之间通过氢键、离子键、范德华力等相互吸引力的力量相互结合形成复合体，从而参与细胞内的结构和功能的组织。
例如，蛋白质之间的纤维粘附蛋白相互作用可以构成细胞外基质，为细胞提供支撑和定位。
功能相互作用是指蛋白质通过互相识别和结合，参与细胞信号传导、酶活性调节等重要功能。
例如，酶和底物之间的相互作用可以促进酶的催化活性，从而实现代谢通路的进行。
蛋白质-核酸相互作用在生物体内调控DNA和RNA的结构和功能发挥着重要作用。
DNA-蛋白质相互作用主要包括DNA的包裹、识别和结合等过程。
蛋白质可以通过特定的结构域与DNA的碱基序列结合，形成稳定的复合物。
这些复合物参与DNA的复制、转录和修复等重要生命过程。
RNA-蛋白质相互作用则是调控RNA的折叠和稳定性，以及参与RNA的转运、翻译和降解等过程。
这些相互作用通过RNA结构的改变和蛋白质的结合来调节RNA的功能和稳定性。
蛋白质-多糖相互作用主要指蛋白质与多糖间的结合和相互识别。
多糖与蛋白质的相互作用在生物体内起到重要的作用，参与细胞表面的识别和黏附、细胞信号传导等过程。
例如，细胞表面的糖蛋白是多糖与蛋白质结合而形成的复合物，在细胞-细胞相互作用中起到重要的识别和黏附作用。
综上所述，生物大分子之间的相互作用极为复杂多样，通过这些相互作用，生物体内的分子可以与其他分子发生高度特异的结合和调控。
第二章生物大分子及其相互作用详解演示文稿
三、生物大分子的高聚物特性 • 核酸（DNA和RNA） • 蛋白质 • 多糖 • 脂质
第二十三页，共147页。
核 酸（Nucleic Acid）
核酸（DNA和RNA） 核酸分子的骨架是由核苷酸以[3’，5’]-磷酸二酯键连接成的
多核苷酸链。DNA和RNA的区别在于前者是4种脱氧核糖核苷 酸，后者为4种核糖核苷酸，不同的脱氧核苷酸或核苷酸的区别 在于其碱基的不同。
• 类脂的生理功能： 1)是生物膜的组成成分； 2)协助脂类和脂溶性维生素的吸收； 3）胆固醇是机体合成维生素D3、胆汁酸及 各种类固醇激素的重要原料。
第十七页，共147页。
(3) 所有生物大分子共同存在于细胞环境中 细胞是生命的结构基础，是生物体结构功能的基本
单位。 (4) 生物体能进行自我更新
生物体能精确的自我复制、生长、繁殖，而且在一 定的条件下产生变异，产生新的生命类型，从而对新 环境表现出适应性。
第十八页，共147页。
二、生物活性分子的化学本质
(2).纤维素
• 由葡萄糖以（14）糖苷键连接而成的直链，不溶 于水。
(3).几丁质（壳多糖） • N-乙酰-D-葡萄糖胺，以（14）糖苷键缩合而成
的线性均一多糖。 (4).杂多糖 • 糖胺聚糖（粘多糖、氨基多糖等）
• 透明质酸
• 硫酸软骨素 • 硫酸皮肤素 • 硫酸角质素
• 肝素
第三十二页，共147页。
涌现，如：
DNA重组技术
酶逐步降解技术 基因自动合成和测序技术 X线晶体学分析技术
计算机技术 以及不同技术组合，使获得清晰度的结构图象，了解生物过程 中蛋白质构象的动态变化，以及对生物大分子结构进行贮存，比 较和结构——功能预测成为可能。
第八页，共147页。
生物分子与细胞之间的相互作用研究
生物分子与细胞之间的相互作用研究生物分子和细胞是生命活动中最基本的单位，它们之间的相互作用关系十分密切。
近年来，对生物分子与细胞之间相互作用的研究也越来越深入，为人类提供了更多的健康、环保等方面的科学依据。
一、细胞的结构和功能细胞是生物的基本单位，它是所有生物体的组成部分。
细胞结构可以通过显微镜观察到，其核心部分是细胞核，周围则是细胞质，细胞质由细胞膜、线粒体、内质网、高尔基体等部分组成。
细胞的功能包括合成蛋白质、代谢、分裂等。
二、生物分子的分类及其作用生物分子包括碳水化合物、脂质、核酸和氨基酸等。
它们在生物体内起到不同的作用。
碳水化合物是生物体内的主要能量来源，脂质则起到隔绝和保护细胞、储存能量等作用。
核酸是遗传信息传递的载体，而氨基酸则是蛋白质的构成单元。
三、生物分子与细胞之间的相互作用生物分子与细胞之间有着紧密的相互作用关系。
蛋白质可以通过细胞膜上的受体来进行相互作用，从而影响细胞中的代谢和信号传导等。
而细胞膜上的脂质则可以调节细胞内外的物质转运，维持细胞内外环境的稳定。
此外，核酸的遗传信息也可以通过RNA酶进行转录和翻译成蛋白质，并进一步影响细胞的生理功能。
四、生物分子与细胞之间相互作用的应用对生物分子与细胞之间相互作用的研究不仅可以帮助我们更加深入地理解生命活动的本质，还可以应用于医疗、环保等领域。
例如，在药物研究领域，通过研究药物与靶标之间相互作用的机制，可以更加准确地预测药物效果和副作用，为创新药物的研发提供科学依据。
在环保领域，通过研究微生物与环境中的污染物之间相互作用，可以发展出更加高效和安全的环保技术，保障人类的健康和生态环境的稳定。
总之，生物分子与细胞之间的相互作用是生命活动中不可或缺的一环。
对此进行深入研究，不仅可以帮助我们更加深入地理解生命活动的本质，还可以为人类的健康、环境保护等方面提供科学依据。
生物分子与细胞
生物分子与细胞生物分子是构成生物体的基本单位，而细胞是生物体的基本结构和功能单位。
在生物体内，生物分子通过复杂的相互作用和信号传递，参与着细胞的各种生命活动。
本文将探讨生物分子与细胞之间的关系及其重要性。
一、生物分子的分类生物分子主要分为有机分子和无机分子两大类。
有机分子是由碳元素构成的化合物，如蛋白质、核酸、碳水化合物和脂质等；无机分子则包括水和无机盐等。
1. 蛋白质蛋白质是由一条或多条氨基酸链组成的生物分子，具有广泛的生物功能。
它们参与细胞结构的构建，负责酶的催化作用、信息的传递和维持细胞内外的平衡等重要功能。
2. 核酸核酸是构成基因的重要组成部分，主要有DNA和RNA两种类型。
DNA负责遗传信息的存储和传递，RNA参与蛋白质的合成和生物节律的调控。
它们在细胞内发挥着重要的遗传和调节功能。
3. 碳水化合物碳水化合物包括单糖、双糖和多糖等多种类型，是生物体内获取能量的主要来源。
在细胞膜结构和细胞信号传导中也起着重要的作用。
4. 脂质脂质是一类在非极性溶剂中可溶的生物分子，如脂肪和磷脂等。
它们主要存在于生物膜中，对细胞的结构和功能起着重要的维护和调节作用。
二、细胞的结构和功能细胞是生物体的基本组成单位，具有细胞膜、细胞质和细胞核等重要组成部分。
1. 细胞膜细胞膜是细胞的外层结构，由磷脂双层和蛋白质组成。
它起到了控制物质的进出、维持细胞内外环境平衡和细胞信号传导等重要功能。
2. 细胞质细胞质是细胞膜和细胞核之间的部分，由胞浆和细胞器组成。
其中，胞浆是含有各种生物分子的胶状物质，是许多细胞生物化学反应的场所。
3. 细胞核细胞核是细胞的控制中心，包含DNA和RNA等遗传物质。
它参与着基因的转录和翻译过程，控制着蛋白质的合成和各种生命活动的调节。
三、生物分子与细胞的相互作用生物分子与细胞之间通过一系列的相互作用和信号传递，完成了细胞的各种功能和生命活动。
1. 信号传导在细胞内，生物分子通过离子和化学信号的传递，参与细胞的生长、分化、凋亡等过程。
生物大分子与细胞的相互关系
生物大分子与细胞的相互
关系
汇报人：XX
目录
01 02 03 04 05
生物大分子与细胞的结构和功能
生物大分子与细胞的相互作用方式
生物大分子与细胞相互作用的调节 机制
生物大分子与细胞相互作用的生理 意义
生物大分子与细胞相互作用的未来 展望
01
生物大分子与细胞的结构和功能
生物大分子的种类和功能
发展前景：随着技术的不断进步，细胞治疗和基因治疗将更加成熟和安全，有望为更多 疾病提供有效的治疗方案。
挑战与展望：尽管细胞治疗和基因治疗具有巨大的潜力，但仍面临许多挑战，如技术难 度、伦理问题等。未来需要进一步研究和探索，以实现更广泛的临床应用。
药物研发的新方向与新策略
利用生物大分子作为药物靶点，开发更精准、高效的靶向药物。
03
生物大分子与细胞相互作用的调节机制
基因表达的调控
转录水平的调控： 通过转录因子的 作用，控制特定 基因的表达。
翻译水平的调控： 通过mRNA的 稳定性、核糖体 的合成和蛋白质 的降解等过程， 调节蛋白质的合 成。
表观遗传学调控： 通过DNA甲基 化、组蛋白修饰 等机制，影响基 因的表达。
细胞信号转导： 通过细胞内信号 分子的传递和转 导，调节基因的 表达。
相互作用的意义：维持细胞稳定、参与物质运输和信号转导等
细胞核内生物大分子的相互作用
蛋白质与DNA的相互作用：蛋白质通过与DNA结合，调控基因的表达和复制。
RNA与蛋白质的相互作用：RNA通过与蛋白质结合，参与蛋白质的合成和运输。
细胞核内生物大分子与其他分子的相互作用：细胞核内生物大分子与其他分子相互作用， 共同维持细胞核的正常功能。 细胞核内生物大分子与信号转导的相互作用：细胞核内生物大分子参与信号转导，调控 细胞的生长、分化、凋亡等过程。
细胞生物学第2章作业答案
1.分辨率：是指能区分开两个质点间的最小距离。
原代细胞：是指从机体取出后立即培养的细胞。
传代细胞：是指适应在体外培养条件下能持续传代培养的细胞。
密度梯度离心：是将要分离的细胞组分小心地铺放在含有密度逐渐增加、高溶解性的惰性物质形成的密度梯度溶液，通过重力或离心力的作用使样品中不同组分以不同的沉降率沉降，形成不同的沉降带。
差速离心：是利用不同的离心速度产生不同的离心力将各种质量和密度不同的亚细胞组分和各种颗粒分开。
2.肉眼的分辨率是0.2mm，光学显微镜的分辨率是0.2μm，电子显微镜的分辨率是0.2nm。
3.分辨率与光源的波长、物镜镜口角和介质折射率有关。
3. 光学显微镜主要有3部分组成光学放大系统、照明系统和镜架及样品调节系统。
4. 荧光显微镜的滤光片系统由激发滤光片和阻断滤光片组成。
5. 电子显微镜以电子束作为光源。
6. 电子显微镜主要有4部分构成电子束照明系统、成像系统、真空系统和记录系统。
7. 激光扫描显共焦微镜的共焦是指聚光镜和物镜同时聚焦到同一点上，因而才能清晰的成像。
8. 碱性燃料苏木精可以染细胞核，使其呈蓝紫色；酸性染料伊红可以染细胞质，使其呈红色。
9. 细胞内特异核酸的定性与定位的研究，通常采用原位杂交技术。
10. 差速离心是利用不同的离心速度产生不同的离心力将各种质量和密度不同的亚细胞组分和各种颗粒分开。
11. 密度梯度离心是将要分离的细胞组分小心地铺放在含有密度逐渐增加、高溶解性的惰性物质形成的密度梯度溶液，通过重力或离心力的作用使样品中不同组分以不同的沉降率沉降，形成不同的沉降带。
12.福尔根反应反应可以特异显示呈紫红色的DNA的分布。
13. 苏丹Ⅳ和苏丹Ⅲ可以使脂滴着色。
14. 仙台病毒和聚乙二醇可以介导动物细胞融合。
15. 福尔根反应的原理。
其原理是：酸水解可以去除RNA，仅保留DNA，并去除DNA上嘌呤脱氧核糖核苷键的嘌呤。
使脱氧核糖的醛基暴露。
所暴露的自由醛基与希夫试剂反应呈紫红色。
生物大分子与细胞的相互作用研究
生物大分子与细胞的相互作用研究生物大分子（biomolecules）是存在于生命体内的大分子，包括蛋白质、核酸、多糖和脂质等。
这些分子是构成细胞的基本单元，也是细胞内各种生命活动的基础。
细胞（cell）是生物体的基本单位，具有自我复制、代谢和适应环境的能力。
细胞内的各种生物大分子之间相互作用，构成了细胞内的复杂网络。
本文将从蛋白质、核酸、多糖和脂质四个方面，探讨生物大分子与细胞的相互作用研究。
一、蛋白质与细胞相互作用的研究蛋白质是细胞内最重要的生物大分子之一，具有结构、催化和信号传递等多种功能。
蛋白质与细胞内其他生物大分子的相互作用，对于细胞功能的实现起着重要作用。
研究发现，蛋白质与脂质之间的相互作用可以影响蛋白质的结构和功能。
脂质可以作为蛋白质的活化剂，促进蛋白质的结构改变和功能表达。
此外，蛋白质与核酸的相互作用也是细胞内重要的互动过程。
例如，一些转录因子（transcription factor）可以结合到DNA上，调控基因表达。
同时，蛋白质也可以通过反应性氮和氧物种（reactive nitrogen and oxygen species）来参与信号传递。
二、核酸与细胞相互作用的研究核酸是细胞内的基因物质，包括DNA和RNA两类。
它们与细胞内其他生物大分子的相互作用非常重要，尤其是与蛋白质的结合作用，可以调节基因表达和DNA修复。
研究显示，一些小分子化合物可以与DNA结合形成复合物，从而影响DNA的结构和功能。
此外，DNA与RNA的分子互补性可以形成双链分子，这种结构可以在染色质复制和转录过程中承担重要作用。
RNA与蛋白质的形成可以形成核糖核酸蛋白质（ribonucleoprotein），这种复合物参与到基因表达和调控过程中。
三、多糖与细胞相互作用的研究多糖是一种复杂的生物大分子，包括淀粉质、纤维素、明胶、凝胶等。
它们与细胞内其他生物大分子的相互作用，对于生命活动的维持至关重要。
研究表明，多糖可以通过和蛋白质的结合作用来调节蛋白质的结构和功能，同时也可以参与到细胞骨架的组成和细胞外基质的形成中。
细胞的分子基础及基本概念
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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
南开大学 分子生物物理-生物分子的相互作用
如蛋白质维持一级结构靠原子之间的共价结合（包 括二硫键），维持二级结构例如-螺旋、β-折叠则依靠 氢键等。氢键和共价键相比要弱得多，因此加热或其它 不很剧烈的方法就能使之断裂。但由于氢键数量较多， 它在维持整个分子的空间结构方面仍起很重要作用，只 有一定数量的氢键都受到破坏，才能使结构改变，分子 丧失其活性。因此研究研究结构以及结构与功能的关系 都必须以对相互作用力的了解作为基础。
强相互作用起定位作用，弱相互作用决定其排列
偶极子-偶极矩
各种电相互作用及E与r的关系
电荷-电荷 电荷-偶极子 偶极子-偶极子
1
1
r
r2
1 1 1
r3 r4 r6
电荷-诱导偶极子
偶极子-诱导偶极子
2 电荷—偶极相互作用
q r
q U 3 ( r ) r y
原子轨道电子云密度的几何图形
σ 键与π 键
s-s, s-p, p-p
p-p
成键能力
s，p，d 轨道电子的相对成键能力：
f s 1,
f p 3,
fd 5
成键能力大的轨道形成的共价键牢固，因此，p-p成键 >s-s成键。
2. 共轭体系
生物大分子中存在大量的共轭体系
嘌呤 嘧啶 芳香族氨基酸 磷酸根
短程力
短程力（ short-range force ）是原子或基团接近到 很短距离时明显出现的作用力。
1、当离子与分子接近时，相互间即逐渐产生静电 作用。 2、分子和分子间也可发生相互作用。这种相互作 用可以发生在偶极与偶极之间，偶极和诱导偶极 之间及诱导偶极之间，这些作用力统称为范德华 力。
细胞生物学课后答案
第二章细胞的统一性和多样性1、如何理解“细胞是生命活动的基本单位”这一概念？1）一切有机体都有细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位2）细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞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6）细胞是多层次非线性的复杂结构体系7）细胞是物质（结构）、能量与信息过程精巧结合的综合体8）细胞是高度有序的，具有自装配与自组织能力的体系2、为什么说支原体可能是最小最简单的细胞存在形式？1）支原体能在培养基上生长2）具有典型的细胞膜3）一个环状双螺旋DNA是遗传信息量的载体4）mRNA与核糖体结合为多聚核糖体，指导合成蛋白质5）以一分为二的方式分裂繁殖6）体积仅有细菌的十分之一，能寄生在细胞内繁殖3、怎样理解“病毒是非细胞邢台的生命体”？试比较病毒与细胞的区别并讨论其相互的关系。
病毒是由一个核酸分子（DNA或RNA）芯和蛋白质外壳构成的，是非细胞形态的生命体，是最小、最简单的有机体。
仅由一个有感染性的RNA构成的病毒，称为类病毒；仅由感染性的蛋白质构成的病毒称为朊病毒。
病毒具备了复制与遗传生命活动的最基本的特征，但不具备细胞的形态结构，是不完全的生命体；病毒的主要生命活动必须在细胞内才能表现，在宿主细胞内复制增殖；病毒自身没有独立的代谢与能量转化系统，必须利用宿主细胞结构、原料、能量与酶系统进行增殖，是彻底的寄生物。
因此病毒不是细胞，只是具有部分生命特征的感染物。
病毒与细胞的区别：（1）病毒很小，结构极其简单；（2）遗传载体的多样性（3）彻底的寄生性（4）病毒以复制和装配的方式增殖4、试从进化的角度比较原核细胞。
古核细胞及真核细胞的异同。
第四章细胞质膜3. 何谓内在膜蛋白? 内在膜蛋白以什么方式与膜脂相结合?内在膜蛋白是膜蛋白中与膜结合比较紧密的一种蛋白，只有用去垢剂是膜崩解后才可分离出来。
疏水作用，alpha-螺旋（个别beta-螺旋）；静电作用，某些氨基酸带正电荷与带负电磷脂极性头相互作用，带负电氨基酸则通过其他阳离子共价作用：半胱氨酸插入膜双分子层中4、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？膜的流动性：生物膜的基本特征之一，细胞进行生命活动的必要条件。
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大分子的组装的核心在于特异性
2.3生物大分子的自我组装
结构层次 一级－二级－三级－四级 螺旋结构：螺旋普遍存在，与功能相关， 如DNA。 膜的组装：功能：区室化，物质交换 结构：蛋白质＋脂质
生物大分子装配举例
烟草花叶病毒的装配
棒状结构，2130个蛋白质亚基 6395个核苷酸残基的RNA 生理条件下，34个亚基聚集成20S双盘结构， RNA嵌入双盘结构（距中心4nm,圈内侧） 后，盘状结构转化为 螺旋，称起始复合物， －－－蛋白亚基逐个加入，完成包装； RNA起始部位具发夹结构，位于RNA内部，
(3)偶极-偶极相互作用
两个原子的电负性不同，产生价 键电子的极化作用，成为持久的 偶极两个偶极间的作用。 偶极 — 偶极相互作用的大小，取 决于偶极的大小、它们之间的距 离和相互位置。这种相互作用在 水溶液中普遍存在。 它的作用强度比离子 — 偶极作用 小，但比偶极 — 诱导偶极作用大。 这种作用对药物 — 受体相互作用 的特异性和立体选择性非常重要
4),疏水作用
疏水作用是指极性基团间的静电 力和氢键使极性基团倾向于聚集 在一起，因而排斥疏水基团，使 疏水基团相互聚集所产生的能量 效应和熵效应。 蛋白质和酶的表面通常具有极性 链或区域，这是由构成它们的氨 基酸侧链上的烷基链或苯环在空 间上相互接近时形成的。 高分子的蛋白质可形成分子内疏 水链、疏水腔或疏水缝隙，可以 稳定生物大分子的高级结构。
2.2.2 相互作用的主要类型
DNA－蛋白质 RNA－蛋白质 蛋白质－蛋白质 其他 大分子－小分子
分子间相互作用的实现一般是通过分子的 扩散和分子间转移的相互作用而实现
2.3生物大分子的自我组装
共价结构：磷酸二酯键、肽键、糖苷键 大分子自我组装 线型结构－高级结构 功能类似分子的组装：结构域组合 同类分子的组装 ：肌动蛋白、微管、 血 红蛋白 异类分子组装：病毒、核糖体、
1),静电作用
静电作用是指荷电基团、偶极以及诱导 偶极之间的各种静电吸引力。 酶、核酸、生物膜、蛋白质等生物大分 子的表面都具有可电离的基团和偶极基 团存在，很容易与含有极性基团的底物 或抑制剂等生成离子键和其它静电作用
（1)离子键
生物大分子表面的带电基团可以与药物 或底物分子的带电基团形成离子键。这 种键可以解离。
1,共价键
蛋白质分子中的共价键有肽键和二硫键。 是生物大分子分子之间最强的作用力， 化学物质（药物、毒物等）可以与生物 大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键， 共价键除非被体内的特异性酶催化断裂 以外，很难恢复原形，是不可逆过程， 对酶来讲就是不可逆抑制作用。
2,非共价键
生物体系中分子识别的过程不仅涉及到 化学键的形成，而且具有选择性的识别。 共价键存在于一个分子或多个分子的原 子之间，决定分子的基本结构，是分子 识别的一种方式。 而非共价键（又称为次级键或分子间力） 决定生物大分子和分子复合物的高级结 构，在分子识别中起着关键的作用。
3). 范德华力
这是一种普遍存在的作用力，是一个原子的原 子核吸引另一个原子外围电子所产生的作用力。 它是一种比较弱的、非特异性的作用力。 这种作用力非常依赖原子间的距离，当相互靠 近到大约 0.4～ 0.6nm(4～ 6A)时，这种力就表 现出较大的集合性质。 范德华力包括引力和排斥力，其中作用势能与 1/R6成正比的三种作用力（静电力、诱导力和 色散力）通称为范德华引力。
2)，氢键
氢键的形成 氢键是由两个负电性原子对氢原 子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶 极—偶极键。它是质子给予体X-H和质子接受 体Y之间的一种特殊类型的相互作用。 氢键的大小和方向 氢键的键能比共价键弱， 比范德华力强，在生物体系中为8.4～ 320.4kj/mol(2-8kcal/mol)。键长为0.25～ 0.31nm，比共价键短。氢键的方向用键角表示， 是指X—H与H…Y之间的夹角，一般为180～ 250。
糖与蛋白质的作用：糖与蛋白共价结合，N， O连接，糖链的多样性反映了功能的多样性。 蛋白聚糖中糖残基被修饰，糖链更长，有 支持、连接、固定、信号传递、等多种功 能，参与众多生理过程。
脂与蛋白的作用：酯键连接，疏水作用
小结
生物大分子相互作用的力的种类 大分子组装的基本过程：一级结构组装， 高级结构，组装的特异性 常见的生物大分子及其功能，如细胞膜， 糖蛋白等 生物大分子 的优点：降低错误，经济，利 于调控
装配不是随意的，是有起始点，有顺序 又 终点的 起始点的辨认等其实是分子特异的相互作 用的过程。 这种分子作用方式普遍存在于生物的代谢、 信号转导途径中。
2.4生物大分子的相互作用
核酸与蛋白质的相互作用：如组蛋白与 DNA的作用，组蛋白由碱性氨基酸为主组 成，中和DNA的负电荷；调节蛋白识别特 异的DNA序列，如阻遏蛋白Cro（P24）
研究蛋白质与核酸结合的方法：特异部位的化学修饰 与保护，磷酸 化、甲基化、乙基化）
分子识别方式与结构功能相关； 一些与DNA特异结合的蛋白质在结构上呈 二重对称性，一般为二聚体，
蛋白质与蛋白质作用：疏水基团 亲水集团 的排列 多亚基体系的优点：减少功能上的错误率； 经济性，调节有效；P27
第二章 细胞内生物分子相互作 用
复习内容：细胞中的各种力 重点：生物大分子组装的特点及其优点
2.1 生物活性物质的本质 生物活性物质的化学属性 生物大分子 小分子 生命体的属性 物质能量交换、细胞稳定内 环境、环境适应能力
2.2 生物大分子间相互作用的 化学力
2.2.1 力的种类
(2)离子－偶极作用
药物分子和受体分子中O、S、N和C原子的电负性 均不相等，这些原子形成的键由于电负性差值可 以产生偶极现象。这种偶极部分与永久电荷可以 形成静电作用. 离子-偶极相互作用一般比离子键小得多，键能 与距离的平方差成反比，由于偶极矩是个向量， 电荷与偶极的取向会影响药物-受体的作用强度。 如普鲁卡因及其衍生物的局部麻醉作用与酯羰基 的偶极性质有关。