第二章 细胞的概念与分子基础
细胞生物学思考题(2)
思考题第二章细胞的概念与分子基础1. 名词解释：细胞(cell）、细胞内膜、生物膜（biomembrane）、单位膜(unit membrane)2. 试述原核细胞的结构特点。
3. 试述真核细胞的结构特点。
4．原核细胞与真核细胞有何区别？细胞（cell）一切生命有机体的形态结构和生命活动的基本单位。
细胞膜（cell membrane）主要由膜脂和膜蛋白组成的，包围在细胞表面的一层极薄的膜，又称细胞质膜。
生物膜（biomembrane）细胞内膜和质膜的总称。
具有界膜的功能，还参与全部的生命活动。
单位膜（unit membrane）电镜下生物膜呈现的2层电子密度大的深色带夹1层电子密度小的浅色带原核细胞有何结构特点？原核细胞没有典型的核结构，有拟核、核物质和少数简单的细胞器（核糖体、中间体），没有内膜结构和核膜，除支原体外都有细胞壁，有些还有荚膜、纤毛、鞭毛、质粒等。
真核细胞有何结构特点？光学显微镜下，真核细胞可区分为细胞膜、细胞质和细胞核，在细胞核中可看到核仁结构。
电镜下，在细胞质中可看到由单位膜组成的膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、线粒体、溶酶体、过氧化物酶体，以及微丝、微管、中间纤维等骨架系统。
在细胞核中可看到一些微细结构，如染色体、核骨架。
试述原核细胞与真核细胞的主要区别。
①大小：原核细胞1~10μm，真核细胞10~100μm②细胞壁：原核细胞中主要成分为肽聚糖或磷壁酸，真核细胞中主要成分为纤维素③细胞质：原核细胞只有核糖体这一种细胞器，无胞质环流；真核细胞有各种细胞器，有胞质环流④核糖体：原核细胞70S，真核细胞80S⑤细胞骨架和内膜系统：原核细胞没有，真核细胞有⑥细胞核：原核细胞为没有核膜核仁的拟核，真核细胞有完整细胞核⑦染色体：原核细胞为一组，由非组蛋白和单个双链环状DNA 组成；真核细胞为多组，由组蛋白、非组蛋白、多个DNA分子注册⑧细胞分裂：原核细胞为无丝分裂，真核细胞为有丝分裂、减数分裂。
医学细胞生物学最新版1绪论
（一）细胞的发现
Introduction
首 页
第一章 绪论
（二）细胞学说（cell theory）的创立
德国植物学家M. J. Schleiden 和动物学家T. Schwann提出了细胞学说： “一切生物，从单细胞生物到高等动物和植物均由细胞组成，细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位”。 德国科学家R. Virchow对细胞学说进行了重要补充，明确提出论点： “一切细胞只能来自原来的细胞”。
Introduction
退 出
首 页
（二）分子生物学的研究进展促进了细胞生物学的形成与发展
五、细胞生物学的发展趋势
纵观细胞生物学的发展历史，可以得出结论：理论的提出和研究技术的进步是推动细胞生物学发展的原动力。 我们相信，21世纪初期完成的包括人类在内的生物体基因组序列分析的完成及其相关研究技术的建立，将推动细胞生物学在以下三个方面快速发展：
第一章 绪论
随着2003年人类基因组计划（ human genome project，HGP）的完成，逐渐发展起来的基因组学和蛋白质组学，以及新近于真核细胞内发现的控制基因信息流通的非编码RNA（noncoding RNA）和不依赖DNA序列的表观遗传（epigenetics)等新兴领域生命信息和新技术体系的引入，预示着细胞生物学又将进入一个新的快速发展时期。
文字排版 于敏（中国医科大学）
第一章 绪论 Introduction
学习目的和要求
退 出
掌握细胞生物学的概念 熟悉细胞生物学的研究领域与研究内容 了解细胞生物学的发展史与发展趋势 理解细胞生物学与医学的关系
第一章 绪论
Introduction
第一节
高中生物知识点总结选修1
高中生物知识点总结选修1一、细胞的分子基础1. 细胞的概念与结构- 细胞是生命的基本单位，具有自主代谢和遗传信息传递的能力。
- 细胞的主要结构包括细胞膜、细胞质和细胞核。
2. 生物大分子- 蛋白质：由氨基酸组成，是生命活动的主要承担者。
- 核酸：包括DNA和RNA，是遗传信息的载体。
- 糖类：由单糖组成，主要提供能量。
- 脂类：包括甘油和脂肪酸，构成细胞膜的主要成分。
3. 酶的作用- 酶是生物体内的生物催化剂，能够加速化学反应的速率。
- 酶的特性：高效性、专一性、作用条件温和。
4. 细胞呼吸- 有氧呼吸：在氧气存在的条件下，有机物彻底氧化分解，释放大量能量。
- 无氧呼吸：在缺氧条件下，有机物不完全氧化，释放较少能量。
5. 光合作用- 光依赖反应：在光照下，水分子分解，产生氧气和ATP。
- 光合磷酸化：ATP的生成过程。
- 光合暗反应：固定二氧化碳，合成有机物。
二、遗传与进化1. 遗传的分子基础- DNA的复制：半保留复制原理。
- RNA的转录：DNA信息转录成mRNA。
- 蛋白质的翻译：mRNA指导蛋白质的合成。
2. 基因的结构与功能- 基因是遗传信息的基本单位，控制生物体的性状。
- 基因的结构包括启动子、编码区和终止子。
3. 基因突变- 突变的类型：基因突变、染色体变异。
- 突变的影响：有益、中性、有害。
4. 生物的进化- 进化的证据：化石记录、比较解剖学、分子生物学。
- 进化的机制：自然选择、遗传漂变、基因流、突变。
5. 分子系统发育- 通过比较DNA序列的差异，推断物种间的亲缘关系。
- 分子钟假说：物种分化的时间可以通过DNA序列的变异速率来估计。
三、生态环境与生物多样性1. 生态系统的组成- 生产者：通过光合作用制造有机物的生物。
- 消费者：直接或间接依赖生产者制造的有机物的生物。
- 分解者：分解有机物，释放营养物质的生物。
2. 生态系统的功能- 物质循环：生态系统中物质的循环利用。
- 能量流动：生态系统中能量的传递和转化。
《医学细胞生物学》名词解释
《医学细胞生物学》名词解释第一章绪论细胞生物学（cell biology）：是从细胞的显微、亚显微和分子三个层次上研究细胞的结构、功能和各种生命活动规律的一门学科。
第二章细胞的概念和分子基础原生质（protoplasm）：细胞内的物质总称，其构成基础主要包括无机分子、有机分子和有机大分子。
第三章医学细胞生物学的研究方法分辨率（resolution,R）：是指在人眼明视距离处，能清楚地分辨被检物体细微结构的最小间隔。
差速离心法（differential centrifugation）：通过一系列递增速度的离心，即由低速到高速逐渐沉降分离，将不同大小颗粒分离的方法。
细胞培养（cell culture）：是指将从活体中分离的细胞或其他建系细胞，在模拟体内的生理环境的条件下（无菌、适当的培养基和温度）培养，使其能继续生存、生长甚至增殖的一种方法。
原代培养（primary culture）：是直接从生物体获取细胞进行培养。
传代培养（secondary culture）：是指适应了体外生长的原代细胞按1:2以上比例进行的连续扩大培养。
细胞系（cell line）：是在传代过程中由原代细胞培养经过初步纯化，获得的一种细胞为主的，能在体外长期生存的不均一的细胞群体。
第四章细胞膜细胞膜（cell membrane）：是包围在细胞质表面的一层薄膜，由脂双层（lipid bilayer）构成基本结构，也称质膜（plasma membrane）。
细胞内膜（intracellular membrane）：真核细胞中，除了包围细胞的细胞膜（质膜）以外，细胞内还具有非常丰富的与细胞膜相类似的膜性结构，如线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及细胞核等细胞器的膜。
生物膜（biomembrane）：细胞内膜与细胞膜的统称，也称单位膜（biomembrane）。
胆固醇（cholesterol）：是细胞膜中另一类重要的脂类物质。
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）
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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
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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
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26
h
27
Miller’s simulated experiment
h
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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
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古细菌
• 可在极端环境下生存，如盐杆菌，硫化叶 菌，热原质体
医学细胞生物学掌握内容(1)
第一章绪论细胞生物学的概念。
第二章细胞的概念与分子基础真核细胞的基本结构；原核细胞和真核细胞的异同；核酸、蛋白质的分子结构特点；变构和变性；膜相结构和非膜相结构。
第三章细胞生物学的研究方法分辨率的概念及影响因素；显微结构、超微结构的概念；细胞培养、原代培养、传代培养、细胞系、细胞株、细胞融合的概念；细胞形态结构观察技术和应用；细胞培养的基本条件；细胞培养的医学意义和应用。
第四章细胞膜与物质的穿膜运输细胞膜的化学组成和生物学特性；流动镶嵌模型；小分子物质和离子的穿膜运输方式及特点；受体介导的胞吞作用。
第五章细胞的内膜系统与囊泡转运内膜系统的概念、组成；内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体的标记酶、分类、结构特征与生理功能；囊泡运输的概念；蛋白质胞内运输三条途径；网格蛋白、COPⅠ、COPⅡ三种囊泡的运输方向。
第六章线粒体与细胞的能量转换线粒体的亚微结构、标记酶；以葡萄糖为例的细胞氧化基本过程、发生部位。
第七章细胞骨架与细胞的运动细胞骨架的概念；微管、微丝、中间纤维的分子组成、结构、装配及其功能；影响微管、微丝组装的特异性药物；中间纤维的结构特点。
第八章细胞核核膜的结构和功能；染色质与染色体的概念、化学组成；核小体的结构、多级螺旋模型、骨架-放射环结构模型；染色体的功能元件、着丝粒-动粒复合体；核仁的亚微结构和功能。
第九章细胞内遗传信息的传递及调控核糖体亚微结构、主要功能位点；蛋白质合成的一般过程。
第十章细胞连接与细胞粘附细胞连接的功能分类、结构分类、主要特征、主要分布、生物学功能；细胞黏附分子类型和功能。
第十一章细胞微环境及其与细胞的相互作用细胞外基质的概念、主要组成成分、结构及其生物学功能。
第十二章细胞间信息传递信号转导的概念、特点；细胞间信息传递的方式和途径；第一、第二信使的概念及其分类；受体、配体的概念；受体的类型、结构和作用特点；G 蛋白的类型、结构特征和作用机制。
第十三章细胞分裂与细胞周期细胞周期、细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶的概念；细胞周期分期及各期的主要特征；细胞周期蛋白及细胞周期蛋白依赖性激酶对细胞周期的调控；细胞周期检测点。
《高中生物选修一知识点总结》
《高中生物选修一知识点总结》一、细胞的分子基础1. 细胞的基本概念：细胞是生命的基本单位，具有自主代谢和遗传信息传递的能力。
2. 细胞的结构与功能：- 细胞膜：主要由磷脂双层构成，具有选择性通透性，控制物质进出。
- 细胞核：包含DNA，是遗传信息的中心。
- 核糖体：负责蛋白质的合成。
- 内质网：参与蛋白质和脂质的合成。
- 高尔基体：对蛋白质进行加工、修饰和运输。
- 线粒体：细胞的能量工厂，负责ATP的生成。
- 叶绿体：在植物细胞中进行光合作用。
3. 生物大分子：- 蛋白质：由氨基酸组成，具有多种功能，如催化生化反应、传递信号等。
- 核酸：包括DNA和RNA，是遗传信息的载体。
- 糖类：主要提供能量，也参与细胞结构的形成。
- 脂类：构成细胞膜的主要成分，也是能量的储存形式。
二、生物的遗传与进化1. 遗传的分子基础：- DNA的结构与复制：DNA双螺旋结构，通过碱基配对进行复制。
- RNA的转录：DNA信息转录成mRNA。
- 蛋白质的翻译：mRNA指导蛋白质的合成。
- 基因突变：DNA序列的改变，可能导致遗传病或物种的进化。
2. 遗传的规律：- 孟德尔遗传定律：分离定律和组合定律。
- 连锁与重组：基因位于同一染色体上，可发生交换重组。
3. 进化论：- 物种的起源与演化：物种通过自然选择和遗传变异逐渐演化。
- 进化树：描述物种间的亲缘关系。
- 人类起源：从古猿到智人的进化过程。
三、生态环境与人体健康1. 生态系统：- 生态系统的结构：包括生产者、消费者和分解者。
- 物质循环与能量流动：生态系统中的物质和能量的转换与流动。
- 生物多样性：生物种类的多样性对生态系统的重要性。
2. 人体健康与疾病：- 营养与健康：营养素的分类与功能，合理膳食的重要性。
- 传染病：病原体的类型，传播途径，预防措施。
- 非传染性疾病：如心血管疾病、糖尿病等，与生活方式的关系。
3. 环境保护：- 环境污染：水污染、空气污染、土壤污染等。
细胞的概念和分子基础
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。
第二章 细胞的概念与分子基础
人 胰 岛 素 分 子 特 定 的 一 级 结 构
二级结构：
多肽链借助氨基酸残基间氢键的相互吸引，按 一定方式折叠、盘曲形成螺旋状或片层状结构。 如a-螺旋和 -折叠。
蛋白质的二级结构: 螺旋 折叠
三级结构
二级结构进一步折叠和盘旋，形成具有一
定功能结构域的结构； 主要维系键有氢键、离子 键和疏水键。
验
问题：对于病毒，“细胞是生命活动的基本单位” 这个概念还成不成立？
病毒－－非细胞形态的生命体 因此，“细胞是生命活动的基本单位”同样适用于病
所有的病毒必须在其宿主细胞内才能表现的生命特征；
毒。
二
细胞分类
20世纪60年代，H.Ris提出：
原核细胞（prokaryotic cell）
蛋白质的组成单位：氨基酸 H | — C | R
H 2N
— COOH
细胞内有20种氨基酸，主要是R侧链不同。
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
戊糖有两种：
核糖 脱氧核糖
OH H
ATP（三磷酸腺苷酸）
细胞是遗传的基本单位。
没有细胞就没有完整的生命。
Dolly的标本和伊恩博士
Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英国爱丁堡大学 的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺结核而被安乐死，它的 标本于2003年4月9日陈列于苏格兰首都爱丁堡国家博物馆。
克隆羊“多莉”（Dolly）实
头发是蛋白质 皮肤是蛋白质 肌肉是蛋白质 指甲是蛋白质…...
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
※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
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
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。
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常见单核苷酸
• • • • • • • • AMP（腺苷酸） GMP（尿苷酸） CMP（胞甘酸） UMP（尿苷酸） dAMP（脱氧腺苷酸） dGMP（脱氧尿苷酸） dCMP（脱氧胞甘酸） dTMP（脱氧胸苷酸）
1.DNA
1）结构 一级结构：DNA分子中四种脱氧核糖核苷酸的排列 顺序 二级结构：DNA 双股螺旋结构模型 • 两条平行方向相反的多核苷酸链组成DNA分子骨 架， 一条5’ 3’ ；另一条3’ 5’ • 碱基位于双螺旋的内侧，碱基互补配对 A T; C G • 螺旋直径2nm,螺距3.4nm，一个螺距含10对碱基 对，即每个碱基平面相距0.34nm • 右手螺旋结构上存在两条凹沟为大沟和小沟
- 核糖体核糖核酸 ribosomal RNA，rRNA - 转运核糖核酸 transfer RNA，tRNA - 小核核糖核酸 small nuclear RNA，snRNA - 微小核糖核酸 microRNA，miRNA
核苷酸由碱基、戊糖、磷酸 通过共价键 连接而成
• 两类碱基 嘌呤碱：腺嘌呤 adenine（A） 鸟嘌呤 guanine（G）
原核细胞
古核细胞
真核细胞
原核生物
蓝细菌
古核生物
甲烷球菌
真核生物
动物
古细菌
植物
真细菌
生命进化谱系
Woese 提出的三大界假说
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）
原核生物（prokaryote） 真核生物（eukaryote） 古核生物（archaeon）
Archaebacteria（古细菌）
一、从分子到细胞的进化
• 简单有机小分子的形成
＊H2+CH4+NH3→电离火花→氨基酸 Miller的实验证明了无机分子可自发形成有机分子
• 生物大分子的形成
＊氨基酸混合加热→多肽 ＊特征：自我复制→核酸 ＊RNA被公认为最初的遗传物质
嘧啶碱：胞嘧啶 cytosine（C） 尿嘧啶 uracil（U） 胸腺嘧啶 thymin-D-2脱氧核糖——DNA中
• β-D核糖——RNA中
核苷酸组成
• 碱基+戊糖=核苷 • 核苷+磷酸=核苷酸
· C1’位与碱基形成糖苷键形成核苷 · C3’与C5’之间形成磷酸二酯键连接单核苷酸
• 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
Miller’s simulated experiment
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 ＊球状、杆状和螺旋形，直径1 ～10μm DNA含量6×10 5～6base pair 编码5000种不同蛋白质 ＊细胞壁由多糖和肽组成，细胞膜由磷脂双 层和蛋白质组成 ＊最大的原核生物：蓝细菌→光合作用
细胞质溶胶
• 细胞内除细胞器和细胞骨架结构以外的均质 半透明液体，呈溶胶状，主要成分是蛋白质 • 含多糖、脂蛋白、RNA等大分子 • 含水和无机离子 • 代谢反应，物质运输、能量传递、信息传递
植物细胞、动物细胞和细菌
四、病毒（virus）
• • • • • • • 非细胞形态生命体 最小、结构最简单的生命存在形式 是核酸-蛋白质复合体 DNA病毒和RNA病毒 类病毒（viroid）——仅由RNA组成 朊病毒（prion）——仅由蛋白质组成 动物病毒、植物病毒和细菌病毒（噬菌体）
磷脂分子
脂类的功能
• 贮存能量 长期能量储存的基础 • 构成细胞膜组分 质膜骨架 • 转导信号 脂类中的类固醇如胆固醇是合成类固醇 激素（雌激素和雄激素）的前体，类固醇 激素可充当信使分子，传递信号
三、生物大分子
（一）核酸（nucleic acid） • 核酸由多个单核苷酸聚合而成 • 两类核酸 脱氧核糖核酸deoxyribonucleic acid，DNA； 核糖核酸ribonucleic acid，RNA • 五种RNA - 信使核糖核酸 messenger RNA，mRNA
第三节 细胞的分子基础
• 原生质（protoplasm） 组成细胞的的物质称之。 • 水和无机盐 C、H、O和N为主要化学元素 S、P、Cl、K、Na、Mg、Fe 微量元素：Cu、Zn、Mn等 • 有机小分子 单糖、脂肪酸、氨基酸和核苷酸 • 生物大分子 核酸和蛋白质
一、无机化合物
• 水（70％）和无机盐：Na+、K+、Mg2+、 Ca2+、HPO42-、Cl-、HCO3-等 • 功能：维持细胞内外渗透压和PH值、维持 神经和肌肉的应激性、维持酶的活性、与 蛋白质或脂类结合，参与细胞代谢
古细菌
• 可在极端环境下生存，如盐杆菌，硫化叶 菌，热原质体 • 具有原核细胞特征：无核膜及内膜系统 • 也有真核细胞的特征：以甲硫氨酸起始合 成蛋白质、核糖体对氯霉素不敏感、RNA 聚合酶与真核细胞相似 • 特殊的特征：细胞膜中的脂类不能皂化， 细胞壁不含肽聚糖、胞壁酸、D型氨基酸及 二氨基庚二酸。
• 由微管、微丝和中间纤维组成 • 维持细胞的形态结构，参与细胞运动，细 胞内物质运输，细胞分裂和信息传递
遗传信息表达系统
• DNA-蛋白质组成细胞内的染色质 • RNA-蛋白质颗粒构成核仁成分 • DNA与蛋白质的结合与包装程度决定了 DNA复制和遗传信息的表达
核糖体
• • • • 非膜性结构 RNA和蛋白质组成 60%RNA，40%蛋白质 直径15~25nm 蛋白质合成的机器
三、真核细胞
（一）真核细胞的形态与大小 • 形态 多样，球形、椭圆形、立方形、扁平形、 梭形和三角形等 • 大小 10~20 µm，人卵细胞100 µm
（二）基本结构
• 显微结构 memebrane，cytoplasm，nucleus， nucleolus • 亚显微结构 细胞器：内质网，高尔基复合体，线粒体， 溶酶体，细胞骨架等
沃森
克里克
DNA结构
DNA的高级结构：DNA与蛋白质结合，盘曲 折叠形成染色体（chromsome） 2）功能 • 贮存遗传信息 遗传信息就是以碱基排列顺序的方式蕴 藏于DNA分子中 • 复制和传递遗传信息 表达遗传信息，从而调控细胞生长、发育、 代谢、分化、分裂等生命活动
人类基因组
• 碱基数 2.91×106~3.2 × 106kb（3 × 109kb） • A+T占54%，G+C占38% • 外显子1.1~1.4%，内含子24%，间隔序列 75% • 基因总数2万~3万个（基因平均长度 2~30kb） • DNA的重复序列大于50% • 个人间差异核苷酸为0.1%
①mRNA • 占RNA总量的1％～5％ • 作为模板指导蛋白质合成 每三个核苷酸组成1个密码子，决定1个aa • 真核生物mRNA5’端有帽子结构，3’端有多聚腺苷 酸尾巴 • 原核生物mRNA为多顺反子（polycistron）,真核生 物mRNA是单顺反子（monocistron） 一分子RNA可携带几种蛋白质的遗传信息 • 5’端和3’端各有30到数百个核苷酸组成的非翻译区
②tRNA
• • • • 占细胞RNA总量的5％～10％ 分子量最小，含70～90个核苷酸 含稀有碱基 二级结构呈三叶草形，氨基酸结合部位是3’ 末端CCA-OH位上 • 反密码环上三个碱基构成反密码子 （anticodon）,反密码子可识别mRNA上相 应的密码子，并结合（配对） • tRNA的功能是转运氨基酸到核糖体合成蛋 白质
tRNA
③rRNA
• 占RNA总量的80％～90％，分子量最大 • 与蛋白质（40%）结合构成核糖体 • 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场所
第二章 细胞的概念与分子基础
主要内容 一、细胞的基本概念 二、细胞的起源与进化 三、细胞的分子基础
第一节 细胞的基本概念
一、细胞是生命活动的基本单位 • 有机体结构组成的基本单位 • 具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能 的基本单位 • 生长与发育的基础 • 遗传的基本单位 • 1990年，Woese提出生物界分3个域，细菌 域，古菌域和真核域 • 原核细胞，古核细胞和真核细胞
2.脂类（lipid）
• 脂肪酸（fatty acid） 无分支的偶数碳原子的饱和或不饱和脂 肪族羧酸，碳原子间含双键的为不饱和脂 肪酸，缺少双键的为硬脂酸，通常含14～ 20个碳原子 • 脂肪（fat） 甘油分子通过酯键与3个脂肪酸分子结 合而成，也称甘油三酯 高效能量储存形式（碳水化合物的2倍）
遗传信息表达
• 复制（replication） 半保留复制 DNA DNA • 转录（transcription） DNA RNA • 翻译（translation） RNA 蛋白质
2.RNA
1）结构 • 以单链形式存在 • 嘧啶碱是U，而非T • 戊糖是β-D核糖，而非β-D-2脱氧核糖
2）各种RNA及其功能
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
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 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
真核细胞