2 细胞概念与分子基础
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脱氧核糖和磷酸基团位于长链外侧，碱基 位于长链内侧
碱基互补配对原则 螺旋结构在空间分布上具有不均一性，形 成大沟和小沟
RNA 的结构
单一长链结构； 假双链结构(茎环结构) tRNA的三叶草结构 mRNA、tRNA和 rRNA
细胞的有机小分子
protein
蛋白质
• 蛋白质的结构 • 蛋白质的功能
原始生命体
如何演变原始细胞?
这些过程何时何地在何种条件下陆续完成?
这些都是有待探索的问题
(一) 无机小分子
有机小分子?
(1)从球外空间探索这些分子存在的证据；
(2)从球外来源的陨石中分析这类物质是否存 在；
(3)实验室中创造类似于生命发生期的地球条 件，开展人工模拟的实验。
monosaccharide
5
HOCH2 O
H
单糖
4 H H 3
H 1 OH
2
OH OH
• 种类： – 核糖和脱氧核糖 – 葡萄糖、半乳糖、 岩藻糖、甘露糖
• 功能： – 构成生物大分子 – 能源物质
核糖
5 HOCH2 O
H
4 H H 1
H 3 OH
OH 2 H
脱氧核糖
细胞的有机小分子
Fatty acid
• 对象: 侧链间相互连接 • 方式: 氢键、离子键、疏水键等非共价键 • 结果: 形成功能亚基(亚单位)
蛋白质的结构
higher structure
四级结构
• 对象: 亚单位间相互作用 • 方式: 氢键等非共价键 • 结果: 形成独特的空间结构 注: 某些蛋白质三级结构就有生物活性
但某些蛋白质需要四级结构才能表现生物活性
一级结构
• 氨基酸的种类、数目和排列顺序
蛋白质的结构
Secondary structure
二级结构
• 对象: 主链内氨基酸残基相互连接 • 方式: 氢键 • 结果: 形成螺旋、片层
蛋白质二级结构－螺旋
蛋白质二级结构－螺旋
蛋白质二级结构－片层
蛋白质的结构
higher structure
三级结构
N
3
4
H3C 5
N
3
61 2 O
N
61 2 O
N
4 5
N
3
61 2 O
N
尿嘧啶
胸腺嘧啶
胞嘧啶
4 5
N
3
6 1 2 碱基
N
OH
磷酸酯键
H
5 O＝P—OH OHH2C
H O
糖苷键
OH
4 H2O H
H
H 1 OH
H2O
3 2
OH OH
核糖
碱基
无机磷酸
核苷
核苷酸
细胞的有机小分子
Amino acid
氨Hale Waihona Puke 酸• 功能： – 构建核酸分子－核酸基本结构单元 – 作为第二信号物质 – 作为生物催化剂
含氮生物碱：碱基(base)
N
1
6 5
2 34
N
O
H
N
7 CH
8
N
1
6 5
9
2 34
N
NH2 N
H N
7
8CH
9
N
嘌呤
鸟嘌呤
NH2
N
1
6 5
2 34
N
H N
7
8CH
9
N
腺嘌呤
O
O
NH2
4 5
N
3
61 2
N
嘧啶
4 5
细胞的有机小分子
protein
蛋白质
• 蛋白质的结构 • 蛋白质的功能
H2O
HO
H2O
HO
HO
N－端
C－端
H2N－C－C －OH H2N－C－C －OH H2N－C－C －OH
R
肽键 R
肽键 R
二肽
氨基酸残基
主链与侧链
三肽
极性分子
从氨基酸到多肽链
蛋白质的结构
Primary structure
又称为有机大分子： 1、核酸：DNA、RNA 2、蛋白质 3、多糖
细胞的化学与分子组成
Component of the cell
• 无机化合物
• 有机小分子——•— 种类：
• 有机大分子
– 单糖 – 脂肪酸
– 氨基酸
– 核苷酸
• 功能：
– 构建生物有机大分子
物质
– 代谢中间产物
– 执行特定功能
细胞的有机小分子
蛋
G
白
蛋质
白高
亚 基
级 结 构
－
蛋白质高级结构－－钙调蛋白
细胞的有机大分子
protein
蛋白质
• 蛋白质的结构 • 蛋白质的功能
内容提要
• 细胞的分子基础 • 细胞的起源与进化 • 细胞的分类（基本概念）
一、化学起源学说
无机小分子
有机小分子?
有机小分子
生物大分子?
生物大分子
如何组成原始生命体?
福建医科大学细胞生物学与遗传学系
内容提要
• 细胞的分子基础 • 细胞的起源与进化 • 细胞的分类（基本概念）
内容提要
• 细胞的分子基础 • 细胞的起源与进化 • 细胞的分类（基本概念）
细胞的分子基础
Component of the cell
一、生物小分子： • 无机化合物: 水 ,无机盐 • 有机小分子：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸 二、生物大分子——由有机小分子构成
• 有机小分子
• 有机大分子
指蛋白质、核酸、多糖等分
子结构复杂，分子量巨大，分子
中蕴藏生命活动的信息，在生命
机体中执行多种重要的生物学功
能。
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 种类： - 核糖核酸(RNA) - mRNA - rRNA - tRNA - snRNA,snoRNA,miRNA - 脱氧核糖核酸(DNA)
O
H
极性分子
3,5-磷酸二酯键
O＝P—O OH
5
H2C
O
4 H H
H 3 2 OH H
H
1 H
3
从单核苷酸到多核苷酸链
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 核酸的结构 • 核酸的种类 • 核酸的功能
DNA双螺旋结构模型 Watson & Crick(1953)
两条反向平行脱氧核糖核苷酸长链形成右 手双螺旋；
HO
•
组成： – 两性化合物：两性电解质
H2N－C－C －OH
• 种类： – 非极性氨基酸
R
– 不带电荷的极性氨基酸
– 带正电荷的极性氨基酸
– 带负电荷的极性氨基酸
• 功能：
– 构建蛋白质分子：蛋白质结构单元
细胞的化学与分子组成
Component of the cell
生物大分子
（biomacromolecule）
• 功能： - 遗传信息的贮存、传递和表达 - 催化功能
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 核酸的结构 • 核酸的种类 • 核酸的功能
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 核酸的结构 • 核酸的种类 • 核酸的功能
OH
5
5
O＝P—O H2C
H O
OH
4 H
H 1
H
H
3 2
脂肪酸
• 特性： – 直链肪烃有机酸 – 双亲性分子 – 与其他分子共价结合
• 功能： – 构成生物膜 – 能源物质
细胞的有机小分子
nucleotide
核苷酸
• 组成： – 核糖/脱氧核糖、含氮生物碱(嘌呤/ 嘧啶)、无机磷酸 – 核糖/脱氧核糖＋碱基→核苷＋磷酸 →核苷酸
• 种类： – 嘌呤核苷酸 – 嘧啶核苷酸
碱基互补配对原则 螺旋结构在空间分布上具有不均一性，形 成大沟和小沟
RNA 的结构
单一长链结构； 假双链结构(茎环结构) tRNA的三叶草结构 mRNA、tRNA和 rRNA
细胞的有机小分子
protein
蛋白质
• 蛋白质的结构 • 蛋白质的功能
原始生命体
如何演变原始细胞?
这些过程何时何地在何种条件下陆续完成?
这些都是有待探索的问题
(一) 无机小分子
有机小分子?
(1)从球外空间探索这些分子存在的证据；
(2)从球外来源的陨石中分析这类物质是否存 在；
(3)实验室中创造类似于生命发生期的地球条 件，开展人工模拟的实验。
monosaccharide
5
HOCH2 O
H
单糖
4 H H 3
H 1 OH
2
OH OH
• 种类： – 核糖和脱氧核糖 – 葡萄糖、半乳糖、 岩藻糖、甘露糖
• 功能： – 构成生物大分子 – 能源物质
核糖
5 HOCH2 O
H
4 H H 1
H 3 OH
OH 2 H
脱氧核糖
细胞的有机小分子
Fatty acid
• 对象: 侧链间相互连接 • 方式: 氢键、离子键、疏水键等非共价键 • 结果: 形成功能亚基(亚单位)
蛋白质的结构
higher structure
四级结构
• 对象: 亚单位间相互作用 • 方式: 氢键等非共价键 • 结果: 形成独特的空间结构 注: 某些蛋白质三级结构就有生物活性
但某些蛋白质需要四级结构才能表现生物活性
一级结构
• 氨基酸的种类、数目和排列顺序
蛋白质的结构
Secondary structure
二级结构
• 对象: 主链内氨基酸残基相互连接 • 方式: 氢键 • 结果: 形成螺旋、片层
蛋白质二级结构－螺旋
蛋白质二级结构－螺旋
蛋白质二级结构－片层
蛋白质的结构
higher structure
三级结构
N
3
4
H3C 5
N
3
61 2 O
N
61 2 O
N
4 5
N
3
61 2 O
N
尿嘧啶
胸腺嘧啶
胞嘧啶
4 5
N
3
6 1 2 碱基
N
OH
磷酸酯键
H
5 O＝P—OH OHH2C
H O
糖苷键
OH
4 H2O H
H
H 1 OH
H2O
3 2
OH OH
核糖
碱基
无机磷酸
核苷
核苷酸
细胞的有机小分子
Amino acid
氨Hale Waihona Puke 酸• 功能： – 构建核酸分子－核酸基本结构单元 – 作为第二信号物质 – 作为生物催化剂
含氮生物碱：碱基(base)
N
1
6 5
2 34
N
O
H
N
7 CH
8
N
1
6 5
9
2 34
N
NH2 N
H N
7
8CH
9
N
嘌呤
鸟嘌呤
NH2
N
1
6 5
2 34
N
H N
7
8CH
9
N
腺嘌呤
O
O
NH2
4 5
N
3
61 2
N
嘧啶
4 5
细胞的有机小分子
protein
蛋白质
• 蛋白质的结构 • 蛋白质的功能
H2O
HO
H2O
HO
HO
N－端
C－端
H2N－C－C －OH H2N－C－C －OH H2N－C－C －OH
R
肽键 R
肽键 R
二肽
氨基酸残基
主链与侧链
三肽
极性分子
从氨基酸到多肽链
蛋白质的结构
Primary structure
又称为有机大分子： 1、核酸：DNA、RNA 2、蛋白质 3、多糖
细胞的化学与分子组成
Component of the cell
• 无机化合物
• 有机小分子——•— 种类：
• 有机大分子
– 单糖 – 脂肪酸
– 氨基酸
– 核苷酸
• 功能：
– 构建生物有机大分子
物质
– 代谢中间产物
– 执行特定功能
细胞的有机小分子
蛋
G
白
蛋质
白高
亚 基
级 结 构
－
蛋白质高级结构－－钙调蛋白
细胞的有机大分子
protein
蛋白质
• 蛋白质的结构 • 蛋白质的功能
内容提要
• 细胞的分子基础 • 细胞的起源与进化 • 细胞的分类（基本概念）
一、化学起源学说
无机小分子
有机小分子?
有机小分子
生物大分子?
生物大分子
如何组成原始生命体?
福建医科大学细胞生物学与遗传学系
内容提要
• 细胞的分子基础 • 细胞的起源与进化 • 细胞的分类（基本概念）
内容提要
• 细胞的分子基础 • 细胞的起源与进化 • 细胞的分类（基本概念）
细胞的分子基础
Component of the cell
一、生物小分子： • 无机化合物: 水 ,无机盐 • 有机小分子：单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸 二、生物大分子——由有机小分子构成
• 有机小分子
• 有机大分子
指蛋白质、核酸、多糖等分
子结构复杂，分子量巨大，分子
中蕴藏生命活动的信息，在生命
机体中执行多种重要的生物学功
能。
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 种类： - 核糖核酸(RNA) - mRNA - rRNA - tRNA - snRNA,snoRNA,miRNA - 脱氧核糖核酸(DNA)
O
H
极性分子
3,5-磷酸二酯键
O＝P—O OH
5
H2C
O
4 H H
H 3 2 OH H
H
1 H
3
从单核苷酸到多核苷酸链
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 核酸的结构 • 核酸的种类 • 核酸的功能
DNA双螺旋结构模型 Watson & Crick(1953)
两条反向平行脱氧核糖核苷酸长链形成右 手双螺旋；
HO
•
组成： – 两性化合物：两性电解质
H2N－C－C －OH
• 种类： – 非极性氨基酸
R
– 不带电荷的极性氨基酸
– 带正电荷的极性氨基酸
– 带负电荷的极性氨基酸
• 功能：
– 构建蛋白质分子：蛋白质结构单元
细胞的化学与分子组成
Component of the cell
生物大分子
（biomacromolecule）
• 功能： - 遗传信息的贮存、传递和表达 - 催化功能
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 核酸的结构 • 核酸的种类 • 核酸的功能
细胞的有机小分子
Nucleic acid
核酸
• 核酸的结构 • 核酸的种类 • 核酸的功能
OH
5
5
O＝P—O H2C
H O
OH
4 H
H 1
H
H
3 2
脂肪酸
• 特性： – 直链肪烃有机酸 – 双亲性分子 – 与其他分子共价结合
• 功能： – 构成生物膜 – 能源物质
细胞的有机小分子
nucleotide
核苷酸
• 组成： – 核糖/脱氧核糖、含氮生物碱(嘌呤/ 嘧啶)、无机磷酸 – 核糖/脱氧核糖＋碱基→核苷＋磷酸 →核苷酸
• 种类： – 嘌呤核苷酸 – 嘧啶核苷酸