细胞的分子组成-细胞生物学-课件3-03

细胞与大分子的关系,核糖体,线粒体,微管,淀粉,染色质,糖类,细胞膜,细胞壁,分子组成与细胞的关系组成细胞的结构成分：染色质：DNA、蛋白质核仁、核糖体：RNA、蛋白质生物膜：蛋白质、脂质、糖细胞骨架：蛋白质细胞外基质：蛋白质、糖胺聚糖,第三章细胞的分子组成,第一节细胞中的小分子物质第二节细胞中的生物大分子,大量元素：C、H、O、N少量元素：Na、Mg、P、S、Cl、K、Ca、Fe微量元素：占0.1%,组成细胞的元素,组成细胞的分子,小分子物质:无机小分子:水(water)、无机盐(inorganicsalt)有机小分子:单糖(monosaccharide)、脂肪酸(fattyacid)氨基酸(aminoacid)、核苷酸(nucleotide)生物大分子(biomacromolecule):多糖(polysaccharides)、脂质(lipoid)、蛋白质(protein)、核酸(nucleicacid),活细胞都有相似的基本化学组成和化学性质；细菌是最小、最简单的细胞。,细菌细胞的基本化学组成图,第一节细胞中的小分子物质,无机小分子:水、无机盐,有机小分子:单糖脂肪酸氨基酸核苷酸,水：H2O,1.水是极性分子。（什么是极性分子？）2.问题：为什么有亲水分子和疏水分子？,亲水分子(Hydrophilicmolecules),离子物质溶于水是因为水分子被阴、阳离子电荷所吸引;含极性键物质如尿素易溶于水是因为与水分子形成氢键。,以非共价键占优势的分子一般不易溶于水被称为疏水性的。烃类分子含许多C-H键，它们不吸引水分子或不与水分子形成氢键。,疏水分子(Hydrophobicmolecules),无机盐在细胞中均以离子状态存在：阳离子：Na+、K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+等阴离子：Cl-、SO42-、PO43-等,无机盐,参与细胞代谢反应、维持细胞内外渗透压和pH、组成有一定功能的结合蛋白、参与信号转导等。,分子质量：100-1000Da,1.单糖(monosaccharide)2.脂肪酸(fattyacid)氨基酸(aminoacid)4.核苷酸(nucleotide),有机小分子,有机小分子：单糖,己糖（六碳糖）：葡萄糖、半乳糖、甘露糖戊糖（五碳糖）：核糖、脱氧核糖,己糖是多糖的基本单元；戊糖是核酸的组成单位。,葡萄糖,核糖,最主要的单糖,己糖C6H12O6的同分异构体(Isomers),戊糖(pentose),核糖是RNA的组成单位,脱氧核糖是DNA的组成单位,有机小分子：脂肪酸,饱和脂肪酸(saturated),不饱和脂肪酸(unsaturated),烃链（疏水）,羧基（亲水）,疏水烃链;亲水羧基COOH与其它分子共价结合形成各种脂类。,有机小分子：氨基酸,兼性分子参与蛋白质构成的氨基酸有20种,根据侧链R基团的带电性和极性分类：1.带负电荷的酸性氨基酸：Asp、Glu2.带正电荷的碱性氨基酸:Lys、Arg、His3.不带电荷的极性氨基酸4.不带电荷的非极性氨基酸,20种氨基酸名称及缩写符号名称三字符号一字符号名称三字符号一字符号丙氨酸(alanine)AlaA苯丙氨酸(phenylalanine)PheF甘氨酸(glycine)GlyG酪氨酸(tyrosine)TyrY丝氨酸(serine)SerS色氨酸(trypotophane)TrpW亮氨酸(leucine)LeuL天冬氨酸(asparticacid)AspD异亮氨酸(isoleucine)IleI天冬氨酰(asparagine)AsnN苏氨酸(threonine)ThrT谷氨酰胺(glutamine)GlnQ半胱氨酸(cysteine)CysC赖氨酸(lysine)LysK蛋氨酸(甲硫氨酸)MetM精氨酸(arginine)ArgR(methionine)缬氨酸(valine)ValV组氨酸(histidine)HisH脯氨酸(proline)ProP谷氨酸(glutamic)GluE,兰色：极性荷负电氨基酸红色：极性荷正电氨基酸绿色：极性不带电氨基酸黑色：非极性氨基酸,有机小分子：核苷酸,1.构成核苷酸的碱基、戊糖、磷酸三部分；2.根据碱基和戊糖的不同分不同类型。,碱基,嘌呤purine,嘧啶pyrimidine,胸腺嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,腺嘌呤,鸟嘌呤,三磷酸腺苷酸含高能磷酸键，是重要的能量载体。,cyclicGMP(cGMP),环一磷酸腺苷酸和环一磷酸鸟苷酸作为信号分子，在细胞信号转导中起重要作用。,2,cyclicAMP(cAMP),环一磷酸鸟苷酸,环一磷酸腺苷酸,A,第二节细胞中的生物大分子(biomacromoleculeinthecell),多糖(polysaccharides)2.脂质(lipid)3.蛋白质(protein)4.核酸(nucleicacid),糖原、淀粉(glycogen、starch)：能量储备纤维素(cellulose):细胞壁成分寡聚糖(oligosaccharides):构成糖蛋白和糖脂糖胺聚糖(glycosaminoglycan):细胞外基质成分,生物大分子：多糖,糖原,淀粉,纤维素,糖原、淀粉、纤维素由同一种类单糖聚合而成,back,寡聚糖和糖蛋白、糖脂,由不同种类单糖聚合而成如：N-乙酰氨基葡萄糖、岩藻糖等。,寡聚糖与蛋白结合构成糖蛋白，与脂类结合构成糖脂，在细胞识别中起重要作用。,糖脂,糖蛋白,back,糖蛋白,重复的二糖单位，构成细胞外基质。,糖胺聚糖,蛋白聚糖,生物体内有功能的脂质主要有：三酰甘油（中性脂）、磷脂、类固醇,三酰甘油和其它脂作为能量贮存物质，比糖类占用更少的空间，具有更轻的重量。,生物大分子：脂质,三酰甘油,呈固态的三酰甘油被称为脂肪(fat)，呈液态的称为油脂(oil)。,是细胞膜的组成成分；包括甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂是构成生物膜脂双层的基本骨架；鞘磷脂也是生物膜的重要组分，参与细胞识别和信号传递。,磷脂(phospholipids),磷脂酰胆碱,极性的头部（亲水）,非极性尾部（疏水）,亲水亲脂分子,胆碱,脂肪酸链,磷酸基团,甘油骨架,胆固醇(cholesterol)：具有类固醇的典型结构，是细胞膜的组成成分脂溶性维生素如维生素D、性激素、肾上腺皮质激素,类固醇(steroid),基本组成单位：氨基酸(aminoacid)肽键(peptidebond)肽链(peptidechain),生物大分子：蛋白质,肽键,肽键,氨基端（N端）,羧基端（C端）,多肽主链,蛋白质的分子结构一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)超二级结构(supersecondarystructure)三级结构(tertierystructure)四级结构(quaternarystructure),蛋白质的一级结构是由染色体上DNA编码的，这种遗传蓝图在体内可保存并由亲代传递给子代。,蛋白质的一级结构氨基酸序列和二硫键,分子,细胞,大体,一个氨基酸差别,形态显著异常盘状-镰刀状,贫血,遗传性疾病的分子和细胞改变,返回,螺旋和片层是最普遍的折叠形式,每个肽键上的N-H与同一条链上相距4个肽键上的C=O通过氢键形成螺旋；类似于螺旋楼梯或拉长的弹簧。,蛋白质的二级结构示螺旋,血红蛋白,螺旋,相邻的多肽链通过不同链上肽键间的氢键形成片层互相交联以抗拉伸。,蛋白质的二级结构示片层,片层,螺旋异常转变为片层：导致蛋白质聚集引起人类疾病,引起疯牛病的异常PrP*蛋白,正常PrP蛋白,异常PrP*有传染性，使其它正常PrP蛋白变成异常PrP*蛋白,正常情况下偶然发生,返回,蛋白质的超二级结构,返回,结构域、功能域(domain),返回,二级结构进一步形成超螺旋或复杂的缠绕，从而使多肽链成为高度复杂的球形三维结构，在作为催化剂和转运分子的蛋白中常见，如肌红蛋白、酶、激素等。,蛋白质的三级结构,活性中心,一些蛋白质由两个或更多多肽链（亚基）组成。多个亚基聚在一起形成一个单一功能的蛋白。,蛋白质的四级结构,图示血红蛋白,蛋白质功能的多样性,催化功能：酶调控功能：调控基因表达的蛋白转运功能：血红蛋白、载铁蛋白等运动功能：肌动蛋白、肌球蛋白、动力蛋白等结构与支持作用：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等防御功能：免疫球蛋白其他功能：营养功能、识别功能、凝血功能等,生物大分子：核酸,脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)核糖核酸(ribonucleicacid,RNA),DNA的基本单位：脱氧核糖核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP简称：A、G、C、TRNA的基本单位：核糖核苷酸AMP、GMP、CMP、UMP简称：A、G、C、U,5磷酸3羟,3,5磷酸二酯键,DNA的分子结构：一级结构：脱氧核苷酸的序列二级结构：DNA双螺旋结构模型三级结构：超螺旋,to,1953年Watson和Crick揭示了DNA双螺旋结构,戊糖-磷酸主链,氢键：ATCG,5端,5端,3端,3端,DNA双螺旋结构模型,DNA双螺旋结构模型特点,DNA分子是由两条反向平行、右手螺旋的一磷酸脱氧多核苷酸组成。脱氧核糖和磷酸排在每条链的外侧，而碱基排在内侧，且严格配对ATCG。遗传信息储存于碱基对序列中。,返回,储存遗传信息自我复制转录三种RNA;指导合成蛋白质,DNA的功能:,一级结构：核糖核苷酸的序列二级结构：局部双螺旋三级结构：二级结构基础上折叠形成四级结构：与蛋白质形成的核蛋白复合物,RNA的结构（单链）,（1）信使RNA(messengerRNA,mRNA)（2）转运RNA(transferRNA,tRNA)（3）核糖体RNA(ribosomeRNA,rRNA),RNA的种类,mRNA,蛋白质合成的直接模板,原核细胞mRNA,真核细胞mRNA,tRNA,蛋白质生物合成的“搬运工”mRNA与氨基酸之间的衔接分子(linker),问：图中tRNA各为几级结构？,rRNA,rRNA和蛋白质组成核糖体,小亚基中的rRNA结构图,mRNA、tRNA、rRNA(主要三种):参与蛋白质合成其它RNA：如核内小RNA(snRNA)、核酶(ribozyme)等。,RNA的生物功能,DNA和RNA的区别,本章小结,组成细胞的主要元素:C、H、O、N组成细胞的分子无机小分子:水、无机盐有机小分子:单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸生物大分子：糖类(多糖、寡聚糖、糖胺聚糖)、脂质、蛋白质、核酸(DNA、RNA),分子组成与细胞的关系1.组成细胞的结构成分：染色质：DNA、蛋白质核仁、核糖体：RNA、蛋白质生物膜：蛋白质、脂质、糖细胞骨架：蛋白质细胞外基质：蛋白质、糖胺聚糖,细胞与大分子的关系,核糖体,线粒体,微管,淀粉,染色质,糖类,细胞膜,细胞壁,2.非细胞结构成分（与功能有关）物质运输：小分子、大分子信号：信号分子物质代谢：合成、分解、能量细胞成分的新陈代谢、不断更新,蛋白质的分子结构特点。一级结构是指多肽链中氨基酸残基的序列，并包括生成二硫键的半胱氨酸的位置；对蛋白的三维结构至关重要二级结构是多肽链局部区域氨基酸残基之间有规律的空间排列，最常见的有螺旋和片层；三级结构是在二级结构基础上形成的高度复杂的球形三维结构，并形成活性中心；由一条多肽链组成的蛋白质只有在三级结构水平才具有生物活性；,四级结构是由两条或两条以上的具有独立三级结构的亚基按一定的空间排布与相互作用形成的空间结构。亚基独立存在时不具有生物活性，只有按特定方式以