细胞的分子基础

1、第三章第三章 细胞的分子基础细胞的分子基础 molecular basis of cellmolecular basis of cell第一节第一节 细胞的小分子物质细胞的小分子物质细胞是生物体的结构和功能的基本单位细胞是生物体的结构和功能的基本单位 构成细胞的物质：原生质构成细胞的物质：原生质( (protoplasmprotoplasm) ) -又称生命物质又称生命物质; ; 组成原生质的化学元素：必需元素组成原生质的化学元素：必需元素; ; 微量元素微量元素( (0.01%0.01%) )大量元素大量元素( (99.99%99.99%) )有机化合物有机化合物无机化合物无机化合物化合物化

2、合物核酸核酸( (nucleic acidnucleic acid) )糖类糖类( (carbohydratescarbohydrates) )脂类脂类( (lipidlipid) )维生素维生素( (vitaminvitamin) )蛋白质蛋白质( (proteinprotein) )无机盐无机盐( (inorganic saltinorganic salt) )水水( (waterwater) )有机化合物有机化合物( (organic organic compoundcompound) )无机化合物无机化合物( (inorganic inorganic compoundcompound)

3、 )生生命命的的物物质质基基础础一一. 水水 水是原生质最基本的物质，是构成原生质中水是原生质最基本的物质，是构成原生质中最多的一项最多的一项; ; 水是生命活动中最重要的介质水是生命活动中最重要的介质; ; 水在细胞中的存在形式水在细胞中的存在形式: :自由水自由水( (9595) )和结和结合水合水( (5 5) )；活细胞的含水量不低于；活细胞的含水量不低于7575。 水的特有属性：水的特有属性： 1. 1. 水分子是偶极子；水分子是偶极子； 2. 2. 水分子间可形成氢键；水分子间可形成氢键； 3. 3. 水分子可解离为离子；水分子可解离为离子；二二. 无机盐无机盐 以离子状态存在；占

4、细胞总量的以离子状态存在；占细胞总量的1%1%以下以下; ; 在细胞中的作用在细胞中的作用: : 1 1).).构成生物体某些结构的重要成分构成生物体某些结构的重要成分; ; 2 2).).酶、激素或者维生素的重要成分；酶、激素或者维生素的重要成分； 3 3).).参与细胞内的物质运输和信号传导参与细胞内的物质运输和信号传导; ; 4 4).).与细胞内外渗透压的调节有关；构成生物体与细胞内外渗透压的调节有关；构成生物体的缓冲系统；的缓冲系统； 主要的阴离子有主要的阴离子有clcl、popo4 4和和hcohco3 3，其中，其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要：磷酸根离子在细胞代谢活动中最

5、为重要： ：在细胞的能量代谢中起着关键作用；：在细胞的能量代谢中起着关键作用； ：是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成：是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分；成分； ：调节酸碱平衡：调节酸碱平衡; ; 阳离子在细胞中的作用：阳离子在细胞中的作用：钙调素、肌动球蛋白、钙调素、肌动球蛋白、atpatp酶酶caca2+2+硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶momo2+2+肽酶肽酶coco2+2+酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶cucu2+2+肽酶肽酶mnmn2+2+叶绿素、磷酸酶、叶绿素、磷酸酶、nana+ +-k-k+ +泵泵mgmg2+2+维持膜电位、参与蛋

6、白质合成和某些酶促合成维持膜电位、参与蛋白质合成和某些酶促合成k k+ +维持膜电位维持膜电位nana+ +血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的成分成分fefe2+2+或或fefe3+3+在细胞中的作用在细胞中的作用离子种类离子种类三三. 有机小分子有机小分子( (一一).).糖类糖类 由由c c、h h、o o三种元素组成三种元素组成; ; 通式通式：( (chch2 2o o) )n n或或c cn n( (h h2 2o o) )n n; ; 1 1. .糖的分类糖的分类: : 1 1).).单糖：戊糖和己糖；单糖：戊糖和己糖； 2 2).).

7、低聚糖低聚糖( (寡糖寡糖) )； 3 3).).多糖多糖; ; 多糖多糖 淀粉淀粉; ; 糖原；糖原； 纤维素；几丁质等；纤维素；几丁质等； 2 2. .糖的作用糖的作用: : 结构成分结构成分; ; 生物体内的能量来源生物体内的能量来源; ; 中间代谢产物中间代谢产物; ; 信息分子信息分子; ; 解毒作用解毒作用; ; 润滑保护作用润滑保护作用; ;三三. .有机小分子有机小分子( (二二).).脂类脂类 脂类的构成：脂肪酸脂类的构成：脂肪酸+ +醇醇 酯及其衍生物酯及其衍生物( (即即脂肪和类脂以及其他一些物质的总称脂肪和类脂以及其他一些物质的总称) )。 脂类的性质：脂类不溶于水，只

8、溶于非极性脂类的性质：脂类不溶于水，只溶于非极性的有机溶剂。的有机溶剂。 1 1. .脂肪：一分子甘油脂肪：一分子甘油 + + 三分子脂肪酸三分子脂肪酸 = = 甘油三脂肪酸酯甘油三脂肪酸酯( (甘油三酯甘油三酯);); 2 2. .类脂：包括磷脂、糖脂与甾醇类类脂：包括磷脂、糖脂与甾醇类( (固醇类固醇类);); 3 3. .固醇类：包括胆固醇、胆汁酸和固醇类激素固醇类：包括胆固醇、胆汁酸和固醇类激素等等; ; 低聚糖低聚糖( (寡糖寡糖) ) 二糖二糖: : 乳糖乳糖= =葡萄糖葡萄糖+ +半乳糖半乳糖 蔗糖蔗糖= =葡萄糖葡萄糖+ +果糖果糖 麦芽糖麦芽糖= =葡萄糖葡萄糖+ +葡萄糖葡

9、萄糖 寡糖链：作为细胞膜的成分之一；寡糖链：作为细胞膜的成分之一；直链淀粉直链淀粉支链淀粉支链淀粉淀粉淀粉糖原糖原一个脂肪分子的结构【甘油三硬脂酸酯】一个脂肪分子的结构【甘油三硬脂酸酯】( (示饱和脂肪酸示饱和脂肪酸) )一个脂肪分子的结构甘油三亚油酸酯一个脂肪分子的结构甘油三亚油酸酯( (示不饱和脂肪酸示不饱和脂肪酸) )磷脂酸：甘油磷脂酸：甘油+ +脂肪酸脂肪酸+ +磷酸磷酸卵磷脂卵磷脂磷脂：甘油磷脂：甘油+ +脂肪酸脂肪酸+ +磷酸磷酸+ +含氮碱含氮碱磷脂分子模型磷脂分子模型胆固醇胆固醇胆固醇分子结构胆固醇分子结构( (a a) )及其在细胞膜中的位置及其在细胞膜中的位置( (b b)

10、 ) 4 4. .脂类的功能：脂类的功能： 能量的储存；能量的储存； 生物膜的骨架；生物膜的骨架； 电与热的绝缘体；电与热的绝缘体； 信号传递；信号传递； 酶的激活剂；酶的激活剂； ( (三三).).氨基酸氨基酸 ( (四四).).核苷酸（详见后述）核苷酸（详见后述）第三章第三章 细胞的分子基础细胞的分子基础 molecular basis of cellmolecular basis of cell第二节第二节 细胞的大分子物质细胞的大分子物质一一. 蛋白质蛋白质( (一一).).蛋白质的分子组成单位蛋白质的分子组成单位氨基酸氨基酸亮氨酸亮氨酸亲水性的亲水性的丝氨酸丝氨酸疏水性的疏水性的一一

11、. 蛋白质蛋白质( (二二).).蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 1. 1. 蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构： 化学键：包括肽键，二硫键；化学键：包括肽键，二硫键； 氨基酸的种类、数目和排列顺序；氨基酸的种类、数目和排列顺序； 2 2. . 蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构： 化学键：氢键；化学键：氢键； 类型：类型：1 1).).螺旋螺旋; ; 2 2).).片层折叠片层折叠; ; 3 3).).胶原三股螺旋胶原三股螺旋; ; 3 3. . 蛋白质的三级结构：蛋白质的三级结构： 化学键：氢键，二硫键；疏水键，离化学键：氢键，二硫键；疏水键，离子键；子键； 在各种二级结构的基础上再进一

12、步盘在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成的三维空间结构。曲或折叠形成的三维空间结构。 4 4. . 蛋白质的四级结构：蛋白质的四级结构： 化学键：非共价键；化学键：非共价键； 具有二条或二条以上独立三级结构的具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链通过次级键的组合而形成的空间结构。多肽链通过次级键的组合而形成的空间结构。the primary structure the primary structure of proteinof protein胰岛素分子的一级结胰岛素分子的一级结构构( (示二硫键示二硫键) ) frederick sangerfrederick sanger born

13、born: :13 august 13 august 19181918, , rendcombe rendcombe, , united kingdomunited kingdom affiliation at the affiliation at the time of the award: time of the award: university of university of cambridge, cambridge, cambridge, united cambridge, united kingdomkingdom frederick sangerfrederick sanger

14、 bornborn: :13 august 13 august 19181918, , rendcombe rendcombe, , united kingdomunited kingdom affiliation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : university of university of cambridgecambridge, , cambridgecambridge, , united united kingdomkingdom paul bergpaul berg bornborn

15、: :30 june 192630 june 1926, , new yorknew york, , ny ny, , usa usa affiliation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : stanford university, stanford university, stanfordstanford, , ca ca, , usa usa walter gilbertwalter gilbert bornborn: :21 march 21 march 1932, boston1932, b

16、oston, , ma ma, , usausa affiliation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : harvard universityharvard university, , biological biological laboratorieslaboratories, , cambridgecambridge, , ma ma, , usausaalpha helix of secondary structurealpha helix of secondary structureplea

17、ted sheet of secondary structurepleated sheet of secondary structure胶原三股螺旋胶原三股螺旋( (from schmid,1982from schmid,1982) )a a：原胶原分子的螺旋：原胶原分子的螺旋; ; b b：三个原胶原分子：三个原胶原分子相互扭旋而形成的三股螺旋相互扭旋而形成的三股螺旋tertiary structuretertiary structurequaternary structurequaternary structure一一. 蛋白质蛋白质( (三三).).蛋白质的功能蛋白质的功能 蛋白质的功能

18、：蛋白质的功能： 结构功能；结构功能； 运输和传导功能；运输和传导功能； 收缩和运动功能；收缩和运动功能； 免疫保护和防御功能；免疫保护和防御功能； 运输和储存功能；运输和储存功能； 调节功能；调节功能； 遗传调控功能；遗传调控功能； 其他功能；其他功能；二二. 核酸核酸( (一一).).核酸的化学组成和分子核酸的化学组成和分子结构结构核酸的水解及其产物核酸的水解及其产物1 1. .戊糖戊糖ribosome & deoxyribosomeribosome & deoxyribosome2 2. .含氮碱基含氮碱基 1).1).嘌呤碱基嘌呤碱基( (purine basepurine base)

19、 )2 2. .含氮碱基含氮碱基 2 2).).嘧啶碱基嘧啶碱基( (pyrimidine basepyrimidine base) )3 3. .核苷核苷( (nucleosidenucleoside) ) 戊糖戊糖 + + 含氮碱基含氮碱基戊糖及其核苷的形成戊糖及其核苷的形成4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 1).1).核苷酸核苷酸( (nucleotidenucleotide) )戊糖戊糖 + + 含氮碱基含氮碱基 + + 磷酸磷酸 或或 ( (核苷核苷 + + 磷酸磷酸) )参与构成参与构成dnadna和和rnarna的碱基、核苷及相应的核苷酸的碱基、核苷及相应的核苷酸4

20、4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 2 2).).各种核苷酸各种核苷酸dampdamp的结构的结构dadpdadp的结构的结构datpdatp的结构的结构4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 3 3).).多核苷酸多核苷酸( (polynucleotidepolynucleotide) )4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 4 4).).环核苷酸环核苷酸( (cyclic cyclic nucleotidenucleotide) )campcamp( (cyclic adenosine cyclic adenosine monophosphatemonophosphat

21、e) )cgmpcgmp( (cyclic guanosine cyclic guanosine monophosphatemonophosphate) )示环核苷酸的形成示环核苷酸的形成4 4. .核苷酸和多核苷酸核苷酸和多核苷酸 5 5).).dnadna和和rnarna的比较的比较( (seesee：p p2727) )二二. 核酸核酸( (二二).).structure of deoxyribo-structure of deoxyribo-nucleic acidnucleic acid，dnadna 1.1.b b型型dnadna( (b-dnab-dna) )结构结构: : 在相

22、对湿度为在相对湿度为92%92%时所得到的时所得到的dnadna纤维纤维; ; 双螺旋模型的依据双螺旋模型的依据: : 1 1).).chargaffchargaff( (1949-19511949-1951) )等的化学分析等的化学分析, ,发现发现: : . t + c = a + g. t + c = a + g； . . a = ta = t； . . g = cg = c； . . a + t g + ca + t g + c； 2 2).).x x射线衍射的研究射线衍射的研究: : rosalind franklin rosalind franklin ( (25 july 25

23、july 192016 april 1958192016 april 1958) )和改和改变历史的变历史的5151号照片。号照片。 maurice hugh maurice hugh frederick wilkinsfrederick wilkins bornborn: : 15 december 15 december 19161916, , pongaroa, new pongaroa, new zealandzealand dieddied: : 5 october 2004 5 october 2004, , londonlondon, , united united kingdo

24、mkingdom affiliation at the time of affiliation at the time of the awardthe award: : london london universityuniversity, , london london, , united kingdomunited kingdom maurice maurice hugh hugh frederick frederick wilkins in wilkins in 19991999 maurice hugh frederick wilkinswith a plaque maurice hu

25、gh frederick wilkinswith a plaque celebrating his achievementscelebrating his achievements, , at strand campus at strand campus, , kings collegekings college, , london london, , c.1999. permission c.1999. permission maurice hugh frederick wilkinsmaurice hugh frederick wilkins 19531953年年4 4月月2525日，英国

26、著名的科学期日，英国著名的科学期刊刊自然自然杂志发表了沃森、克里克的一篇杂志发表了沃森、克里克的一篇优美精炼的短文，宣告了优美精炼的短文，宣告了dnadna分子双螺旋结分子双螺旋结构模型的诞生。这一期杂志还发表了富兰克构模型的诞生。这一期杂志还发表了富兰克琳和威尔金斯的两篇论文，以实验报告和数琳和威尔金斯的两篇论文，以实验报告和数据分析支持了沃森、克里克的论文。据分析支持了沃森、克里克的论文。 这一年，沃森年仅这一年，沃森年仅2525岁，克里克也只岁，克里克也只有有3737岁，尚未获得博士学位。岁，尚未获得博士学位。由克里克夫由克里克夫人和美术家人和美术家奥迪勒设计奥迪勒设计的的dnadna示

27、意图示意图in stockholm for their nobel prizes, december 1962in stockholm for their nobel prizes, december 1962: :maurice wilkins, john steinbeck, john kendrew, maurice wilkins, john steinbeck, john kendrew, maxmaxperutz, francis crick, and james d watson.perutz, francis crick, and james d watson. nobel p

28、rize winners, december 1962nobel prize winners, december 1962：mauricemauricewilkins, max perutz, francis crick, john steinbeck,wilkins, max perutz, francis crick, john steinbeck,james d watson, john kendrew james d watson, john kendrew ( (upi/bettmanupi/bettman) )permission: corbis.permission: corbi

29、s. max ferdinand max ferdinand perutzperutz bornborn: : 19 may 1914 19 may 1914, , vienna, austriavienna, austria dieddied: : 6 february 2002 6 february 2002, , cambridgecambridge, , united united kingdomkingdom affiliation at the time affiliation at the time of the awardof the award: : mrc mrc labo

30、ratory of laboratory of molecular biologymolecular biology, , cambridgecambridge, , united united kingdomkingdom john cowdery john cowdery kendrewkendrew bornborn: : 24 march 1917 24 march 1917, , oxfordoxford, , united united kingdomkingdom dieddied: : 23 august 1997 23 august 1997, , cambridgecamb

31、ridge, , united united kingdomkingdom affiliation at the time of affiliation at the time of the awardthe award: : mrc mrc laboratory of laboratory of molecular biologymolecular biology, , cambridgecambridge, , united united kingdomkingdom收藏于纽约科学博物馆的收藏于纽约科学博物馆的dnadna模型模型 james dewey james dewey watso

32、nwatson bornborn: : 6 april 1928 6 april 1928, , chicagochicago, , il il, , usa usa affiliation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : harvard universityharvard university, , cambridgecambridge, , ma ma, , usausa francis harry francis harry compton crickcompton crick bornbor

33、n: : 8 june 1916 8 june 1916, , northamptonnorthampton, , united united kingdomkingdom dieddied: : 28 july 2004 28 july 2004, , san diegosan diego, , ca ca, , usa usa affiliation at the time of affiliation at the time of the awardthe award: : mrc mrc laboratory of laboratory of molecular biologymole

34、cular biology, , cambridgecambridge, , united united kingdomkingdom 烟草花叶病毒烟草花叶病毒( (tobacco mosaic tobacco mosaic virus, tmvvirus, tmv) )的结构的结构模型。模型。 富兰克林逝世之后富兰克林逝世之后, ,英国生物化学家克鲁英国生物化学家克鲁格继续并且完成她的格继续并且完成她的这一研究课题。这一研究课题。克鲁格后来荣获了克鲁格后来荣获了19821982年诺贝尔化学年诺贝尔化学奖。奖。 aaron klug aaron klug bornborn: : 11 augu

35、st 11 august 1926, zelvas1926, zelvas, , lithuanialithuania affiliation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : mrc laboratory of mrc laboratory of molecular biology, molecular biology, cambridgecambridge, , united united kingdomkingdom 2 2. .a-dnaa-dna和和z-dnaz-dna: : a-dnaa-

36、dna：是在相对湿度为：是在相对湿度为75%75%时所时所得到的得到的dnadna纤维纤维；1.81.8-9-9 0.380.38-30-30 1212左左2 2-1.2-1.2 0.340.343636 10.010.0右右2.32.3+19+19 0.230.2333.633.6 10.710.7右右螺旋的大致直径螺旋的大致直径bpbp与螺旋轴之间的角度与螺旋轴之间的角度bpbp之间的距离之间的距离每对每对bpbp的旋度的旋度每圈的每圈的bpbp螺旋方向螺旋方向z zb ba adnadna的结构形式及特征比较的结构形式及特征比较二二. 核酸核酸( (三三).).structure of

37、ribonucleic structure of ribonucleic acidacid，rnarna 1. mrna1. mrna( (messenger rnamessenger rna) ) 2. rrna2. rrna( (ribosomal rnaribosomal rna) ) 3. trna3. trna( (transfer rnatransfer rna) ) 4. microrna4. microrna( (mirnamirna) ) 5. ribozyme5. ribozyme与各种蛋白质结与各种蛋白质结合形成核糖体；合形成核糖体；80%80%90%90%原核原核: :

38、5s, 5s, 16s,23s;16s,23s;真核真核: :5s, 5s, 5.8s, 5.8s, 18s,28s18s,28s100010001200kd1200kda a单链单链, ,线形线形; ;局部可形成局部可形成双螺旋形或双螺旋形或发夹形；发夹形；rrnarrna识别活化的氨基识别活化的氨基酸，并与之合成酸，并与之合成为氨酰为氨酰- -trnatrna；识别密码子；识别密码子；转运氨基酸至核转运氨基酸至核糖体上；糖体上；5%5%10%10%4s4s25kda25kda单链；二级单链；二级结构三叶草结构三叶草形形; ;三级结构三级结构呈倒呈倒“l l”形形; ;trnatrna转录遗

39、传信息转录遗传信息dnadna；合成蛋白；合成蛋白质的模板；质的模板；1%1%5%5%6s6s25s25s1501502000kd2000kda a单链单链, ,线形线形; ;部分可呈环部分可呈环状、发夹状状、发夹状; ;mrnamrna功能功能含量比例含量比例沉降系数沉降系数分子质量分子质量形态特征形态特征三种主要三种主要rnarna的比较的比较 核酶核酶( (ribozymeribozyme)-)-rnarna催化剂催化剂 19811981年年, ,t.r.cecht.r.cech和和s.altmans.altman发现：发现：四膜虫四膜虫rrnarrna的前体物能在没有任何蛋白质的前体物

40、能在没有任何蛋白质参与下进行自我加工，产生成熟的参与下进行自我加工，产生成熟的rrnarrna产产物。这种加工方式称为自我剪接物。这种加工方式称为自我剪接( (self self splicingsplicing) )。 具有催化活性的具有催化活性的rnarna普遍存在于原核普遍存在于原核和真核生物中。一个典型的例子核糖体的肽和真核生物中。一个典型的例子核糖体的肽基转移酶。基转移酶。 对酶的本质是蛋白质的传统观念提出对酶的本质是蛋白质的传统观念提出了新的挑战。了新的挑战。 sidney altmansidney altman bornborn: : 7 may 1939 7 may 1939,

41、 , montrealmontreal, , canada canada affiliation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : yale universityyale university, , new havennew haven, , ct ct, , usausa thomas r. cechthomas r. cech bornborn: : 8 december 8 december 19471947, , chicago chicago, , il, il, usausa affili

42、ation at the affiliation at the time of the awardtime of the award: : university of university of coloradocolorado, , boulder boulder, , coco, , usa usa第三章第三章 细胞的分子基础细胞的分子基础 molecular basis of cellmolecular basis of cell第三节第三节 细胞结构的组装细胞结构的组装 一、细胞的组装层次：一、细胞的组装层次： 细胞的小分子有机物的形成：包括碱基、氨细胞的小分子有机物的形成：包括碱基、

43、氨基酸、葡萄糖、软脂酸形成；基酸、葡萄糖、软脂酸形成； 大分子组装：包括大分子组装：包括dnadna、rnarna、蛋白质、多糖、蛋白质、多糖组装；组装； 细胞的高级结构组装：细胞膜、核糖体、染细胞的高级结构组装：细胞膜、核糖体、染色体、微管、微丝等组装；色体、微管、微丝等组装； 具有空间结构和生物功能细胞器的组装：如具有空间结构和生物功能细胞器的组装：如细胞核、线粒体、叶绿体、内质网等；细胞核、线粒体、叶绿体、内质网等； 细胞组装：有各种不同的细胞器组装成完整细胞组装：有各种不同的细胞器组装成完整的细胞。的细胞。 二、细胞的可能组装方式：二、细胞的可能组装方式： 模板组装：模板组装：指由模板

44、指导，在一系列酶的催指由模板指导，在一系列酶的催化下，合成新的、与模板完全相同的分子。化下，合成新的、与模板完全相同的分子。dnadna和和rnarna的分子组装就属于此类；的分子组装就属于此类； 酶效应组装：酶效应组装：指相同的单体分子在不同的酶指相同的单体分子在不同的酶系作用下，生成不同的产物。如以葡萄糖为原料系作用下，生成不同的产物。如以葡萄糖为原料既可合成纤维素，也可合成淀粉，就看进入哪条既可合成纤维素，也可合成淀粉，就看进入哪条酶促反应途径；酶促反应途径； 自组装：自组装：指生物大分子借助本身的力量自行指生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构，这种组装也需要一种称为分子装配成高级

45、结构，这种组装也需要一种称为分子伴侣的蛋白介导，如核小体的组装就需要核质素伴侣的蛋白介导，如核小体的组装就需要核质素的介导。的介导。第四章第四章 细胞的进化及其细胞的进化及其基本结构基本结构 cellular evolution and basic cellular evolution and basic constructionconstruction第一节第一节 细胞的起源与进化细胞的起源与进化 无机小分子无机小分子( (如如coco2 2、h h2 2o o) ) 有机小分子有机小分子( (如如g g、aaaa) ) 生物大分子生物大分子( (prpr、dnadna、rnarna) )

46、( (3434亿年前，具细胞膜、蛋白质亿年前，具细胞膜、蛋白质、rnarna) ) 原始细胞原始细胞 原核细胞原核细胞 ( (约约1515亿年前亿年前) ) 真核细胞真核细胞第四章第四章 细胞的进化及其细胞的进化及其基本结构基本结构 cellular evolution and basic cellular evolution and basic constructionconstruction第二节第二节 细胞结构的一般特征细胞结构的一般特征一一.细胞是生命活动的基本细胞是生命活动的基本单位单位 一、细胞是生命活动的基本单位：一、细胞是生命活动的基本单位： 一切有机体都由细胞构成，细胞是构一

47、切有机体都由细胞构成，细胞是构成有机体的基本单位成有机体的基本单位; ; 细胞具有独立的、有序的自控代谢体细胞具有独立的、有序的自控代谢体系，细胞是代谢与功能的基本单位系，细胞是代谢与功能的基本单位; ; 细胞是有机体生长与发育的基础细胞是有机体生长与发育的基础; ; 细胞是遗传的基本单位；具有遗传的细胞是遗传的基本单位；具有遗传的全能性全能性; ; 没有细胞就没有完整的生命没有细胞就没有完整的生命; ; 二、关于细胞概念的一些新思考：二、关于细胞概念的一些新思考： 第一，第一，细胞是物质细胞是物质( (结构结构) )、能量与信息过程、能量与信息过程精巧结合的综合体；精巧结合的综合体； 细胞能

48、完成各种化学反应；细胞能完成各种化学反应； 细胞需要并利用能量；细胞需要并利用能量； 第二，第二，细胞是多层次、非线性与多层面的复细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系；杂结构体系； 第三，第三，细胞是高度有序的，具有自组装能力细胞是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系；与自组织体系； 细胞细胞能进行自我调控；能进行自我调控； 细胞能细胞能繁殖和传留后代；繁殖和传留后代；细胞是物质细胞是物质( (结构结构) )、能量与信、能量与信息过程精巧结合的综合体息过程精巧结合的综合体细胞需要和利用能量细胞需要和利用能量细胞是多层次、非线性与多层细胞是多层次、非线性与多层面的复杂结构体系面的复杂结构

49、体系细胞繁殖和传留后代细胞繁殖和传留后代 三、细胞的基本共性：三、细胞的基本共性： 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的生物膜，即细胞膜蛋白质构成的生物膜，即细胞膜; ; 所有的细胞都含有两种核酸：即所有的细胞都含有两种核酸：即dnadna与与rnarna作为遗传信息储存、复制与转录的载体作为遗传信息储存、复制与转录的载体; ; 核糖体核糖体蛋白质合成的细胞器，毫无例外地蛋白质合成的细胞器，毫无例外地存在于一切细胞内存在于一切细胞内; ; 所有细胞都是以一分为二的方式进行分裂增所有细胞都是以一分为二的方式进行分裂增殖，细胞分裂是生命繁衍的基础

50、和保证。殖，细胞分裂是生命繁衍的基础和保证。 支原体支原体( (mycoplastmycoplast) )：目前发现的最小、最简目前发现的最小、最简单的细胞；单的细胞； ：0.010.01，是细菌的，是细菌的1/101/10，是真核，是真核细胞的细胞的100100万分之一；万分之一； 无核膜，含环状双螺旋无核膜，含环状双螺旋dnadna，多聚核糖体，多聚核糖体，700700多种蛋白质；多种蛋白质； 病毒病毒( (virusvirus) )：由一种核酸分子由一种核酸分子( (dnadna或或rnarna) )与蛋白质构成的核酸与蛋白质构成的核酸- -蛋白质复合体蛋白质复合体; ; 类病毒类病毒(

51、 (viroidviroid) )：仅由一条有感染的仅由一条有感染的rnarna构成构成; ; 朊病毒朊病毒( (prionprion) )：由由有感染性的蛋白质构成有感染性的蛋白质构成; ; 病毒是目前发现的最小、最简单的生命有机病毒是目前发现的最小、最简单的生命有机体。体。肺炎支原体肺炎支原体衣原体衣原体chiamydia pneumoniaechiamydia pneumoniae梨子形的原体梨子形的原体(ebs)(ebs)；左：吸附在巨噬细胞表面；左：吸附在巨噬细胞表面； 右：进入细胞内部的衣原体图片右：进入细胞内部的衣原体图片吸附在内皮细胞表面的立克次氏体和细胞吸附在内皮细胞表面的立

52、克次氏体和细胞内包含立克次氏体的内吞体内包含立克次氏体的内吞体rnarna病毒与病毒与dnadna病毒病毒构成构成: :核酸核酸+ +蛋白质蛋白质 非细胞形态非细胞形态; ;不获取能不获取能量量; ;不对环境刺激反应不对环境刺激反应朊病毒朊病毒(prion)(prion)病毒在细胞内的增殖病毒在细胞内的增殖( (复制复制) )病毒只有感染了细胞后，才会苏醒，繁殖病毒只有感染了细胞后，才会苏醒，繁殖二二. 细胞的大小和形态细胞的大小和形态=10=10-2-2mm=10=10-3-3mm=10=10-6-6mm=10=10-9-9mm =10=10-10-10mm各种细胞的不同形态各种细胞的不同形

53、态三三. 细胞的数目细胞的数目四四. 细胞的一般结构细胞的一般结构光镜结构光镜结构( (三部结构三部结构) )细胞膜细胞膜( (cell membranecell membrane) )细胞质细胞质( (cytoplasmcytoplasm) )细胞核细胞核( (nicleusnicleus) )电镜结构电镜结构膜相结构膜相结构( (membranousmembranous structure structure) )非膜相结构非膜相结构( (nonmembranousnonmembranous structure structure) ) 核膜核膜核仁核仁染色质染色质(染色体染色体)核基质核

54、基质核糖体核糖体中心体中心体微管、微丝、中间纤维微管、微丝、中间纤维细胞基质细胞基质核仁核仁染色质染色质(染色体染色体)核基质核基质细胞膜细胞膜线粒体线粒体高尔基复合体高尔基复合体内质网内质网溶酶体溶酶体微体微体(过氧化物酶体过氧化物酶体)核膜核膜非非膜膜相相结结构构膜膜相相结结构构线粒体线粒体高尔基复合体高尔基复合体内质网内质网中心体中心体细胞基质细胞基质质膜质膜细胞核细胞核细胞质细胞质细胞膜细胞膜电镜下电镜下光镜下光镜下光镜及电镜下动物细胞的结构分类光镜及电镜下动物细胞的结构分类电镜下的人红细胞膜电镜下的人红细胞膜单位膜单位膜( (7.57.5) )深色深色带带: :2 2浅色带浅色带: :3.53.5真核细胞结构模式图真核细胞结构模式图第四章第四章 细胞的进化及其细胞的进化及其基本结构基本结构 ce