第2章细胞的基本知识(医学细胞生物学)

1、1第第2章章 细胞的基本知识细胞的基本知识第一节第一节 细胞的化学及其分子基础细胞的化学及其分子基础大量元素：大量元素：C H O N（96%） S、P、Cl、Na K、Ca、Mg、Fe99.9%微量元素：微量元素：Cu、Zn、Mn、Co等等 2细胞中分子组成细胞中分子组成以化合物的形式存在，其类型有：以化合物的形式存在，其类型有：1.无机化合物：水、无机盐无机化合物：水、无机盐2.有机化合物：糖、脂质、生物大分子有机化合物：糖、脂质、生物大分子生物大分子：生物大分子： 结构复杂，分子量大，有生物活性的有机结构复杂，分子量大，有生物活性的有机化合物，包括蛋白质、核酸、多糖。化合物，包括蛋白质、

2、核酸、多糖。3一、细胞的小分子物质一、细胞的小分子物质（一）无机化合物（一）无机化合物1. 水（水（ 75%）：良好的溶剂）：良好的溶剂 存在形式：游离水（存在形式：游离水（95%）和）和 结合水（结合水（5%） 水含量与年龄有关：年龄水含量与年龄有关：年龄水含量水含量 年龄年龄水含量水含量2. 无机盐（无机盐（1%）：细胞内的渗透压和）：细胞内的渗透压和PH值值 无机盐在体液中一般都以离子形式存在无机盐在体液中一般都以离子形式存在 如如K+ 、 Na+ 、Mg 2+ 等阳离子等阳离子 Cl -、HCO3- 等阴离子等阴离子4（二）有机化合物（二）有机化合物1.单糖（单糖（monose)结构式

3、：结构式：(CH2O)n碳水化合物碳水化合物葡萄糖：葡萄糖：C6H12O62.脂肪酸脂肪酸(fatty acid)构成细胞膜成分构成细胞膜成分具有极性和非极性区域：具有极性和非极性区域： 羧酸集团：亲水（极性），化合产生酯和胺羧酸集团：亲水（极性），化合产生酯和胺 碳氢链：疏水（非极性），无化学活性碳氢链：疏水（非极性），无化学活性5CCOO-NH+ R H两两性性化化合合物物CCOONH R H氨基酸通式碱碱性性的的氨氨基基酸酸性性的的羧羧基基侧侧链链两性电解质两性电解质3.氨基酸（氨基酸（amino acid）6肽键形成：肽键形成： 一个氨基酸一个氨基酸 -羧基与另一个羧基与另一个氨基酸氨

4、基酸 -氨基脱去一水氨基脱去一水分子形成酰胺键（分子形成酰胺键（-CO-NH-）。）。肽键侧链（R1R2R3Rn)主链氨基端羧基端肽键74.核苷酸核苷酸(nucleotide)基本单位：核苷酸（基本单位：核苷酸（nucleotide）成分：戊糖、磷酸、碱基成分：戊糖、磷酸、碱基 核核 糖糖 核核 酸酸 （RNA）类型：脱氧核糖核酸（类型：脱氧核糖核酸（DNA ）8核酸核酸单核苷酸单核苷酸戊糖戊糖磷酸磷酸 碱基碱基核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤化化 学学 组组 成成：胸腺嘧啶：胸腺嘧啶：胞嘧啶：胞嘧啶：尿嘧啶：尿嘧啶A：腺嘌呤：腺嘌呤G：鸟嘌呤：鸟嘌呤9胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶碱基分子

5、结构嘧啶嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤（T）（C）(A)(G)（U）10核 糖脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸分子结构式分子结构式戊糖分子结构式戊糖分子结构式11糖苷键糖苷键核苷核苷酯酯 键键单单 核核 苷苷 酸酸3，5磷磷酸酸二二酯酯键键5 3 TT 核核 苷苷 酸形成酸形成A12核苷酸连接方式：核苷酸连接方式：33，55磷酸二酯键磷酸二酯键DNADNA两条链：两条链： 55 33编码链编码链（基因序列）（基因序列）3535反编码链反编码链 （是编码链的互补链，（是编码链的互补链，具有转录功能，又称转录链）具有转录功能，又称转录链）DNADNA双链形成双链形成131953年年 James Watson 和和 Fr

6、ancis Crick提出提出DNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型1.DNA二、细胞的大分子物质二、细胞的大分子物质（一）核酸14脱氧核糖和磷酸构成多核苷酸骨架，位于链的外侧，脱氧核糖和磷酸构成多核苷酸骨架，位于链的外侧，碱基在链的内侧。碱基在链的内侧。两条多核苷酸链间的碱基通过氢键结合，碱基配对原两条多核苷酸链间的碱基通过氢键结合，碱基配对原则则: A=T，GC每对硷基位于同一平面，垂直于双螺旋主轴，相邻每对硷基位于同一平面，垂直于双螺旋主轴，相邻碱基对旋转碱基对旋转36，间距，间距0.34nm，一个螺旋含，一个螺旋含10bp，旋转旋转360,间距为间距为3.4nm,双螺旋直径为双螺旋

7、直径为2nm。DNA分子是由分子是由两条脱氧多核苷酸链以反方平行绕一条两条脱氧多核苷酸链以反方平行绕一条中中“主轴主轴”向右盘绕形成的双螺旋结构分子。向右盘绕形成的双螺旋结构分子。即两条链方向：即两条链方向： 35，53DNA双螺旋结构模型的要点：双螺旋结构模型的要点：153.4nm10个碱基对360DNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型2nm0.34nm16DNA 的的 功功 能能储存着遗传信息储存着遗传信息自我复制（半保留、半连续、有序性）自我复制（半保留、半连续、有序性）转录成转录成RNA,将遗传信息翻译为相应的蛋白将遗传信息翻译为相应的蛋白质，控制遗传性状形成质，控制遗传性状形成发生突变，

8、引起遗传性状改变发生突变，引起遗传性状改变遗传病遗传病175TTT GGA GGC AAG CAA GCA G 33 AAA CCT CCG TTC GTT CGT C 5 DNA的复制的复制复制复制183 AAA CCT CCG TTC GTT CGT C 5 5 TTT GGA GGC AAG CAA GCA G 3转录转录5UUU GGA GGC AAG CAA GCA G 3转录转录mRNA转录链模板：转录链模板：3 53 519基因突变的表型效应基因突变的表型效应镰状细胞性贫血（镰状细胞性贫血（AR）产生机制）产生机制珠蛋白基因第一外显子第珠蛋白基因第一外显子第6密码子突变密码子突变

9、GAG GTG谷氨酸谷氨酸结果： HbA 缬氨酸缬氨酸突变电镜下红细胞形态电镜下红细胞形态HbS镰化的红细胞20OHOHOH假双链特点：单链、线形，局部有假双链特点：单链、线形，局部有假双链酵母丙氨酸酵母丙氨酸tRNA分子结构分子结构A：三叶草：三叶草 B：空间排列：空间排列2. RNA21mRNA tRNA rRNA含量含量1%5% 5%10% 80%90%分子量分子量（15） 105 2 106沉降系数沉降系数6S25S 4S 5.8S、18S、28S结构特征结构特征存在场所存在场所 细胞质或细胞质或核糖体核糖体功能作用功能作用三种三种RNA分子结构特征和功能分子结构特征和功能单链线形单链

10、线形假双链三叶草形假双链三叶草形单链线形单链线形携带遗传信息携带遗传信息翻译蛋白质模翻译蛋白质模板板特异转运氨基酸反特异转运氨基酸反密码子与密码子与mRNA互互补结合补结合 核糖体的组成核糖体的组成成分成分细胞质或核糖体细胞质或核糖体核糖体核糖体( 2.43)104(0.361.1) 10622DNA RNA戊戊 糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱碱 基基AGCT AGCU 结结 构构 双链双链 单链单链存在部位存在部位细胞核细胞核 细胞质细胞质功功 能能 储存、复制储存、复制 与遗传信息表达有关与遗传信息表达有关 传递遗传信息传递遗传信息DNA与与RNA区别区别（二）蛋白质（二）蛋白质1.1

11、.蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构（1 1）蛋白质的多肽链）蛋白质的多肽链 蛋白质的骨架，称主链，主链长短不一，主链各氨蛋白质的骨架，称主链，主链长短不一，主链各氨 基酸伸出基酸伸出R R基团叫侧链，其数目和类型体现蛋白质的基团叫侧链，其数目和类型体现蛋白质的 特异性特异性（2 2）蛋白质的四级结构）蛋白质的四级结构一级结构、二级结构、三级结构、四级结构一级结构、二级结构、三级结构、四级结构24蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构： 多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。 （主键：肽键；副键：二硫键）（主键：肽键；副键：二硫键）A肽链肽链21aaB肽链肽链3

12、0aa牛胰岛素分子的结构牛胰岛素分子的结构25蛋白质的二级结构：蛋白质的二级结构：在一级结构的基础上，在一级结构的基础上，借借氢键氢键在氨基酸残基之在氨基酸残基之间连接，使多肽链成为间连接，使多肽链成为螺旋或折叠的结构。螺旋或折叠的结构。 26蛋白质的三级结构：蛋白质的三级结构：在二级结构的基础上再在二级结构的基础上再行折叠（空间立体结行折叠（空间立体结构）。构）。形成的化学键：形成的化学键： 氢键氢键 酯键酯键 离子键离子键 疏水键疏水键27蛋白质的四级结构：蛋白质的四级结构：由两条或几条多肽链在由两条或几条多肽链在各自三级结构的基础上，各自三级结构的基础上，以非共价键组成蛋白质以非共价键组

13、成蛋白质的复合体。的复合体。亚基亚基28血红蛋白分子结构模式图血红蛋白分子结构模式图一级一级 线型线型二级二级 折叠折叠三级三级 三维立体三维立体四级四级 复合体复合体亚单位（亚基）亚单位29蛋白质的结构蛋白质的结构 302.2.蛋白质的功能蛋白质的功能 蛋白质是一切生命现象的物质的载体，是展蛋白质是一切生命现象的物质的载体，是展 示示DNADNA遗传信息的物质形式。遗传信息的物质形式。六大作用：六大作用：结构和支持作用：骨骼中的胶原蛋白结构和支持作用：骨骼中的胶原蛋白 收缩作用：肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白收缩作用：肌肉中的肌动蛋白和肌球蛋白 传递和运输：神经纤维蛋白、血红蛋白等传递和运输：神

14、经纤维蛋白、血红蛋白等 免疫保护作用：免疫球蛋白免疫保护作用：免疫球蛋白 催化作用：酶蛋白催化作用：酶蛋白 调节作用：肽类激素调节作用：肽类激素313.3.一类特殊蛋白质一类特殊蛋白质酶酶化学本质：蛋白质化学本质：蛋白质特点：特点： 1.1.高度的催化性；高度的催化性； 2.2.高度特异性；高度特异性； 3.3.高度不稳定性高度不稳定性 4.4.活性可调性活性可调性 32原始细胞原始细胞第二节第二节 细胞的起源细胞的起源细胞细胞演化演化地球形成到原始细胞的形成的阶段：地球形成到原始细胞的形成的阶段：一、由无机小分子演变为有机小分子物质一、由无机小分子演变为有机小分子物质二、由有机小分子物质演变

15、为生物大分子物质二、由有机小分子物质演变为生物大分子物质三、由生物大分子物质演变为原始细胞三、由生物大分子物质演变为原始细胞33一、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细胞学说细胞学说第三节第三节 细胞的基本概念细胞的基本概念1.1.一切生物体都是由细胞构成一切生物体都是由细胞构成2.2.细胞是生物体代谢与功能的基本单位细胞是生物体代谢与功能的基本单位3.3.细胞是生物体生长发育的基本单位细胞是生物体生长发育的基本单位4.4.细胞是遗传的基本单位，具有遗传全能性细胞是遗传的基本单位，具有遗传全能性34二、细胞的大小和数目二、细胞的大小和数目大小：直径大小：直径101010010

16、0 m m最小：最小：直径直径0.1 0.1 m m（支原体）（支原体）最大：最大：1200 1200 m m（鸵鸟卵）鸵鸟卵）352. 细胞的数目细胞的数目 一个机体发育各个阶段细胞数一个机体发育各个阶段细胞数 发育阶段发育阶段 细细 胞胞 数数 重重 量量 合合 子子 1个受精卵细胞个受精卵细胞 110-7g 新生儿新生儿 2 1012个细胞个细胞 34 kg 成成 人人 6 1014个细胞个细胞 50kg1g动物肝组织重量：动物肝组织重量：2.53亿个细胞亿个细胞器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，器官的大小与细胞的数量成正比，而与细胞的大小无关，称为称为“细胞体积的守恒定

17、律细胞体积的守恒定律”。36三、细胞的形态与功能关系三、细胞的形态与功能关系 细胞的形状具有多样性，但每种细胞的性状一般是固定的，细胞的形状与其执行的功能有关。血细胞：球形或近似球形肌细胞：梭形上皮细胞：扁平鳞状37第四节第四节 原核细胞和真核细胞原核细胞和真核细胞一、原核细胞一、原核细胞原核细胞（原核细胞（prokaryotic cell）: 结构简单，种类极少，没有完整核膜结构和内膜系结构简单，种类极少，没有完整核膜结构和内膜系统。如支原体、蓝藻、统。如支原体、蓝藻、 细菌等。细菌等。支原体是最小生物。支原体是最小生物。38支原体支原体细菌细菌最小的单细胞生物最小的单细胞生物最典型的原核细

18、胞最典型的原核细胞生物生物最大的特点：最大的特点：核没有核膜包围核没有核膜包围39一种细菌的负染照片，一种细菌的负染照片，显示荚膜显示荚膜(capsule)细菌的鞭毛细菌的鞭毛大肠杆菌的菌毛大肠杆菌的菌毛4041二、真核细胞二、真核细胞真核细胞（真核细胞（eukaryotic cell）: 结构复杂，种类多，有完整核膜结构和内膜系统。结构复杂，种类多，有完整核膜结构和内膜系统。光镜下结构光镜下结构细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核42细胞膜的结构模型细胞膜的结构模型4344电镜下真核细胞超微结构电镜下真核细胞超微结构膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体溶酶体溶酶体过氧化氢体过氧化氢体核膜核膜核糖体核糖体中心粒中心粒细胞骨架细胞骨架细胞质基质细胞质基质核仁核仁染色质染色质核基质核基质细胞膜细胞膜45三、原核细胞与真核细胞的比较三、原核细胞与真核细胞的比较要点要点 原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞细胞大小细胞大小 较小，较小，110m 较大，较大，10100 m细细 胞胞 核核 拟核（无核膜和核仁）拟