生细胞的物质基础

生细胞的物质基础第1页/共39页第四节细胞的物质基础元素基础分子基础第2页/共39页一、元素基础1、必需元素：新陈代谢或生长发育所必需的元素。大量元素（宏量元素）：成人每日需要大于100mgCHONKNaCaPMgClS微量元素（痕量元素）

FeZnISeFCuMoMnCrSiCo等2、非必需元素摄入少量不会产生严重病理现象：Al摄入微量即出现病态或新陈代谢严重障碍：Hg，Pb第3页/共39页在生命元素中，碳原子具有特别重要的作用，碳原子相互连接成链或成环，形成各种生物大分子的基本结构。碳骨架结构排列和长短决定了有机化合物的基本性质Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｐ、Ｓ第4页/共39页二、分子基础（由小分子到大分子）

小分子大分子复合大分子

单糖多糖糖蛋白

氨基酸蛋白质糖脂核苷酸核酸脂蛋白脂肪酸脂类水无机盐第5页/共39页1、水

水是生命存在的条件，是原生质最基本的物质，是细胞的主要成分。随着细胞的衰老，细胞的含水量逐渐下降，活细胞的含水量不低于75％。存在方式：

游离水95％结合水以氢键结合于蛋白质分子中的水分，构成细胞结构的组成成分第6页/共39页水是无机离子和大分子物质的天然溶剂，也是原生质的分散介质

溶解大多数的有机物和无机物

所有生物化学反应都需要水排出代谢产物如尿素或多余的盐分细胞各种生理活动的场所

人体血液的组成主要是水（90％）参与细胞的各种代谢活动保护作用（水能吸收热量；水的蒸发热较高）维持细胞内外的离子及酸碱平衡生命的基本单位——细胞第7页/共39页微量元素：Fe，Zn，I生命的基本单位——细胞2、无机盐（通常以离子状态存在）

含量很少，约占1％。盐在细胞中解离为离子，离子的浓度除具有调节渗透压和维持酸碱平衡的作用外，还有许多重要的作用。主要的阴离子有Cl－、HPO42－和HCO3－，其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要。主要的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。第8页/共39页3、糖类

来自于光合作用，资源丰富，是人类食物中的主要供能者。可以在体内转变为脂肪。糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质葡萄糖是细胞的能源物质，在葡萄糖分解过程中，释放的能量用以合成三磷酸腺苷（ATP），供细胞生命活动的需要。第9页/共39页糖类分类：

单糖

单糖的分子式（CH2O）n，是细胞主要的能源以及构成某些大分子物质的原料。五碳糖（戊糖）：核糖、脱氧核糖六碳糖（己糖）：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖寡糖（低聚糖）双糖蔗糖、麦芽糖、乳糖

三糖、四糖棉籽糖

多糖能水解成许多单糖的高分子化合物

营养储备多糖——淀粉、糖原结构多糖——纤维素、几丁质(含氮的多糖)第10页/共39页4、脂类：结构物质、能量物质。

脂类是脂肪、磷脂、糖脂、类固醇、蜡、类胡萝卜素等类化合物的总称脂类的理化特点：难溶于水，而易溶于非极性有机溶剂脂类的基本组成单位：脂肪酸脂类的分类脂肪：中性脂肪（三脂酰甘油或称甘油三脂）油类脂：磷脂糖脂类固醇等第11页/共39页脂类的功能脂类是生物膜的主要成分；是储存能的分子，脂肪氧化时产生的能量大约是糖氧化时的二倍。生物表面的保护层/保持体温/生物活性物质第12页/共39页脂类的主要组成元素C、H、O但O的含量低，C、H元素比例高，有的脂类还含有P、N脂类的基本组成单位：

脂肪酸

CH3(CH2)nCOOH

n＝10－20

脂肪酸1)饱和脂肪酸：硬脂酸（stearicacid）软脂酸（palmiticacid）2)不饱和脂肪酸：油酸（oleicacid）亚油酸（linoleicacid）亚麻酸（linolrnicacid）花生四烯酸（arachidonicacid）第13页/共39页中性脂肪（三脂酰甘油或称甘油三脂）和油（植物中）(b)Atriglyceride三脂酰甘油第14页/共39页类脂

磷脂：是构成生物膜的基本成分，也是许多代谢途径的参与者。分为甘油磷脂和鞘磷脂两大类。糖脂：糖脂也是构成细胞膜的成分，与细胞的识别和表面抗原性有关。

类固醇类

第15页/共39页磷脂是生物膜脂质双层的主要成分，磷酸胆碱一端为极性的头，两个脂肪酸一端为非极性的尾，其中一个脂肪酸通常含不饱和双键，因此总有点弯折第16页/共39页类固醇类又称甾类化合物，其中胆固醇是构成动物膜的成分，与膜的通透性有关。另一些甾类化合物是激素类（脂溶性激素），如雌性激素、雄性激素、肾上腺激素等，是重要的生物活性物质和信号分子。第17页/共39页5、蛋白质生物大分子分子量在数千以上

细胞的主要结构成分，一个细胞中约含有104种蛋白质，分子的数量达1011个。

机体的重要组成部分，是除水外含量最多的养分，占细胞干重的50%。提供能量、转化为糖和脂肪。第18页/共39页蛋白质的种类:1）化学组成：单纯蛋白：只有氨基酸组分如清蛋白结合蛋白：氨基酸组分+其他组分（辅基）如脂蛋白、糖蛋白、核蛋白等2）蛋白质外形：纤维蛋白：α角蛋白、纤维蛋白原球形蛋白：血红蛋白、多数酶蛋白、抗体等3）蛋白质功能：结构蛋白——胶原蛋白、丝蛋白、角蛋白等调节蛋白：激素

抗体蛋白：免疫球蛋白催化蛋白：酶等（全酶＝酶蛋白＋辅酶）转运蛋白：载体蛋白、通道蛋白等第19页/共39页蛋白质的功能：1）结构和支持：如胶原蛋白，蚕丝蛋白2）催化：如酶类，胰蛋白酶3）运输：如血红蛋白，转铁蛋白4）运动：如肌动蛋白；微管蛋白5）功防：如毒素、抗体、重金属结合蛋白6）信息传递、调节：激素（如胰岛素，神经生长因子、受体）、跨膜受体蛋白（接受信号）7）储藏：如乳汁蛋白，卵白蛋白，种子蛋白此外，基因的表达、调控和人类高级神经活动等都与蛋白质密切相关蛋白质是一切生命现象的物质载体第20页/共39页结构单位——氨基酸

组成蛋白的氨基酸有20种通式：RCH(NH2)COOH蛋白质的基本组成单位元素组成：C、H、O、N和硫，有些蛋白质还含有少量的磷和金属元素。各种蛋白质的含氮量很接近，平均含氮量为16%

不同氨基酸其R基各不相同，R基的结构决定了20种氨基酸的特殊性质第21页/共39页蛋白质的分子结构连接方式：肽键＋肽键H2O肽键（Peptidebond）：一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键（…CONH…）第22页/共39页蛋白质的基本结构形式多肽链：…NHCHCONHCHCO…

多肽链的方向性：从N末端指向C末端一级结构（primarystructure）二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构第23页/共39页蛋白质的一级结构

一级结构（线性结构）：每一条特定的肽链都有其特异的氨基酸排列顺序

一级结构的连接键：肽键；二硫键；

一级结构决定高级结构。第24页/共39页蛋白质的三级结构：是在二级结构基础上进一步盘旋折叠而成特定空间构象；维持三级结构稳定：氢键二锍键盐键蛋白质形成三级结构的驱动力是：疏水作用蛋白质的二级结构：由每条多肽链再盘旋折叠而成二级结构主要有α螺旋（角蛋白）β折叠（蚕丝、珠丝）维持二级结构的力量为：氢键第25页/共39页

三级结构的基本单位－结构域（domain）三级结构的基本单位是结构域。一个结构域指的是一条多肽链或能够独立折叠为稳定的三级结构的多肽链的一部分。结构域也是一个功能单位，通常蛋白质中不同的结构域是和不同的功能相关的。相同的结构域一般具有相同的功能第26页/共39页

蛋白质的四级结构

许多球状蛋白分子含有两条或多条多肽链，这些多肽链间以非共价键(疏水键)的方式相连接，聚合而成的更复杂的蛋白质四级结构。每一条多肽链都有自己的三级结构，这样的多肽链被称作蛋白质的亚基（subunit），又被称作亚单位。单独存在时一般无生物活性。

蛋白质的四级结构指的是各个亚基在寡聚蛋白质中的空间排布关系和蛋白质亚基之间的相互作用，它不考虑每个亚基自身的构象。第27页/共39页变性：在某些理化因素作用下，蛋白质的空间结构被破坏，从而导致其理化性质改变、生物活性丧失的现象称为变性。

变性不涉及一级结构的变化第28页/共39页6、核酸

细胞内贮存和传递遗传信息的生物大分子，由许多核苷酸通过磷酸二酯键相连而成。

DNA

（Deoxyribonucleicacid

）脱氧核糖核酸——主要存在于细胞核内的染色体中，线粒体和叶绿体中也有，是遗传信息的携带者

RNA（Ribonucleicacid

）核糖核酸——主要存在于细胞质中，在蛋白质合成中起重要作用，细胞核中也有第29页/共39页组成组成的核苷酸磷酸戊糖碱基（符号）磷酸核糖腺嘌呤（A）

AMP鸟嘌呤（G）GMP胞嘧啶（C）CMP尿嘧啶（U）UMP脱氧核糖腺嘌呤（A）dAMP鸟嘌呤（G）dGMP胞嘧啶（C）dCMP胸腺嘧啶（T）dTMP核酸的分子组成：

元素组成：C、H、O、N、P（9－11％）基本结构单位：核苷酸8种第30页/共39页2、DNA的分子结构

DNA的一级结构是核酸分子中核苷酸排列顺序及其连接方式，核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。1、核苷酸的链接方式：3’5’磷酸二酯键2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链信息量：4n末端：5’端，3’端多核苷酸链的方向：5’端—3’端（由左到右）3、表示方法：结构式、线条式、文字缩写第31页/共39页DNA的二级结构是DNA的双螺旋结构模型（平行、反向、互补）氢键碱基堆积力离子键第32页/共39页第33页/共39页第34页/共39页第35页/共39页DNA双螺旋结构的特点：1、DNA分子由两条DNA单链组成2、DNA双螺旋结构是分子中两条ＤＮＡ单链之间基团相互识别和作用的结果DNA双螺旋结构的要点：（１）ＤＮＡ分子由两条走向相反