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1、（一）结构的基本单位第1页/共97页（二）功能与代谢的基本单位神经细胞红细胞第2页/共97页（三）生长与发育的基本单位 对于大多多细胞生物，生命起始于一个受精卵细胞受精卵细胞分裂细胞数量细胞生长细胞分化细胞体积细胞种类第3页/共97页人的生长与发育第4页/共97页（四）遗传的基本单位 低等生物直接分裂产生下一代，高等生物形成生殖细胞进行遗传。大肠杆菌的无丝分裂精子和卵子第5页/共97页（五）没有细胞就没有完整的生命第6页/共97页细胞的分类早期分为原核细胞(prokaryotic cell)和真核细胞(eukaryotic cell)两大类 1990年生物界被分三个域:细菌域(bacteria
2、),古菌域(archaea),真菌域(eukarya)细胞分类:原核(古核),真核第7页/共97页第8页/共97页一 结构简单一条裸露环状DNA,无膜包裹,形成拟核(nucleoid)细胞质中无膜性细胞器,含核糖体,有细胞壁二 体积小主要代表:支原体,衣原体,细菌,蓝藻等二二.原核细胞原核细胞(prokaryotic cell)(prokaryotic cell)第9页/共97页支原体支原体(mycoplasma)最小的细胞体积小体积小细胞膜由磷脂和蛋白构成细胞膜由磷脂和蛋白构成,无细胞壁无细胞壁DNA环状双链,指导约400种蛋白合成细胞膜细胞膜RNARNA核糖体核糖体DNADNA第10页/共
3、97页细菌(bacteria)细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等构成，有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊结构（右图）。绝大多数细菌直径大小在0.55m之间。可根据形状分为三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌（包括弧形菌）。也可分为G+，G-。第11页/共97页细胞壁:位于细菌外表面,主要成分为肽聚糖细胞膜:脂质和蛋白构成,有时可内陷形成中间体细胞质:DNA:环状,重复序列少,无内含子 质粒:能独立于基因组DNA 外,自我复制的环状结构第12页/共97页细菌的特有结构 细 菌 的 鞭 毛 大肠杆菌的菌毛 细 菌 荚 膜 质粒第13页/共97页 质粒是细菌
4、、酵母菌和放线菌等生物中染色体以外的双链闭合环状分子，大小为1-300Kb，能独立于染色体外进行自我复制。其表型效应主要有决定抗药性，合成抗菌素，编码限制或修饰酶等。第14页/共97页杆菌(大肠杆菌)第15页/共97页螺旋菌(弧形霍乱菌)球菌(淋病球菌)第16页/共97页1.1.原核生物的某些特征原核生物的某些特征:如无核膜及内膜系统；如无核膜及内膜系统；2.2.真核生物的特征真核生物的特征:如以甲硫氨酸起始蛋白质的如以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、合成、核糖体对氯霉素不敏感、RNARNA聚合酶和真核细聚合酶和真核细胞的相似、胞的相似、DNADNA具有内含子并结合组蛋白；具有
5、内含子并结合组蛋白；3.3.既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征:如：细胞膜中的脂类是不如：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，可皂化的；细胞壁不含肽聚糖，有的以蛋白质为主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、酸、D D型氨基酸和二氨基庚二酸。型氨基酸和二氨基庚二酸。如：如：嗜热细菌嗜热细菌;嗜盐菌嗜盐菌;产甲烷菌产甲烷菌.是一类很特殊的细菌，多生活在极端的生态环境中。古细菌古细菌(archaebacteria):(archaebacteria):一类特殊细菌一类特殊细菌
6、,多生活多生活在极端环境中在极端环境中,如高温如高温,高盐高盐第17页/共97页三.真核细胞(eukaryotic cell)光光镜镜下下结结构构细胞膜细胞质细胞核电电镜镜下下结结构构膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构细胞膜内质网高尔基复合体线粒体溶酶体过氧化氢体核膜核糖体中心粒微管微丝中等纤维细胞质基质核仁染色质核基质真核细胞的基本结构真核细胞的基本结构第18页/共97页(一)真核细胞形态与大小高等生物的细胞直径大多在10-2010-20 m m之间，人体内最大的为卵细胞，直径100100 m m。细胞的不同形态结构与功能状态密切相关。第19页/共97页各种细胞直径的比较第20页/共97页
7、第21页/共97页第22页/共97页原核细胞与真核细胞的比较真核细胞与原核细胞的共同点:1.都有细胞膜(磷脂双分子层与蛋白质)；2.都含有两类核酸(DNA 和 RNA)；3.都有蛋白质合成工厂(核糖体)。沉降系数S：颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度。第23页/共97页第24页/共97页四 病毒特点:在活细胞内才能表现出基本生命活动在电镜下才能看到结构:核酸与蛋白组成的复合体分类:DNA病毒,RNA病毒类病毒:仅由RNA组成朊病毒:仅由蛋白质亚基组成第25页/共97页第26页/共97页噢，一只倒霉的大肠杆菌遇了细菌病毒第27页/共97页朊病毒Prusiner 1982年发现于患羊瘙痒病（scr
8、apie）的仓鼠，命名为prion。Prusiner因此于1997年获得诺贝尔奖。prion(PrP)由Prnp基因编码，位于人20号染色体，小鼠2号染色体。这种蛋白质存在于神经元和神经胶质细胞表面，可能起信号转导作用。正常Prnp基因产物为PrPc蛋白，对蛋白酶很敏感，具有致病作用的是PrPSc蛋白。第28页/共97页第29页/共97页PRIONPrPCPrPSCPrPSc与PrPc均由253-4个氨基酸组成，PrPc具有43%的螺旋，3%的折叠，而PrPsc具有34%螺旋，43%的折叠。动物被感染后，PrPSc蛋白堆积在脑组织中，形成不溶的淀粉样蛋白沉淀，无法被蛋白酶分解，引起神经细胞凋亡
9、（apoptosis）。第30页/共97页PrPsc的增殖第31页/共97页病羊神经组织的海绵状损伤 第32页/共97页vCJD病人大脑组织切片，左、海绵状病变及周围的沉淀斑，右、淀粉样蛋白沉淀，短线表示50um。引自Stanley B.Prusiner 1997 第33页/共97页目前已知的人类PRION疾病主要有：克-雅氏病（CreutzfeldtJakob disease，CJD）：自身PrP蛋白发生变异引起的。变异型克-雅氏病（vCJD）：PRION感染。GSS综合征（Gerstmann-Straussler Scheinker disease）：由Prnp基因缺陷引起。克鲁病（Kur
10、u）：PRION感染。致死性家族性失眠症（Fatal familial insomnia，FFI）：Prnp基因变异。第34页/共97页第二节 细胞的起源与进化原始细胞形成原核细胞向真核细胞进化单细胞生物向多细胞生物演化第35页/共97页第36页/共97页生命源自于海洋！生命源自于海洋！简单元素简单元素（CC、H H、OO）无机分子无机分子有机分子有机分子氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸多肽多肽指导合成蛋白质指导合成蛋白质脂质膜包裹脂质膜包裹原始细胞原始细胞自然自然条件条件肽键肽键磷酸二酯键磷酸二酯键RNARNA第37页/共97页45亿年前,地球温度很高38亿年前,地球上出现原始海洋,称为原汤,含大量
11、有机小分子,如氨基酸等有机小分子逐渐聚合成有机大分子出现多分子体系原始细胞出现第38页/共97页多分子体系有类似于生命的特点,但是不同与真正的生命有不同与外界环境的膜质结构可以缢分为二可以融合新的分子生长可能可进行酸碱反应第39页/共97页（二）原始细胞的形成 1.具有自我复制能力的多聚体形成RNA的自我复制RNA指导蛋白质合成蛋白质催化RNA复制2.膜的出现与原始细胞的诞生 保持多核苷酸自我复制,避免优质蛋白丢失.磷脂分子自发装配成膜结构 这时的细胞是通过厌氧呼吸获取能量的异养型原始生命单位。第40页/共97页二 从原核细胞向真核细胞的演化(from prokaryotic cell to
12、eukaryotic cell)原原始始细细胞胞包围细胞的包围细胞的细胞膜细胞膜储存遗传信息的储存遗传信息的DNADNA指导蛋白质合成的指导蛋白质合成的RNARNA制造蛋白质的制造蛋白质的核糖体核糖体原原核核细细胞胞第41页/共97页原原核核细细胞胞氧氧与代谢关系的变化与代谢关系的变化细胞膜内陷成细胞膜内陷成细胞器细胞器细胞核细胞核的出现的出现真真核核细细胞胞第42页/共97页一般认为真核细胞由原核细胞进化而来,原始真核细胞大约在1515亿年前出现在地球上 用于解释这一进化的假说有两种：分化起源说认为，原始的原核细胞，通过一系列DNA的胞内复制和质膜的内陷，形成了细胞核和细胞器；然后，再通过结
13、构的分化，并伴随部分复制功能的消失，最终演化为真核细胞。内共生起源说认为，真核细胞内的细胞器不是细胞自身结构分化演变的结果，而是来源于外部。中心体、鞭毛源自螺旋菌样的内共生体；叶绿体和线粒体则分别来自于古蓝藻和好氧细菌。前真核生物是一种具吞噬能力的厌氧生物，吞噬之后两者形成了互利的内共生关系。第43页/共97页分化起源说内共生起源说第44页/共97页内共生起源理论支持以线粒体为例,细胞中DNA一般处于细胞核内,而线粒体有自己独立的DNA,可产生自身所必需的一部分蛋白质.同时线粒体DNA的复制和细胞核DNA不同步,编码也有不同之处第45页/共97页三三 单细胞生物向多细胞生物的进化单细胞生物向多
14、细胞生物的进化 单细胞生物单细胞生物单细胞生物单细胞生物衣藻衣藻衣藻衣藻 群体群体群体群体盘藻盘藻盘藻盘藻(4-32(4-32(4-32(4-32相同相同相同相同cell)cell)cell)cell)多细胞生物多细胞生物多细胞生物多细胞生物团藻团藻团藻团藻(5(5(5(5万多万多万多万多cell)cell)cell)cell)以绿藻为例：以绿藻为例：多细胞生物的两个多细胞生物的两个基本特点基本特点：细胞产生了特化；细胞产生了特化；细胞之间协同合细胞之间协同合作。作。单细胞向多细胞生物进化可能是：首先形成单细胞向多细胞生物进化可能是：首先形成群体群体，然后再演变为具有不同特化，然后再演变为具有
15、不同特化细胞的多细胞生物。细胞的多细胞生物。第46页/共97页v单细胞生物细胞的形态通常与细胞外沉积物或细胞骨架有关，如硅藻呈各种奇异的形态、草履虫像鞋底。v高等生物细胞的形状与细胞功能及细胞间的相互作用有关。如肌肉细胞呈梭形；红细胞为圆盘状；植物叶表皮的保卫细胞成半月形，2个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。v高等动物的细胞离开有机体分散存在时，形状往往发生变化。如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。第47页/共97页草履虫第48页/共97页眼 虫钟形虫第49页/共97页植物气孔细胞第50页/共97页植物薄壁细胞第51页/共97页木材中的导管第52页/共97页人类红细胞第5
16、3页/共97页巨噬细胞第54页/共97页神经元细胞第55页/共97页第三节 细胞的分子基础基基本本元元素素：O O、C C、H H、N N、S S、P P、K K、CaCa、MgMg。其其中中O O、C C、H H、N N四四种种元元素素占占90%90%以以上上。细细胞胞化化学学物物质质可可分分为为两两大大类类：无无机机物物和和有有机机物物。在在无无机机物物中中水水是是最最主主要要的的成成分分，约约占占细细胞胞物物质质总总含含量量的的7575-80-80。第56页/共97页一一 生物小分子的结构与功能生物小分子的结构与功能第57页/共97页细胞中的无机物主要是水和无机盐。细胞中的无机物主要是水
17、和无机盐。细胞中的水以两种形式存在细胞中的水以两种形式存在:游离水和结合水游离水和结合水 水的作用机制：水的作用机制：Chemical Reactant and SolventChemical Reactant and Solvent 水在细胞中的作用水在细胞中的作用:一、无机化合物第58页/共97页水是原生质最基本的物质存在方式：游离水95；结合水5。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。作用:溶解无机物、调节温度、参加酶反应、参与物质代谢和形成细胞有序结构。水之所以具有这么多的重要功能是和水的特有属性分不开的：1.水分子是偶极子2.水分子间可形成氢键3.水分子可解
18、离为离子水第59页/共97页无机盐含量很少，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、PO4和HCO3，其中磷酸根离子在细胞代谢活动中最为重要：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成分；调节酸碱平衡。主要的阳离子有：Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Co2+、Mo2+。第60页/共97页阳离子在细胞中的作用 离子种类在细胞中的作用Fe2+或Fe3+血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁蛋白的成分Na+维持膜电位K+维持膜电位、参与蛋白质合成和某些酶
19、促合成Mg2+叶绿素、磷酸酶、Na+-K+泵Mn2+肽酶Cu2+酪氨酸酶、抗坏血酸氧化酶Co2+肽酶Mo2+硝酸还原酶、黄嘌呤氧化酶Ca2+钙调素、肌动球蛋白、ATP酶第61页/共97页 无机离子的功能有无机离子的功能有:维持细胞内外液的维持细胞内外液的pHpH和渗透压和渗透压,以以保保 持细胞的正常生理活动持细胞的正常生理活动;同蛋白质或脂类结合同蛋白质或脂类结合,组成具有特组成具有特定定 功能的结合蛋白功能的结合蛋白;参与细胞的生命活动参与细胞的生命活动,是酶反应的是酶反应的辅辅 助因子。助因子。第62页/共97页有机小分子有机小分子:组成生物大分子的亚单位组成生物大分子的亚单位Sugar
20、sSugars 分单糖和多糖，分单糖和多糖，单纯的多糖由许多葡萄糖残单纯的多糖由许多葡萄糖残基组成，在动物细胞内主要是糖原，在植物细胞基组成，在动物细胞内主要是糖原，在植物细胞内主要是淀粉。内主要是淀粉。Fatty AcidsFatty Acids 脂肪酸是脂的主要成分，是细胞膜的组份。脂肪酸是脂的主要成分，是细胞膜的组份。NucleotidesNucleotides 核苷酸是组成核酸的基本单位。核苷酸是组成核酸的基本单位。Amino AcidsAmino Acids 细胞内主要有细胞内主要有2020种氨基酸，它们的差别主要种氨基酸，它们的差别主要是是 R R侧链不同，决定了氨基酸的化学性质。
21、侧链不同，决定了氨基酸的化学性质。第63页/共97页通式为（CH2O)n,单糖中的戊糖可组成核酸，己糖中的葡萄糖是体内重要的供能物质。第64页/共97页Fatty AcidsFatty Acids 通式为通式为通式为通式为CH3(CH2)nCOOHCH3(CH2)nCOOHCH3(CH2)nCOOHCH3(CH2)nCOOH，最重要的功能是构成，最重要的功能是构成，最重要的功能是构成，最重要的功能是构成细胞膜。为双亲媒性分子，分饱和脂肪酸和细胞膜。为双亲媒性分子，分饱和脂肪酸和细胞膜。为双亲媒性分子，分饱和脂肪酸和细胞膜。为双亲媒性分子，分饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸不饱和
22、脂肪酸第65页/共97页脂类的功能重要的能量储存形式细胞膜的主要组成部分在细胞信号转导中发挥作用存在形式：甘油三酯脂肪磷脂第66页/共97页二二 生物大分子生物大分子细胞内有三种类型生物大分子细胞内有三种类型生物大分子:Nucleic AcidsNucleic Acids、ProteinsProteins、PolysaccharidesPolysaccharides。细胞内大约有细胞内大约有30003000种大分子。生物大分子的功种大分子。生物大分子的功能由构成它们的亚单位的种类和排列顺序决定能由构成它们的亚单位的种类和排列顺序决定第67页/共97页（一）核酸是生物遗传信息的载体分子。由核苷酸
23、单体聚合而成。分为RNA和DNA两大类。核酸核酸核酸核酸碱基碱基碱基碱基戊糖戊糖戊糖戊糖磷酸磷酸磷酸磷酸RNARNAA A、G G、C C、U U核糖核糖磷酸磷酸DNADNAA A、G G、C C、T T脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸两类核酸的组成成分第68页/共97页核苷酸的组成核苷酸的组成碱基戊糖磷酸第69页/共97页DNA的主要构象有三种B-DNA：右手螺旋模型，每圈螺旋10个碱基，螺旋扭角为36度，螺距3.4nm，碱基倾角为-2度。双螺旋结构上存在大沟和小沟A-DNA：右手螺旋，每圈螺旋10.9个碱基，螺旋扭角为33度，螺距32A，碱基倾角为13度。通过75%适度的B-DNA经X光衍射得到，
24、尚不能肯定自然条件是否存在。Z-DNA：左手螺旋，每圈螺旋12个碱基，碱基倾角为9度。确切功能未知，可能起调控作用。第70页/共97页DNADNA的一级结构是脱氧核苷酸之间通过3-53-5磷酸二酯键连接而成的单链，二级结构是通过碱基互补配对原则（A-TA-T，C-GC-G）以氢键相连而形成的双螺旋。双螺旋间的氢键可被加热PHPH改变等因素破坏，使DNADNA变成单链，即DNADNA变性，除去变性因素，分开的两链又可通过碱基配对重新形成双螺旋，称为复性。DNADNA的双螺旋结构有利于其作为遗传信息的贮存和传递者，它具有的变性和复性的特点是分子生物学重要技术核酸分子杂交的基础。DNADNA功能:遗
25、传信息储存,复制,传递第71页/共97页3.RNA3.RNA RNA大多为单链，部分区域折叠形成发夹结构，根据结构与功能的不同，可分为：信使RNA(mRNA)：蛋白质合成模板（原核与真核区别大）转运RNA(tRNA)：转运氨基酸合成肽链（稀有碱基、三叶草结构）核糖体RNA(rRNA)：与蛋白质构成核糖体（原核70S，真核80S）第72页/共97页mRNA含量:占细胞内总RNA15%种类:多,且极不均一结构特点3,5非编码区中间的编码区原核细胞多顺反子,真核细胞单顺反子功能:作为蛋白质合成的模板,三个相邻碱基组成一个密码子第73页/共97页原核与真核生物mRNA之间区别第74页/共97页核糖体R
26、NA含量;占RNA总量的8090%功能:参与核糖体形成原核生物核糖体70s:50s+30s真核生物核糖体80s:60s+40s第75页/共97页第76页/共97页tRNA含量:总RNA的5-10%结构特点:单链结构,部分折叠,整个分子结构呈三叶草形3端有CCA三个碱基,与特定氨基酸结合反密码环上三个碱基组成反密码子,与密码子互补结合,参与蛋白合成功能:转运特定氨基酸,参与蛋白合成第77页/共97页第78页/共97页第79页/共97页第80页/共97页6.核酶与脱氧核酶也叫核酶Ribozyme(具有酶活性的RNA分子)。T.Tech 1982 发现四膜虫rRNA的前体物能在没有任何蛋白质参与下进
27、行自我加工，产生成熟的rRNA产物。这种加工方式称为自我剪接(self splicing)。后来陆续发现，具有催化活性的RNA不只存在于四膜虫，而是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基转移酶。第81页/共97页（二）蛋白质是细胞的主要结构成分，而且更重要的是，生物专有的催化剂酶是蛋白质，因此细胞的代谢活动离不开蛋白质。一个细胞中约含有104种蛋白质，分子的数量达1011个。第82页/共97页 组成蛋白质的常见氨基酸有二十种组成蛋白质的常见氨基酸有二十种 ，R R不同，组成的氨基酸就不同不同，组成的氨基酸就不同 氨基酸根据侧链极性不同可分：非极性疏氨基酸根据侧链极性不同可分：非
28、极性疏水氨基酸、极性中性氨基酸、酸性氨基水氨基酸、极性中性氨基酸、酸性氨基酸、碱性氨基酸酸、碱性氨基酸 氨基酸通式氨基酸通式第83页/共97页肽键:一个氨基酸上羧基与另一个氨基酸上氨基脱水形成的化学键第84页/共97页蛋白质的结构每一条特定的肽链都有其特异的氨基酸排列顺序即一级结构（线性结构）；每条多肽链再盘旋折叠而成二级结构，主要有螺旋和片层两种；蛋白质的三级结构是在二级结构基础上，不同区域氨基酸侧链相互作用形成(包括氢键,离子键,疏水键等)；由两个或两个以上含独立三级结构的多肽链相互作用聚合而成的更复杂的蛋白质四级结构。第85页/共97页3 蛋白质结构与功能的关系一级结构是蛋白质功能的基础
29、结构域:大分子蛋白质的结构构成单元组成一个结构域的氨基酸残基通常在40-350之间通常通过结构域推断蛋白质的功能具有相同结构域的蛋白具有类似功能第86页/共97页结构域决定功能，有什么样结构域就有什么样的功能结构域(domain)螺旋和折叠由一个多肽链的环行区域连接并折叠成紧密的球状结构，是生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域。第87页/共97页第88页/共97页4 一类特殊类型的蛋白质-酶1.酶是生物体细胞产生的具有催化作用的蛋白质，主要作用是降低化学反应的活化能，增加了反应物分子越过活化能屏障和完成反应的概率。(高催化效率,高专一性,高不稳定性)2.某些酶需要有一种非蛋白质性的辅因子(
30、cofactor)结合才能具有活性。辅因子可以是一种复杂的有机分子，也可以是一种金属离子，或者二者兼有。第89页/共97页3.作用机制：在反应中与底物暂时结合，形成了酶底物复合物。降低活化能。反应完成后，酶分子迅即从酶底物复合物中解脱出来。4.作用特点：只催化热力学允许的反应；只加快反应速度，不改变反应平衡点；对正逆反应催化作用相同；降低反应活化能；第90页/共97页第91页/共97页小 结 细胞物 质组成小分子物质大分子物质 水 无机盐和离子 有机小分子:氨基酸 核苷酸 蛋白质：结构 功能 核酸：结构 功能 分类第92页/共97页章节要点细胞的概念原核细胞与真核细胞、病毒各自特点及比较原核细胞向真核细胞演化生物大分子结构特点第93页/共97页复习题目前已知最小的细胞是（）原核细胞的典型代表是（）病毒通常根据所含核酸分子不同分为（）和（）原核细胞向真核细胞演化的假说有（）和（）两种蛋白质一级结构指（），二级结构主要是（）和（）第94页/共97页名词解释：质粒 阮病毒 核酶 肽键 结构域第95页/共97页请简述原核细胞核真核细胞的主要区别请介绍原核细胞向真核细胞演化的相关假说第96页/共97页感谢您的观看！第97页/共97页