同濟(jì)大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件-細(xì)胞的分子基礎(chǔ)

1、 細(xì)胞的分子基礎(chǔ)第一節(jié) 細(xì)胞中的生物小分子一、水二、無機(jī)鹽三、糖類四、脂類第二節(jié) 細(xì)胞中的生物大分子一、蛋白質(zhì)二、酶三、核酸第一節(jié) 細(xì)胞中的生物小分子原生質(zhì)(protoplasm): 生活的細(xì)胞中所有的生命物質(zhì)總稱生物大分子：蛋白質(zhì)、酶、核酸其分子量巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，決定著生物體重要的生命活動(dòng)一、水細(xì)胞中含量最多的成分溶劑，物質(zhì)分散的介質(zhì)吸收熱或散熱，維持機(jī)體細(xì)胞正常的代謝活動(dòng)細(xì)胞外液的主要成分，是細(xì)胞生活的外環(huán)境 游離水：占細(xì)胞水總量的95% 以上結(jié)合水：以氫鍵或其他引力與蛋白質(zhì)分子結(jié)合的水分子，是構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的成分二、無機(jī)鹽陽(yáng)離子：Na+、K+、Ca2+ 、Fe3+、Mg2+等陰離子：主要有

2、Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等參與構(gòu)成細(xì)胞的重要成分，維持細(xì)胞生存環(huán)境維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓、pH值，保證細(xì)胞的正常功能三、糖類糖類又稱碳水化合物(carbohydrate)，含有碳、氫、氧三種元素，其通式為Cn(H2O)n。是機(jī)體細(xì)胞活動(dòng)的主要能源之一單糖由一個(gè)糖單位構(gòu)成葡萄糖：含有6個(gè)碳原子，分子式為C6H12O6 葡萄糖是細(xì)胞的能源物質(zhì)戊糖：核糖、脫氧核糖雙糖兩個(gè)單糖分子由糖苷鍵連接而成蔗糖：葡萄糖和果糖麥芽糖：兩分子葡萄糖組成乳糖：為半乳糖和葡萄糖低聚糖一般由315個(gè)以下的單糖聚合而成分支或不分支的鏈狀結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞外被中的糖鏈。多糖由多達(dá)幾百個(gè)單糖分子構(gòu)成的聚合物淀粉 糊精

3、 麥芽糖 葡萄糖糖原：每分子糖原約含5000個(gè)左右的單糖分子肝糖元和肌糖元纖維素、粘多糖、氨基聚糖等低聚糖與蛋白質(zhì)結(jié)合為糖蛋白，與脂類結(jié)合成為糖脂，位于細(xì)胞表面，與細(xì)胞的識(shí)別、代謝調(diào)節(jié)、免疫等功能有關(guān)。四、脂類脂類是不能溶于水而易溶于有機(jī)溶劑的有機(jī)化合物脂肪磷脂類固醇糖脂 脂肪由1分子甘油和3分子脂肪酸所構(gòu)成的中性脂，也稱為甘油三酯脂肪酸由一端帶有 COOH的碳?xì)滏湗?gòu)成脂肪酸鏈的碳原子數(shù)為1424個(gè)脂肪酸鏈中可含有一個(gè)或多個(gè)雙鍵，稱為不飽和脂肪酸。類固醇又稱甾族化合物，是脂肪的衍生物膽固醇是最重要的類固醇，雌激素、黃體酮、睪甾酮、維生素D等均是以此為原料合成。 第二節(jié) 細(xì)胞中的生物大分子一、蛋

4、白質(zhì)（protein）細(xì)胞中的主要生物大分子細(xì)胞中含量最多的含N有機(jī)化合物約占細(xì)胞干重的50%在機(jī)體中擔(dān)負(fù)著各種各樣重要的生理功能（一）蛋白質(zhì)分子的組成單位 氨基酸(amino acid)是含有氨基的有機(jī)羧酸組成蛋白質(zhì)的基本單位，主要是由C、H、O、N四種元素組成，個(gè)別的還含有S構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種碳原子上有堿性的氨基(NH2)和酸性的羧基(COOH)具有酸和堿的雙重性質(zhì)，是兩性電解質(zhì) 連接于碳原子的R基團(tuán)是氨基酸的側(cè)鏈，形成20種氨基酸（二）蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)肽鍵：一個(gè)氨基酸的羧基(-COOH)和另一個(gè)氨基酸的氨基(-NH2)之間脫水縮合而成的鍵(-CO-NH-)二肽：由兩個(gè)氨基酸分子脫

5、水縮合而成多肽或多肽鏈：許多氨基酸脫水縮合而成的結(jié)構(gòu) 多肽鏈的形成 N端與 C端蛋白質(zhì)分子是由氨基酸以肽鍵連接而成的多肽鏈肽鏈中的每個(gè)氨基酸稱為氨基酸殘基N端：肽鏈起始的氨基端C端：末端的羧基端1個(gè)蛋白質(zhì)分子可以含有一條或幾條多肽鏈蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是保持蛋白質(zhì)在細(xì)胞中行使多種功能的重要基礎(chǔ)一級(jí)結(jié)構(gòu)一種蛋白質(zhì)中所含氨基酸的數(shù)目、種類和排列順序維持一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵肽鍵二硫鍵：含硫氨基酸通過巰基(-SH)之間形成的共價(jià)鍵(-S-S-)胰島素含51個(gè)氨基酸A鏈：含21個(gè)氨基酸B鏈：含30個(gè)氨基酸含有三個(gè)二硫鍵氨基酸順序與蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)和功能人類正常的血紅蛋白包括四條多肽鏈，兩條鏈和兩條鏈，共574個(gè)

6、氨基酸。如鏈第六位上的谷氨酸被纈氨酸所代替，就會(huì)導(dǎo)致鐮形紅細(xì)胞貧血癥，造成嚴(yán)重的溶血性貧血。二級(jí)結(jié)構(gòu)在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，肽鏈中位置比較接近的氨基酸殘基的亞氨基(-NH-)和羰基(-CO-)，通過靜電引力形成氫鍵而成的立體結(jié)構(gòu)。螺旋折疊螺旋：氫鍵出現(xiàn)在一條多肽鏈之內(nèi)折疊：氫鍵出現(xiàn)在幾條多肽鏈之間或一條多肽鏈的迂回肽段之間三級(jí)結(jié)構(gòu)在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊構(gòu)成更為復(fù)雜的空間構(gòu)型三級(jí)結(jié)構(gòu)除包含上述的氫鍵、二硫鍵外，還有疏水基團(tuán)之間相互吸引所形成的疏水鍵和帶電荷的陰、陽(yáng)離子之間形成的離子鍵四級(jí)結(jié)構(gòu)指由幾個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈形成的集合體在四級(jí)結(jié)構(gòu)中，每一條多肽鏈稱為一個(gè)亞基，亞基之間借一些副鍵(

7、如氫鍵)構(gòu)成一定的構(gòu)象具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)必須形成四級(jí)結(jié)構(gòu)才能表現(xiàn)出生物活性超分子結(jié)構(gòu)幾種蛋白質(zhì)組合在一起，構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)如膠原纖維、微管、微絲、中等纖維，以及線粒體的基本微粒等單純蛋白質(zhì)單純由氨基酸組成的蛋白質(zhì)清蛋白(卵清蛋白)組蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)脂蛋白：與脂類結(jié)合糖蛋白：與糖類結(jié)合核蛋白：與核酸結(jié)合二、酶酶是生物催化劑，能催化細(xì)胞中的化學(xué)反應(yīng)而本身并不參與形成產(chǎn)物酶的化學(xué)本質(zhì)是多為蛋白質(zhì)細(xì)胞或生物體進(jìn)行新陳代謝及各種化學(xué)反應(yīng)，都是在酶的催化下進(jìn)行的酶所作用的物質(zhì)稱為底物，在酶的作用下，底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物（一）酶的特性 高度專一性一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的特定反應(yīng)高度催化效能在同一種反應(yīng)，

8、酶催化反應(yīng)的速度比一般催化劑催化反應(yīng)的速度要高1061012倍高度不穩(wěn)定性酶的活性極易受環(huán)境條件的影響。如高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子等(二)酶的種類單純蛋白酶指其水解產(chǎn)物僅為氨基酸其酶活性決定于分子構(gòu)型胃蛋白酶核糖核酸酶結(jié)合蛋白酶(全酶)蛋白質(zhì)部分稱酶蛋白輔酶：與酶蛋白結(jié)合疏松，易于分開輔基：結(jié)合牢固不易分離全酶需結(jié)構(gòu)完整才能表現(xiàn)出活性三、核酸(一)核酸的化學(xué)組成及分子結(jié)構(gòu)核酸是核苷酸的聚合體(二)核酸的種類核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA) 1. DNA 的結(jié)構(gòu)及作用1953年，華生(Watson)和克里克

9、(Crick)提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，為分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)的建立以及細(xì)胞生物學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型DNA分子是由兩條多核苷酸鏈組成DNA的結(jié)構(gòu)兩條脫氧核苷酸長(zhǎng)鏈以逆向平行的方式形成雙螺旋，一條多核苷酸鏈的5端與另一條多核苷酸的3端相對(duì)應(yīng)。雙螺旋結(jié)構(gòu)中，所有核苷酸的堿基都位于鏈內(nèi)側(cè)，戊糖和磷酸則位于外側(cè)。二條多核苷酸鏈的堿基之間 (AT、TA)， (CG、GC)AG=TC每一堿基對(duì)位于同一平面上，并垂直于螺旋主軸每一相鄰堿基對(duì)旋轉(zhuǎn)36間距為0.34nm雙螺旋的直徑為2nmDNA在細(xì)胞中的作用作為遺傳信息的載體，生物體所有的遺傳信息貯存在DNA堿基的排列順序之中。具

10、有自我復(fù)制的能力，通過復(fù)制，遺傳信息可以從親代細(xì)胞傳給子代細(xì)胞，也可以從親代個(gè)體傳給子代個(gè)體。轉(zhuǎn)錄合成RNA，通過轉(zhuǎn)錄信使核糖核酸(mRNA)，將特定的遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)移到mRNA，并通過mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成，實(shí)現(xiàn)遺傳信息的表達(dá)。DNA與細(xì)胞的代謝、蛋白質(zhì)的種類、功能密切相關(guān)。DNA控制著生物體的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、遺傳和變異，是細(xì)胞中最重要的成分。2. RNA 的結(jié)構(gòu)及作用RNA 是一種單鏈結(jié)構(gòu)的核苷酸，一般為線型，有的單鏈自身折疊成為假雙鏈。信使核糖核酸 (messenger RNA，mRNA)轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸 (transfer RNA，tRNA)核糖體核糖核酸 (ribosomal RNA，rRNA)rRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)假雙鏈3. 其他核苷酸二磷酸腺苷酸(ADP)三磷酸腺苷酸(ATP)二磷酸鳥苷酸(GDP)三磷酸