1、第二章第二章 细胞的概念和分子基础细胞的概念和分子基础 第一节第一节 细胞的基本概念细胞的基本概念一、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 细胞是一切生命活动的基本结构细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。和功能单位。 细胞是构成有机体的基本单位；细胞是构成有机体的基本单位；细胞具有独立完整的代谢体系，是细胞具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基本单位；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，细胞具有细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗传的全能性遗传的全能性 ；没有细胞就没有完整的生命。没有细胞就没有完整的生命。
2、原核细胞原核细胞（prokaryotic cell） 真核细胞真核细胞（eukaryotic cell） 近近2020年研究表明原核生物分为二年研究表明原核生物分为二大类型：大类型： 古细菌（古细菌（archaeobacteria) ) 真细菌（真细菌（eubacteria） 20世纪世纪60年代细胞生物学家年代细胞生物学家H.Ris提提出将细胞分为两大类：出将细胞分为两大类：1、细菌域（、细菌域（bacteria）:支原体支原体、衣衣原体原体、立克次体、立克次体、细菌细菌、放线菌、放线菌、蓝蓝藻藻真细菌真细菌2 2、古细菌域（古细菌域（archaea）：产甲烷菌、）：产甲烷菌、盐杆菌、热原质
3、体盐杆菌、热原质体古细菌古细菌3、真核域（、真核域（ eukarya ）：真菌、植）：真菌、植物、动物物、动物1990年美国年美国C. R. Woese将生物界分为三将生物界分为三个域：个域：原核细胞原核细胞古核细胞古核细胞真核细胞真核细胞 目前普遍观点仍然把古核细胞目前普遍观点仍然把古核细胞归为原核细胞。归为原核细胞。 一些学者建议将生物界的细胞分一些学者建议将生物界的细胞分为三类：为三类：三三界界系系统统 Haeckel 1894 五五界界系系统统 Whittaker 1959 六六界界系系统统 Woese 1977 三三类类生生物物 Woese 1990 真细菌Eubacteria 细菌
4、Bacteria 原核生物Monera 古细菌Archaebacteria 古细菌Archaea 原生生物Protista 原生生物Protista 原生生物Protista 真菌Fungi 真菌Fungi 植物Plantae 植物Plantae 植物Plantae 动物Animalia 动物Animalia 动物Animalia 真核生物Eukarya v遗传的信息量小，遗传的信息量小，DNADNA为裸露的环状为裸露的环状分子，环的直径约为分子，环的直径约为2.5nm2.5nm，周长约几，周长约几十纳米。十纳米。v细胞内无分化为以膜为基础的具有专细胞内无分化为以膜为基础的具有专门结构与功能的
5、细胞器与细胞核膜。门结构与功能的细胞器与细胞核膜。v核糖体为核糖体为70S70S型。型。二、原核细胞二、原核细胞v支原体支原体（mycoplasma）v衣原体衣原体（chlamydia）v细菌细菌（bacteria）v蓝藻又称蓝细菌蓝藻又称蓝细菌（cyanobacterium）主要代表：主要代表：1 1、支原体、支原体最小最简单的细胞最小最简单的细胞肺炎支原体肺炎支原体 直径约直径约为为0.10.3m, ,介于介于病毒和细菌之间病毒和细菌之间的单细胞生物的单细胞生物, ,没有细胞壁没有细胞壁。营寄生生活营寄生生活。 支原体的细胞膜由磷脂和蛋白质构成，无支原体的细胞膜由磷脂和蛋白质构成，无细胞壁
6、，胞质内呈环形的双链细胞壁，胞质内呈环形的双链DNA分子分散分子分散存在。存在。 核糖体为其唯一的细胞器。核糖体为其唯一的细胞器。 支原体与医学关系密切，是肺炎、脑炎与支原体与医学关系密切，是肺炎、脑炎与尿道炎的病原体。尿道炎的病原体。 细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有荚膜、鞭核质体等部分构成，有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在大小在0.50.55 5m之间。之间。2 2、细菌是原核细胞的典型代表、细菌是原核细胞的典型代表细菌结构示意图细菌结构示意图常见有杆菌、
7、球菌、螺旋菌。常见有杆菌、球菌、螺旋菌。3 3、古细菌多生活于极端环境、古细菌多生活于极端环境 v具有原核生物的某些特征：无核膜及具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统；内膜系统；v也有真核生物的特征：以甲硫氨酸起也有真核生物的特征：以甲硫氨酸起始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏始蛋白质的合成、核糖体对氯霉素不敏感、感、RNARNA聚合酶和真核细胞的相似、聚合酶和真核细胞的相似、DNADNA具有内含子并结合组蛋白具有内含子并结合组蛋白. .v还具有既不同于原核细胞也不同于真核还具有既不同于原核细胞也不同于真核细胞的特征：细胞膜中的脂类是不可皂化细胞的特征：细胞膜中的脂类是不可皂化的；细胞壁不
8、含肽聚糖，有的以蛋白质为的；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，主，有的含杂多糖，有的类似于肽聚糖，但都不含胞壁酸、但都不含胞壁酸、D D型氨基酸。型氨基酸。 二二. .真核细胞真核细胞(eukaryotic cell)（一）真核细胞的形态与大小（一）真核细胞的形态与大小 直径多数在直径多数在1010m20m 。1m=102cm=103mm=106 m=109nm1603620http:/w2009-03-2009-03-图：电子显tp普尔基涅神经元：在大脑里的普尔基涅神经元：在大脑里的1000亿亿个神经元中，普尔基涅神经元是体积个神经元中，普尔基涅神经元是体积
9、最大的。这些细胞是小脑皮层内的运最大的。这些细胞是小脑皮层内的运动协调大师。动协调大师。 脂肪细胞的电子扫描图脂肪细胞的电子扫描图 光学显微镜下的三部结构光学显微镜下的三部结构 细胞膜（细胞膜（cell membrane）细胞质（细胞质（cytoplasm）细胞核（细胞核（nucleus） （二）真核细胞的基本结构（二）真核细胞的基本结构细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核电子显微镜下的两相结构电子显微镜下的两相结构电镜下结构电镜下结构膜相结构膜相结构细胞膜细胞膜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物酶体过氧化物酶体核膜核膜1 1、以脂质及蛋白质成分为基础的膜相、
10、以脂质及蛋白质成分为基础的膜相结构体系结构体系生物膜系统生物膜系统非膜相结构非膜相结构电镜下结构电镜下结构非膜相结构非膜相结构核膜核膜核糖体核糖体核仁核仁染色质染色质核基质核基质2 2、以核酸蛋白质为主要成分的遗传信息表、以核酸蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系达体系遗传信息表达系统遗传信息表达系统膜相结构膜相结构电镜下结构电镜下结构膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构中心粒中心粒微管微管微丝微丝中等纤维中等纤维3 3、以特异蛋白质分子构成的细胞骨架体、以特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系系细胞骨架系统细胞骨架系统核糖体核糖体（核蛋白体）（核蛋白体）细胞质溶胶细胞质溶胶4 4、核糖体与细胞质溶胶
11、、核糖体与细胞质溶胶 均质半透明液体，占细胞总体积一半，主均质半透明液体，占细胞总体积一半，主要成分是蛋白质（要成分是蛋白质（2020）。）。以脂质及蛋白质成分为基础的膜系统以脂质及蛋白质成分为基础的膜系统结构结构生物膜系统；生物膜系统；以核酸以核酸- -蛋白质为主要成分的遗传信蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统结构息表达系统结构遗传信息表达结构遗传信息表达结构系统；系统；由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系系细胞骨架系统。细胞骨架系统。核糖体与细胞质溶胶核糖体与细胞质溶胶 真核细胞的基本结构体系：真核细胞的基本结构体系：原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞
12、的比较特征特征 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（1 11010m m）较大（较大（1010100 100 m m）细胞核细胞核无核仁和核膜无核仁和核膜有核仁和核膜有核仁和核膜细胞器细胞器无（除核糖体外）无（除核糖体外）有各种细胞器有各种细胞器核糖体核糖体70S70S（50S+30S50S+30S）80S80S（60S+40S60S+40S）染色体染色体只有一条只有一条DNADNA，DNADNA裸裸露不与组蛋白和酸性露不与组蛋白和酸性蛋白结合，染色体为蛋白结合，染色体为单数。单数。有几条有几条DNADNA，DNADNA与组蛋与组蛋白和酸性蛋白结合，有白和酸性蛋白结合，
13、有若干对染色体。若干对染色体。内膜系统内膜系统简单简单复杂复杂细胞骨架细胞骨架无无有微管，微丝有微管，微丝细胞壁细胞壁主要组分为肽聚糖主要组分为肽聚糖主要组分为纤维素主要组分为纤维素转录和翻译转录和翻译 出现在同一时间和出现在同一时间和地点（细胞质中）地点（细胞质中）出现在不同时间和地点（转录出现在不同时间和地点（转录在核内，翻译在细胞质中）在核内，翻译在细胞质中）细胞分裂细胞分裂无丝分裂无丝分裂有丝分裂和减数分裂有丝分裂和减数分裂四、非细胞生命形态四、非细胞生命形态病毒病毒 病毒病毒（virus）: :核酸分子与蛋白质构核酸分子与蛋白质构成的核酸成的核酸- -蛋白质复合体；蛋白质复合体；根据
14、核酸类型病毒可分为两大类：根据核酸类型病毒可分为两大类： DNADNA病毒与病毒与RNARNA病毒病毒类病毒类病毒（viroid）: :仅由感染性的仅由感染性的RNARNA构构成；成；朊病毒朊病毒（prion）: :仅由感染性的蛋白仅由感染性的蛋白质亚基构成；质亚基构成；根据宿主不同根据宿主不同:动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒细菌病毒（噬菌体）细菌病毒（噬菌体）DNADNA病毒（乙肝、腺、乳头瘤病毒）、病毒（乙肝、腺、乳头瘤病毒）、RNARNA病病毒（脊髓灰质炎、流感病毒、毒（脊髓灰质炎、流感病毒、HIVHIV）、仅有）、仅有RNARNA的类病毒、仅有蛋白质的朊病毒。的类病毒、仅有蛋白质的朊
15、病毒。朊病毒朊病毒土豆：类病毒土豆：类病毒HIV脊髓灰质炎脊髓灰质炎乙肝病毒乙肝病毒噬菌体噬菌体H5N1禽流感病毒禽流感病毒 艾滋病病毒粒子内部结构艾滋病病毒粒子内部结构 第二节第二节 细胞的起源与进化细胞的起源与进化细胞的起源包含三个方面：细胞的起源包含三个方面：(1)(1)与生命的起源相伴随的原核细胞的与生命的起源相伴随的原核细胞的起源；起源；(2)(2)原核细胞向原核细胞向真核细胞的起源；真核细胞的起源；(3)(3)单细胞生物向多细胞生物的进化单细胞生物向多细胞生物的进化 一、原始细胞的形成一、原始细胞的形成（一）地球上原始生命的诞生（一）地球上原始生命的诞生四个阶段：四个阶段：1 1、
16、从无机小分子形成有机小分子物质；、从无机小分子形成有机小分子物质； 原始大气物质雷电、火山爆发原始大气物质雷电、火山爆发简单的有简单的有机小分子地壳表面的水体作用机小分子地壳表面的水体作用含有机化合含有机化合物的水溶液物的水溶液大的水体或原始海洋中。大的水体或原始海洋中。 现今普遍接受的观点：生命起源于早期地球现今普遍接受的观点：生命起源于早期地球“温暖小水池温暖小水池”的的“有机汤有机汤”中。中。 2、从有机小分子形成生物大分子物质；、从有机小分子形成生物大分子物质； 单核苷酸单核苷酸多核苷酸，氨基酸多核苷酸，氨基酸多肽多肽3、从生物大分子物质组成多分子体系；、从生物大分子物质组成多分子体系
17、； 多肽核酸脂质多肽核酸脂质4、从多分子体系演变为原始生命。、从多分子体系演变为原始生命。多分子体系表面可能存在催化功能多分子体系表面可能存在催化功能各类单体各类单体的聚合的聚合 产生更高级的原始蛋白和核酸产生更高级的原始蛋白和核酸从无从无生命的海洋中摄取化学分子和能量生命的海洋中摄取化学分子和能量出现具有出现具有原始新陈代谢和遗传特征原始新陈代谢和遗传特征(自复制自复制) 。 米勒在实验中米勒在实验中 C（二）原始细胞的形成（二）原始细胞的形成1、具有自我复制能力的多聚体的形成、具有自我复制能力的多聚体的形成 关于核苷酸与氨基酸多聚体关于核苷酸与氨基酸多聚体(即核酸与蛋白即核酸与蛋白质质)的
18、起源，普遍认为是首先产生了能自我复制的起源，普遍认为是首先产生了能自我复制的的RNA多聚体，然后在多聚体，然后在RNA指导下合成了蛋白指导下合成了蛋白质。质。 有催化能力的有催化能力的RNA即核酶的发现为这一观即核酶的发现为这一观点提供了有力证据。点提供了有力证据。 2、膜的出现与原始细胞的诞生、膜的出现与原始细胞的诞生 人们推断在生命出现前的原始液体表面，磷人们推断在生命出现前的原始液体表面，磷脂分子能自发地装配成包围脂分子能自发地装配成包围RNA与蛋白质的与蛋白质的膜结构，经过自然选择就形成了原始细胞。膜结构，经过自然选择就形成了原始细胞。 以蛋白质为主体形成微球体以蛋白质为主体形成微球体
19、 二、原核细胞向真核细胞的演化二、原核细胞向真核细胞的演化 原始细胞中出现了包围细胞的细胞膜、储原始细胞中出现了包围细胞的细胞膜、储存遗传信息的存遗传信息的DNA、指导蛋白质合成的、指导蛋白质合成的RNA和制造蛋白质的核糖体，是原核细胞诞生的和制造蛋白质的核糖体，是原核细胞诞生的标志。标志。 （一）分化起源说：认为，原核生物在长期（一）分化起源说：认为，原核生物在长期的自然演化过程中，内部结构逐渐分化，功的自然演化过程中，内部结构逐渐分化，功能不断完善，最终演变成了真核生物。能不断完善，最终演变成了真核生物。（二）内共生起源说：认为真核细胞是通过（二）内共生起源说：认为真核细胞是通过若干不同种
20、类的原核细胞生物结合共生而造若干不同种类的原核细胞生物结合共生而造成的，这些共生的原核生物与宿主细胞建立成的，这些共生的原核生物与宿主细胞建立了紧密的相互依存的关系，这样的共生的组了紧密的相互依存的关系，这样的共生的组合就成为真核生物的祖先。合就成为真核生物的祖先。 三、单细胞生物向多细胞生物的进化三、单细胞生物向多细胞生物的进化 多细胞生物进化的早期可能是由单细胞聚集多细胞生物进化的早期可能是由单细胞聚集成群体。成群体。 细胞在向多细胞机体进化过程中，另一个最细胞在向多细胞机体进化过程中，另一个最重要的特点是出现细胞的分化，形成结构和功重要的特点是出现细胞的分化，形成结构和功能各异的不同组织
21、，但又互相协调成为一个有能各异的不同组织，但又互相协调成为一个有机的整体。机的整体。 从聚集到分工从聚集到分工单细胞生物向多细胞生物的进化单细胞生物向多细胞生物的进化 团藻：较为原始的多细胞生物，后代仍聚在一团团藻：较为原始的多细胞生物，后代仍聚在一团未曾分开而成的个体，但是在这团细胞中，已有未曾分开而成的个体，但是在这团细胞中，已有一定的分工（运动、光合作用）。一定的分工（运动、光合作用）。 第三节第三节 细胞的分子基础细胞的分子基础细胞是由生命物质细胞是由生命物质-原生质原生质（protoplasm）组成。组成。组成细胞基本元素组成细胞基本元素99.9%99.9%：C .H .O. N 9
22、0%；S.P.Na.K.Ca.Cl.Mg.Fe. 9.9% 微量元素微量元素：Cu.Zn.Mn.Mo.Co.Cr.Si.F.Br.I.Li.Ba等等细胞的成分细胞的成分生物大分子生物大分子 生物小分子生物小分子无机化合物无机化合物水水无机盐无机盐有机化合物有机化合物碳化合物：碳化合物：糖糖脂肪酸脂肪酸氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸核酸核酸蛋白质蛋白质酶酶一、生物小分子一、生物小分子（一）水和无机盐是细胞内的无机化合（一）水和无机盐是细胞内的无机化合物物水水v水在细胞中以两种形式存在：水在细胞中以两种形式存在：一种是游离水，约占一种是游离水，约占9595；另一种是结合水，通过氢键或其它键和另一种是结合
23、水，通过氢键或其它键和蛋白质结合，约占蛋白质结合，约占4 45 5 水分子中的电荷分布是不对称的，一侧显水分子中的电荷分布是不对称的，一侧显正电性，另一侧显负电性，从而表现出电极正电性，另一侧显负电性，从而表现出电极性，它既可以与蛋白质中的正电荷结合，也性，它既可以与蛋白质中的正电荷结合，也可以与负电荷结合。可以与负电荷结合。 水在细胞中的主要作用：溶解无机物、水在细胞中的主要作用：溶解无机物、调节温度、参与酶反应、参与物质代谢以调节温度、参与酶反应、参与物质代谢以及形成细胞有序结构。及形成细胞有序结构。无机盐无机盐无机盐含量少，约占细胞总重的无机盐含量少，约占细胞总重的1 1 细胞中常见的无
24、机离子包括两大类：细胞中常见的无机离子包括两大类： 阴离子：主要有阴离子：主要有ClCl、SOSO4 42- 2- 、POPO4 43 3、HCOHCO3 3 阳离子：主要有阳离子：主要有NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe2+2+、FeFe3+3+、MnMn2+2+、CuCu2+2+、CoCo2+2+、MoMo2+2+ v无机盐的生理功能：无机盐的生理功能：（1 1）调节细胞渗透压）调节细胞渗透压（2 2）调节）调节pHpH值值（3 3）酶的活化剂和功能因子）酶的活化剂和功能因子( (辅酶和辅基辅酶和辅基) )（4 4）某些有机物的组分：如）某些有机物的
25、组分：如核酸核酸(PO(PO4 43 3) )、叶绿素（叶绿素（MgMg）、血红素（）、血红素（FeFe2 2） （二）有机小分子是组成生物大分子的亚（二）有机小分子是组成生物大分子的亚单位单位有机小分子分子量是有机小分子分子量是10010010001000碳化合物碳化合物 单糖单糖(monosacharide(monosacharide) ) 脂肪酸脂肪酸(fatty acid)(fatty acid) 氨基酸氨基酸(amino acid)(amino acid) 核苷酸核苷酸(nucleotide)(nucleotide)v糖糖 糖类主要由碳、氢、氧三种元素糖类主要由碳、氢、氧三种元素组成
26、，故又称碳水化合物组成，故又称碳水化合物(carbohydrate)(carbohydrate)分子式：（分子式：（CHCH2 2O)O)n n是细胞的能源和多糖的亚基是细胞的能源和多糖的亚基v脂肪酸脂肪酸 脂肪酸分子组成：（脂肪酸分子组成：（RCOOH）一端是疏水性的长烃链一端是疏水性的长烃链另一端是亲水性的羧基另一端是亲水性的羧基( (一一COOH)COOH)脂肪酸的分类脂肪酸的分类：不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸饱和脂肪酸饱和脂肪酸v氨基酸氨基酸 氨基酸是蛋白质的亚基。氨基酸是蛋白质的亚基。v核苷酸核苷酸 核苷酸是核酸的亚基。核苷酸是核酸的亚基。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸( (deoxyribo
27、nucleic acid，DNA)核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)二、生物大分子二、生物大分子分子量分子量10 00010 000100 000100 000( (一一) ) 核酸：遗传信息携带者核酸：遗传信息携带者核酸核酸1 1核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸基核酸基本单位本单位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嘧 啶：啶：嘌呤：嘌呤：（含氮有机碱）（含氮有机碱）NN123456嘧嘧 啶啶NNNN912345678嘌嘌 呤呤NNNNH2NONH2NNNN鸟嘌呤鸟嘌呤 Gguanine腺嘌呤腺嘌呤 A adenine碱碱 基基胞嘧
28、啶胞嘧啶 Ccytosine 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T thymineNOCH2ONONH2NNOOHHOHHOHHHOCH2H5 1 2 3 4 核糖核糖2 OOHH HHOHHHOCH2H5 1 2 3 4 脱氧核糖脱氧核糖OPOHOHHOOOHH HHOHHHOCH2H5 1 2 3 4 H2O312456NONH2NHOPOHOHHOOH HHOHHHOCH2H5 1 2 3 4 NNONH2123456糖苷键糖苷键核苷核苷OPOHOHHOOH HHOHHHOCH2H5 1 2 3 4 NNONH2123456糖苷键糖苷键核苷核苷H2OOPOHHOOH HHOHH OCH2H5 1 2 3
29、 4 NNONH2123456糖苷键糖苷键核苷核苷酯酯 键键单单 核核 苷苷 酸酸OPOHHOOH HHOHH OCH2H5 1 2 3 4 NNONH2123456单核苷酸种类：单核苷酸种类：脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（dAMP) 腺苷酸（腺苷酸（AMP） 脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（dGMP) 鸟苷酸（鸟苷酸（GMP）脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（dCMP) 胞苷酸（胞苷酸（CMP）脱氧胸苷酸（脱氧胸苷酸（dTMP) 尿苷酸（尿苷酸（UMP） 有时磷酸可与核苷上有时磷酸可与核苷上2个羟基形成酯键，个羟基形成酯键，成为环化核苷酸，如环化腺苷酸成为环化核苷酸，如环化腺苷酸cAMP。OPOHHOOH HHOH
30、HH5 OCH21 2 3 4 123456NNONH2NH2NNNN91234 5678OPOHHOOH HHOHHH5 OCH21 2 3 4 H2OOPOHHOOH HHOHH5 OCH21 2 3 4 123456NNONH2NH2NNNN91234 5678OPHOOH HHOHHH5 OCH21 2 3 4 3 5 磷酸二酯键磷酸二酯键5 3 2.DNA一级结构：一级结构： DNADNA分子中脱氧核苷酸或分子中脱氧核苷酸或碱基的排列顺序。碱基的排列顺序。二级结构：二级结构： WatsonWatson和和 CrickCrick提出的提出的DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型Wat
31、son和和 Crick的的DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型 DNADNA分子是由两条相互平行方向相反分子是由两条相互平行方向相反的多核苷酸链围绕着同一中心轴形成的的多核苷酸链围绕着同一中心轴形成的右手右手双螺旋结构。双螺旋结构。 相邻碱基对旋转相邻碱基对旋转3636，间距，间距0.34nm0.34nm，一个螺旋包含一个螺旋包含1010个碱基旋转个碱基旋转360360，螺，螺距为距为3.4nm3.4nm。 两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基互两条长链的碱基在双螺旋内侧按碱基互补配对原则（补配对原则（A=T，GC）以氢键相连。）以氢键相连。 DNA双螺旋的表面存在一个大沟双螺旋的表面存在一个大沟（
32、major groove）和一个小沟（）和一个小沟（minor groove）。）。DNA双螺旋结构比较稳定。双螺旋结构比较稳定。NNNNHNHOOCH2POOHOOOCH2POOHOOPOOHONNNNHNHO3 3 5 5 H3 3 OOCH2POOHOOOCH2POOHOOPOOHONHNOOCH3HNNON5 5 3.4nm含含10个碱基对个碱基对DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型DNA ModelsDNADNA有三种主要构象：有三种主要构象：vB-DNAB-DNA：高湿度时：高湿度时vA-DNAA-DNA：低湿度时低湿度时vZ-DNAZ-DNA： DNA的主要功能是储存、复制和传递的
33、主要功能是储存、复制和传递遗传信息。遗传信息。 细胞或生物体的一套完整的单倍体遗细胞或生物体的一套完整的单倍体遗传物质称为基因组，它是所有染色体上传物质称为基因组，它是所有染色体上全部基因和基因间的全部基因和基因间的DNA的总和。的总和。 人类基因组人类基因组DNA含有的碱基数为含有的碱基数为: 2.911093.1109bp， 基因的数目约为基因的数目约为23万个。万个。DNA RNA 蛋白质蛋白质复制复制3.RNA 3.RNA DNADNA和和RNARNA核苷酸结构成分的比较核苷酸结构成分的比较核酸嘧啶嘌呤戊糖磷酸C TC TG AG AU U同上同上同上同上 同上同上同上同上 DNA R
34、NA戊戊 糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱碱 基基A G C T A G C U磷磷 酸酸磷磷 酸酸磷磷 酸酸核苷酸种类核苷酸种类脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（dAMP) 腺苷酸（腺苷酸（AMP） 脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（dGMP) 鸟苷酸（鸟苷酸（GMP）脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（dCMP) 胞苷酸（胞苷酸（CMP）脱氧胸苷酸（脱氧胸苷酸（dTMP) 尿苷酸（尿苷酸（UMP） 结结 构构双双 链链 单单 链链存在部位存在部位主要存在细胞核中主要存在细胞核中 主要存在细胞质中主要存在细胞质中功功 能能储存，复制和传递遗传信息储存，复制和传递遗传信息 与遗传信息表达有关与遗传信息表达有关RNA发夹结构
35、发夹结构（1 1）信使核糖核酸）信使核糖核酸( (messenger RNA, mRNA) ) 约占约占RNARNA总量的总量的1%5%。 mRNAmRNA指导特定蛋白质合成的过程指导特定蛋白质合成的过程称为翻译称为翻译( (translation) )。 mRNAmRNA分子中每三个相邻的碱基组分子中每三个相邻的碱基组成一个密码子成一个密码子( (codon) )，由密码子确，由密码子确定蛋白质中氨基酸的排列顺序。定蛋白质中氨基酸的排列顺序。 原核细胞的原核细胞的mRNA为多顺反子为多顺反子( (polycistron) )，即一分子，即一分子RNARNA有时可携有时可携带几种蛋白质的遗传信
36、息，能指导合成带几种蛋白质的遗传信息，能指导合成几种蛋白质。几种蛋白质。 真核细胞中的真核细胞中的mRNAmRNA是单顺反子是单顺反子( (monocistron) )，每分子，每分子RNARNA只携带一种只携带一种蛋白质遗传信息，只能作为一种蛋白质蛋白质遗传信息，只能作为一种蛋白质合成的模板。合成的模板。 mRNA在其在其55端和端和33端都各有一端都各有一段由段由3030到数百个核苷酸组成的非翻译区到数百个核苷酸组成的非翻译区( (untranslated region，UTR) )，中间则，中间则是具有编码蛋白质功能的编码区。是具有编码蛋白质功能的编码区。 UTRUTR是蛋白质翻译调控的
37、重要靶点之一。是蛋白质翻译调控的重要靶点之一。（2 2）核糖体）核糖体RNA(ribosome RNA， rRNA) rRNA是细胞内含量最多的是细胞内含量最多的RNARNA，占细胞，占细胞总总RNARNA的的80%80%90% 90% 。原核生物核糖体原核生物核糖体（70S） 大亚基：大亚基：23SrRNA 5SrRNA + 34 + 34种蛋白质种蛋白质 小亚基：小亚基：16rSRNA+21种蛋白质种蛋白质 真核生物核糖体真核生物核糖体（80S） 小亚基：小亚基：18SrRNA +30 +30种蛋白质种蛋白质 大亚基：大亚基：28、5.8S、5SrRNA （3 3）转移核糖核酸）转移核糖核
38、酸(transfer RNA, tRNA) mRNA tRNA rRNA细胞中含量细胞中含量5%10% 5%10% 80%90%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核糖体细胞质或核糖体 细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞中的核糖体细胞中的核糖体功能作用功能作用三种三种RNA分子的结构特征和功能作用分子的结构特征和功能作用基本上呈线形，基本上呈线形，局部呈双链，局部呈双链，形成发夹式结形成发夹式结构。构。呈三叶草形，柄部呈三叶草形，柄部3 3，有有CCACCA三个碱基，其相三个碱基，其相对端为反密码环，有对端为反密码环，有反密码子。
39、反密码子。线形，某线形，某些节段可些节段可能成双螺能成双螺旋结构。旋结构。转录转录DNADNA中的遗传信中的遗传信息，作为合成蛋白息，作为合成蛋白质的模板。质的模板。运输活化的氨基酸运输活化的氨基酸到核糖体上的到核糖体上的mRNAmRNA的特定位点。的特定位点。为核糖体的为核糖体的组成成分。组成成分。（4）snRNA（small nuclear RNA, 小核小核RNA）：）： 分子相对较小，长约分子相对较小，长约7070300nt300nt。snRNAsnRNA在细胞内的含量虽不及总在细胞内的含量虽不及总RNARNA的的1 1，但其拷，但其拷贝贝(copy)(copy)数多得惊人。数多得惊人
40、。 有有2020多种，十几种富含尿苷酸多种，十几种富含尿苷酸(U) (U) ，且含，且含量可高达总核苷酸的量可高达总核苷酸的3535，称为，称为U-snRNAU-snRNA。 U-snRNAU-snRNA的主要功能是参与基因转录产物的的主要功能是参与基因转录产物的加工过程，与一些蛋白组成剪接体。加工过程，与一些蛋白组成剪接体。 （5）miRNA（微小（微小RNA）：）： miRNA（MicroRNA）是一类长约是一类长约191925nt25nt的非编码的非编码RNARNA，其前体为，其前体为7090nt，具，具有发夹结构。有发夹结构。核：核：miRNA基因基因 pri-miRNA 前体前体mi
41、RNA质：前体质：前体miRNA 成熟成熟miRNA 非对称非对称RISC复复 合体合体与靶基因与靶基因UTR结合结合 发挥作用发挥作用Drosha (RNase家族的成员家族的成员) RNA诱导基因沉默复合物诱导基因沉默复合物 Dicer酶（双链酶（双链RNA专一性专一性RNA内切酶）内切酶）基因组基因组DNAmiRNA初级产物初级产物miRNA前体前体DroshaDicer成熟成熟miRNA非对称非对称RISC复合体复合体靶基因靶基因mRNA降解降解靶基因翻译抑制靶基因翻译抑制RISCRNA诱导基因沉默复合物诱导基因沉默复合物 复合物通过与靶基因复合物通过与靶基因mRNA 3端端UTR互补
42、结合，抑制靶基因的蛋白质合成或互补结合，抑制靶基因的蛋白质合成或促使靶基因的促使靶基因的mRNA降解，从而参与细降解，从而参与细胞分化与发育的基因表达调控。胞分化与发育的基因表达调控。 Dicer酶除了在酶除了在miRNA形成过程中起形成过程中起重要作用之外，还可将一些重要作用之外，还可将一些外源外源双链双链RNA加工成为加工成为22nt左右的左右的siRNA (small interference RNA)。 这些这些siRNA也能够以序列同源互补的也能够以序列同源互补的mRNA为靶点，通过促使特定基因的为靶点，通过促使特定基因的mRNA降解来高效、特异地阻断体内特降解来高效、特异地阻断体内
43、特定基因表达，这种现象称为定基因表达，这种现象称为RNA干扰干扰(RNA interference ，RNAi)。 （6 6）核酶：）核酶： 核酶（核酶（ribozyme）是一类是一类有酶催化活有酶催化活性的性的RNARNA分子分子，具有自我剪切和催化功能，具有自我剪切和催化功能，也称为也称为RNARNA催化剂。催化剂。 核酶是既能特异识别又能特异切割小分核酶是既能特异识别又能特异切割小分子子RNARNA的核酸内切酶，核酶的底物为的核酸内切酶，核酶的底物为RNARNA分分子，子，其特异性序列通过碱基配对识别并结其特异性序列通过碱基配对识别并结合靶合靶RNARNA，催化裂解靶，催化裂解靶RNAR
44、NA，抑制基因表达，抑制基因表达，特别是抑制某些有害基因表达特别是抑制某些有害基因表达。 动物细胞内主要含有的动物细胞内主要含有的RNARNA种类及功能种类及功能 种类种类细胞核与细胞核与细胞质细胞质细胞器细胞器（线粒体）（线粒体）功能功能核糖体核糖体RNARNArRNArRNAmtmt rRNA rRNA核糖体的组成成分核糖体的组成成分信使信使RNARNAmRNAmRNAmtmt mRNA mRNA蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运转运RNARNAtRNAtRNAmtmt tRNA tRNA转运氨基酸转运氨基酸不均一核不均一核RNARNA hnRNAhnRNA成熟成熟mRNAmRNA的前体的前
45、体小核小核RNARNAsnRNAsnRNA参与参与hnRNAhnRNA的剪接、转的剪接、转运运微微RNARNAmiRNAmiRNA调节与生长发育有关调节与生长发育有关的基因的基因小核仁小核仁RNARNA核酶核酶snoRNAsnoRNA有 酶 活 性 的有 酶 活 性 的RNARNArRNArRNA的加工与修饰的加工与修饰催化催化RNARNA剪接剪接( (二二) ) 蛋白质遗传信息的表达蛋白质遗传信息的表达 蛋白质占细胞干重的蛋白质占细胞干重的50以上。以上。 蛋白质是展示蛋白质是展示DNA信息的最佳物质，信息的最佳物质，它不仅决定细胞的形状和结构，而且还它不仅决定细胞的形状和结构，而且还担负着
46、许多重要的生理功能。担负着许多重要的生理功能。 CH2NCOOHHRH2N 1. 1.蛋白质的组成蛋白质的组成 蛋白质的基本单位蛋白质的基本单位氨基酸氨基酸 20 20种氨基酸，它们结构的共同特点：含有氨种氨基酸，它们结构的共同特点：含有氨基的有机酸基的有机酸（主要元素：（主要元素： C H O N C H O N ；少量的；少量的S S）碱性的氨基碱性的氨基酸性的羧基酸性的羧基侧侧链链COOHRCH3N+ COO-HR两性化合物两性化合物两性电解质两性电解质 由相同或不同的各个氨基酸，按照由相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键方一定的排列顺序，以特定的化学键方式连接，从
47、而组成蛋白质的基本结构。式连接，从而组成蛋白质的基本结构。CH2NCHR1OOHCNCHR2OOHHHH2OCOCH2NHR1CNCHR2OOHHH2O肽键肽键CNCHR3OOHHHH2O 由相同或不同的各个氨基酸，按由相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键照一定的排列顺序，以特定的化学键方式连接，从而组成蛋白质的基本结方式连接，从而组成蛋白质的基本结构。构。COCH2NHR1CNCHR2OHH2O肽键肽键CNCHR3OOHHH2O肽键肽键 蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，依次蛋白质分子是由许多氨基酸分子通过肽键，依次缩合而形成多肽链。缩合而形成多肽链。CNCOOHH
48、RnH.侧侧链链侧侧链链侧侧链链侧侧链链主主链链H2NCOOH 由相同或不同的各个氨基酸，按照一由相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键方式连接，定的排列顺序，以特定的化学键方式连接，从而组成蛋白质的基本结构。从而组成蛋白质的基本结构。2.2.蛋白质的结构蛋白质的结构 v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，数目和排列多肽链中氨基酸的种类，数目和排列顺序。（主键：肽键；副键：二硫键）顺序。（主键：肽键；副键：二硫键）v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，借助氢键在氨基酸残在一级结构的基础上，借助氢键在氨基酸残基之间连接，使多肽链成为
49、基之间连接，使多肽链成为-螺旋或螺旋或-折叠的折叠的结构。（氢键）结构。（氢键） -螺旋是多肽链最稳定的构象，主要螺旋是多肽链最稳定的构象，主要存在于球状蛋白分子，如肌红蛋白分存在于球状蛋白分子，如肌红蛋白分子子 。 -多肽链分子处于伸展状态，多肽链多肽链分子处于伸展状态，多肽链来回折叠，呈反向平行，主要存在于纤来回折叠，呈反向平行，主要存在于纤维状蛋白如角蛋白中。维状蛋白如角蛋白中。 v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行折叠。在二级结构的基础上再行折叠。（氢键，酯键，离子键，疏水键）（氢键，酯键，离子键，疏水键） v蛋白质的四级结构：蛋白质的四级结构： 由两条或几条
50、多肽链在各自三级结构的由两条或几条多肽链在各自三级结构的基础上形成为蛋白质分子的结构亚基，由若干基础上形成为蛋白质分子的结构亚基，由若干亚基之间以非共价键形式而相互结合的复合体。亚基之间以非共价键形式而相互结合的复合体。（非共价键）（非共价键）3.3.蛋白质的结构与功能之间的关系蛋白质的结构与功能之间的关系 蛋白质的功能取决于其结构蛋白质的功能取决于其结构(或构象或构象)。 人们通常根据多肽链的独立折叠单位，人们通常根据多肽链的独立折叠单位，即即“结构域结构域”去推断某些蛋白质的功能。去推断某些蛋白质的功能。 一个蛋白质的不同结构域常常与不同一个蛋白质的不同结构域常常与不同的功能相关。的功能相
