普通生物学全部课件.ppt

<p>单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,课程内容,植物的形态与功能,动物的形态与功能,细胞,绪 论,遗传与变异,生物进化,生物多样性的进化,生态学与动物行为,第二章 生命的化学基础,1,原子和分子,2,组成细胞的生物大分子,3,糖类,4,脂质,5,蛋白质,6,核酸,一、生命需要约,25,种元素,2.1,原子和分子,基本元素：,C，H，O，N，S，P，Ca,等占人体99.35%。,其它元素：,Na，K，Fe，Mg，Mn，Zn，Cu,，,Cl，I,等数量少，但作用大。如很多金属元素是酶的辅助因子。,偶然存在的元素：,V、Mo、Li、F、Br、Si、As、Sn,、,等,“反自然”现象,自然界：,C,、,H,、,O,总和,96%,生命体与普通物质的不同,微量元素,Fe,氧的运送和酶的活性有关，缺少时，引起缺铁性贫血。,Cu,发生冠心病的主要原因，与酶的活性有关。,Zn,在青少年的发育生长，癌症等的发病和防治起有作用。,Mo,（钼）与酶的活性、食道癌的发病率和防治有关。,I,缺碘产生地方性甲状腺肿，幼儿发生呆小症。,图,Co,（钴）与酶的活性有关。青春期少女0.015,mg/,每日。,V,（钒）软体动物富有钒；鱼体含量较低。,Ni,（镍）植物中1555,ppm,人为0.1,ppm,；,急性白血病.25,g,/ml,F,（氟）与牙齿健康有关，缺氟产生龋齿；过多则,斑齿和氟中毒,。,Se,（硒）缺硒产生,克山病,，与肝功能，冠心病发病和防治有关.,生物体内最主要的四种元素是,H,C,N,O,。,原子之间形成化合物有两种：共价键和离子键。,二、化合物由元素组成,水是极性分子,分子之间形成氢键,液态水中的水分子具有内聚力,例如：,水分子之间的氢键使水能缓和温度的变化,例如：,冰比水密度低。,水是良好的溶剂。,水能够电离,9,水的特性,内聚力（表面张力）强,水分子间,氢键,分子间,“,黏合,”,较强,内聚力；,意义：,植物体内，,运输中起重要作用；,10,比热大,水分子间,氢键,缓和,温度变化,细胞温度,、,体温,相对恒定,代谢速率稳定；,密度,（与冰相比）,大,利于水生生物生存。,11,良好溶剂,生命系统中,各种化学反应的,理想介质；,12,电离,H,2,O,氢离子,H,+,+,羟基离子；,H,+,、,OH,-,必须处于,平衡状态,大多细胞的,pH,近于,7,（中性）,pH,微小变化 危害细胞。,几种碳骨架机化合物举例,2.2,组成细胞的生物大分子,一、碳是组成细胞中各种大分子的基础,4,种重要的功能团中,羟基,（,-OH,）,羰基,（,-CO,）,羧基,（,-COOH,）,氨基,（,-NH2,）,3,种含氧、,2,种含碳，,1,种含氮,共同点：极性，组成的化合物有亲水性。,实际生物分子中含有不止一种功能团。,多聚体,polymer,单体,monomer,生物大分子,4,大类：蛋白质（,protein,）、核酸（,nucleic acid,）、多糖（,polysaccharide,）、脂质（,lipid,）,二、细胞利用少数种类小分子合成许多种生物大分子,小分子 大分子,单糖 多糖,氨基酸 蛋白质,核苷酸 核酸,三、糖类,生命活动所需能量来源；,重要的中间代谢产物；,构成生物大分子；,组成,：,C:H:O=1:2:1,功能：,单糖,多羟基酮或醛的化合物。,寡糖,由两个或以上糖残基两两之间通过脱水而成的。,多糖,数百至数千个单糖通过脱水而形成的聚合物。,重要的单糖,甘油醛 核糖 脱氧核糖,葡萄糖 果糖 半乳糖,（,1,）双糖,如麦芽糖、蔗糖、纤维二糖、乳糖等。,（,2,）其他寡糖,三糖、四糖等。如棉子糖。,2.寡糖,有少数几个单糖缩合而成的糖。,淀粉,植物细胞中的储藏营养物，分为,直,链,和支链淀粉。,糖原,动物细胞中储藏的多糖，又称动物淀粉。,纤维素,植物细胞壁的主要成分。,几丁质、果胶,等。,3.多糖,自然界中最多的糖类。有单糖分子（通常为葡萄糖分子）缩合脱水而成的分支或不分支的长链分子。,1,脂肪是脂质中主要的贮能分子,四、脂类,甘油三酯分子结构,动物脂肪和植物脂肪的差别：,膳食中的脂肪,脂肪中有多个碳氢链。所以是含能量较多的分子，,1g,脂肪中贮存的能量约为,1g,淀粉的,2,倍。,2,磷脂、蜡和类固醇都是脂质,磷脂分子结构,磷脂分子可以看成是,一个极性头,，,两条非极性尾巴,。,蜡也是酯，是由一些长链的醇与长链脂肪酸形成的酯。它的疏水性更强，可以保护生物体的表面。,例如，植物和动物表面,（,1,）,固醇类的内核由,4,个环,组成,（,2,）,一些人体重要维生素和激素是固醇,（,3,）,胆固醇,是细胞的必要成份,（,4,）血清中的胆固醇太多会促使形,成动脉硬化 和心脑血管疾病,（四）蛋白质,五、蛋白质,1,蛋白质为生命活动所必需，按照蛋白质在体内的功能分为,7,大类,结构蛋白,组成细胞结构的基础；,收缩蛋白,肌肉运动；,贮藏蛋白,：,卵清蛋白 胚胎发育；,贮藏蛋白,种子萌发；,防御蛋白：,血清中抗体；,转运蛋白：,血红蛋白；,信号蛋白：,细胞间传递信号 激素 调节机体活动；,酶：,生物催化剂。,R,COOH,NH,2,C,2,蛋白质仅有,20,种氨基酸,(amino acid),组成,（,1,）,碳原子,（,2,）,具有,氨基 和,羧基是各种氨基酸 的共性（,3,）各种氨基酸的区别在,侧链基团,R,氨基酸名称,英文缩写,简 写,氨基酸名称,英文缩写,简 写,甘氨酸,Gly,G,丝氨酸,Ser,S,丙氨酸,Ala,A,苏氨酸,Thr,T,缬氨酸,Val,V,天冬酰胺,Asn,N,异亮氨酸,Ile,I,谷酰胺,Gln,Q,亮氨酸,Leu,L,酪氨酸,Tyr,Y,苯丙氨酸,Phe,F,组氨酸,His,H,脯氨酸,Pro,P,天冬氨酸,Asp,D,甲硫氨酸,Met,M,谷氨酸,Glu,E,色氨酸,Trp,W,赖氨酸,Lys,K,半胱氨酸,Cys,C,精氨酸,Arg,R,20,种标准氨基酸的英文简写,氨基酸的分类,对于,20,种标准的氨基酸，按照侧链化学性质的不同，可以分为以下三组：,疏水性的氨基酸,Ala,、,Val,、,Leu,、,Ile,、,Phe,、,Pro,和,Met,带电氨基酸,Arg,、,Lys,（,+,）和,Asp,、,Glu,（,-,）,极性氨基酸,Ser,、,Thr,、,Cys,、,Asn,、,Gln,、,His,、,Tyr,、,Trp,一个氨基酸分子中的,-,氨基，与另一氨基酸分子,中的,-,羧基脱水缩合，形成肽键，生成的化合物称为二肽。,不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，这样形成的长短不一的链状分子即是肽或多肽。,多肽链的一端有一个,-,NH,2,，,带这个基团的氨基酸称为肽链的氨基末端氨基酸或称,N,末氨基酸；另一端有一个,-,COOH,，,肽链的羧基末端氨基酸或称,C,末端氨基酸。,1,、,一级结构,2,、二级结构,3,、三级结构,4,、四级结构,3,蛋白质的结构决定其功能,蛋白质一级结构,肽键,肽链,氨基酸排列顺序等,二级结构,肽链的主链在空间的走向,-,螺旋,-,折叠,-,转角,无规卷曲,无序结构,-,螺旋,指甲、毛发,蹄、角、羊毛,-,折叠,平行,-,折叠,反平行,-,折叠,折叠,:,较,螺旋伸展的构象，两条或多条肽链间互相以氢键连接起来的成片层状结构，平行或反平行两种类型。,蚕丝、蛛丝,三级结构,亲水基位于球体表面,疏水基位于球体内部,球状蛋白溶于水,三级结构（,tertiary structure）,在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象,。,球蛋白：,螺旋+不规则的不成,螺旋的部分，并折叠成球形。,酶、蛋白质激素、抗体以及细胞质和细胞膜中的蛋白质。,三级结构,四级结构（,quanternary,structure,）,组成蛋白质的多条肽链在天然构象空间上的排列方式，多以弱键互相连接。疏水力、氢键、盐键,每条肽链本身具有一定的三级结构，就是蛋白质分子的亚基。,蛋白质的各级结构,氨基酸,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,血红蛋白,蛋白质结构与功能的关系,一级结构与功能的关系,序列分析,空间结构与功能的关系,结构分析,一级结构,即氨基酸顺序,高级结构,生物学功能,空间结构与功能的关系,DNA,聚合酶活性位点,聚合酶,DNA,DNA,的空间结构,1952,年，,以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的,DNA,照片。,从图上可辨认出,DNA,是由两条链交缠在一起的螺旋结构,1,核酸由核苷酸组成,核苷酸是,DNA,和,RNA,结构单体。,一个核苷酸分子含有一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一个含氮的有机碱（碱基）。,脱氧,核糖,磷酸,碱基,A,G,C,T,腺嘌呤脱氧核苷酸,鸟嘌呤脱氧核苷酸,胞嘧啶脱氧核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核苷酸,脱氧核苷酸的种类,戊糖分子上第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合，就形成核苷（脱氧核苷）；核苷（脱氧核苷）与一个磷酸分子结合，就形成一个核苷酸（脱氧核苷酸）。,(1),碱基,糖之间是糖苷键,(2),糖,磷酸之间是磷酸酯键,DNA,的结构模式图,从图中可见,DNA,具有规则的双螺旋空间结构,放大,DNA,的空间结构,磷酸,脱氧核糖,含氮碱基,A,A,A,T,T,T,G,G,G,G,C,C,C,A,T,C,A,G,C,T,DNA,分子的平面结构,氢键,A,T,G,C,DNA,双螺旋的特点如下：,1,多聚核苷酸链的两个螺旋围绕着一个共同的轴旋转，为右手螺旋。,2,螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为,53,，而另一条链的方向为,35,。,3,嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖的平面又几乎与碱基的平面垂直。,4,双螺旋的直径为,2nm,，相邻碱基之间相距,0.34nm,，并沿轴旋转,36,角。因此旋转每隔,10,个碱基之后，即相距,3.4nm,之后又转回原位。,5,两条链是由碱基之间的氢键连在一起的。腺嘌呤（,A,）与胸腺嘧啶（,T,）结合，鸟嘌呤（,G,）与胞嘧啶（,C,）结合。,A,和,T,之间形成两个氢键，,G,与,C,之间形成三个氢键,6,长链中的碱基对的排列顺序不受任何限制。碱基对的准确序列携带着遗传信息,RNA,为单链盘绕，局部形成碱基配对。,例如：转运,RNA,（,tRNA,）,的三叶,草结构,本章小结,1,、,写出氨基酸的基本通式。,2,、生物大分子有哪些特性？,3,、具体写出蛋白质的一至四级结构代表什么？,4,、,DNA,双螺旋结构的特点？,5,、水分子有哪些特性？,第三章：细胞结构与细胞通讯,19,世纪初，两位德国生物学家施莱登和施旺正式明确提出：,细胞是植物体和动物体的基本结构单位。,（,1,）,细胞是有机体,，是所有动、植物的基本结,构单位,；,（,2,）每个细胞相对独立，一个生物体细胞 之间协同配合；,（,3,）新细胞由老细胞繁殖产生。,细胞学说：,最初提出细胞学说观点的两篇论文是,:,德国植物学家施莱登,1938,年发表的论文,:,论植物发现,;,德国动物学家施旺,1939,年发表的论文,:,动、植物结构与生长相似性的显微研究,。,扫描电镜,（,SEM,）,透射电镜,（,TEM,）,2,分级分离技术可用于研究活的样本,细胞的分级分离是将细胞破碎，将其中的的各种细胞器分开，从而可以分别研究它们的功能。最有效的仪器是超速离心机。,沉降系数的,S,单位。,S,表示的是大分子或颗粒在超速离心时的沉降行为，其大小与颗粒的密度、形状、沉降介质的密度均有关。沉降系数越大，分子或颗粒就越大。,利用分级分离技术，可以制备比较大量的各种细胞器的制剂，以便仔细研究其功能。,3,细胞的概貌,最小的细胞是支原体细胞，直径只有,100nm,；最大的细胞是鸟卵，肉眼可见。,细胞的大小和细胞的机能是相适应的。例如，神经细胞、鸟卵。,一般说来，生物体积的增加，是由于细胞数目增加，而不是由于细胞体积加大。,单细胞生物仅有一个细胞；而多细胞生物的细胞数目和生物体的大小成正比。,4,两类细胞：原核细胞和真核细胞,原核细胞：,不含细胞核,(nucleus),原核细胞所形成的生,物称为原核生物,(prokaryotes),，,包括所,有的细菌,(bacteria),。,真核细胞：,有细胞核。真核细胞构成的生物称为真核生,物,(eukaryotes),，,包括,动物,（,animal,）、,植物,（,plant,）、,真菌,(fungi),以及介于动,植物之间的,原生生物,(,protista,),。,原核细胞,遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状,DNA,构成,细胞内没有分化为以膜为基础的具有专门结构与功能,的细胞器和细胞核膜,支原体,目前发现的最小最简单的细胞,细菌,(Bacteria),蓝藻又称蓝细菌,以脂质及蛋白质成分为基础的生物膜结构系统,以核酸（,DNA,或,RNA,）,与蛋白质为主要成分的遗传信息表达系统,由特异蛋白分子装配构成的细胞骨架系统。,真核细胞,3.2,真核细胞的结构,1,细胞核是真核细胞的控制中心,核被膜,双层膜，具核孔,核基质,(,核液,),染色质,由,DNA,和蛋白质组成,核仁,富含蛋白质和,RNA,的区域，核糖体的装配场所。,核被膜,核被膜的组成,：,外核膜,内核膜,核周腔,核孔,核被膜的功能,构成核、质之间的天然选择性屏障,避免生命活动的彼此干扰,保护,DNA,不受细胞骨架运动,所产生的机械力的损伤,核质之间的物质交换与信息交流,染色质,染色质：,分成常染色质，即细丝状的部分；和异染色质，即染色较深的团块。,组成：,DNA,和蛋白质，及少量,RNA,。分成组蛋白和非组蛋白两类。组蛋白是碱性蛋白，分为,H1,、,H2A,、,H2B,、,H3,、,H4,共,5,种。它们与,DNA,相结合；非组蛋白种类多，如,DNA,聚合酶、,RNA,聚合酶等。,核小体：,直径,10nm,。,4,对组蛋白分子。,连接,DNA,：,与核小体上的,DNA,相加，约为,200,碱基对。,核小体和染色质,核 仁,细胞间期核中个或几个浓密的球形小体称为核仁,形状、大小、和数目因物种和生理状态而异,核 仁,有由蛋白质成分组成的纤维状网，网孔中充以液体。是核的支架，并为染色质的代谢活动提供附着的场所,。,核基质,内质网的两种基本类型：,粗面内质网,光面内质网,2,内质网与核糖体,内质网,光面内质网的形态：,分支管状或小泡状，无核糖体附着。,粗面内质网的功能,蛋白质合成与加工,脂类的合成,粗面内质网的形态,：,呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体,附着,。,蛋白质合成,分泌蛋白,整合膜蛋白,细胞器内蛋白,光面内质网的功能,脂类、类固醇激素的合成,肝的解毒作用,肝细胞葡萄糖释放（,G-6P,G),肌细胞贮存,Ca,2+,原核细胞与真核细胞的核糖体外形和功能基本相同，但大小不同,核糖体的主要成分为,rRNA,(5060%),和蛋白质,(4050%),，构成大小亚基,核糖体,3,高尔基体合成、分拣并将产物运出细胞,高尔基体的形态结构,由扁平囊和大小不等囊泡组成,具有极性的细胞器,面向核的凸面为形成面或顺面,(,cis,面,),远离核的凹面为成熟面或反面,(trans,面,),反面,顺面,高尔基体的功能区隔,高尔基体的功能,多糖合成,蛋白质分类、,包装、运输,蛋白质修饰与加工,内质网,高尔基体,4,溶酶体起消化作用,溶酶体是单层膜包裹的小泡，由高尔基体断裂产生，内含,60,种以上的水解酶。,溶酶体的功能是消化从外界吞入的颗粒和细胞本身产生的碎渣。,食物泡,+,溶酶体 次级溶酶体。,溶酶体是酸性的，,PH4.8,或更低，而各种水解酶只有在酸性环境中才有活性。,高尔基体,溶酶体,初级溶酶体,次级溶酶体,残体,溶酶体参与细胞消化,5,液泡有多种功能,植物细胞中普遍存在。有单层细胞膜包裹。分生组织细胞的液泡多而小，而成熟细胞的液泡大，且占据细胞的中央。,植物液泡的作用：,调节细胞渗透压以及收集代谢废物。液泡中的花青素还决定花、果实和叶的颜色。,6.,线粒体和质体等进行能量交换,线粒体,:,细胞呼吸并产生,ATP,的重要场所,线粒体一般呈粒状或杆状，一般直径,0.5-1m,，,长,1.5-3.0m,。,线粒体的结构组成：,线粒体由内外两层膜封闭，包括,外膜,、,内膜,、,膜间隙,和,基质,四个功能区隔。,线粒体结构,嵴,内膜,基质,外膜,膜间隙,ATP,合成酶,复合体,嵴,功 能：,呼吸作用进行的场所，生命活动的,“,动力工厂,”,，是,三羧酸循环、电子传递和,ATP,生成的场所。,质 体,白色体,有色体,叶绿体：,果实成熟,有色质体,白色质体：贮存淀粉,有色质体：果实、花、秋叶中，含色素,前质体,光,（,1,）叶绿体膜：,叶绿体外被由双层膜组成，膜间为,10-20nm,的膜间隙。,外膜的渗透性大,，如核苷、无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。,内膜的选择性很强,，,CO,2,、,O,2,、,Pi,、,H,2,O,、,磷酸、甘油酸、丙糖磷酸，双羧酸和双羧酸氨基酸可以透过内膜,。,（,2,）类囊体,是单层膜围成的扁平小囊，沿叶绿体的长轴平行排列。膜上含有光合色素和电子传递链组分，,光能向化学能的转化是在类囊体上进行的，因此又称光合膜。,扁平囊 相叠 基粒,以基粒类囊体连通,膜系统；,7,微体是与,H,2,O,2,代谢有关的细胞器,单层膜包裹的小泡，外形与溶酶体相似。分成,过氧化物酶体,和,乙醛酸循环体,两种。,过氧化物酶体,乙醛酸循环体,动、植物细胞都有，内含氧化酶。细胞中,20%,的脂肪酸在其中氧化分解。氧化反应产生的,H,2,O,2,由所含的过氧化氢酶分解。,只存在于植物细胞。脂类转化为糖及参与光呼吸。,8.,细胞骨架维持细胞形状并控制其运动,分布与真核细胞内的蛋白质纤维组成网状结构，与细胞器的空间分布、功能活动、物质运输、能量转换及信息传递等有关，在细胞中起到“骨骼和肌肉”作用。,组成细胞骨架的三类,蛋白纤维：,微管,微丝,中间纤维,细胞骨架结构,微 管,，球状微管蛋白组,成中空管，直径,25nm,功能：,维持细胞形态,细胞器定位,胞内物质运输,鞭毛、纤毛、染色体,运动,以细胞核为中心向外放射状排列的微管纤维（红色）,微 丝,肌动蛋白组成,的微丝，直径,7 nm,功能：,维持细胞形态,细胞分裂,肌肉收缩,中间丝（纤维）,多种蛋白组成,直径,10nm,细胞中含量丰富,功能：,承受机械压力,鞭毛和纤毛：,中心粒：,基粒：,细胞表面的附属物，有运动的功能。两者基本结构相同，区别主要在于长度和数量。它们的结构成分是微管，在横切面上呈,9,（,2,）,+2,排列。,由微管构成，呈,9,（,3,）,+0,排列。基粒与鞭毛和纤毛的基部相连。,由微管构成的细胞器，结构和基粒相似。中心粒位于中心体（微管组织中心）中。,9,鞭毛、纤毛、中心粒与运动有关,细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的显著特点之一。细胞壁保护植物细胞，维持其形状，并使它不能吸收过量的水分。,10,细胞壁包被着植物细胞,1,细胞壁的分层,胞间层,主要由果胶质组成,初生壁,主要由纤维素和果胶质组成,次生壁,主要由木质素和纤维素组成,2,细胞壁的特化,木化 角化 栓化 矿化,细胞壁的分层,11,动物细胞有胞外基质和细胞连接,分布于细胞外空间,由蛋白质和多糖构成网络结构,胞外基质,细胞连接,细胞与细胞间,、,细胞与细胞外空间的结构关系称为细胞连接,。,紧密连接,桥粒,间隙连接,紧密连接,两个相邻细胞之间的细胞膜紧密靠拢，两膜之间不留空隙，使胞外的物质不能通过,桥粒,在皮肤、子宫颈处的上皮细胞之间有一种非常牢固的细胞连接，叫桥粒,间隙连接,两细胞之间有很窄的间隙，其宽度不过,2-3nm,，贯穿于间隙之间有一系列通道，使两细胞的细胞质相连。,3.3,生物膜,-,流动镶嵌模型,各种细胞器的膜和核膜、质膜在分子结构上是一样的，它们统称为生物膜。生物膜厚越,78nm,，,真核细胞的生物膜占细胞干重的,7080%,，最多的是内质网膜。,生物膜把细胞空间分隔开，使细胞具有了界限分明、工作性质各异的单位。生物膜的这种分隔也使膜面积加，提高了物质合成、运输等多种生命活动的效率。,生物膜主要由脂类和蛋白质分子以非共价键组合装配而成。骨架是脂双层，其中有以不同方式镶嵌其间的蛋白质分子。此外，质膜的表面还有糖类分子。,生物膜不是固定不变的，而是经常处于动态变化之中。,主要化学成分：蛋白质、脂类（磷脂）、糖类,基本支架：磷脂双分子层,动物细胞质膜的结构模型,磷脂分子,细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。,磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；,蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层；,流动镶嵌模型突出了膜的,流动性,和,不对称性,：,流动镶嵌模型,1,膜是流动的,细胞膜中脂类和蛋白质分子的运动性在生理状态下，膜脂双分子层处于液晶态，既具有液态的流动性，也具有固态分子的有序性。温度的改变可调节膜脂的状态。,侧向运动 转动 翻转运动 左右摆动,膜脂分子运动方式,胆固醇,胆固醇是中性脂类，它散布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂分子的极性头部，甾环固定在碳氢链上，对膜稳定性起重要作用。,2,膜是镶嵌的,蛋白质以不同方式镶嵌或附着于脂双层上,膜蛋白,:,根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为两大类型：膜周边蛋白、膜内在蛋白。,(1,),内在膜蛋白,与膜结合非常紧密，穿过脂双层的疏水核心，许多都是整个的穿过膜,(2),膜周边蛋白，,完全不埋在脂双层中，他们像附属物一样与膜内在蛋白发生疏松的结合。,膜内在蛋白,膜周边蛋白,3,膜上的糖类为细胞间识别所必需,糖蛋白,糖脂,糖以共价键与膜上的蛋白或脂肪结合，糖只存在于质膜的外层,细胞识别关键在于识别细胞表面的糖分子，例如。,“流动镶嵌模型”要点,流动性,不对称性,3.4,细胞通讯,是细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制，对环境作出综合反应的细胞行为。,举例,:,肾上腺素引起肌肉细胞中糖原水解为葡萄糖的全部信号转导。,三个阶段：,信号接受,信号转导,响应,信号接受,配体与受体结合,配体：,细胞外的信号分子，包括激素、神经递质、抗原、药物以及其它有生物活性的化学物质，它们都必须与,受体,特异结合，通过受体的介导作用，才能对细胞产生效应。这些信号分子，统称为,配体,。,受体：能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域。,膜表面受体主要有三类：,离子通道型受体（,ion-channel-linked receptor,）；,G,蛋白耦联型受体（,G-protein-linked receptor,）；,酶耦联的受体（,enzyme-linked receptor,）。,三种类型的细胞表面受体,信号转导途径,信号转导途径的作用是把信号从受体上传递到细胞内发生专一的响应。,一个受体活化另一个受体，第二个受体又活化第三个，如此等等。如图,3.31,响应,信号转导的最终结果是细胞对信号的响应。如图,3.31,本章小结,1.,动植物细胞的区别,2.,真核细胞各种细胞器的结构和功能,3.,生物膜流动镶嵌型的特点,4.,描述细胞信号转导途径的,3,个阶段。,第四章,:,细胞代谢,一、能与细胞,二、酶,三、物质的跨膜运输,四、细胞呼吸,五、光合作用,新陈代谢,是生物体内进行的物质和能的变化的总称,是最基本的生命活动过程,新陈代谢,物质代谢,能量代谢,同化作用,异化作用,合成物质,贮存能量,分解物质,释放能量,ATP,是生物体能量流通的货币,一个代谢反应释出的能量贮入,ATP,，,ATP,所贮能量供另一个代谢反应消耗能量时使用。,生物体把能量用在生命活动的各个方面,ATP,生物电,物质进出细胞,合成其它形式的能量分子,如：,NADPH,发热（体温）,运动,能分为动能和势能,动能：,势能：,活细胞中的分子，由于其原子中的排列而具有势能，这种势能就是活细胞做各种功的化学能。所以，化学能是分子中的势能，是活的生物体内最重要的能量形式。,4.1,能与细胞,4.1.1,能是做功的本领,生物体是一个开放体系，它的物质和能量总是不断地与其环境之间发生交换。开放体系是所有生物的特点。,一个特定体系的有序性要增加，其环境的无序性便必须增加。这一概念完全适用于细胞的活动。细胞是利用有序性较低的原料制造高度有序的结构。,4.1,能与细胞,4.1.2,热力学定律,热力学第一定律：宇宙中的总能量是固定不变的。,热力学第二定律即：能的每一次转化总要失去一些可用的自由能，总要导致熵的增加，而熵的增加则意味着有序性的降低，所以生物从外界摄取自由能来保持甚至加强它的有序状态。,生物摄取低熵状态的食物,通过代谢将它们转化为 高熵（不稳定）,排出体外,避免了由于生物代谢导致总熵增加,维持了生物内部的有序性。,吸能反应,是指反应产物分子中的势能比反应物分子中的势能多。举例,放能反应,与吸能反应相反，其产物分子中的化学能少于反应物分子中的化学能。举例,每一个活细胞中都要发生千百种放能反应和吸能反应，所有这些反应总称为,细胞代谢,。,4.1,能与细胞,4.1.3,吸能反应和放能反应,一个代谢反应释出的能量贮入,ATP,，,ATP,所贮能量供另一个代谢反应消耗能量时使用。,4.1.4,ATP,是细胞中的能量通货,4.1,能与细胞,下图,生物体把能量用在生命活动的,各个方面,生命活动的原动力在于生物体内一刻不停的新陈代谢。通过新陈代谢不断把太阳能或食物中贮存的能量，转化为可供生命活动利用的能量，不断制造出各种大,、,小分子以供生命活动所需要。体内的新陈代谢过程又都是在生物催化剂,-,酶的催化下进行的。,4.2,酶,细胞中促进化学反应速度的催化剂,;,2000,多种,;,在非细胞条件下也能发挥作用。,牛,胰,核糖核酸酶（,RNase,）,返回,催化剂只能催化原来可以进行的反应，加快其反应速度。,即使对可以进行的反应来说，反应物分子应越过一个,活化能,才能发生反应。,酶作为催化剂的作用是,降低活化能,。,4.2.1,酶降低反应的活化能,酶的,催化机理是降低活化能,酶是如何降低活化能的呢,?,首先需要酶与底物分子结合，酶蛋白结构中有,酶的活性部位,。,然后，酶蛋白分子,以各种方式,，,作用于底物分子，使底物分子,活化起来。,酶与底物的专一结合，又是酶促反应,专一性,的体现。,底物,分子结合在酶的活性部位,使,底物靠拢,使,底物分子,产生应力,使,底物分子,电荷变化,温度,：只有在最适温度下酶活性最高,pH,和盐的浓度,也影响酶的活性,许多种酶的正常活动还需要,非蛋白质成分,的参与，这些成分为辅因子。,另一大类影响酶的活性的化学物质是,酶的抑制剂,竞争性抑制剂,和,非竞争性抑制剂,。,4.2.2,多种因素影响酶的活性,竞争性抑制,有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物,竞争结合,酶的,活性中心,，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的,竞争性抑制,。,竞争性抑制剂在结构上与,底物相似,对氨基苯甲酸,（细菌生长因子）,对,氨基苯磺酸,（磺胺药）,磺胺类药物,竞争性抑制,细菌体内的酶,非竞争性抑制剂：,不占据活性部位，但它与酶分子的结合使酶分子的形状发生变化，从而使活性部位不再适合接纳底物分子。,酶的抑制剂或有的可逆的，有的不可逆的。,竞争性抑制剂的作用是可逆的。条件？,酶的抑制剂的应用：,举例：,4.2.3,核酶,长期以来，一直公认所有的酶都是蛋白质，但是，,1981,年美国科学家发现，细胞中与,RNA,分子有关的某些反应却是由,RNA,本身所催化的，而不是由蛋白质催化的。,两类核酶：,一类是催化分子内的反应，即分子的一部分与另一部分反应。例如,RNA,的一段在该分子内改换位置。,另一类核酶则催化分子间的反应，就是别的分子发生反应而作为核酶的,RNA,分子在反应前后无变化。,细胞维持正常生命活动的基础之一,4.3,物质的跨膜运输,决定选择透性的因素有二：,脂双层和转运蛋白。,脂双层是亲脂性的。烃类、二氧化碳和氧溶于脂双层中，所以易于透过质膜。,亲水性物质通过转运蛋白出入细胞，避免了与膜中亲脂部分的接触，这是由于转运蛋白提供了专门通道供这些物质通过。,膜的选择透性决定于脂双层本身的限制和转运蛋白的专一性。,4.3.1,膜的选择透性源于其分子组成,被动转运,-,物质顺浓度梯度运输,简单扩散,4.3.2,被动转运是穿过膜的扩散,4.3.3,渗透是水的被动转运,高渗溶液,低渗溶液,图,4-7,渗透现象,无壁细胞的水分平衡,许多生活在低渗或高渗环境中的动物都有特殊的渗透调节的适应以控制水分平衡。,例如草履虫,有壁细胞的水分平衡,植物、藻类、细菌和真菌的细胞有细胞壁，它们的水分平衡原理相同。这些细胞在低渗溶液中是膨胀的，在等渗溶液中是萎蔫的。在高渗溶液中则发生质壁分离,易化扩散,(,需载体蛋白,),4.3.4,专一蛋白使被动转运易化,主动转运,Na,+,-K,+,泵,由,ATP,提供能量,4.3.5,主动转运是逆浓度梯度的转运,协同运输,：,Na,+,-K,+,泵,与载体蛋白协同作用,主动转运,胞 饮 吞 噬,胞吞,：,4.3.6,胞吞和胞吐转运大分子,胞 吐,细胞呼吸：,细胞在有氧条件下从食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的过程。,有氧呼吸,：,指生活细胞利用分子氧，将某些有机物质彻底氧化分解，形成,CO,2,和,H,2,O,同时释放能量的过程。,C,6,H,12,O,6,+6O,2,6CO,2,+6H,2,O,能量,无氧呼吸,指生活细胞在无氧条件下，把某些有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。,C,6,H,12,O,6,2C,2,H,5,OH+2CO,2,+,能量,酶,酶,4.4,细胞呼吸,4.4.1,细胞呼吸引论,生物体内氧化,分步骤进行,淀粉,葡萄糖,丙酮酸,CO,2,+H,2,O,ATP,细胞呼吸包含的,过程：,一般可分为三个主要阶段：以葡萄糖为例,糖酵解,柠檬酸,循环,电子传递链,(chain of electron transport),(,1),糖酵解（,EMP,途径）,就是葡萄糖的分解，其最终产物是丙酮酸。即,己,糖分解成丙酮酸的过程。,反应进行部位：,细胞质,特点：,不需,O,2,的参与,由特定的酶催化,（,氧化作用的,O2,来自水分子和被氧化的糖分子）,4.4.2,糖酵解,全过程：,12,步骤，,11,酶,葡萄糖,C-C-C-C-C-C,淀粉、糖原等,葡萄糖,-6-,磷酸,C-C-C-C-C-C-P,ATP,ADP,果糖,-6-,磷酸,C-C-C-C-C-C-P,果糖,1,-6-,二磷酸,C-C-C-C-C-C-P,ATP,ADP,3-,磷酸甘油醛,PGAL(2,分子,),磷酸二羟丙酮,2NAD,+,2Pi,2NADH+2H,+,1,3-,二磷酸甘油酸,(2,分子,),1,、,消,耗,A,T,P,2,分,子,细,质,3-,磷酸甘油酸（,2,分子）,2ADP,2ATP,2,磷酸甘油酸（,2,分 子）,磷酸烯醇式丙酮酸（,2,分 子）,丙酮酸（,2,分 子）,2ADP,2ATP,2,、,产,生,A,T,P,4,分,子,返回,糖,酵解途径,总反应式,：,葡萄糖,+2ADP+2Pi+2NAD,+,2,丙酮酸,+2ATP+2NADH+2H,+,+2H,2,O,糖酵解过程中：,一个分子的葡萄糖分解为,2,分子的丙酮酸,利用,2,个,ATP,，,产生,4,个,ATP,，,净得,2,个,ATP,；,2,个分子的,NAD,+,被还原，产生了,2,个,NADH+H,+,与葡萄糖氧化分解产生能量有关的三条代谢途径,A,、,糖酵解途径,六个碳的葡萄糖分解为两个三碳的丙酮酸，净得两个,ATP,，,同时还产生,NADH,。,糖酵解途径可以在无氧情况下进行，,但是要解决,NADH,变回到,NAD,问题。,糖酵解生理意义,是无氧呼吸和有氧呼吸的共同途径,糖酵解最终产物丙酮酸可通过各种代谢途,径生成不同物质,是厌氧生物糖分解和获取能量的主要方式,多数反应均可逆转，为糖异生作用提供了,基本途径,三羧酸循环,三羧酸循环一定需要,氧,才能进行。在三羧酸循环中脱下的,氢,，形成,NADH,和,FADH,2,，,然后再逐步传递给,氧,。,4.4.3,柠檬酸循环,三羧酸循环（,TCA,循环）,部位：,线粒体基质内,特点：,需要氧参与和多种酶的催化,过程：,是包括三羧酸和二羧酸的循环逐步,脱羧脱氢，彻底氧化分解的过程,TCA,循环过程,（,9,步反应）,丙酮酸在有氧条件下进入线粒体，氧化脱羧与辅酶,A,结合成为活化的乙酰,CoA,；,释放出,1,分子,CO,2,，,同时发生,NAD,的还原。,丙酮酸,乙酰辅酶,A,氧化脱羧,返回,丙酮酸,三个二氧化碳,三,羧酸循环,在,呼吸链,起端，,电子,处在高能水平，传递到,O,2,时，处于低能水平。传递过程中释出的能量，用于产生,ATP,。,4.4.4,电子传递链和氧化磷酸化,下图,呼吸链：电子逐步传递到氧,返回,返回,糖,酵解,三,羧酸循环,呼吸链,总之，在有氧条件下，细胞呼吸中每氧化一分子葡萄糖，最多可产生,30,或,32,个,ATP.,无氧呼吸：,无机物代替氧作为最终的电子受体进行呼吸。,发酵：,厌氧细菌和酵母菌在无氧条件下获取能量的过程,。,酒精发酵,:,1,葡萄糖,2,丙酮酸,2,乙醛,2,乙醇,NADH+H,+2ATP+2CO,2,+2H,2,O,NAD+,乳酸发酵,:,葡萄糖,2,丙酮酸,2,乳酸,+2ATP+2H,2,O,4.4.5,发酵作用,酒精发酵用途,:,乳酸发酵用途,:,制酒,酸菜、酸奶、奶酪,生物体可利用各种有机分子作燃料,除了葡萄糖，其他生物分子，包括脂类、氨基酸、核苷酸等，都可以通过三羧酸循环途径，彻底氧化为,CO,2,和,H,2,O,，,同时产生能量。对于人体来说，最适宜的燃料是葡萄糖。,代谢作用是生命的核心，它有两个方面：一个是细胞呼吸，是从食物中收集能量的过程；另一个是各种生物合成途径，是建造细胞各种成分的过程。,4.4.6,各种分子的分解和合成,呼吸作用的意义,为生物的生命活动提供能量,呼吸作用形成的中间产物是进一步合成生,物体内新的有机物的物质基础,在植物体内的碳、氮、脂肪代谢活动中起,枢纽作用,光合作用,指光合生物吸收太阳能，并将其转变成有机化合物中化合能的过程。,光合生物：,绿色植物、藻类：,CO,2,+2H,2,O*(CH,2,O)+O,2,*+H,2,O,紫硫细菌：,CO,2,+2H,2,S (CH,2,O)+H,2,O+2S,氢细菌：,CO,2,+2H,2,(CH,2,O)+H,2,O,4.5,光合作用,返回,绿叶中的光合作用,1.,光合作用的发现,荷兰医生,Van,Helmon,(,范,海尔蒙）在,1648,年做了第一个探索光合作用的实质性实验。,将一株,5,磅重的小树种在重,200,磅的干土中，用雨水浇灌,5,年，不供给其它营养物质，小树长成重,169,磅植株，而土壤重量基本上不变。,干土,五年后,浇水,4.5.1,光合作用引论,普列斯特莱,实验,1772,年，,Joseph Priestley,首次报导了有关气体参与光合作用的证据。,他的实验是让一支蜡烛在盖有薄荷枝条的玻璃罩内燃烧熄灭。,结论：普列斯特莱,Priestley,认为，植物消耗,CO,2,而产生,O,2,，,使火焰和小鼠得以生存。,普列斯特莱实验,蜡烛任其燃烧直至熄灭,没有蜡烛,没有植物,蜡烛能再次点燃,老鼠活着,植物死亡,蜡烛不能燃烧,老鼠死亡,间隔几天,间隔几天,间隔几天,光合作用的因子,在以后连续几年中，其他研究者继续了普列斯特莱的工作。,瑞士的一位牧师,Jean,Senebier,(,吉恩,塞内毕尔）发现，植物生长时其碳的含量亦同时增加，此种碳的来源是,CO,2,，,并且光合作用中氧的释放与,CO,2,的吸收同时进行，即：,O,2,来自,CO,2,。,Senebier,的结论：光合作用中,CO,2,被分解时其中的碳被结合到植物体的有机物中，而,O,2,被释放，即：,CO,2,+H,2,O=CH,2,O,n,+O,2,</p>