细胞的分子组成-细胞生物学-课件2-03.ppt

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,*,为什么要吃？,需要吃什么？,不同生物获取营养的方式？,细胞的物质组成,核糖体,线粒体,微管,淀粉,染,色,质,糖类,细胞膜,细胞壁,各种形态的细胞,红细胞,精卵细胞,中性粒细胞,神经细胞,成纤维细胞,水,(,water),：H,2,O,(,Hydrophilic molecules,),亲水分子,(,Hydrophobic molecules,),疏水分子,无机盐在细胞中均以离子状态存在：,阳离子：,Na,+,、,K,+,、,Ca,2,+,、,Fe,2,+,、,Mg,2,+,等,阴离子：,Cl,-,、,SO4,2-,、,PO,4,3-,等,无机盐,参与细胞代谢反应、维持细胞内外渗透压和pH、,组成有一定功能的结合蛋白、参与信号转导等。,维持细胞内外渗透压,参与膜电位的形成，传导电兴奋,Ca,2+,对钙黏素的影响,细胞间的,嗜同性黏附,钙黏素,Ca,2+,依赖的黏附分子,参与信号转导,Nitric oxide,a novel biologic messenger.,C.J.Lowenstein and S.H.Snyder,Cell,70(1992),705707.,分子质量：100-1000Da,1.单糖,(monosaccharide),2.脂肪酸,(fatty acid),氨基酸,(amino acid),4.,核苷酸,(nucleotide),有机小分子,有机小分子：单糖,monosaccharide,己糖（六碳糖）,：葡萄糖、半乳糖、甘露糖,戊糖（五碳糖）,：核糖、脱氧核糖,己糖是多糖的基本单元；戊糖是核酸的组成单位。,葡萄糖,核 糖,最主要的单糖,葡萄糖,半乳糖,甘露糖,己糖C,6,H,12,O,6,的同分异构体,glucose,戊糖,(pentose),核糖是RNA的组成单位,脱氧核糖是DNA的组成单位,寡聚糖和糖蛋白、糖脂,由不同种类单糖聚合而成的短链,如：,N-,乙酰氨基葡萄糖、岩藻糖等。,寡聚糖与蛋白结合构成糖蛋白，与脂类结合,构成糖脂，在细胞识别中起重要作用。,衣霉素,Biosynthesis of the N-linked oligosaccharide precusor,Initial processing of N-linked oligosaccharides in the rough ER,Protein,g,lycosylation,back,糖脂,糖蛋白,糖蛋白,寡聚糖,:,构成糖蛋白和糖脂,糖原,、,淀粉,(glycogen、starch),：,能量储备,纤维素,(cellulose),:,细胞壁成分,糖胺聚糖,(glycosaminoglycan),:,细胞外基质成分,寡聚糖（,oligosaccharides,）,和,多糖（,polysaccharides）,糖原,淀粉,纤维素,糖原、淀粉、纤维素由同一种类单糖聚合而成,back,重复的二糖单位构成的无分支多糖链，与核心蛋白结合形成蛋白聚糖，为细胞外基质的主要成分。,糖胺聚糖,有机小分子：脂肪酸(Fatty acid),饱和脂肪酸,(saturated),不饱和脂肪酸,(unsaturated),烃链,（疏水）,羧基,（亲水）,疏水烃链;亲水羧基,COOH与其它分子共价结合形成各种脂类。,生物体内有功能的脂质主要有：,三酰甘油,（中性脂）、,磷脂,、,类固醇,三酰甘油和其它脂作为能量贮存物质，比糖类,占用更少的空间，具有更轻的重量。,生物大分子：脂质,三酰甘油(,triglycerol),呈固态的三酰甘油被称为,脂肪,，,呈液态的称为,油脂,。,磷脂,(phospholipide),磷脂酰胆碱,极性的头部,（亲水）,非极性尾部,（疏水）,亲水亲脂分子,胆碱,脂肪酸链,磷酸基团,甘油骨架,细胞、个体乃至物种的遗传特性要在代代相传中得到维持，有赖于遗传信息完整、准确地传递。,作为遗传物质，需要具备哪些条件？,储存遗传信息,复制,指导其他分子的合成,能产生突变,生物大分子：,核酸(Nucleic acid),脱氧核糖核酸,(deoxyribonucleic acid,DNA,),核糖核酸,(ribonucleic acid,RNA,),磷酸,戊糖,碱基,1.构成核苷酸的碱基、戊糖、磷酸三部分；,2.根据碱基和戊糖的不同分不同类型。,有机小分子：,核苷酸(Nucleotides),碱基,嘌呤,purine,嘧啶,pyrimidine,胸腺嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,腺嘌呤,鸟嘌呤,DNA,的基本单位,：,脱氧核糖,核苷酸,dAMP、dGMP、dCMP、dTMP,简称：A、G、C、T,RNA,的基本单位,：,核糖,核苷酸,AMP、GMP、CMP、UMP,简称：A、G、C、U,lATP,cyclic GMP,(cGMP),环一磷酸腺苷酸和环一磷酸鸟苷酸作为信号分子，,在细胞信号转导中起重要作用。,2,cyclic,AMP,(cAMP),环一磷酸鸟苷酸,环一磷酸腺苷酸,A,3,5,磷酸二酯键,5磷酸3羟,DNA,的分子结构：,DNA,双螺旋结构模型,1953,年,Watson,和,Crick,揭示了,DNA,双螺旋结构,戊糖-磷酸主链,大沟,小沟,5,5,3,3,大沟,小沟,氢键：,AT,CG,5端,5端,3端,3端,DNA,双螺旋结构模型特点,DNA,分子是由两条反向平行、右手螺旋的一磷酸脱,氧多核苷酸组成。,脱氧核糖和磷酸排在每条链的外侧，而碱基排在内,侧，且严格配对,A,T CG,。,遗传信息储存于碱基对序列中。,DNA,双螺旋,结构模型,储存遗传信息,自我复制,转录三种,RNA,;指导合成蛋白质,DNA,的功能:,（1）,信使,RNA,(messenger RNA,mRNA),（2）,转运,RNA,(transfer RNA,tRNA),（3）,核糖体,RNA,(ribosome RNA,rRNA),RNA,的种类,mRNA,蛋白质合成的直接模板,原核细胞mRNA,真核细胞mRNA,tRNA,蛋白质生物合成的“搬运工”,mRNA与氨基酸之间的衔接分子(linker),氨基酸,接受臂,反密,码环,问：图中,t,RNA各为几级结构？,rRNA,rRNA,和,蛋白质,组成,核糖体,小亚基中的r,RNA,结构图,mRNA、tRNA、rRNA(主要三种):,参与蛋白质合成,其它,RNA,：如核内,小RNA(snRNA)、核酶(ribozyme)等。,RNA的生物功能,类别,特征,戊糖,碱基,分子结构,分布,在细胞中,的作用,DNA,脱氧核糖,A,、G、C、T,大多数双链,主要在细胞核内,绝大多数生物的,遗传物质,RNA,核糖,大多数单链,主要在细胞质、核仁,参与蛋白质合成,部分病毒和噬菌体的遗传物质,A、G、C、U,DNA,和,RNA,的区别,基本组成单位：,氨基酸,(Amino acid),生物大分子：,蛋白质(Protein),兼性分子,参与蛋白质构成的氨基酸有,20,种,氨基,羧基,R,R,有机小分子：氨基酸,根据侧链R基团的带电性和极性分类：,1.带负电荷的酸性氨基酸：Asp、Glu,2.带正电荷的碱性氨基酸:Lys、ArgHis,3.不带电荷的极性氨基酸,4.不带电荷的非极性氨基酸,20,种氨基酸名称及缩写符号,名 称,三字符号,一字符号,名 称 三字符号 一字符号,丙氨酸,(alanine)Ala A,苯丙氨酸,(phenylalanine)Phe F,甘氨酸,(glycine)Gly G,酪氨酸,(tyrosine)Tyr Y,丝氨酸,(serine)Ser S,色氨酸,(trypotophane)Trp W,亮氨酸,(leucine)Leu L,天冬氨酸,(asparticacid)Asp D,异亮氨酸,(isoleucine)Ile I,天冬氨酰,(asparagine)Asn N,苏氨酸,(threonine)Thr T,谷氨酰胺,(glutamine)Gln Q,半胱氨酸,(cysteine)Cys C,赖氨酸,(lysine)Lys K,蛋氨酸(甲硫氨酸,),Met M,精氨酸,(arginine)Arg R,(methionine),缬氨酸,(valine)Val V,组氨酸,(histidine)His H,脯氨酸,(proline)Pro P,谷氨酸,(glutamic)Glu E,兰色：极性荷负电氨基酸,红色：极性荷正电氨基酸,绿色：极性不带电氨基酸,黑色：非极性氨基酸,肽键和肽链,（Peptide bond and peptide chain）,肽 键,肽 键,氨基端,（N端）,羧基端,（C端）,多肽主链,蛋白质的分子结构,一级结构,(primary structure),二级结构,(secondary structure),三级结构,(tertiery structure),四级结构,(quaternary structure),蛋白质的一级结构是由染色体上DNA编码的，这种遗传,蓝图在体内可保存并由亲代传递给子代。,蛋白质的一级结构,氨基酸序列和二硫键,分子,细胞,大体,一个氨基酸差别,形态显著异常,盘状-镰刀状,贫血,遗传性疾病的分子和细胞改变,信息分析显示人、鼠某同源蛋白的序列比较,返回,螺旋和片层是,最普遍的折叠形式,主链上每个肽键的N-H与同一条链上相距4个肽键上的C=O通过,氢键,形成螺旋；类似于螺旋楼梯或拉长的弹簧。,蛋白质的二级结构,示螺旋,血红蛋白,螺旋,蛋白质的二级结构,示,片层,片层,螺旋,真核细胞和细菌的跨膜蛋白主要是螺旋结构,疏水脂双层,筒,限于线粒体和叶绿体外膜的跨膜蛋白,螺旋异常转变为片层：,导致蛋白质聚集引起人类疾病,引起疯牛病的,异常PrP,*,蛋白,正常PrP蛋白,异常PrP,*,有传染性，,使其它正常PrP蛋白,变成异常PrP,*,蛋白,正常情况下偶然发生,返回,二级结构进而形成超螺旋或复杂缠绕，使多肽链为高度复杂的,球形,三级结构（催化剂和转运分子中常见，如肌红蛋白、酶、激素等）,蛋白质的三级结构,活性中心,肌红蛋白、血红蛋白三级结构图,蛋白质分子的空间结构和其生物学活性,变性,免疫原性和抗原性,朊蛋白,镰刀型红细胞白血病,返回,人血红蛋白(hemoglobin)结构两个,、两个,亚基(subunits),蛋白质的四级结构,血红蛋白四级结构图,红色为血红素(heme)基团,蛋白质功能的多样性,催化功能：,酶,调控功能：,调控基因表达的蛋白,转运功能：,血红蛋白、载铁蛋白等,运动功能：,肌动蛋白、肌球蛋白、动力蛋白等,结构与支持作用：,胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等,防御功能：,免疫球蛋白,其他功能：,营养功能、识别功能、凝血功能等,如何证明核酸是细胞中的遗传物质？,DNA、RNA以及蛋白质在细胞中是怎样的一种关系？,本章小结,组成细胞的主要元素,:C,、,H,、,O,、,N,组成细胞的分子,无机小分子,:,水,、,无机盐,有机小分子,:,单糖,、,脂肪酸,、,氨基酸,、,核苷酸,生物大分子：糖类,(,多糖、寡聚糖、糖胺聚糖,),、,脂质,、,蛋白质,、,核酸,(DNA,、,RNA),第三章 细胞的分子组成,第一节 细胞中的小分子物质,第二节 细胞中的生物大分子,第一节 细胞中的小分子物质,无机小分子,:,水,、,无机盐,有机小分子,:,单 糖,脂肪酸,氨基酸,核苷酸,第二节 细胞中的生物大分子,(biomacromolecule in the cell),多糖,(polysaccharides),2.,脂质,(lipid),3.,蛋白质,(protein),4.,核酸,(nucleic acid),细胞与大分子的关系,核糖体,线粒体,微管,淀粉,染,色,质,糖类,细胞膜,细胞壁,多糖,葡萄糖,丙酮酸,脂肪酸,脂肪,氨基酸,蛋白质,乙酰辅酶A（2C）,草酰乙酸（4C）,柠檬酸（6C）,2H,2H,NAD,+,2H,琥珀酸,延胡索酸,FAD,+,2H,2CO,2,分子组成与细胞的关系,1.,组成细胞的结构成分：,染色质：,DNA,、,蛋白质,核仁、核糖体：,RNA,、,蛋白质,生物膜：蛋白质、脂质、糖,细胞骨架：蛋白质,细胞外基质：蛋白质、糖胺聚糖,2.非细胞结构成分（与功能有关物质运输：小分子、大分子,信号：信号分子,物质代谢：合成、分解、能量,细胞成分的新陈代谢、不断更新,Classically,the field of cell biology has been largely a matter of morphology and phisiology.Today,with our deep understanding of the molecules that make up cells and of how cells process information,we can interpret pictures of cells as the visual representation of underlying molecular events.We fuse biochemistry,genetics,and molecular biology with morphology and physiology to produce a dynamic understanding of cellular life.,蛋白质的分子结构特点,。,一级结构是指多肽链中,氨基酸残基的序列，并包括生成二硫键的半胱氨酸的位置；对,蛋白的三维结构至关重要,二级结构是多肽链局部区域氨基酸残基之间有规律的空间排列，最常见的有,螺旋和片层；,三级结构是在二级结构基础上形成的高度复杂的,球形,三维结构，并形成,活性中心,；由一条多肽链组成的蛋白质只有在三级结构水平才具有生物活性；,四级结构是由两条或两条以上的具有独立三级结构的,亚基,按一定的空间排布与相互作用形成的空间结构。亚基独立存在时不具有生物活性，只有按特定方式以非共价键相连接形成四级结构时蛋白质才具有生物活性。,思考题,一、名词解释：,亲水分子 疏水分子 生物大分子 多糖,肽键 核酸 脱氧核苷酸,3,5磷酸二酯键 碱基互补配对原则,二、细胞由哪些分子组成？,三、简述蛋白质的一四级分子结构。,四、简述DNA双螺旋结构模型的特点。,五、概述各种分子与细胞结构与功能的,关系。,