pinocytoticvesiclemitochondrionNucleobasesGolgivesiclesGuanineGuaninerough

ERBase

pairAdeninesmooth

ERThyminehelix

ofsugar-phosphatesNucleobasesribosomeE.M.Armstrong2001細胞生物學第二章細胞的概念與分子基礎(chǔ)Golgiapparatus—nucleolusnucleuscentrioles(2)

Eachcomposedof9

microtubuletriplets.microtubulescytoplasmDNADeoxyribonucleicacidRNARibonucleicacid(no

ribosomes)cell(plasma)(endoplasmicmembranelysosomereticulum)of

DNANucleobasesof

RNACytosineAdenineUracil·

是遺傳的基本單位沒有細胞就沒有完整的生命!細胞的基本概念一、細胞是生命活動的基本單位Centrosome(gumdrops)Cytoplasm(jell

o

)Rough

ER

(sour

gummyrough

sugar

coating)SmoothER(gummy

worms)(candy

sprinkles)Golgi

Body(folded

hardcandy

ribbon)CellMembrane

(plastic

bag)Lysosome(m

&m

candy)Nucleus(plum)(plumpit)NuclearMembrane(plum

skin)Vacuole(jaw

breakers)Mitochondrion(raisins)上世紀60年代，

H.Ris

將細胞分為兩類：原核細胞(prokaryotic

cell)真核細胞(eukaryotic

cell)·

構(gòu)成有機體的基本單位·

是代謝與功能的基本單位·

是有機體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)JeilloAnimalCell細胞的基本概念·

1990年，

Woese

提出生物界分3個域，細菌域，古菌域和真核域·

細菌域：支原體、衣原體、立克次體、細菌、放線菌、藍藻等(真細菌)·

古菌域：產(chǎn)甲烷菌、鹽桿菌、熱原質(zhì)體等(古細菌)·

真核域：真菌、植物、動物和人類細菌域綠色非硫細菌革蘭陽性菌紫細菌、藍細菌黃細菌棲熱孢菌真菌植物纖毛蟲類鞭毛蟲類毛滴蟲類甲烷八迭球菌鹽桿菌

甲烷桿菌甲烷球菌動物粘菌內(nèi)變形蟲古菌域

真核域●圖2-1

生物三域分類的系統(tǒng)樹速生熱球菌>微孢子蟲類熱變形菌原始細胞雙滴蟲類火盤菌1.

支原體(mycoplasma)是最小最簡單

的細胞·

直徑0.1~0.3

μm,

細胞膜由磷脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成，無細胞壁，具有核糖體·

環(huán)狀雙鏈DNA

分子散在存在，僅指導400種蛋白質(zhì)合成·

肺炎、腦炎、尿道炎——病原體二

、原核細胞·結(jié)構(gòu)簡單，細胞質(zhì)中裸露DNA——

擬核(nucleoid)·

含核糖體，無膜性細胞器·

體積小，

一至幾個微米·有細胞壁(cell

wall):蛋白多糖和糖脂細胞的基本概念肺炎支原體·細胞壁的主要成分為肽聚糖；有些菌壁外有多肽和多糖組成莢膜·細胞膜常分為內(nèi)膜、外膜和膜間隙；內(nèi)膜上有呼吸鏈酶等·細胞膜有時內(nèi)陷形成間體，與DNA

復制和細胞分裂有關(guān)·環(huán)狀DNA

分子，無內(nèi)含子；胞質(zhì)中常有環(huán)狀的DNA(

質(zhì)

粒

)·

每個菌5千-5萬個核糖體(70S),大多游離，少數(shù)附著膜內(nèi)表面細胞漿cytoplasmpilus菌毛bacterialcapsuleribos0mes

DNA

plasma核糖體

脫氧核糖核酸membrane細胞膜2.

細

菌(bacteria)是原核細胞的典型代表·1~10μm大小，分為球菌、桿菌和螺旋菌細胞的基本概念莢膜cellwall細胞壁flagellum細菌鞭毛3.

古細菌多生活在極端環(huán)境中·產(chǎn)甲烷菌、鹽桿菌、硫化葉菌、熱原質(zhì)體·原核細胞特征：無核膜及內(nèi)膜系統(tǒng)·真核細胞的特征：以甲硫氨酸起始合成蛋白質(zhì)、核糖體對氯霉素不敏感、

RNA

聚合酶與真核細胞相似、

DNA

有內(nèi)含子并結(jié)合組蛋白·特殊的特征：細胞膜中的脂類不能皂化(指在堿性條件下，油脂水解生成羧

酸鹽和醇的反應(yīng)),

細胞壁不含肽聚糖、胞壁酸、

D型氨基酸及二氨基庚二酸沙漠中的耐輻射球菌細胞的基本概念細胞的基本概念三、真核細胞——具有核膜包圍的細胞核·形態(tài)各異：圓形、橢圓形、立方形、扁平、梭形、多角形·大小10~20

μm,

人卵細胞約100

μm·

基本結(jié)構(gòu)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細胞骨架細胞核核仁

細胞膜動物細胞結(jié)構(gòu)模式圖1.脂質(zhì)與蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的生物膜系統(tǒng)·

單位膜厚7-10nm;·功能：物質(zhì)交換、信息傳遞、細胞識別、代謝調(diào)節(jié)2.核酸-蛋白質(zhì)為主要成分的遺傳信息表達系統(tǒng)·DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合3.特異蛋白質(zhì)分子構(gòu)成細胞骨架系統(tǒng)·微管、微絲、中間纖維維持細胞形態(tài)參與物質(zhì)運輸、細胞分裂、

信息傳遞；·核骨架——核纖層蛋白參與基因表達、染色體包裝、分布4.細胞質(zhì)溶膠·

細胞溶膠占細胞總體積一半，是代謝反應(yīng)的場所，主要成分為蛋白質(zhì)(酶),還有多糖、脂蛋白、RNA,

及水和無機離子K+,Na+,CI,Mg2+,Ca2+

等細胞的基本概念特征原核細胞真核細胞細胞結(jié)構(gòu)核膜、核仁、線粒體、內(nèi)質(zhì)

網(wǎng)、高爾基復合體、溶酶體無有細胞骨架有相關(guān)蛋白有核糖體有，70S有，80S基因組結(jié)構(gòu)DNA量(信息量)少大DNA分子結(jié)構(gòu)環(huán)狀線狀染色質(zhì)或染色體僅有一條裸露DNA,

不與組蛋白結(jié)合，與

少量類組蛋白結(jié)合有2個以上DNA分子，

DNA與組蛋

白和部分酸性蛋白結(jié)合，以核小

體及各級高級結(jié)構(gòu)構(gòu)成染色質(zhì)和

染色體基因結(jié)構(gòu)特點無內(nèi)含子及重復序列有內(nèi)含子及大量重復序列轉(zhuǎn)錄與翻譯在胞質(zhì)內(nèi)同時進行核內(nèi)轉(zhuǎn)錄，胞質(zhì)內(nèi)翻譯轉(zhuǎn)錄與翻譯后大分子加工修飾無有細胞分裂無絲分裂有絲分裂、減數(shù)分裂、無絲分裂原核細胞與真核細胞的比較四、非細胞生命形態(tài)——病毒·核酸-蛋白質(zhì)

形成復合體·含DNA——DNA病毒(乙肝病毒);·含RNA——RNA病毒(HIV病

毒

);·僅由RNA組成——類病毒(植物宿主);·

僅由蛋白質(zhì)組成——骯病毒(瘋牛病病毒)乙肝病毒

HIV

病毒

瘋牛病病毒細胞的基本概念gp120

coat

proteinRNAReverse_

transcriptaseLipid

bilayer10細胞的基本概念·

病毒是不完整生命體，徹底的寄生物·

分為動物病毒、植物病毒、細菌病毒(噬菌體)endocytosis·

動物病毒多數(shù)通過“主動吞飲”進入宿主細胞·

利用宿主細胞的代謝系統(tǒng)，以病毒核酸為模板，復制轉(zhuǎn)錄翻譯，裝配新病毒顆

粒并釋放出來繼續(xù)感染其

他細胞。-RNAendoplasmic

reticulumViral+RNAproteinsynthesisattachment+RNAnucleusor

DNA

proteincapsidviralgenomeinjected

into

cellbacterialgenome細胞的基本概念viral

RNA噬菌體12細胞的分子基礎(chǔ)組成細胞的物質(zhì)稱為原生質(zhì)(protoplasm)含50多種化學元素：C、H、O、N占90%;S、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe,

以上共占99.9%一、生物小分子(一)水和無機鹽是細胞內(nèi)的無機化合物水：游離水、結(jié)合水→

以氫鍵結(jié)合蛋白質(zhì)；無機鹽：離子狀態(tài)存在。游離于水中，維持滲透壓、PH

值；與蛋白質(zhì)或脂類結(jié)合，形成有功能的大分子(二)有機小分子是組成生物大分子的亞單位有機小分子：分子量100～1000碳化合物，碳原子可多達30個左右分四種：單糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸二、生物大分子·

細胞中約有3000種大分子，分子量：1萬～100萬；·主要為核酸、蛋白質(zhì)、多糖

HO

CH?脫氧核糖核酸DNA(deoxyribonucleic

acid)1.核酸的化學組成：由幾十個~幾百萬個核苷酸聚合而成堿基：嘌呤(A/G)

、

嘧啶(C/T/U)戊糖

D-核糖D-2-脫氧核糖細胞的分子基礎(chǔ)OH(一)核酸攜帶遺傳信息核糖核酸RNA(ribonucleicOH脫氧核糖(deoxyribose)(構(gòu)成DNA)OH

OH核糖(ribose)(構(gòu)成RNA)核苷磷酸核苷酸acid)胞嘧啶

(C)兩類堿基：嘌呤堿：腺嘌呤adenine(A)嘧啶堿：胞嘧啶

cytosine(C)鳥嘌呤guanine(G)胸腺嘧啶thymine(T)

尿嘧啶

uracil(U)的分子基礎(chǔ)胸腺嘧啶(T)腺嘌呤

(A)尿嘧啶(U)鳥嘌呤(G)核苷酸的組成：·

堿基+戊糖(核糖)=核苷嘧啶第1位或嘌呤第9位氮原子與核糖第1位碳原子形成糖苷鍵·

核苷+磷酸=核苷酸核糖第5位羥基與磷酸形成酯鍵堿基糖OHOHH?O堿基OH堿基20、糖OH

OH堿基OH5'端糖O3'端核苷酸之間或脫氧核苷酸之間只有堿基不同，所以可用堿基排列順序代表RNA

或DNA

組成順序，稱為一級結(jié)構(gòu)0—CH?

糖OHO圖4-3

核苷酸的聚合細胞的分子基礎(chǔ)核苷酸的類型：·dAMP

、dGMP

、dCMP

、dTMP——DNA·AMP

、GMP

、CMP

、UMP——RNA·

少量修飾堿基(稀有堿基):6-甲基嘌呤、5-甲基胞嘧啶、5-羥基胞嘧啶等，主要分布于RNA分

子

上·

環(huán)化核苷酸：3',5'-環(huán)化腺苷酸cAMP

以及3',5'-環(huán)化鳥苷酸cGMP3',5'-環(huán)化鳥苷酸(cGMP)3',5'-環(huán)化腺苷酸(cAMP)第

二

信

使

→

→Cytosine0GuanineNH?AdenineH?NThymineH?

CNHNucleobasesof

DNACytosineNH?0GuanineNH?AdenineH?NUraciloNHNucleobases

of

RNANucleobasesBase

pairhelix

ofsugar-phosphatesDNADeoxyribonucleicacidRNARibonucleicacid·DNA

分子由兩條相互平行而方向相反的多核苷酸鏈組成，由磷酸二酯鍵連接，方向一條5'→3',另一條3'→5'·

兩條鏈圍繞同一個中心軸，右手螺旋方向盤繞成雙螺旋·螺旋的主鏈由位于外側(cè)的間隔相連的脫氧核糖和磷酸組成，雙

螺旋的內(nèi)側(cè)由堿基構(gòu)成，且按堿基互補原則：A=T

G三C·堿基位于同一平面，垂直于螺旋縱軸，相鄰堿基之間距離0.34nm,10

個堿基構(gòu)成一個螺距3.4nm·

螺旋直徑2nm;右手螺旋結(jié)構(gòu)上存在兩條凹溝：大溝和小溝·

摩爾濃度：[A]=[T][G]=[C]·

1953年Watson

和Crick提出DNA

分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型(B-DNA)細胞的分子基礎(chǔ)2.DNA堿基互補原則：

A=T

G三CThymineAdenineGuanine

5'endDNA

結(jié)構(gòu)受環(huán)境因素影響

細胞的分子基礎(chǔ)右手螺旋A

form

B

form

Z

form

左手螺旋DNA

主要功能：儲存、復制、傳遞遺傳信息·一段DNA分子由n個核苷酸組成，排列順序4n種，導致遺傳信息多樣性、生物多樣性·生物體一套完整的單倍遺傳物質(zhì)——基因組(染色體組)·人類基因組

DNA

堿基數(shù)為31.647億個bp

(堿基對);·A+T54%G+C

38%;外顯子：1.1%~1.4%;內(nèi)含子：24%;非編碼：75%·

基因數(shù)目：~2萬個(蛋白質(zhì)編碼基因),長度：2~30Kbp·

重復序列：50%以上；個體間核苷酸差異：0.1%·遺傳信息表達：復制(replication)

半保留復制

轉(zhuǎn)錄(transcription)

DNA→

RNA翻譯(translation)

RNA→

蛋白質(zhì)

22細胞的分子基礎(chǔ)Version

28(NovemberGeneral

statsTotalNo

of

GenesProtein-codinggenesLongnon-coding

RNA

genes

Smallnon-coding

RNA

genes

Pseudogenes-processed

pseudogenes:-unprocessed

pseudogenes:-unitary

pseudogenes:-polymorphic

pseudogenes:-pseudogenes:20175838119901157797569147231069335192183818freeze,GRCh38)-Ensembl

92,93TotalNoof

TranscriptsProtein-codingtranscripts-full

length

protein-coding:-partial

length

protein-coding:NonsensemediateddecaytranscriptsLongnon-coding

RNA

locitranscripts2038358233556541257941488928468人類基因組信息不斷更新中GEN

CODEXXXYStatistics

about

the

current

Human

GENCODE

Release(version28)*Thestatisticsderivefromthe

gtf

file

園thatcontainsonlytheannotation

ofthe

main

chromosomes.

Fordetailsaboutthecalculationofthesestatisticspleaseseethe

README_stats.txtfile.GENCODEData

Stats細胞的分子基礎(chǔ)Comparewiththepreviousrelease(GENCODE27)》R

N

A

種

類存在部位功能mRNA細胞核與細胞質(zhì)，線粒體(mt

mRNA)蛋白質(zhì)合成模板rRNA細胞核與細胞質(zhì)，線粒體(mt

rRNA)核糖體的組成成分tRNA細胞核與細胞質(zhì)，線粒體(mt

tRNA)轉(zhuǎn)運氨基酸，參與蛋白

質(zhì)合成snRNA細胞核參與mRNA前體的剪

接、加工miRNA細胞核與細胞質(zhì)基因表達調(diào)節(jié)piRNA細胞核與細胞質(zhì)基因表達調(diào)節(jié)核酶細胞核與細胞質(zhì)催化RNA剪接3.RNA·

與DNA

相同：由3',5′-磷酸二酯鍵連接而成·

與DNA區(qū)別：U

替代T;戊糖為核糖·RNA

單鏈可折疊，形成局部雙螺旋——發(fā)夾結(jié)構(gòu)動物細胞內(nèi)主要含有的RNA

種類及功能細胞的分子基礎(chǔ)(1)mRNA·

占細胞內(nèi)總RNA的

1

%

~

5

%·每三個核苷酸組成1個密碼子，決定1個氨基酸·真核生物mRNA特有：5'端有帽子結(jié)構(gòu)——7-甲基三磷酸鳥苷，3'端有多聚腺苷酸尾巴Poly

A·mRNA分子中每三個相鄰堿基，組成一個密碼子

(codon),密碼子確定氨基酸組成·

真核生物mRNA

在合成后，需要一系列加工，成為

合成蛋白質(zhì)的模板細胞的分子基礎(chǔ)·mRNA

指導特定蛋白質(zhì)合成的過程稱為翻譯(translation)·

原核細胞的mRNA是多順反子(polycistron)——每分子RNA可攜

帶幾種蛋白質(zhì)遺傳信息，指導幾種蛋白質(zhì)合成·

真核細胞的mRNA是單順反子(monocistron)

——每分子RNA只攜帶一種蛋白質(zhì)信息·

兩種細胞的mRNA

的5'端和3'端，各有30至幾百個核苷酸的非翻譯區(qū)(UTR),

是翻譯調(diào)控的靶點large

subunit

P

siteAsiteinitiatortRNAmRNAsmall

subunit細胞的分子基礎(chǔ)peptidyl

transferase

amino

acidchargedtRNAnew

protein(2)rRNA·

占RNA總量的80%～90%,分子量在RNA中最大·

單鏈結(jié)構(gòu)，主要功能參與構(gòu)成核糖體·

真核細胞核糖體(80S)含5S、5.8S、28S和18S四種rRNA·

原核細胞核糖體(70S)含5S、23S

和16S

三種rRNA·核糖體是細胞合成蛋白質(zhì)的機器，rRNA

占核糖體總量60%,蛋白質(zhì)占40%細胞的分子基礎(chǔ)·

占細胞RNA總量的5%～10%·

分子量較小，含70～90個核苷酸·特點是含稀有堿基·tRNA部分折疊成雙鏈，結(jié)構(gòu)呈三葉草形，tRNA3‘末端柄部的CCA-OH共價結(jié)合特定氨基酸·相對的反密碼環(huán)上三個堿基構(gòu)成反密碼子(anticodon),反密碼子可識別mRNA

上相應(yīng)的密碼子，并結(jié)合(配對)·其功能是轉(zhuǎn)運氨基酸到核糖體合成蛋白質(zhì)·反轉(zhuǎn)錄病毒在細胞內(nèi)復制時，需要細胞內(nèi)的tRNA

為引物，如：色氨酸-tRNA、

脯氨酸-tRNA(3)tRNA

細胞的分子基礎(chǔ)(4)snRNA·真核細胞核內(nèi)的小分子RNA,含70~300個核苷酸，稱小核RNA(small

nuclear

RNA,snRNA)·

不及總RNA

1%,但snRNA

的拷貝數(shù)很多，約100~200萬個/細胞·

已發(fā)現(xiàn)snRNA20多種，大多富含尿苷酸(U),稱U-snRNA·U-snRNA

的5‘端含甲基化稀有堿基，形成特有的帽子結(jié)構(gòu)，常見為

2,2,7-三甲基三磷酸鳥苷(m?2,2,7Gppp)·主要功能：參與基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工細胞的分子基礎(chǔ)(5)miRNA·microRNA

(微小RNA),

長21~25nt的非編碼RNA,其前體70~90nt,具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)·

最先在秀麗隱桿線蟲發(fā)現(xiàn)，隨后在哺乳動物中

不斷發(fā)現(xiàn)新miRNA,

哺乳動物基因的近1%可

能編碼miRNA。·miRNA

普遍存在于生物界，具有高度保守性，參與細胞分化與發(fā)育的基因表達調(diào)控細胞的分子基礎(chǔ)Dicer酶是雙鏈RNA

專一性RNA

內(nèi)切酶；Dicer酶可將外源雙鏈RNA

也加工成22nt(nucleotide)左右的siRNA(small

interference

RNA)。RISC非對稱RISC復合物miRNA與靶基因完全互補

miRNA與靶基因部分互補miRNA初

級

產(chǎn)

物miRNA前

體基

因

組DNADrosha(

剪

切miRNA初級產(chǎn)物)成

熟

miRNADicermiRNA的形成與作用機制BAoo靶基因翻譯抑制靶基因mRNA降解Perfect

Base-pairingto

mRNA·

siRNA同樣使序列互補的mRNA降解，從而高效、特異阻斷特定基因

的表達，這種現(xiàn)象稱為“RNA

干擾(RNA

interference,RNAi)”·

RNA

干擾的發(fā)現(xiàn)，不僅揭示了細胞內(nèi)的基因沉默機制，還成為基因功能分析的有力工具"Dice"intoSmall

PiecesAssemble

into

RISC

ComplexDicerSmallInhibiting

RNA(siRNAs)MethylationofDNASequencesRepressionofTranscriptiondsRNA細胞的分子基礎(chǔ)(6)piRNA·

Piwi-interacting

RNA,一種29~30個堿基的小型RNA

分子，主要存在哺乳動物睪丸的生殖細胞中，與Piwi蛋白結(jié)合形成piRNA復合物，發(fā)揮RNA

沉默效應(yīng)。(7)核酶·

1981年ThomasCech

在原生動物四膜蟲中發(fā)現(xiàn)具有酶活性的RNA,當去除所有蛋白質(zhì)后，rRNA剪接仍可完成·

核酶是RNA分子，底物也是RNA分子，通過與序列特異性的靶RNA

分子配對，而發(fā)揮作用·

目前發(fā)現(xiàn)多種類型具有催化活性的天然核酶·

人工合成錘頭狀和發(fā)夾狀核酶，功能很好·

可根據(jù)錘頭結(jié)構(gòu)模式，設(shè)計破壞致病基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，為基因治療提供新的途徑細胞的分子基礎(chǔ)(二)蛋白質(zhì)表達遺傳信息蛋白質(zhì)占細胞干重50%以上，決定細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、執(zhí)行重要生理功能1.蛋白質(zhì)的組成·

氨基酸(aminoacid,aa):由一個α羧基(COOH),

一個α氨基(NH?)

和

一個特異的側(cè)鏈基團(-R)組成，僅20種參與蛋白形成·根據(jù)側(cè)鏈帶電性和極性不同，分為四大類：酸性氨基酸、堿性氨基酸、

中性極性氨基酸、中性非極性氨基酸·

酸性氨基酸：谷氨酸、天冬氨酸·

堿性氨基酸：精氨酸、賴氨酸、組氨酸一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基脫水縮合成肽鍵，組成肽鏈Amino

group

Carboxyl

group(b)Side

Chain·2.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)·

1958年John

Kendrew首次確定了153aa

組成的肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)·

蛋白質(zhì)共同結(jié)構(gòu)特征：多肽鏈的折疊——與肽鏈合成同時進行·新生肽鏈經(jīng)過折疊和構(gòu)象調(diào)整，才具有功能·

分子伴侶，參與輔助蛋白質(zhì)折疊和構(gòu)象形成·根據(jù)其折疊程度的不同，通常將蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)分為四級：·

一級結(jié)構(gòu)：組成蛋白質(zhì)的氨基酸的種類、

數(shù)量和排列順序——構(gòu)象形成的基礎(chǔ)。·

二級結(jié)構(gòu)：在蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形

成的，是由于肽鏈主鏈內(nèi)的氨基酸殘基

之間有規(guī)則形成氫鍵的結(jié)果，包括α-螺旋和β-折疊片。2013090

153C-末端N-末端細胞的分子基礎(chǔ)肌紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)α

-

螺旋：·3.6個aa盤旋一周，相鄰螺旋之間，肽鍵的亞氨基(-NH)中的H與羰基(-CO)

的0,形成氫鍵，與螺旋長軸平行。·細胞內(nèi)的多肽合成后，自發(fā)形成α-螺旋，這是多肽鏈最穩(wěn)定的構(gòu)象，主要存在于球狀蛋白分子中。β-折

疊

片

：·

多肽分子處于伸展狀態(tài)，多肽鏈反復折疊，反向平行，相鄰肽段之間形成氫鍵·

β-折疊片主要存在于纖維狀蛋白分子中·

大多數(shù)蛋白質(zhì)中此兩種結(jié)構(gòu)同時存在β

-

片層a

一螺旋·

三級結(jié)構(gòu)：指肽鏈不同區(qū)域的氨基酸側(cè)鏈間相互作用而形成的肽鏈折

疊。主要化學鍵：氫鍵、離子鍵、疏水作用和范德華力·

三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)即表現(xiàn)出生物學活性，某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，需要一

條以上的具有三級結(jié)構(gòu)的肽鏈組成，形成四級結(jié)構(gòu)Amino

acid

residues

αHelix

Polypeptide

chain

Assembled

subunits蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次PrimarySecondaryTertiaryQuaternarystructurestructurestructurestructure細胞的分子基礎(chǔ)·

四級結(jié)構(gòu)：兩條以上具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈，通過非共價鍵相互連接形成的多聚體。每條具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈則稱為此蛋白質(zhì)的

亞

基。·

擁有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，只有所有亞基結(jié)合一起，才具有生物學活性。·

蛋白質(zhì)的變性：蛋白質(zhì)去折疊、松散·

蛋白質(zhì)的復性：破壞非共價鍵，通過還原劑回復原有構(gòu)象α?

α?四級結(jié)構(gòu)

血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)lnm

血紅素3.蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系·蛋白質(zhì)的功能取決于其構(gòu)象——研究推測蛋白質(zhì)功能的重要依據(jù)·血紅蛋白β鏈第6位的谷氨酸被纈氨酸取代，形成異常血紅蛋白(構(gòu)象變化),鐮刀形紅細胞貧血癥·

結(jié)構(gòu)域(多肽鏈的獨立折疊單位)包含的aa在40～350之間，每個蛋白質(zhì)分子有一至多個結(jié)構(gòu)域，不同結(jié)構(gòu)域有不同功能；具有類似結(jié)構(gòu)域的C132250

470Regulatoryregion細胞的分子基礎(chǔ)蛋白質(zhì)往往有類似功能。Kinase

domain

PhosphatasedomainSH3

結(jié)構(gòu)域

激酶結(jié)構(gòu)域1SH2

結(jié)

構(gòu)

域

激酶結(jié)構(gòu)域2構(gòu)象改變影響蛋白質(zhì)功能的發(fā)揮·最常見的方式：蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化可引起構(gòu)象改變·

蛋白質(zhì)的磷酸化：通過蛋白激酶將ATP末端的一個磷酸基團共價連接到

蛋白質(zhì)的絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸側(cè)鏈的羥基基團上；其逆反應(yīng)由蛋白質(zhì)磷酸酶催化蛋白質(zhì)去磷酸化SIGNALIN

SIGNALIN蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化是真核細胞完成信息傳遞的分子基礎(chǔ)OFFSIGNAL

OUTSIGNAL

OUT(A)SIGNALING

BY

PHOSPHORYLATION(B)SIGNALINGBYGTP-BINDING

PROTEIN細胞的分子基礎(chǔ)GTP結(jié)合蛋白·

通過結(jié)合GTP或GDP改變構(gòu)象，達到類似蛋白磷酸化和去磷酸化的效果·

與GTP結(jié)合有活性，與GDP

結(jié)合無活性·

GTP結(jié)合蛋白的活化或去活化跟信息傳遞相關(guān)GTP快活性形式

無活性形式無活性形式

活性形式GTP

結(jié)合蛋白形成分子開關(guān)細胞的分子基礎(chǔ)GTP水解GDP慢GTPPi底物(a)產(chǎn)物活性部位一酶(b)底物

產(chǎn)物活性部位酶4.

酶是一類特殊類型的蛋白質(zhì)·生物體細胞產(chǎn)生的具有催化活性的蛋白質(zhì)·特點：催化效率極高、高度專一性，高度不穩(wěn)定性·

一些氨基酸殘基因折疊而彼此接近，形成催化區(qū)域——酶的活性中心·

一些酶有變構(gòu)位點可結(jié)合變構(gòu)劑，影響構(gòu)象，調(diào)節(jié)酶的活性細胞的分子基礎(chǔ)酶促反應(yīng)過程示意圖(三)多糖存在于細胞膜表面和細胞間質(zhì)中·

單糖簡單重復——寡糖、多糖；·

由許多不同單糖分子組成的非重復短鏈，這些復雜寡糖通常與蛋白質(zhì)或

者脂質(zhì)連接在一起，形成細胞表面的一部分?！ぬ堑闹饕嬖谛问剑禾堑鞍住⒌鞍拙厶?；糖脂、脂多糖·糖蛋白：共價結(jié)合糖的蛋白質(zhì)，糖鏈與肽鏈的連接方式有兩種：①N-糖肽鍵指糖碳原子上的羥基，與肽鏈的天冬酰胺殘基上的酰胺

基

，脫水形成的糖苷鍵②O-糖肽鍵指糖碳原子上的羥基，與肽鏈的氨基酸殘基(絲氨酸、

蘇氨酸、酪氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸)的羥

基，脫水形成的糖苷鍵細胞的分子基礎(chǔ)transmembraneglycoprotein=sugar

residuecell

coat(glycocalyx)glycolipidlipidbilayerCYTOSOL·

糖脂：含糖類的脂質(zhì)，分為四類：鞘糖脂(哺乳類主要存在形式)、甘油

糖脂、磷酸多萜醇衍生糖脂、類固醇衍生糖脂·

哺乳類的鞘糖脂：中性鞘糖脂、神經(jīng)節(jié)苷脂(含唾液酸)、硫苷脂(硫酸化)·

質(zhì)膜上新發(fā)現(xiàn)的復合糖類——糖基磷脂酰肌醇(GPI),

可結(jié)合某些蛋白

使之錨定在質(zhì)膜上·

糖鏈在構(gòu)成細胞抗原、細胞識別、

細胞粘附、信息

傳遞中均發(fā)揮重要作用。細胞的分子基礎(chǔ)transmembrane

proteoglycanadsorbedglycoprotein細胞的起源與進化一、原始細胞的形成·原始生命是由原始地球上的非生命物質(zhì)通過化學作用，經(jīng)過漫長的

自然演化過程逐步形成的?！?/p>

無機小分子形成有機小分子：生命起源于早期地球“有機湯”·

有機小分子形成生物大分子·

生物大分子組成多分子體系：形

成“微球體”·

多分子體系演變?yōu)樵忌怂?蛋白質(zhì)微滴增大分裂，周而復始。出現(xiàn)原始新陳代謝和遺傳特征——原始生命產(chǎn)生微球體水蒸汽電極多冷凝管HzO

含有機化合物的冷水化學分析取樣細胞的起源與進化有機分子的自發(fā)形成Miller

模擬實驗細胞的起源與進化(二)原始細胞的形成·具有自我復制能力的多聚體的形成

原始核酸多聚體和氨基酸多聚體相互依存相互作用；核酶——催化核酸剪接，催化肽鍵形成·膜的出現(xiàn)與原始細胞的誕生原始細胞跟支原體相似，只是遺傳物質(zhì)