生物竞赛辅导1-细胞生物学

第一章：细胞生物学教师：周瑜细胞生物学部分竞赛考试纲要细目1、化学成分•-单糖、双糖、多糖•-脂类•-蛋白质：•-酶类：化学结构、酶作用的模型、变性、命名•-核酸：DNA,RNA•-其他重要化合物:ADP和ATP、NAD+和NADH、NADP+和NADPH2、细胞器•细胞核：核膜、核基质（核透明质）、染色体、核仁•细胞质：细胞膜、透明质、线粒体、内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、液泡、微体、质体（叶绿体·有色体·白色体）•细胞壁•细胞骨架3、细胞代谢•-碳水化合物的异化•无氧呼吸：糖酵解•有氧呼吸：糖酵解柠檬酸循环氧化磷酸化•-脂肪和蛋白质的异化•-同化作用：光合作用（光反应暗反应/卡尔文循环）4、DNA、RNA和蛋白质合成（转录、转译、遗传密码）5、通过膜的转运（扩散、渗透，质壁分离、主动转运）6、有丝分裂和减数分裂7、微生物学和生物工程学第一节细胞的化学成分糖类、脂类、蛋白质、核酸、酶等一、糖类的结构与功能最初，糖类化合物用Cn(H2O)m表示，统称碳水化合物。糖类概述二、糖的分类单糖寡糖多糖：不能水解的最简单糖类，是多羟基的醛或酮的衍生物（醛糖或酮糖）：有2~20个分子单糖缩合而成，水解后产生单糖：由多分子单糖或其衍生物所组成，水解后产生原来的单糖或其衍生物。同多糖杂多糖糖缀合物（二）寡糖自然界中最常见的寡糖是双糖。麦芽糖、蔗糖、乳糖、纤维二糖α-1,4-糖苷键α-1,2-糖苷键α-1,4-糖苷键β-1,4-糖苷键（三）多糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而形成的高聚物。多糖没有还原性和变旋现象，无甜味，大多不溶于水。多糖的功能：1.贮藏和结构支持物质。2.抗原性（荚膜多糖）。3.抗凝血作用（肝素）。4.为细胞间粘合剂（透明质酸）。5.携带生物信息（糖链）。几种常见的多糖：（一）淀粉与糖原淀粉与碘的呈色反应与淀粉糖苷链的长度有关：链长小于6个葡萄糖基，不能呈色。链长为20个葡萄糖基，呈红色。链长大于60个葡萄糖基，呈蓝色。糖原又称动物淀粉，与支链淀粉相似，与碘反应呈红紫色。（二）纤维素与半纤维素（三）壳多糖（几丁质）脂类概述是一类不溶于水，但能溶于非极性有机溶剂的生物有机分子。大多数脂质的化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。（一）脂肪（三酰甘油）1分子甘油和3分子脂肪酸结合而成的酯。脂肪酸饱和脂肪酸：软脂酸（16C）、硬脂酸（18C）固态不饱和脂肪酸液态含1个双键（油酸）含2个双键（亚油酸）含3个双键（亚麻酸）含4个双键（花生四烯酸）CH2OCOR1R2OCOCHCH2OCOR3非极性尾非极性尾极性头磷脂在水相中自发形成脂质双分子层。（二）甘油磷酸酯类（三）鞘脂类——由1分子脂肪酸，1分子鞘氨醇或其衍生物，以及1分子极性头基团组成。鞘脂类鞘磷脂类脑苷脂类（糖鞘脂）神经节苷脂类（四）固醇（甾醇）类固醇类都是环戊烷多氢菲的衍生物。D五、萜类：由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。维生素A（视黄醇）、维生素E、维生素K、类胡萝卜素都是萜类。β-类胡萝卜素裂解就成2个维生素A，维生素A可氧化成视黄醛，对动物感光活动有重要作用。六、蜡：由高碳脂肪酸和高碳醇或固醇所形成的脂，它存在于皮肤、毛皮、羽毛、树叶、昆虫外骨骼中，起保护作用。蛋白质是由许多不同的α-氨基酸按一定的序列通过酰胺键（肽键）缩合而成的，具有较稳定的构象并具有一定生物功能的大分子。蛋白质的理化性质•1.胶体性质•2.两性电解质•3.沉淀反应•4.变性•5.紫外吸收（280nm)•6.变构作用•7.呈色反应(双缩脲反应）一、酶的概念酶是生物细胞产生的、具有催化能力的生物催化剂。定义：酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。酶具有一般催化剂的特征：1.只能进行热力学上允许进行的反应；2.可以缩短化学反应到达平衡的时间，而不改变反应的平衡点；3.通过降低活化能加快化学反应速度。酶二、酶的催化特点1.高效性：通常要高出非生物催化剂催化活性的106~1013倍。2.专一性：酶对底物具有严格的选择性。3.敏感性：对环境条件极为敏感。4.可调性：酶活性的调节和酶合成速度的调节。三、酶的作用机理（一）酶的催化作用与分子活化能酶和一般催化剂的作用就是降低化学反应所需的活化能，从而使活化分子数增多，反应速度加快。（二）中间产物学说E+SESE+P（三）诱导嵌合学说“锁钥学说”（Fischer，1890）：酶的活性中心结构与底物的结构互相吻合，紧密结合成中间络合物。四、影响酶促反应速度的因素酶浓度对酶作用的影响底物浓度对酶作用的影响pH对酶作用的影响温度对酶作用的影响激活剂对酶作用的影响抑制剂对酶作用的影响核酸的化学核酸的性质（一）一般理化性质1.为两性电解质，通常表现为酸性。2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。（二）核酸的紫外吸收性质核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。一、细胞质1．细胞膜（1）化学组成：主要由脂类和蛋白质组成，多糖主要以糖蛋白和糖脂存在。（2）分子结构模型：流动镶嵌模型（3）细胞膜与细胞连接：在多细胞生物体内，细胞与细胞之间通过细胞膜相互联系，形成一个密切相关，彼此协调一致的统一体，称为细胞连接。动物细胞间的连接方式有紧密连接、桥粒、粘合带以及间隙连接等（见下图）。•植物细胞间则通过胞间连丝连接。①紧密连接：亦称结合小带，这是指两个相邻细胞的质股紧靠在一起，中间没有空隙，而且两个质膜的外侧电子密度高的部分互相融合，成一单层，这类连接多见于胃肠道上皮细胞之间的连接部位。②间隙连接：是两个细胞的质膜之间有20Å～40Å的间隙的一种连接方式。在间隙与两层质腹中含有许多颗粒。这些颗粒的直径大约有80Å左右，它们互相以90Å的距离规则排列。间隙连接的区域比连接大得多，以断面看长得多。间隙连接为细胞间的物质交换。化学信息的传递提供了直接通道。间隙连接主要分布于上皮、平滑肌及心肌等组织细胞间。③粘合带：是相邻细胞膜之间有较大间隙的一种连接方式，连接处相邻细胞膜间存在着15nm～20nm的间隙。在这部分细胞膜下方的细胞质增浓，由肌动蛋白组成的环形微丝穿行其中。粘合带一般位于紧密连接的下方，又称中间连接，具有机械支持作用。见于上皮细胞间。④桥粒：格相邻细胞间的纽扣样连接方式。在桥位处两个细胞质腹之间隔有宽约250Å的间隙，其中有一层电子密度稍高的接触层，将间隙等分为二。在桥粒处内侧的细胞质呈板样结构，汇集很多微丝。这种结构和加强桥粒的坚韧性有关。桥拉多见于上皮，尤以皮肤、口腔、食管、阴道等处的复层扁平上皮细胞间较多。桥粒能被胰蛋白酶、胶原酶及透明质酸酶所破坏，故其化学成分中可能含有很多蛋白质。⑤胞间连丝：植物细胞间特有的连接方式，在胞间连丝连接处的细胞壁不连续，相邻细胞的细胞膜形成直径约20nm～40nm的管状结构，使相邻细胞的细胞质互相连通。胞间连丝是植物细胞物质与信息交流的通道，对于调节植物体的生长与发育具有重要作用。•总的来讲，细胞间连接的主要作用在于加强细胞间的机械连接。此外对细胞间的物质交换起重要作用。一般认为，间隙连接在细胞间物质交换中起明显的作用；中间连接部分也是相邻细胞间易于物质交流的场所；紧密连接是不易进行细胞间物质交换的部分；桥粒的作用看来也只是在于细胞间的粘着。2．细胞质真核细胞质膜以内核膜以外的结构称为细胞质。细胞质主要包括细胞质基质和细胞器。（1）细胞质的基质细胞质基质亦称透明质，是细胞质中除去所有细胞器和各种颗粒以外的部分。其中包含了许多物质，如小分子的水、无机离子，中等分子的脂类、氨基酸、核苷酸，大分子的蛋白质、核酸、脂蛋白、多糖。细胞质的基质主要有两个方面的功能：一是含有大量的酶，生物代谢的中间代谢过程大多是在细胞质基质中完成，如糖酵解途径、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成等；二是细胞质基质作为细胞器的微环境，为维护细胞器正常结构和生理活动提供所需的环境，也为细胞器的功能活动提供底物。（2）细胞器①线粒体“动力工厂”。（半自主细胞器）在细胞进化过程中，最早的线粒体是如何形成的？这就是线粒体的起源问题。目前，有两种不同的假说，即内共生假说和分化假说。内共生假说认为线粒体是来源于细菌，是被原始的前真核生物吞噬的细菌。这种细菌与前真核生物共生，在长期的共生过程中通过演化变成了线粒体。另一种假说，即分化假说则认为线粒体在进化过程中的发生是由于质膜的内陷，再经过分化后形成的。②质体，植物细胞所特有的。它可分为具色素的叶绿体、有色体（如西红柿含番茄红素的有色体）和不具色素的白色体（造粉体，造油体等）。叶绿体（半自主细胞器）是绿色植物进行光合作用的场所。关于叶绿体的起源和线粒体一样也有两种互相对立的假说，即内共生说和分化说。按内共生假说，叶绿体的祖先是兰藻或光合细菌。③内质网•粗面内质网（外侧有核糖体附着）与各种分泌蛋白质（如血浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素等）合成有关。•滑面内质网（无核糖体颗粒附着）主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。•功能包括以下几点：＊蛋白质的合成与转运（粗面内质网）；＊蛋白质的加工（如糖基化）；＊脂类代谢与糖类代谢（滑面内质网）；＊解毒作用（滑面内质网上有分解毒物的酶）。④核糖体•核糖体是无膜的细胞器，主要成分是蛋白质与RNA。核糖体是蛋白质合成的场所。⑤高尔基复合体•其主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。其标志酶为糖基转移酶。•典型的高尔基体表现一定的极性。它的形状犹如一个圆盘，盘底向着核膜或内质网一侧凸出，而凹面向着质膜一侧。凸面称形成面，凹面称成熟面。形成面的膜较薄，与内质网膜相似，成熟面的膜较厚，与质膜相似。•功能：运输系统；•能合成和运输多糖，与植物细胞壁的形成有关；•糖基化作用：加工、修饰蛋白质和脂类物质。•⑥溶酶体•溶酶体是由一个单位膜围成的球状体。酸性磷酸酶为溶酶体的标志酶。•溶酶体可分成两种类型：一是初级溶酶体，它是由高尔基囊的边缘膨大而出来的泡状结构，因此它本质上是分泌泡的一种，其中含有多种水解酶。这些酶是在租面内质网的核糖体上合成并转运到高尔基囊的。初级溶酶体的各种酶还没有开始消化作用，处于潜伏状态。二是次级溶酶体，它是吞噬泡和初级溶酶体融合的产物，是正在进行或已经进行消化作用的液泡。有时亦称消化泡。在次级溶酶体中把吞噬泡中的物质消化后剩余物质排出细胞外。吞噬泡有两种，异体吞噬泡和自体吞噬泡，前者吞噬的是外源物质，后者吞噬的是细胞本身的成分。•溶酶体第一方面的功能是参与细胞内的正常消化作用。第二个方面的作用是自体吞噬作用，可以消化细胞内衰老的细胞器。第三个作用是自溶作用，如无尾两栖类尾巴的消失等。⑧微体•微体也是一种由单位膜围成的细胞器。它呈圆球状、椭圆形、卵圆形或哑铃形。根据酶活性的差别可分为两种类型：•过氧化物酶体：是具有过氧化氢酶活性的小体，内含许多氧化酶、过氧化氢酶，能将对细胞有害的的H2O2转化为H2O和O2。在植物叶肉细胞中，过氧化物酶体执行光呼吸的功能。•乙醛酸循环体：除含过氧化物酶体有关的酶系外，还含有乙醛酸循环有关的酶系，如异柠檬酸裂合酶、苹果酸合成酶等。乙醛酸循环体除了具有分解过氧化物的作用，还参与糖异生作用等过程⑨液泡与液泡系•占细胞体积的90%，它是由许多小液泡合并成的。动物细胞中的液泡较小，差别也不显著。•液泡的功能是多方面的，强维持细胞的紧张度是它所起的明显作用。其次是贮藏各种物质，例如甜菜中的蔗糖就是贮藏在液泡中，而许多种花的颜色就是由于色素在花瓣细胞的液泡中浓缩的结果。第三，液泡中含有水解酶，它可以吞噬消化细胞内破坏的成分。最后，液泡在植物细胞的自溶中也起一定的作用。植物有些衰老退化的细胞通过自溶被消化掉。这时液泡破坏，其中的水解酶被释放出来，导致细胞成分的分解和细胞的死亡。例如蚕豆子叶中约80%的RNA是在种子萌发的最初30天内逐渐被分解的。但如果把液泡破坏，其中的核糖