普通生物学-顾德兴

第一章细胞授课学时：6学时授课内容：①细胞的生命物质②细胞的形态结构和功能③细胞代谢④细胞周期和细胞分裂细胞学说：所有生物都是由一个或多个细胞组成；细胞是所有生物的结构和功能的单位；所以的细胞必定是由已存在的细胞产生的。细胞的生命物质元素分子生物大分子结合物元素大量元素：C、H、O、N微量元素：P、S、Ca、Na、K、Cl、Mg、Fe痕量元素：Mo、Cu、Zn、Se分子水和无机盐糖类脂类蛋白质核苷酸和核酸水和无机盐水细胞的重要组分参与细胞代谢绿色植物细胞光合作用的原料比热大，能在温度升高时吸收较多的热量，使细胞的温度和代谢速率得以保持温度。无机盐调节渗透压和pH有些离子是酶的活化和调节因子，eg：Ca2+，Mg2+有机物合成的原料，eg：Mg2+→叶绿素糖类糖类是细胞中很重要的一大类有机化合物。糖分子含C、H、O三种元素，三者的比例一般是1：2：1。糖是生命活动所需的能源，又是重要的中间代谢物。部分糖类物质参与细胞结构的组成。糖类包括小分子的单糖、双糖和由单糖构成的大分子的多糖，如淀粉、糖原、纤维素等。单糖分子式（CH2O）n，其中n≥3。含3个碳原子的单糖名为丙糖，之后依次称为丁糖、戊糖、己糖等。Eg:景天庚酮糖碳原子构成单糖的主要骨架。单糖以2种形式存在，即醛糖和酮糖。重要的单糖丙糖：甘油醛、二羟丙酮，它们的磷酸脂是细胞呼吸和光合作用中重要的中间代谢物。戊糖：核糖、脱氧核糖和核酮糖；核糖和脱氧核糖是核酸的重要成分，核酮糖是重要的中间代谢物。己糖：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖。六碳糖的分子式都是C6H12O6，但结构不同，互为异构体。双糖寡糖：由少数（2~6）几个单糖缩合而成的糖称为寡糖。最多的寡糖是双糖。常见的双糖：①麦芽糖：淀粉的基本结构单位，淀粉水解产生麦芽糖。②蔗糖：食用的糖主要是蔗糖。eg：甜菜、甘蔗③纤维二糖：是纤维素的基本结构单位。④乳糖：存在于哺乳动物乳汁中，分子结构是由一分子β半乳糖和一分子α葡萄糖结合脱水形成的。多糖多糖：自然界数量最大的糖类是多糖。多糖分子是由很多单糖分子（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。淀粉：植物细胞中以贮藏状态存在的糖。根据链的分支与否，可将淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉遇碘变为深蓝色。糖原：是动物细胞中贮存的多糖，又称动物淀粉。在水中溶解度大于淀粉，遇碘变为红褐色。纤维素：高等植物细胞壁的主要成分是纤维素。水解产生纤维二糖，再进一步水解而成葡萄糖。脂类脂类不溶于水，溶于非极性溶剂。Eg：乙醚、氯仿等主要组成元素也是C、H、O，有些脂类还含有P、N。脂类在细胞中具有独特的生物学功能：①是生物膜的重要成分②是贮存能量的分子③构成生物表面的保护层eg：皮肤、羽毛、蜡质④有些脂类是重要的生物学活性物质eg：VA、VD等。脂质包括中性脂肪和类脂（蜡、磷脂等）。中性脂肪又称甘油酯，是甘油（醇）和脂肪酸结合而成的酯。是脂类最丰富的一族，是动植物细胞贮存脂类的主要形式。在室温下为固体的称为“脂肪”，为液态的称为“油”。脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两类。饱和脂肪酸熔点高，室温下呈固态。动物脂肪大多富含饱和脂肪酸。富含饱和脂肪酸的食物也富含胆固醇。不饱和脂肪酸熔点低，室温下为液态。对于哺乳动物和人，至少有2种不饱和脂肪酸（亚油酸和亚麻酸）是必需的营养要素，哺乳动物和人不能自己合成，只能从外界摄取。血脂血脂是血浆中的中性脂肪（甘油三酯和胆固醇）和类脂（磷脂、糖脂、固醇、类固醇）的总称，广泛存在于人体中。它们是生命细胞的基础代谢必需物质。一般说来，血脂中的主要成份是甘油三酯和胆固醇，其中甘油三酯参与人体内能量代谢，而胆固醇则主要用于合成细胞浆膜、类固醇激素和胆汁酸。高脂血症是指血浆中胆固醇或甘油三酯水平升高。是一类较常见的疾病,除少数是由于全身性疾病所致外(继发性高脂血症)，绝大多数是因遗传基因缺陷(或与环境因素相互作用)引起(原发性高脂血症)。不饱和脂肪酸的功能eg：茶油、坚果、亚麻籽保持细胞膜的相对流动性，以保证细胞的正常生理功能。使胆固醇酯化，降低血中胆固醇和甘油三酯。是合成人体内前列腺素和凝血恶烷的前躯物质。降低血液粘稠度，改善血液微循环。提高脑细胞的活性，增强记忆力和思维能力。类脂蜡和脂肪相似，也是由脂肪酸和醇化合而成的酯。皮肤、毛发、羽毛、植物叶及果实表面以及昆虫体表都有蜡覆盖，使细胞与外界严密隔离，防止细胞失水。帖类由不同数目的异戊二烯连接而成的分子。Eg：类胡萝卜素、视黄醛、维生素E、维生素K磷脂几乎全部存在于细胞的膜系统中。磷脂酸是最简单的磷脂，在细胞中含量甚少，是其他磷脂合成的中间产物。类固醇Eg：胆固醇，动物细胞膜和神经鞘的重要成分，与膜的通透性有关。植物细胞不含胆固醇，但含有其他类固醇物质，称为植物固醇。蛋白质蛋白质是细胞原生质的重要组成部分，在生命活动中起着关键作用。没有蛋白质便没有生命。蛋白质是以氨基酸为基本单位构成的大分子多聚物，相对分子质量从5000到100万或更大。它由氨基酸以肽键相连，呈链状。不同蛋白质分子所含的肽链数目及长度差别很大，并且各种氨基酸的组成与排列顺序也不一样。蛋白质的结构包括：①一级结构②二级结构③三级结构④四级结构氨基酸氨基酸是蛋白质的结构单体。天然存在于蛋白质中的氨基酸共有20种。氨基酸的通式为R-CH（NH2）-COOH，不同点在于它们的R基团不同。从营养学角度，可分为必需氨基酸（某种生物机体不能合成或合成量少，不能满足生长需要，必须由食物提供的）和非必需氨基酸两类。蛋白质的一级结构一个氨基酸分子中的α-氨基，与另一氨基酸分子中的α-羧基脱水缩合，形成肽键，生成的化合物称为二肽。二肽再和一个氨基酸以肽键相连，就形成三肽。不同数目的氨基酸以肽键顺序相连，就形成多肽。一级结构主要是指氨基酸种类和氨基酸相互连接的顺序。蛋白质的二级结构二级结构是蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式，主要由α-螺旋和β-折叠结构。α-螺旋：多肽链中由于氢键连接的结果，肽链可以扭曲成形似弹簧的螺旋状。α-螺旋具有弹性。β-折叠：由蛋白质的彼此平行的肽链之间形成的氢键构成，不具弹性。α螺旋β折叠β-折叠是蛋白质肽链主链的肽平面折叠呈锯齿状。又称β-片层结构。该结构的特点如下：①肽链延伸，肽平面之间折叠成锯齿状（折纸状）。氨基酸残基侧链交替位于锯齿状结构的上下方。②若干条或一条多肽链迂回，形成的若干肽段互相靠拢，平行排列，通过氢键连接。③相邻排列两条β-折叠结构走向相同时，称为顺向平行，反之，称为逆向平行蛋白质的三级结构蛋白质多肽链中相对较远的氨基酸，通过次级键相互作用而使它在二级结构基础上折叠、盘曲形成了更复杂的立体构象。不同蛋白质有不同的立体构象，天然蛋白质按其空间构象不同，可以分为两大类：纤维状蛋白质和球状蛋白质。纤维状的胶原蛋白球状的溶菌酶蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构指的是在含有两条或多条多肽链的蛋白质中，各条多肽链因其排列顺序而彼此关联。蛋白亚基之间借助次级键（离子键、疏水键、氢键、范德华力等）互相聚合，构成一定的空间构象，使蛋白质分子具有生物活性。eg:血红蛋白是高等生物体内负责运载氧的一种蛋白质，白由四个亚基构成，分别为两个α亚基和两个β亚基。蛋白质的形状主要由它的一级结构即氨基酸的排列顺序决定。蛋白质的功能，取决于它的形状和蛋白质分子中某些特殊位置上有无某种氨基酸。蛋白质的性质：①两性本质及等电点：蛋白质为两性电解质，氨基和羧基的相对比例决定了该蛋白质分子的电荷、pH和电场泳动特点。②亲水胶体性质：蛋白质颗粒大小已达到胶体颗粒的范围，具有胶体性质，不能透过半透膜。③蛋白质的变性作用：高温、X射线、紫外线、强酸、强碱以及许多重金属盐都可以引起蛋白质分子二、三、四级结构的破坏。H3NCHCOOHRH3NCHCOO-R++H2NCHCOO-ROH-H+OH-H+在酸性溶液中在晶体状态或水溶液中在碱性溶液中即等电点（pI）目录+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉核酸和核苷酸核酸核酸是生物大分子中最重要的一类，可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA主要存在于细胞核内染色质中，是遗传信息的携带者；RNA在细胞核内产生，然后进入细胞质中，在蛋白质合成中起重要作用。核苷酸核苷酸是DNA和RNA的结构单体。每个核苷酸分子都含有一个戊糖（核糖和脱氧核糖）分子、一个磷酸分子和一个含氮的有机碱，有机碱分为嘌呤和嘧啶两类。戊糖分子上第1位C原子与嘌呤或者嘧啶结合形成核苷。核苷酸以磷酸顺序相连而成为长链的多核苷酸分子，即成核酸的基本结构。脱氧核糖核酸（DNA）含脱氧核糖，碱基为A、G、C、T四种。核糖核酸（RNA）含核糖，碱基为A、G、C、U四种。DNA分子的结构特点是：DNA分子是由两条链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。DNA分子两条链的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基互补配对,A=T;C-=G。RNA根据结构功能的不同，RNA主要分三类:①tRNA（转运RNA）,tRNA是mRNA上碱基序列（即遗传密码子）的识别者和氨基酸的转运者；②mRNA（信使RNA）。mRNA是合成蛋白质的模板，内容按照细胞核中的DNA所转录；③rRNA（核糖体RNA）,rRNA是组成核糖体的组分，是蛋白质合成的工作场所。生物大分子结合物糖蛋白核蛋白糖脂脂蛋白糖蛋白糖蛋白是糖同蛋白质的共价结合物。生物学功能如下：①具有酶或激素活性；eg：核糖核酸酶②具有转运金属和激素的作用；eg：转运蛋白③参加血液凝结作用；eg：纤维蛋白原④作为保护剂和润滑剂；eg：粘蛋白⑤作为生物膜的组分和支持结构；核蛋白核酸常与蛋白质结合，成为核蛋白。病毒：非细胞形态生物，由蛋白质和核酸组成，有的还含有脂类和糖类物质。在病毒颗粒中，核酸位于内部，外包蛋白质衣壳。病毒对宿主细胞的侵染是由核酸决定的。外壳蛋白与病毒宿主的专一性有关，也能保护核酸免受损伤。染色质：细胞核中易被碱性染料染上颜色的物质。在细胞的有丝分裂期螺旋化形成染色体。真核细胞中，每一个染色体含一个DNA双链分子。染色质由脱氧核糖核酸和组蛋白组成，是调节生物体新陈代谢、遗传和变异的物质基础。核蛋白体：由核糖体与蛋白质组成，是蛋白质生物合成的场所。糖脂含糖的结合脂。Eg：神经节苷脂、脑硫脂等。在细胞中含量少，但有许多特殊的生物学功能。如再神经突触的传导中起着重要的作用，并于血型的专一性，组织免疫、细胞识别等功能有关。脂蛋白脂蛋白是脂同蛋白质的结合物，但其结合比较疏松。它广泛存在于细胞和血浆中。前者如组成生物膜结构的脂蛋白，后者是维持红细胞细胞膜正常功能所必需的血浆脂蛋白。细胞的形态结构和功能细胞的形态和大小原核细胞真核细胞生物膜细胞连接细胞的形态大小形态多样，且形态与所处的环境条件或所担负的生理功能是密切相关的。体积小，借助显微镜观察。测量单位为微米、纳米。细胞大小与生物的进化程度和细胞功能是相适应的。一般来说，细胞的数目和生物体的大小成正比例。原核细胞原核细胞特点如下：①细胞小，种类少，构造简单；②细胞质中无复杂的细胞器、但有核糖体；③没有成形的细胞核、即无核膜只有核区；④DNA不与蛋白质形成染色体；⑤以无丝分裂方式增值；⑥细胞壁的成分是肽聚糖。原核细胞包括支原体、细菌和蓝藻等。支原体直径0.1~0.3μm，是独立生活的生物体中体积最小的。形态多样，DNA分子可能为环状、裸露或弥散分开。细胞质中含核糖体、RNA，以及与DNA复制、蛋白质合成和将葡萄糖裂解以获取能量有关的酶类，因而能独立生活和自我