细胞与大分子
Cell ¯omolecule
细胞分类原核生物 (prokaryote)—是最简单的活细胞
真细菌（ eubacteria）
古细菌（ archaea）
真核生物 (eukaryote)
分化典型的原核细胞结构图
no nuclear membraneStructural features of E,coli
- Bacteria and Archaea are commonly
referred to as,prokaryotes” because
they have no nuclear membrane,
in contract to,eukaryotes”
- Bacteria and Archaea are usually small cells
(1-2 μm in length),whereas eukaryotic cells
are 4 (eg,yeast) to 100 μm across
- Bacteria and Archaea have no
membrane-enclosed,intracellular compartments
Movement
Irritability
Growth
Adaptation
reproduction
真细菌 (eubacteria)
具有原核生物的构造
质膜 (plasma membrane)
磷脂双分子层
细胞壁 (cell wall)
胞内
一条折叠成类核体附着在质膜上的环状染色体
质粒（小分子 DNA）
核糖核酸（ RNA）
核糖体
无明显的亚细胞器生化性质
典型的真细菌 —大肠杆菌（ Eschericlia coli）
有一个 4600kb的基因组，携带足以编码约
3000种蛋白质的遗传信息古细菌 (archaea)
是原核生物的第二个亚门，常生活于极端环境古细菌与真细菌的差异
古细菌的质膜是由醚键连接，而非酯键
基因组规模小（甲烷球菌基因组有 1740kb）
能量产生、新陈代谢与真细菌相似
复制、转录、翻译更接近真核生物真核生物 （ eukaryote）
真核生物分为四个门
动物
植物
真菌
原生生物（藻类和原生动物）
Structural features of animal and plant cells
(eukaryotic cells)
Cytoplasm + soluble proteins
and low mol,wt,compounds
Nucleolus
Nuclear envelop
Rough endoplasmic
recticulum
Smooth endoplasmic
recticulum
Golgi complex
Ribosome
Peroxisome
lysosomes
Mitochondrion
Plasma membrane
Cytoskeleton
Chloroplast
Vacuole
Cell wall
真核生物的特点
结构上
膜包围的细胞器
体积增大
细胞质是高度有序的胶状物
细胞器
核糖体
蛋白质纤维
植物、许多真菌以及原生生物有一个刚性细胞壁分化细胞分裂时，子细胞几乎与亲本细胞完全一样，通过改变基因表达模式变成在功能上与亲本细胞不一样的细胞植物细胞的全能性
在分化过程中,DNA含量保持不变，而是被转录的基因群体发生了改变。
分化是由控制发育的基因来控制的，这些基因的突变导致畸变
不同组织和器官间的活动协调是通过它们之间的信息来控制的，如各种信号分子（神经传递介质、激素和生长因子）
亚细胞器细胞核 (nuclei)
线粒体与叶绿体 (mitochondria &chloroplast)
内质网 (endoplasmic reticulum)
微体细胞核
在多染色体细胞中，有膜包围的细胞核中包含了大量的 DNA,DNA的转录和 RNA的加工均发生在细胞核内
核仁是细胞核中的重要部分，是细胞核中的小体，其中含有大量染色质（ chromatin,染色体与蛋白质结合成为染色体,chromosome ）
是 rRNA合成以及核糖体（ ribosome ）进行部分组装的场所细胞核结构叶绿体与线粒体
线粒体是细胞呼吸即营养物质氧化以 ATP形式产生能量的场所
叶绿体是植物进行光合作用的场所线粒体
具有一个光滑的外膜和一个折叠的内膜
内膜突出形成,嵴,
含有一个小的环状 DNA分子、线粒体特异的
RNA以及可以合成一些线粒体蛋白的核糖体，
这些蛋白均有特定的信号序列引导它们进入线粒体线粒体结构叶绿体
依靠阳光同化二氧化碳和水形成碳水化合物和氧气
结构与线粒体类似
但对应于线粒体的嵴，叶绿体在内膜腔内还有第三膜体系 —“类囊体,
类囊体上含有能捕捉光能进行光合作用的叶绿素
叶绿体在遗传上也是部分独立于细胞核
据说线粒体与叶绿体均是由曾与原始真核生物有过共生关系的原核生物进化而来叶绿体结构内质网
是细胞质内延伸的膜系统，与核膜相连
光滑型内质网：携带有许多膜结合酶（与脂类生成有关）
粗糙型内质网：膜表面存在许多核糖体，核糖体特异性地合成由细胞分泌的蛋白，蛋白质被合成以后被转运到内质网腔内进行修饰（通常是糖基化）
合成的脂类以及经初步修饰的蛋白质由特定的转运小泡运至高尔基体（扁平囊泡），并被进一步修饰、分检、引至最终的目的地胞内膜结构微体 —小的有膜包围的细胞器，由高尔基体出芽而形成
溶酶体,含有能降解蛋白质、核酸、脂类和糖类的消化酶，是进入细胞体内的胞外大分子以及来自损伤细胞器的大分子的,回收中心,
过氧化物酶体,限制一些产生高活性自由基以及氢过氧化物的代谢反应的场所，以防止这些分子损伤细胞组分
乙醛酸循环体,是特定的植物过氧化物酶体，进行乙醛酸循环溶酶体、过氧化物酶体以及乙醛酸循环体并称微体生物大分子蛋白质和核酸多糖脂类复杂大分子蛋白质和核酸
Protein & Nuclear acid
蛋白质
是由氨基酸以肽键共价结合而成的聚合体
具有结构和功能双重作用核酸
DNA和 RNA，均是核苷酸的聚合体
核苷酸由含氮碱基、五碳糖和磷酸组成
核酸参与遗传信息的贮存和加工，但信息的表达则需要蛋白质的参与
Amino Acids and Proteins
3D
structure of
protein
Dimeric protein binding DNA
The same sorts of,weak” or non-covalent
interactions that determine protein structure
also determinine the double helical structure
of DNA (eg,hydrogen bonding)
多糖
Polysaccharide
是单糖以糖苷键共价连接成的聚合体其作用是作为营养糖源和结构组分
纤维素：细胞壁的主要结构成分
淀粉：糖的贮存形式，多以颗粒存在
糖原：真菌和一些动物组织中葡萄糖的贮存形式
几丁质：真菌细胞壁、昆虫以及甲壳虫的外壳，单体为 N-乙酰氨基葡萄糖
黏多糖,形成结缔组织的丝状蛋白包埋于其中的凝胶溶液
Glycogen (storage)
Chitin (structural)
Structural hierarchy in the organization of cells
脂类
Lipid
作用
参与大分子的装配
能量贮存和转移
膜、保护性外鞘等细胞结构的重要组成部分甘油酯磷脂鞘脂
Lipid bilayer (=membrane)
+ integral membrane protein:
卵磷脂及细胞膜结构胆固醇复杂大分子定义
含有一种以上的生物大分子，以共价键或非共价键结合，形成的功能以及结构容量更大的大分子核蛋白 —蛋白质与核酸的结合体糖蛋白 —表面糖基化的蛋白质蛋白多糖 —蛋白质与黏多糖构成的大分子脂连结蛋白 —蛋白质与脂类共价结合，脂类通过与膜脂的疏水作用，把蛋白质固定在膜中大分子的组装蛋白质复合体核蛋白膜非共价相互作用蛋白质复合体细胞的主要构件和运动元件中许多都是由蛋白质复合体组成
细胞骨架 —由一系列蛋白微丝组成，组构细胞形态、控制细胞运动以及亚细胞器在细胞内的分布
微管蛋白：纵向排列构成微管，是细胞骨架、真核生物纤毛、鞭毛以及许多细胞表面毛状结构的主要组分
肌动蛋白：构成微丝和肌球蛋白，可引起细胞质的运动核蛋白由核酸与蛋白质组成
核糖体 —细胞质核糖核酸蛋白质复合体，是蛋白质的合成场所
染色质 —构成真核生物染色体的元件，是一个由大约等量的 DNA和小分子碱性蛋白质（组蛋白）构成的脱氧核蛋白复合体，组蛋白的作用在于中和了
DNA糖－磷酸骨架负电荷之间的排斥力，并使 DNA
在染色体中紧密堆积在一起膜生物膜 —其结构基础是磷脂双分子层
蛋白质也是细胞膜的一个重要组份
外膜蛋白
镶嵌膜蛋白
跨膜蛋白
作用
激素和神经递质等信号分子的受体
吸收物质前降解胞外分子的每
选择性转运小分子、极性离子和分子的通道
细胞与细胞间的相互作用介质
The fluid mosaic model for membrane structure,The fatty acyl chains in the interior of the
membrane form a fluid,hydrophobic region,Integral membrane proteins float in this sea of lipid,
held by hydrophobic interactions with their nonpolar amino acid side chains,Both proteins and
lipids are free to move laterally in the plane of the bilayer,but movement of either from one face
of the bilayer to the other is restricted,The carbohydrate moieties attached to some proteins and
lipids of the plasma membrane are invariably exposed on the extracellular face of the membrane.
非共价相互作用大多数大分子的组装是由大量不同的非共价作用维系在一起
电荷－电荷相互作用（盐桥）
相反电荷间
电荷－偶极、偶极－偶极作用
由于分子中电荷的不对称性，很弱
范德华力
电中性分子间的非共价结合的总称
氢键 (Hydrogen-bond)
疏水相互作用（ hydrophobic interaction）
Cell ¯omolecule
细胞分类原核生物 (prokaryote)—是最简单的活细胞
真细菌（ eubacteria）
古细菌（ archaea）
真核生物 (eukaryote)
分化典型的原核细胞结构图
no nuclear membraneStructural features of E,coli
- Bacteria and Archaea are commonly
referred to as,prokaryotes” because
they have no nuclear membrane,
in contract to,eukaryotes”
- Bacteria and Archaea are usually small cells
(1-2 μm in length),whereas eukaryotic cells
are 4 (eg,yeast) to 100 μm across
- Bacteria and Archaea have no
membrane-enclosed,intracellular compartments
Movement
Irritability
Growth
Adaptation
reproduction
真细菌 (eubacteria)
具有原核生物的构造
质膜 (plasma membrane)
磷脂双分子层
细胞壁 (cell wall)
胞内
一条折叠成类核体附着在质膜上的环状染色体
质粒（小分子 DNA）
核糖核酸（ RNA）
核糖体
无明显的亚细胞器生化性质
典型的真细菌 —大肠杆菌（ Eschericlia coli）
有一个 4600kb的基因组，携带足以编码约
3000种蛋白质的遗传信息古细菌 (archaea)
是原核生物的第二个亚门，常生活于极端环境古细菌与真细菌的差异
古细菌的质膜是由醚键连接，而非酯键
基因组规模小（甲烷球菌基因组有 1740kb）
能量产生、新陈代谢与真细菌相似
复制、转录、翻译更接近真核生物真核生物 （ eukaryote）
真核生物分为四个门
动物
植物
真菌
原生生物（藻类和原生动物）
Structural features of animal and plant cells
(eukaryotic cells)
Cytoplasm + soluble proteins
and low mol,wt,compounds
Nucleolus
Nuclear envelop
Rough endoplasmic
recticulum
Smooth endoplasmic
recticulum
Golgi complex
Ribosome
Peroxisome
lysosomes
Mitochondrion
Plasma membrane
Cytoskeleton
Chloroplast
Vacuole
Cell wall
真核生物的特点
结构上
膜包围的细胞器
体积增大
细胞质是高度有序的胶状物
细胞器
核糖体
蛋白质纤维
植物、许多真菌以及原生生物有一个刚性细胞壁分化细胞分裂时，子细胞几乎与亲本细胞完全一样，通过改变基因表达模式变成在功能上与亲本细胞不一样的细胞植物细胞的全能性
在分化过程中,DNA含量保持不变，而是被转录的基因群体发生了改变。
分化是由控制发育的基因来控制的，这些基因的突变导致畸变
不同组织和器官间的活动协调是通过它们之间的信息来控制的，如各种信号分子（神经传递介质、激素和生长因子）
亚细胞器细胞核 (nuclei)
线粒体与叶绿体 (mitochondria &chloroplast)
内质网 (endoplasmic reticulum)
微体细胞核
在多染色体细胞中，有膜包围的细胞核中包含了大量的 DNA,DNA的转录和 RNA的加工均发生在细胞核内
核仁是细胞核中的重要部分，是细胞核中的小体，其中含有大量染色质（ chromatin,染色体与蛋白质结合成为染色体,chromosome ）
是 rRNA合成以及核糖体（ ribosome ）进行部分组装的场所细胞核结构叶绿体与线粒体
线粒体是细胞呼吸即营养物质氧化以 ATP形式产生能量的场所
叶绿体是植物进行光合作用的场所线粒体
具有一个光滑的外膜和一个折叠的内膜
内膜突出形成,嵴,
含有一个小的环状 DNA分子、线粒体特异的
RNA以及可以合成一些线粒体蛋白的核糖体，
这些蛋白均有特定的信号序列引导它们进入线粒体线粒体结构叶绿体
依靠阳光同化二氧化碳和水形成碳水化合物和氧气
结构与线粒体类似
但对应于线粒体的嵴，叶绿体在内膜腔内还有第三膜体系 —“类囊体,
类囊体上含有能捕捉光能进行光合作用的叶绿素
叶绿体在遗传上也是部分独立于细胞核
据说线粒体与叶绿体均是由曾与原始真核生物有过共生关系的原核生物进化而来叶绿体结构内质网
是细胞质内延伸的膜系统，与核膜相连
光滑型内质网：携带有许多膜结合酶（与脂类生成有关）
粗糙型内质网：膜表面存在许多核糖体，核糖体特异性地合成由细胞分泌的蛋白，蛋白质被合成以后被转运到内质网腔内进行修饰（通常是糖基化）
合成的脂类以及经初步修饰的蛋白质由特定的转运小泡运至高尔基体（扁平囊泡），并被进一步修饰、分检、引至最终的目的地胞内膜结构微体 —小的有膜包围的细胞器，由高尔基体出芽而形成
溶酶体,含有能降解蛋白质、核酸、脂类和糖类的消化酶，是进入细胞体内的胞外大分子以及来自损伤细胞器的大分子的,回收中心,
过氧化物酶体,限制一些产生高活性自由基以及氢过氧化物的代谢反应的场所，以防止这些分子损伤细胞组分
乙醛酸循环体,是特定的植物过氧化物酶体，进行乙醛酸循环溶酶体、过氧化物酶体以及乙醛酸循环体并称微体生物大分子蛋白质和核酸多糖脂类复杂大分子蛋白质和核酸
Protein & Nuclear acid
蛋白质
是由氨基酸以肽键共价结合而成的聚合体
具有结构和功能双重作用核酸
DNA和 RNA，均是核苷酸的聚合体
核苷酸由含氮碱基、五碳糖和磷酸组成
核酸参与遗传信息的贮存和加工，但信息的表达则需要蛋白质的参与
Amino Acids and Proteins
3D
structure of
protein
Dimeric protein binding DNA
The same sorts of,weak” or non-covalent
interactions that determine protein structure
also determinine the double helical structure
of DNA (eg,hydrogen bonding)
多糖
Polysaccharide
是单糖以糖苷键共价连接成的聚合体其作用是作为营养糖源和结构组分
纤维素：细胞壁的主要结构成分
淀粉：糖的贮存形式，多以颗粒存在
糖原：真菌和一些动物组织中葡萄糖的贮存形式
几丁质：真菌细胞壁、昆虫以及甲壳虫的外壳，单体为 N-乙酰氨基葡萄糖
黏多糖,形成结缔组织的丝状蛋白包埋于其中的凝胶溶液
Glycogen (storage)
Chitin (structural)
Structural hierarchy in the organization of cells
脂类
Lipid
作用
参与大分子的装配
能量贮存和转移
膜、保护性外鞘等细胞结构的重要组成部分甘油酯磷脂鞘脂
Lipid bilayer (=membrane)
+ integral membrane protein:
卵磷脂及细胞膜结构胆固醇复杂大分子定义
含有一种以上的生物大分子，以共价键或非共价键结合，形成的功能以及结构容量更大的大分子核蛋白 —蛋白质与核酸的结合体糖蛋白 —表面糖基化的蛋白质蛋白多糖 —蛋白质与黏多糖构成的大分子脂连结蛋白 —蛋白质与脂类共价结合，脂类通过与膜脂的疏水作用，把蛋白质固定在膜中大分子的组装蛋白质复合体核蛋白膜非共价相互作用蛋白质复合体细胞的主要构件和运动元件中许多都是由蛋白质复合体组成
细胞骨架 —由一系列蛋白微丝组成，组构细胞形态、控制细胞运动以及亚细胞器在细胞内的分布
微管蛋白：纵向排列构成微管，是细胞骨架、真核生物纤毛、鞭毛以及许多细胞表面毛状结构的主要组分
肌动蛋白：构成微丝和肌球蛋白，可引起细胞质的运动核蛋白由核酸与蛋白质组成
核糖体 —细胞质核糖核酸蛋白质复合体，是蛋白质的合成场所
染色质 —构成真核生物染色体的元件，是一个由大约等量的 DNA和小分子碱性蛋白质（组蛋白）构成的脱氧核蛋白复合体，组蛋白的作用在于中和了
DNA糖－磷酸骨架负电荷之间的排斥力，并使 DNA
在染色体中紧密堆积在一起膜生物膜 —其结构基础是磷脂双分子层
蛋白质也是细胞膜的一个重要组份
外膜蛋白
镶嵌膜蛋白
跨膜蛋白
作用
激素和神经递质等信号分子的受体
吸收物质前降解胞外分子的每
选择性转运小分子、极性离子和分子的通道
细胞与细胞间的相互作用介质
The fluid mosaic model for membrane structure,The fatty acyl chains in the interior of the
membrane form a fluid,hydrophobic region,Integral membrane proteins float in this sea of lipid,
held by hydrophobic interactions with their nonpolar amino acid side chains,Both proteins and
lipids are free to move laterally in the plane of the bilayer,but movement of either from one face
of the bilayer to the other is restricted,The carbohydrate moieties attached to some proteins and
lipids of the plasma membrane are invariably exposed on the extracellular face of the membrane.
非共价相互作用大多数大分子的组装是由大量不同的非共价作用维系在一起
电荷－电荷相互作用（盐桥）
相反电荷间
电荷－偶极、偶极－偶极作用
由于分子中电荷的不对称性，很弱
范德华力
电中性分子间的非共价结合的总称
氢键 (Hydrogen-bond)
疏水相互作用（ hydrophobic interaction）
