细胞生物学教程第三章+细胞的基本结构

《细胞生物学教程第三章+细胞的基本结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学教程第三章+细胞的基本结构（87页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、STRUCTURES OF THE CELL 内 容 提 要 第 一 节 真 核 细 胞 一 、 基 本 结 构 二 、 细 胞 的 形 状 和 大 小 第 二 节 原 核 与 古 核 细 胞 一 、 细 菌 二 、 支 原 体 三 、 衣 原 体 与 立 克 次 氏 体 四 、 蓝 藻 五 、 古 细 菌 第 三 节 病 毒 与 PRION 一 、 病 毒 的 基 本 特 征 二 、 病 毒 的 形 态 和 结 构 三 、 病 毒 在 细 胞 内 的 活 动 四 、 类 病 毒 五 、 蛋 白 质 感 染 因 第 四 节 细 胞 的 化 学 成 分 细 胞 是 一 切 生 命 活 动 的 基

2、 本 结 构 和 功 能 单 位 。1. 细 胞 是 由 膜 包 围 的 原 生 质 团 ， 通 过 质 膜 与 周 围 环 境 进行 物 质 和 信 息 交 流 ；2. 是 构 成 有 机 体 的 基 本 单 位 ， 具 有 自 我 复 制 的 能 力 ， 是有 机 体 生 长 发 育 的 基 础 ；3. 是 代 谢 与 功 能 的 基 本 单 位 ， 具 有 完 整 的 代 谢 和 调 节 体系 ， 不 同 的 细 胞 执 行 不 同 的 功 能 ；4. 是 遗 传 的 基 本 单 位 ， 具 有 发 育 的 全 能 性 。 第 一 节 、 真 核 细 胞 Eukaryotic cell

3、一 、 基 本 结 构 具 有 核 膜 ， 由 膜 围 成 的 各 种 细 胞 器 ， 如 核 膜 、 内 质 网 、 高尔 基 体 、 线 粒 体 、 叶 绿 体 、 溶 酶 体 等 在 结 构 上 形 成 了 一 个连 续 的 体 系 ， 称 为 内 膜 系 统 。 内 膜 系 统 将 细 胞 质 分 隔 成 不 同 的 区 域 ， 即 所 谓 的 区 隔 化(compartmentalization)。 区 隔 化 使 细 胞 内 表 面 积 增 加 了数 十 倍 ， 代 谢 能 力 增 强 。 1、 原 生 质 (protoplasm)： 1839 Purkinje用 原 生 质 一

4、词 指 细胞 的 全 部 活 性 物 质 ， 从 现 代 概 念 来 说 它 包 括 质 膜 、 细 胞 质和 细 胞 核 (或 拟 核 )。 2、 质 膜 （ plasma membrane） ： 是 细 胞 表 面 的 单 位 膜 。 3、 细 胞 核 ： 细 胞 核 （ nucleus） 是 细 胞 内 最 重 要 的 细 胞 器 ，核 表 面 是 由 双 层 膜 构 成 的 核 被 膜 （ nuclear envelope） ， 核内 包 含 有 由 DNA和 蛋 白 质 构 成 的 染 色 体 （ chromosome） 。核 内 1至 数 个 小 球 形 结 构 ， 称 为 核 仁

5、 （ nucleolus） 。 细 胞核 中 的 原 生 质 称 为 核 质 。 4、 细 胞 质 （ cytoplasm） ： 质 膜 与 核 被 膜 之 间 的 原 生 质 。 5、 细 胞 器 (organelle)： 具 有 特 定 形 态 和 功 能 的 显 微 或 亚显 微 结 构 称 为 细 胞 器 ， 如 ： endoplasmic reticulum、Golgi body、 lysosome、 mitochondrion、 chloroplast、cytoskeleton、 centriole、 microbody。 6、 细 胞 质 基 质 （ cytoplasmic ma

6、trix） 细 胞 质 中 除 细 胞 期以 外 的 部 分 。 又 称 为 或 胞 质 溶 胶 （ cytosol） ， 其 体 积 约 占细 胞 质 的 一 半 。 细 胞 质 基 质 的 功 能 ：a. 为 细 胞 内 各 类 生 化 反 应 的 正 常 进 行 提 供 了 相 对 稳 定 的 离子 环 境 。b. 许 多 代 谢 过 程 是 在 细 胞 基 质 中 完 成 的 ， 如 蛋 白 质 的 合成 ； 核 苷 酸 的 合 成 ； 脂 肪 酸 合 成 ； 糖 酵 解 ； 磷酸 戊 糖 途 径 ； 糖 原 代 谢 ； 信 号 转 导 。c. 供 给 细 胞 器 行 使 其 功 能

7、所 需 要 的 一 切 底 物 。d. 控 制 基 因 的 表 达 ， 与 细 胞 核 一 起 参 与 细 胞 的 分 化 。e. 参 与 蛋 白 质 的 合 成 、 加 工 、 运 输 、 选 择 性 降 解 。 Animal cell Plant cell 二 、 细 胞 的 形 状 和 大 小 单 细 胞 生 物 细 胞 的 形 态 通 常 与 细 胞 外 沉 积 物 或 细 胞 骨 架 有关 ， 如 硅 藻 呈 各 种 奇 异 的 形 态 、 草 履 虫 像 鞋 底 。 高 等 生 物 细 胞 的 形 状 与 细 胞 功 能 及 细 胞 间 的 相 互 作 用 有 关 。如 肌 肉 细

8、 胞 呈 梭 形 ； 红 细 胞 为 圆 盘 状 ； 植 物 叶 表 皮 的 保 卫细 胞 成 半 月 形 ， 2个 细 胞 围 成 一 个 气 孔 ， 以 利 于 呼 吸 和 蒸腾 。 高 等 动 物 的 细 胞 离 开 有 机 体 分 散 存 在 时 ， 形 状 往 往 发 生 变化 。 如 平 滑 肌 细 胞 在 体 内 成 梭 形 ， 而 在 离 体 培 养 时 则 可 成多 角 形 。 草 履 虫 眼 虫 钟 形 虫 植物气孔细胞 植物薄壁细胞 木材中的导管 人类红细胞 巨噬细胞 神经元细胞 名 称 人 卵 口 腔 上皮 细 胞 肝 细 胞 红 细 胞 变 形 虫 海 胆 卵 伤 寒

9、 菌 肺 炎 球 菌m 120 75 20 7 100 70 2.4x0.5 0.2x0.1 大 多 数 动 植 物 细 胞 直 径 在 2030m间 。 一 般 真 核 细 胞 的 体 积 大 于 原 核 细胞 ， 卵 细 胞 大 于 体 细 胞 。 鸵 鸟 的 卵 黄直 径 可 达 5cm； 支 原 体 只 有 0.1m；人 的 坐 骨 神 经 细 胞 可 长 达 1m。几 种 细 胞 的 大 小 人卵与精子 第 二 节 原 核 细 胞 Prokaryotic cell 没 有 核 膜 ， 遗 传 物 质 集 中 在 一 个 没有 明 确 界 限 的 低 电 子 密 度 区 ， 称 为拟

10、核 (nucleoid)。 DNA为 裸 露 的 环 状 双 螺 旋 分 子 ， 通常 没 有 结 合 蛋 白 ， 没 有 恒 定 的 内 膜系 统 ， 核 糖 体 为 70S型 。 原 核 细 胞 构 成 的 生 物 称 为 原 核 生 物 ，均 为 单 细 胞 生 物 。 一 般 以 二 分 裂 的方 式 繁 殖 ， 也 有 的 产 生 孢 子 。 TEM image,Escherichia coli 一 、 细 菌 是 在 自 然 界 分 布 最 广 、 个体 数 量 最 多 的 有 机 体 。 可 分 为 ： 球 菌 、 杆 菌 和 螺旋 菌 （ 弧 形 菌 ） 。 绝 大 多 数 细

11、 菌 的 直 径 在0.55m之 间 。 大肠杆菌 淋病球菌 肉毒梭菌 弧形霍乱菌 1、 细 胞 壁 ： 厚 度 一 般 15-30nm。 主 要 成 分 是 肽 聚 糖 ， 由 N-乙 酰 葡 糖 胺 和 N-乙 酰 胞 壁 酸 构 成 双 糖 单 元 ， 以 （ 1-4） 糖 苷键 连 接 成 大 分 子 。 N-乙 酰 胞 壁 酸 分 子 上 有 四 肽 侧 链 ， 相 邻 聚糖 纤 维 之 间 的 短 肽 通 过 肽 桥 （ 革 兰 氏 阳 性 菌 ） 或 肽 键 （ 革 兰氏 阴 性 菌 ） 桥 接 起 来 ， 形 成 了 肽 聚 糖 片 层 ， 像 胶 合 板 一 样 ，粘 合 成

12、 多 层 。革 兰 氏 阳 性 菌 细 胞 壁 厚 约 20 80nm， 有 15-50层 肽 聚 糖 片 层 ，每 层 厚 1nm， 含 20-40 的 磷 壁 酸 （ teichoic acid） ， 有 的 还具 有 少 量 蛋 白 质 。 革 兰 氏 阴 性 菌 细 胞 壁 厚 约 10nm， 仅 2-3层肽 聚 糖 ， 另 外 还 有 脂 多 糖 、 细 菌 外 膜 和 脂 蛋 白 。 Gram positive bacterial cell wall structure diagram 2、 细 胞 膜 ： 厚 约 810nm， 外 侧 紧 贴 细 胞 壁 ， 通 常 不 形 成内

13、 膜 系 统 。 一 些 行 光 合 作 用 的 原 核 生 物 ， 质 膜 具 有 与 捕 光反 应 有 关 的 内 褶 。 一 些 革 兰 氏 阳 性 菌 质 膜 内 褶 形 成 小 管 状结 构 ， 称 为 间 体 (mesosome) ， 因 其 与 DNA有 联 系 ， 推 测可 能 起 DNA复 制 的 支 点 作 用 。 3、 拟 核 ： 没 有 核 膜 ， DNA分 子 裸 露 ， 所 含 的 遗 传 信 息 量可 编 码 20003000种 蛋 白 质 ， 空 间 构 建 十 分 精 简 。白 喉 杆 菌 的 间 体 4、 核 糖 体 ： 约 含 500050000个 。 部

14、 分 附 着 在 细 胞 膜 内 侧 ， 大 部 分 游 离 于 细 胞 质 中 。 沉 降 系 数 为 70S。 。 由 大 亚 单 位 (50S)与 小 亚 单 位 (30S)组 成 。 30S的 小 亚 单 位 对 四 环 素 与 链 霉 素 敏 感 ， 50S的 大 亚 单 位 对红 霉 素 与 氯 霉 素 敏 感 。 5、 质 粒 (plasmid) ： 除 核 区 DNA外 ， 可 进行 自 主 复 制 的 遗 传 因 子 ， 是 裸 露 的 环 状DNA分 子 ， 所 含 遗 传 信 息 量 为 2200个 基 因 ，能 进 行 自 我 复 制 ， 有 时 能 整 合 到 核 D

15、NA中去 。 质 粒 常 用 作 基 因 重 组 与 基 因 转 移 的 载体 。 6、 荚 膜 ： 细 菌 最 外 表 的 一 层 多 糖类 物 质 ， 边 界 明 显 的 称 荚 膜（ capsule） ， 如 肺 炎 球 菌 ， 边 界不 明 显 的 称 粘 液 层 （ s l i m e layer） ， 如 葡 萄 球 菌 。 功 能 ： 抵 御 不 良 环 境 ； 保 护 自 身不 受 吞 噬 ； 选 择 性 的 粘 附 到 特 定细 胞 的 表 面 上 。 Negative stained bacteria 7、 鞭 毛 ： 是 某 些 细 菌 的 运 动 器 官 ， 由 一 种

16、 称 为 鞭 毛 蛋 白 的弹 性 蛋 白 构 成 ， 结 构 上 不 同 于 真 核 生 物 的 鞭 毛 。 8、 菌 毛 ： 是 菌 体 表 面 极 其 的 蛋 白 纤 细 ， 须 用 电 镜 观 察 。与 细 菌 运 动 无 关 ， 根 据 形 态 、 结 构 和 功 能 ， 分 为 普 通 菌 毛和 性 菌 毛 两 类 。 前 者 与 细 菌 吸 附 和 侵 染 宿 主 有 关 ， 后 者 为中 空 管 子 ， 与 传 递 遗 传 物 质 有 关 。 9、 繁 殖 ： 以 二 分 裂 的 方 式 繁 殖 ， 某 些 细 菌 处 于 不 利 的 环境 ， 或 耗 尽 营 养 时 ， 形

17、成 内 生 孢 子 ， 又 称 芽 孢 ， 是 对 不 良环 境 有 强 抵 抗 力 的 休 眠 体 。 。分 裂 中 的 链 球 菌 分 裂 中 的 大 肠 杆 菌 The spore of Bacillus anthracis 二 、 支 原 体 mycoplasma 大 小 通 常 为 0.20.3m， 可 通 过 滤 菌 器 。 无 细 胞 壁 ， 不 能维 持 固 定 的 形 态 而 呈 现 多 形 性 。 细 胞 膜 中 胆 固 醇 含 量 较 多 ，约 占 36%， 凡 能 作 用 于 胆 固 醇 的 物 质 （ 如 二 性 霉 素 B、 皂素 等 ） 均 可 引 起 支 原 体

18、 膜 的 破 坏 而 使 支 原 体 死 亡 。 基 因 组 为 环 状 双 链 DNA， 分 子 量 小 （ 仅 有 大 肠 杆 菌 的 五 分之 一 ） ， 合 成 与 代 谢 很 有 限 。 肺 炎 支 原 体 的 一 端 有 一 种 特殊 的 末 端 结 构 （ terminal structure） ， 能 使 支 原 体 粘 附 于呼 吸 道 粘 膜 上 皮 细 胞 表 面 ， 与 致 病 性 有 关 。 肺 炎 支 原 体 三 、 衣 原 体 和 立 克 次 氏 体 衣 原 体 （ Chlamydia） 直 径 200nm-500nm， 能 通 过 滤 菌 膜 。立 克 次 氏

19、体 （ Rickettsia） 略 大 。 细 胞 壁 结 构 类 似 于 革 兰氏 阴 性 菌 ， 酶 系 统 不 完 全 ， 必 须 在 寄 主 细 胞 内 生 活 ， 有 摄能 寄 生 物 (energe parasite)之 称 。 砂 眼 是 衣 原 体 引 起 的 ， 由 于 能 形 成 包 含 体 ， 起 初 被 认 为 是大 型 病 毒 ， 1956年 ， 我 国 著 名 微 生 物 学 家 汤 飞 凡 及 其 助 手张 晓 楼 等 人 首 次 分 离 到 沙 眼 的 病 原 体 。 立 克 次 氏 体 也 是 专 性 细 胞 内 寄 生 的 ， 与 衣 原 体 的 不 同 处

20、 在于 其 细 胞 较 大 ， 无 滤 过 性 ， 合 成 能 力 较 强 ， 且 不 形 成 包 涵体 。 Chlamydia pneumoniae associated with macrophages (RAW cells). A. Typical pear shaped EBs (arrows) are shown at the macrophage surface. B. Intracellular EBs. 四 、 蓝 藻 又 称 蓝 细 菌 ， 是 最 简 单 的 自 养 生 物 。 它 的 光 合 作 用 类 似 于高 等 植 物 ， 而 不 同 于 光 合 细 菌 。 没 有

21、 叶 绿 体 ， 但 有 质 膜内 陷 形 成 的 捕 光 装 置 。 DNA分 子 环 状 ， 但 遗 传 信 息 量 很 大 ， 可 与 高 等 植 物 相 比 。 体 积 比 其 它 原 核 细 胞 大 得 多 ， 直 径 约 10m左 右 ， 甚 至 可达 70bm (颤 藻 )。 属 单 细 胞 生 物 ， 但 有 些 蓝 藻 经 常 以 丝 状 的 细 胞 群 体 存 在 ，如 ： 属 蓝 藻 门 念 珠 藻 类 的 发 菜 (nostoc commune var,flagtlliforme) 就 是 蓝 藻 的 丝 状 体 。 Cyanobacteria 五 、 古 细 菌 （

22、archaebacteria） 具 有 原 核 生 物 的 某 些 特 征 ， 无 核 膜 及 内 膜 系 统 ； 也 有 真 核 生 物 的 特 征 ， 甲 硫 氨 酸 起 始 蛋 白 质 的 合 成 、 核 糖体 对 氯 霉 素 不 敏 感 、 RNA聚 合 酶 和 真 核 细 胞 的 相 似 、 DNA具 有 内 含 子 并 结 合 组 蛋 白 。 此 外 ， 细 胞 膜 中 的 脂 类 是 不 可 皂 化 的 ， 细 胞 壁 不 含 肽 聚 糖 。 生 活 在 极 端 环 境 中 ， 如 ： 产 甲 烷 菌 、 极 端 嗜 盐 菌 、 嗜 热 嗜酸 菌 。 原 核 与 真 核 细 胞

23、的 区 别 第 三 节 病 毒 Virus 是 一 类 非 细 胞 形 态 的 微 生 物 ， 特 征 ： 个 体 微 小 ， 可 通 过 滤 菌 器 ， 大 多 数 病 毒 必 须 用 电 镜 才能 看 见 ， 一 般 在 2030nm之 间 ； 核 酸 为 DNA或 RNA， 没 有 含 两 种 核 酸 的 病 毒 ； 专 营 细 胞 内 寄 生 生 活 ； 具 有 受 体 连 结 蛋 白 (receptor binding protein)， 与 敏感 细 胞 表 面 的 病 毒 受 体 连 结 ， 进 而 感 染 细 胞 。 一 、 病 毒 的 基 本 特 征 Lambda Bacte

24、riophage DNA (TEM x153,000)二 、 病 毒 的 结 构l由 核 酸 (DNA或 RNA)芯 和 蛋 白 质 衣 壳 (capsid)所 构 成 ， 称核 衣 壳 (nucleocapsid)。l各 种 病 毒 所 含 的 遗 传 信 息 量 不 同 ， 少 的 只 含 有 3个 基 因 ，多 的 可 达 300个 基 因 。 有 的 病 毒 衣 壳 外 面 尚 有 一 层 被 膜 (envelope)， 这 层 被 膜 是病 毒 粒 子 脱 离 细 胞 时 ， 包 被 上 的 宿 主 细 胞 的 质 膜 ， 被 膜 中含 有 病 毒 融 合 蛋 白 ， 如 流 感 病

25、 毒 。 病 毒 融 合 蛋 白 在 病 毒 进入 宿 主 细 胞 时 起 着 关 键 作 用 。 组 成 病 毒 衣 壳 的 亚 单 位 称 壳 微 粒 (capsomer)。 病 毒 的 形 成不 需 要 酶 的 参 加 ， 只 要 条 件 具 备 ， 便 可 完 成 自 我 装 配 。 一个 成 熟 有 感 染 性 的 病 毒 颗 粒 称 “ 病 毒 体 ” （ virion） 。 其 装配 形 式 有 二 十 面 体 对 称 、 螺 旋 对 称 和 复 合 对 称 三 种 类 型 。 Viruses 病 毒 有 五 种 形 态 ： 球 形 (Sphericity)： 大 多 数 人 类

26、 和 动物 病 毒 为 球 形 ， 如 脊 髓 灰 质 炎 病 毒 、 疱 疹 病 毒 及 腺 病 毒 等 ； 丝 形 (Filament) ： 多 见 于 植 物 病 毒 ， 如 烟 草 花 叶 病 病 毒 ，人 类 流 感 病 毒 有 时 也 可 形 成 丝 形 ； 弹 形 (Bullet-shape)：形 似 子 弹 头 ， 如 狂 犬 病 病 毒 等 ， 其 他 多 为 植 物 病 毒 。 砖形 (Brick-shape)： 如 痘 病 毒 、 天 花 病 毒 等 ； 蝌 蚪 形(Tadpole-shape)： 由 一 卵 圆 形 的 头 及 一 条 细 长 的 尾 组 成 ，如 噬

27、菌 体 。 其 中 为 二 十 面 体 对 称 ; 、 为 螺 旋 对 称 ; 、 复 合对 称 。 脊髓灰质炎病毒 球形病毒 烟草花叶病毒 线形病毒 痘病毒 砖形病毒 狂犬病毒 子弹形病毒有 被 膜 T4 噬菌体 蝌蚪形病毒 流感冒病毒 丝状有被膜的病毒 病 毒 只 有 在 侵 入 细 胞 以 后 才 表 现 出 生 命 现 象 。 病 毒 的 生 活周 期 可 分 为 两 个 阶 段 ： 细 胞 外 阶 段 ， 以 成 熟 的 病 毒 粒 子 形 式 存 在 ； 细 胞 内 阶 段 ， 即 感 染 阶 段 ， 在 此 阶 段 中 进 行 复 制 和 繁 殖 。感 染 阶 段 开 始 时 ，

28、 病 毒 的 遗 传 物 质 由 衣 壳 中 释 放 出 来 ， 注入 宿 主 细 胞 中 ， 然 后 在 病 毒 核 酸 信 息 的 指 导 控 制 下 ， 形 成新 的 病 毒 粒 子 。 根 据 寄 生 的 宿 主 不 同 ， 病 毒 可 分 为 ： 动 物 病 毒 、 植 物 病 毒 、细 菌 病 毒 (即 噬 菌 体 ) 根 据 病 毒 所 含 的 核 酸 的 性 质 和 状 态 不 同 ， 可 将 病 毒 分 为 6类 ：1. 双 链 DNA+mRNA蛋 白 质 ， 如 天 花 病 毒 、 T-偶 数 噬 菌 体 。2. 单 链 +DNA DNA+RNA蛋 白 质 ， 如 细 小

29、DNA病 毒 。3. 双 链 RNA+mRNA蛋 白 质 ， 如 呼 肠 孤 病 毒 。4. 单 链 +RNA RNA+RNA蛋 白 质 脊 髓 灰 质 炎 病 毒 。5. 单 链 RNA+RNA+蛋 白 质 ， 如 流 感 病 毒 、 狂 犬 病 毒 。6. 单 链 +RNADNA DNA+mRNA蛋 白 质 ， 即 逆 转 录 病 毒 （ retrovirus） 又 称 RNA肿 瘤 病 毒 (oncornavirus)。 反 转 录 病 毒 的 生 活 史 三 、 类 病 毒 没 有 蛋 白 质 外 壳 ， 仅 为 一 裸 露 的 RNA分 子 。 不 能 像 病 毒 那 样 感 染 细

30、 胞 ， 只 有 当 植 物 细 胞 受 到 损 伤 ， 失去 了 膜 屏 障 ， 它 们 才 能 在 供 体 植 株 与 受 体 植 株 间 传 染 。 马 铃 薯 锤 管 类 病 毒 仅 由 一 个 含 359个 核 苷 酸 单 链 环 状 RNA分 子 组 成 ， 链 内 有 一 些 互 补 序 列 。 分 子 长 约 4050nm， 不能 制 造 衣 壳 蛋 白 。 四 、 病 毒 的 进 化 地 位 无 论 是 病 毒 还 是 类 病 毒 都 不 具 有 独 立 进 行 生 物 合 成 的 能 力 ，它 们 都 是 细 胞 的 寄 生 物 ， 因 此 在 进 化 上 病 毒 的 出

31、现 不 可 能早 于 细 胞 。 病 毒 的 前 身 很 可 能 是 在 宿 主 染 色 体 外 独 立 进 行 复 制 的 质 粒(plasmid)。 质 粒 既 有 DNA型 的 ， 也 有 RNA型 的 。 它 与 病 毒 一 样 具 有 专 一 的 核苷 酸 序 列 作 为 复 制 的 起 始 部 位 。 当 质 粒 获 得 了 为 衣 壳 蛋 白 质 编 码 的 基 因 时 ， 即 意 味 着 病 毒 出 现 了 。 五 、 蛋 白 质 感 染 因 子 S. B. Prusiner 1982年 发 现 于 患 羊 瘙 痒 病 （ scrapie） 的 仓鼠 ， 命 名 为 prion

32、。 Prusiner因 此 于 1997年 获 得 诺 贝 尔 奖 。 蛋 白 质 感 染 子 蛋 白 (prion protein， 简 称 PrP)， 由 Prnp基 因编 码 ， 该 基 因 位 于 人 20号 染 色 体 ， 小 鼠 2号 染 色 体 。 这 种蛋 白 质 存 在 于 神 经 元 和 神 经 胶 质 细 胞 表 面 上 ， 可 能 其 信 号转 导 作 用 。 正 常 Prnp基 因 产 物 为 PrP c蛋 白 ， 对 蛋 白 酶 很 敏感 ， 具 有 致 病 作 用 的 是 PrPSc蛋 白 。 PRIONPrP C PrPSC PrPsc的 增 殖 vCJD病 人

33、 大 脑 组 织 切 片 ， 左 、 海 绵 状 病 变 及 周 围 的 沉 淀 斑 ，右 、 淀 粉 样 蛋 白 沉 淀 ， 短 线 表 示 50um。 引 自 Stanley B. Prusiner 1997 目 前 已 知 的 人 类 PRION疾 病 主 要 有 ： 克 -雅 二 氏 病 （ CreutzfeldtJakob disease， CJD） ： 自 身PrP蛋 白 发 生 变 异 引 起 的 。 变 异 型 克 -雅 氏 病 （ vCJD） ： PRION感 染 。 GSS综 合 征 （ Gerstmann-Straussler Scheinker disease） ） ：

34、 由 Prnp基 因 缺 陷 引 起 。 克 鲁 病 （ Kuru） ： PRION感 染 。 致 死 性 家 族 性 失 眠 症 （ Fatal familial insomnia， FFI） ：Prnp基 因 变 异 。 第 四 节 细 胞 的 化 学 成 分 基 本 元 素 ： O、 C、 H、 N、 Si、 K、 Ca、 P、 Mg。 其 中 O、C、 H、 N四 种 元 素 占 90%以 上 。 细 胞 化 学 物 质 可 分 为 两 大类 ： 无 机 物 和 有 机 物 。 在 无 机 物 中 水 是 最 主 要 的 成 分 ， 约占 细 胞 物 质 总 含 量 的 75 -80

35、。 一 、 水 与 无 机 盐 （ 一 ） 水 是 原 生 质 最 基 本 的 物 质 存 在 方 式 ： 游 离 水 95 ； 结 合 水 5 。 随 着 细 胞 的 衰 老 ，细 胞 的 含 水 量 逐 渐 下 降 ， 活 细 胞 的 含 水 量 不 低 于 75 。 作 用 :溶 解 无 机 物 、 调 节 温 度 、 参 加 酶 反 应 、 参 与 物 质 代 谢和 形 成 细 胞 有 序 结 构 。 水 之 所 以 具 有 这 么 多 的 重 要 功 能 是和 水 的 特 有 属 性 分 不 开 的 ：1. 水 分 子 是 偶 极 子 2. 水 分 子 间 可 形 成 氢 键3. 水

36、 分 子 可 解 离 为 离 子 （ 二 ） 无 机 盐 含 量 很 少 ， 约 占 1 。 盐 在 细 胞 中 解 离 为 离 子 ， 离 子 的 浓度 除 具 有 调 节 渗 透 压 和 维 持 酸 碱 平 衡 的 作 用 外 ， 还 有 许 多重 要 的 作 用 。 主 要 的 阴 离 子 有 Cl 、 PO4 和 HCO3 ， 其 中 磷 酸 根 离 子在 细 胞 代 谢 活 动 中 最 为 重 要 ： 在 细 胞 的 能 量 代 谢 中 起 着关 键 作 用 ； 是 核 苷 酸 、 磷 脂 、 磷 蛋 白 和 磷 酸 化 糖 的 组 成成 分 ； 调 节 酸 碱 平 衡 。 主 要

37、的 阳 离 子 有 ： Na +、 K+、 Ca2+、 Mg2+、 Fe2+、 Fe3+、Mn2+、 Cu2+、 Co2+、 Mo2+。 阳 离 子 在 细 胞 中 的 作 用 离 子 种 类 在 细 胞 中 的 作 用Fe2+或 Fe3+ 血 红 蛋 白 、 细 胞 色 素 、 过 氧 化 物 酶 和 铁 蛋 白 的 成 分Na+ 维 持 膜 电 位K+ 维 持 膜 电 位 、 参 与 蛋 白 质 合 成 和 某 些 酶 促 合 成Mg2+ 叶 绿 素 、 磷 酸 酶 、 Na+-K+泵Mn 2+ 肽 酶Cu2+ 酪 氨 酸 酶 、 抗 坏 血 酸 氧 化 酶Co2+ 肽 酶Mo2+ 硝 酸

38、 还 原 酶 、 黄 嘌 呤 氧 化 酶Ca2+ 钙 调 素 、 肌 动 球 蛋 白 、 ATP酶 二 、 细 胞 的 有 机 分 子 细 胞 中 有 机 物 达 几 千 种 之 多 ， 主 要 由 四 大 类 分 子 所 组 成 ：蛋 白 质 、 核 酸 、 脂 类 和 糖 ， 这 些 分 子 约 占 细 胞 干 重 的 90%以 上 。 （ 一 ） 蛋 白 质 是 细 胞 的 主 要 结 构 成 分 ， 而 且 更 重 要 的 是 ， 生 物 专 有 的 催化 剂 酶 是 蛋 白 质 ， 因 此 细 胞 的 代 谢 活 动 离 不 开 蛋 白 质 。一 个 细 胞 中 约 含 有 10 4

39、种 蛋 白 质 ， 分 子 的 数 量 达 1011个 。 （ 二 ） 核 酸 是 生 物 遗 传 信 息 的 载 体 分 子 。 由 核 苷 酸 单 体 聚 合 而 成 。 分为 RNA和 DNA两 大 类 。 DNA的 主 要 构 象 有 三 种 ： B-DNA： 右 手 螺 旋 模 型 ， 每 圈 螺 旋 10个 碱 基 ， 螺 旋 扭 角 为36度 ， 螺 距 34A， 碱 基 倾 角 为 -2度 。 A-DNA： 右 手 螺 旋 ， 每 圈 螺 旋 10.9个 碱 基 ， 螺 旋 扭 角 为 33度 ， 螺 距 32A， 碱 基 倾 角 为 13度 。 通 过 75%适 度 的 B-

40、DNA经 X光 衍 射 得 到 ， 尚 不 能 肯 定 自 然 条 件 是 否 存 在 。 Z-DNA： 左 手 螺 旋 ， 每 圈 螺 旋 12个 碱 基 ， 碱 基 倾 角 为 9度 。确 切 功 能 未 知 ， 可 能 起 调 控 作 用 。 （ 三 ） 糖 类 单 糖 是 细 胞 主 要 的 能 源 以 及 构 成 某 些 大 分 子 物 质 的 原 料 。重 要 的 五 碳 糖 为 核 糖 ， 重 要 的 六 碳 糖 为 葡 萄 糖 。 葡 萄 糖 不仅 是 能 量 代 谢 的 关 键 单 糖 ， 而 且 是 构 成 多 糖 的 主 要 单 体 。 多 糖 分 为 两 类 ： 一 类

41、 是 营 养 储 备 多 糖 ， 如 ： 淀 粉 和 糖 原 ；另 一 类 是 结 构 多 糖 。 如 纤 维 素 (cellulose)和 几 丁 质 (chitin)。 营 养 贮 备 多 糖淀 粉 、 糖 元 结 构 多 糖 纤 维 素 、 几 丁 质 （ 四 ） 脂 类 脂 类 包 括 ： 脂 肪 酸 、 中 性 脂 肪 、 类 固 醇 、 蜡 、 磷 酸 甘 油 酯 、鞘 脂 、 糖 脂 、 类 胡 萝 卜 素 等 。 难 溶 于 水 ， 而 易 溶 于 非 极 性有 机 溶 剂 。 1、 中 性 脂 肪 (neutral fat) 甘 油 酯 ： 脂 肪 酸 同 甘 油 酯 化 而

42、 形 成 。 是 动 植 物 体 内 脂 肪的 主 要 贮 存 形 式 。 体 与 多 余 的 碳 水 化 合 物 可 转 化 为 甘 油 酯贮 存 起 来 。 营 养 缺 乏 时 ， 可 提 供 能 量 。 蜡 ： 脂 肪 酸 同 乙 醇 酯 化 形 成 (如 蜂 蜡 )。 蜡 的 碳 氢 链 很 长 ，熔 点 高 于 甘 油 酯 。 细 胞 中 不 含 蜡 质 ， 但 有 的 细 胞 可 分 泌 蜡质 。 如 ： 植 物 表 皮 细 胞 分 泌 的 蜡 膜 ； 同 翅 目 昆 虫 的 蜡 腺 、如 高 等 动 物 外 耳 道 的 耵 聍 腺 。 2、 磷 脂 ： 是 构 成 生 物 膜 的

43、 基 本 成 分 ， 也 是 许 多 代 谢 途 径的 参 与 者 。 分 为 甘 油 磷 脂 和 鞘 磷 脂 两 大 类 。 3、 糖 脂 ： 糖 脂 也 是 构 成 细 胞 膜 的 成 分 ， 与 细 胞 的 识 别 和表 面 抗 原 性 有 关 。 （ 三 ） 酶 与 生 物 催 化 剂1. 酶 是 蛋 白 质 性 的 催 化 剂 ， 主 要 作 用 是 降 低 化 学 反 应 的 活 化能 ， 增 加 了 反 应 物 分 子 越 过 活 化 能 屏 障 和 完 成 反 应 的 概 率 。2. 某 些 酶 需 要 有 一 种 非 蛋 白 质 性 的 辅 因 子 (cofactor)结 合

44、 才 能具 有 活 性 。 辅 因 子 可 以 是 一 种 复 杂 的 有 机 分 子 ， 也 可 以 是一 种 金 属 离 子 ， 或 者 二 者 兼 有 。 3. 作 用 机 制 ： 在 反 应 中 与 底 物 暂 时 结 合 ， 形 成 了 酶 底 物复 合 物 。 降 低 活 化 能 。 反 应 完 成 后 ， 酶 分 子 迅 即 从 酶 底 物 复 合 物 中 解 脱 出 来 。4. 作 用 特 点 ： 只 催 化 热 力 学 允 许 的 反 应 ； 只 加 快 反 应 速 度 ， 不 改 变 反 应 平 衡 点 ； 对 正 逆 反 应 催 化 作 用 相 同 ； 降 低 反 应 活

45、 化 能 ； 催 化 特 点 ： 高 效 ； 特 异 ； 可 调 ， 要 求 适 宜 的 pH和 温 度 。 调 节 方 式 ： 竞 争 性 抑 制 ； 变 构 调 节 ； 共 价 调 节 。 （ 四 ） 萜 类 和 类 固 醇 类 这 两 类 化 合 物 都 是 异 戊 二 烯 的 衍 生 物 。 主 要 的 萜 类 化 合 物 有 胡 萝 卜 素 和 维 生 素 A、 E、 K等 。 还 有一 种 多 萜 醇 磷 酸 酯 ， 它 是 细 胞 质 中 糖 基 转 移 酶 的 载 体 。 类 固 醇 类 (steroids)化 合 物 又 称 甾 类 化 合 物 ， 其 中 胆 固 醇 是构

46、成 膜 的 成 分 。 另 一 些 甾 类 化 合 物 是 激 素 类 ， 如 雌 性 激 素 、雄 性 激 素 、 肾 上 腺 激 素 等 。 （ 二 ） 、 RNA催 化 剂 也 叫 核 酶 Ribozyme。 T.Cech 1982发 现 四 膜 虫 rRNA的 前 体 物 能 在 没 有 任 何 蛋白 质 参 与 下 进 行 自 我 加 工 ， 产 生 成 熟 的 rRNA产 物 。 这 种加 工 方 式 称 为 自 我 剪 接 (self splicing)。 后 来 陆 续 发 现 ， 具 有 催 化 活 性 的 RNA不 只 存 在 于 四 膜 虫 ，而 是 普 遍 存 在 于 原 核 和 真 核 生 物 中 。 一 个 典 型 的 例 子 核糖 体 的 肽 基 转 移 酶 。