细胞的分子基础

细胞的分子基础由细胞的小分子物质（水、无机盐、有机小分子）、细胞的大分子物质、细胞结构的组装构成。

细胞的分子基础

• 细胞的小分子物质
  • 水(water)
    • 水是细胞内最重要的无机小分子，占细胞总重量的70℅。
    • 大多数代谢过程都需要水参与。
  • 无机盐(inorganic salts)
    • 占细胞总重量的19℅左右，以离子形式存在。
    • 维持细胞内渗透压与酸碱平衡。
    • 作为酶的辅助因子。
  • 有机小分子(small organic molecules)
    • 是细胞代谢过程中的中间产物，也是构成生物大分子的基本单位。
    • 主要包括:单糖、脂肪酸、氨基酸、核苷酸。
      • 单糖(monosaccharide) 结构通式:(CH₂O)n，n为3~7
      • 脂肪酸(fatty acid) 直链脂肪烃有机酸，一般含一个羧基(—COOH)，通式为CH₃(CH)nCOOH 功能:①构成细胞膜的主要成分。②分解提供能量。
      • 氨基酸(amino acid) 组成蛋白质的基本单位，组成蛋白质的氨基酸只有20种，均属于α–氨基酸。
      • 核苷酸(nucleic acid) 组成核酸的基本结构单位，每个核苷酸含有一个碱基、一个戊糖和一个磷酸分子。
• 细胞的大分子物质
  • 蛋白质(protein)
    • 构成细胞的主要成分，各种生命物质的主要结构基础。
    • 基本结构单位:氨基酸，基本化学键:肽键(peptide bond)，氨基酸通过肽键相连形成多肽链。
    • 结构
      • 基本结构
        • 一级结构(primary structure)
          • 组成蛋白质多肽链的氨基酸的种类、数量和排列顺序。
          • 是蛋白质的基本结构和功能基础。
          • 主键:肽键，少量二硫键。
          • 即使一个氨基酸的改变也可能导致蛋白质空间结构的变化。
      • 空间结构
        • 二级结构(secondary structure)
          • 在一级结构的基础上，借氢键维持的多肽链盘绕折叠形成的有规律重复的空间结构。
          • 有α螺旋、β折叠和三股螺旋3种基本构象。
        • 三级结构(tertiary structure)
          • 多肽链在二级结构基础上，进一步螺旋折叠形成的空间结构。
          • 维系三级结构的化学键除氢键和二硫键外，还依靠各氨基酸侧链之间形成的疏水键和离子键等。
        • 四级结构(quaternary structure)
          • 由两条或多条具有独立三级结构的肽链(亚基)相互作用聚合而成的更复杂的空间结构。
          • 不是所有蛋白质都具有四级结构。
          • 蛋白质必须在三级结构基础上才能表现出生物活性。
    • 功能
      • 作为细胞的结构成分
      • 物质运输作用
      • 信号传导作用
      • 收缩运动作用
      • 免疫保护作用
      • 作为激素起调节作用
      • 生物催化剂——酶，调节代谢活动
  • 核酸(nucleic acid)
    • 细胞内贮存和传递遗传信息的生物大分子物质。
    • 基本结构单位：核苷酸 基本化学键：3′，5′–磷酸二酯键。
    • 种类
      • 脱氧核糖核酸(DNA)
        • 结构：反向平行，双螺旋结构
        • 功能：储存、复制和传递遗传信息；遗传信息通过转录、翻译表达出相应的遗传性状。
      • 核糖核酸(RNA)
        • 信使RNA(mRNA)：从核DNA分子上转录出遗传信息，并携带至细胞质中作为蛋白质合成的模板，决定多肽链中氨基酸的种类、数目及排列顺序。
        • 转运RNA(tRNA)：三叶草形。识别活化的氨基酸，合成氨酰–tRNA复合体，借自身的反密码子与mRNA上的密码子互补配对，将活化的氨基酸运输到核糖体以合成蛋白质。
        • 核糖体RNA(rRNA)：占细胞内RNA总量的80℅以上。rRNA分子代谢更新慢，寿命长。与蛋白质结合形成核糖体，为细胞内蛋白质合成提供场所。
        • 小RNA(非编码RNA)：微小RNA(miRNA)，小干扰RNA(siRNA)，与PIWI蛋白相互作用的RNA(piRNA)
        • 核酶(ribozyme)：具有酶活性的小RNA分子，起催化作用。
      • DNA与RNA的比较
        • 戊糖
          • 脱氧核糖
            • 核糖
        • 碱基
          • A,G,C,T
            • A,G,C,U
        • 磷酸
          • 相同
        • 结构
          • 双螺旋
            • 单链或假双链
        • 分布
          • 细胞核为主
            • 细胞质为主
        • 功能
          • 储存遗传信息
            • 传递和调控遗传信息
  • 生物大分子(biological macromolecule)
    • 细胞的大分子物质有蛋白质、核酸及多糖等。
    • 分子质量巨大，结构复杂，功能多样。
    • 是组成生命物质和行使生命活动的重要分子基础。
• 细胞结构的组装