细胞中的生物大分子
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学
生命科学导论论文
10级电气七班
姓名:董阳
学号:[1**********]
简要论述组成细胞的生物大分子
简要概述:细胞的主要大分子元件有:糖类、蛋白质、脂质、核酸。
糖类也叫碳水化合物,分为单糖、二糖、多糖,全部由C、H、O三种元素组成糖类是生物体的主要能量来源,可见生命的起源依赖于一个含有C、H、O,即CO2和水的环境。蛋白质是生命活动的承担者,是生物体内最重要的有机物之一,没有蛋白质就没有生命。蛋白质的主要组成元素是C H O N(P S),N主要存在于氨基和肽键中,因此生命的起源还依赖于一个充满N2的环境。脂质分为脂肪、磷脂和固醇,脂肪和固醇的主要组成元素是C H O,脂肪是动物体主要的储能物质,还具有缓冲、保温作用,为生物适应复杂环境提供保障。固醇类物质主要有胆固醇、性激素和维生素D。磷脂的主要组成是C H O N P,由它构成的双分子层是细胞膜的骨架,而我们知道,膜的出现意味着生命的开始,细胞膜将细胞与外界环境分开,从此开始了生命的衍化,因此P也是决定生命起源的元素。核酸包括DNA与RNA,是生物遗传信息的携带者,核酸的形成,使得生命可以代代延续、进化。核酸的组成元素是C H O N P,N存在于含氮碱基中,剪辑的排序代表着遗传密码,P则存在于磷酸中。所有的生物大分子都依赖于C元素形成的碳链骨架,这是由于碳可以形成四个共价键,是所有元素中可行成共价键最多的,它可以连接成链、环等,形成大分子的基本结构。在所有活细胞中含量最多的元素是氧,这是由于水是细胞内含量最多的化合物。
生物大分子的基本骨架:C元素是构成生物体的主要成分之一。C原子含有6个质子、6个中子和6个电子。C原子的4个价电子可与许多原子结合,但主要是与H、O、N和S结合,也可以与其他C原子形成共价键。C和C之间以共价键形成的长链可以是直链,也可以是支链。相邻的C原子之间还可以结合成双键或三键。种类繁多的生物大分子都是以C链为基本骨架的。
一.糖类的组成和功能
存在于动植物体内,是生物体的重要组成成分和基本营养物质。糖类由C、H、O三种元素组成,糖类分为单糖、二糖和多糖三大类。
单糖:是只含有一个羰基的多羟基化合物单位的最简单的糖。光合作用的产物葡萄糖(C6H12O6),它与果糖(C6H12O6,一种最普通和最甜的己酮糖)是生物界最普遍的六碳糖。核糖(C5H10O5)和脱氧核糖(C5H10O4)是相差一个O的两种五碳糖,属于单糖。常见的单糖还有半乳糖。
二糖:在植物细胞中有蔗糖和麦芽糖。蔗糖由一分子果糖和一分子葡萄糖脱水缩合而成。麦芽糖是由两分子葡萄糖组成。在动物的乳汁中含有一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成的二糖——乳糖。这3种二糖分子式相同,但结构不同。多糖:多糖是由多个单糖分子脱水缩合而成的链状大分子,是糖的储藏形式,是自然界含量最多的糖类。在动物细胞中的多糖主要是淀粉。淀粉是高等植物中糖的主要储藏形式,以直链淀粉和支链淀粉两种形式存在。长链呈螺旋状盘曲。在动物中最重要的结构多糖是糖元(又叫动物淀粉),分为肝糖元和肌糖元两种。 鉴定生物组织中的糖类(1).原理淀粉遇碘变蓝色;还原性糖遇斐林试剂变为砖红色沉淀,而非还原糖无此反应。(2).步骤用碘液鉴定,淀粉遇之变蓝;用斐林试剂鉴定,淀粉在淀粉酶作用下分解为麦芽糖,麦芽糖是还原性糖,可与斐林试剂反应。
二.脂质的组成和功能:脂类主要由C、H、O三种化学元素组成,很多种脂类物
质还含有N和P等元素。脂类包括脂肪、类脂和固醇。这些物质普遍分布在生物体内。脂肪:是由甘油和脂肪酸组成的甘油三酯,由相同脂肪酸构成的脂肪称为甘油三酯或单甘油酯;由不同脂肪酸构成的脂肪称为甘油三杂酯或混合甘油酯。脂肪大量储存在植物和动物脂肪细胞中,它主要是生命体内的储存能量的物质。此外,高等动物和人体的脂肪还具有减少体内热量散失,维持恒定体温,减少内部器官摩擦和缓冲外界压力的作用。类脂:类脂中的磷脂是构成细胞膜的重要成分,也是构成各种细胞器膜结构的重要组成成分。在动物的脑、卵中,大豆种子中,磷脂的含量较多。固醇:固醇类物质包括植物体内的豆固醇,动物和人体内的胆固醇、性激素和维生素D等,这些物质对于生物体维持正常的新陈代谢和生殖过程起着积极的调节作用。鉴定生物组织中的脂肪:鉴定脂肪时可用苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液,其中脂肪颗粒可被苏丹Ⅲ染为橘黄色,被苏丹Ⅳ染为橙红色。
三.蛋白质的组成和功能 蛋白质分子的化学组成:各种生物体几乎都含有蛋白质,其元素组成也都很相似。一般含C、H、O、N,此外还有S,有些蛋白质含有P,少数还含有Fe、Cu、Zn、Mo、Mn、Co等金属元素,个别还含有I。.基本组成单位——氨基酸,如果使用酸、碱或蛋白酶水解蛋白质,最后可以得到约20种不同的氨基酸,这些氨基酸的结构虽各不相同,但它们却有着共同的特征,它们的氨基和羧基都在α-C上,都属于α-氨基酸。除甘氨酸外,其余氨基酸α-C原子都是不对称C原子。在氨基酸分子中,同时与氨基(—NH2)和羧基(—COOH)相连的那个C原子还分别与一个H原子和一个可变的侧链相连。从氨基酸的结构通式可以知道20种氨基酸的区别在于R基的不同。蛋白质的分子结构
蛋白质是生物大分子,由许多氨基酸分子通过脱水形成肽键相连而成。氨基酸分子互相结合的方式是:一个氨基酸分子的羧基(—COOH)和另一个氨基酸分子的氨基(—NH2)相连接,同时失去一分子水,这种结合方式叫脱水缩合。连接两个氨基酸分子之间的那个键(—NH—CO—)叫肽键,由两个氨基酸分子缩合形成的化合物叫做二肽,由n个氨基酸分子缩合形成的肽叫多肽(n≥3)。多肽通常呈链状结构叫肽链。人体内有许多起重要调节作用的小分子肽和多肽。例如:下丘脑产生的促甲状腺素释放的激素是三肽,神经垂体释放的催产素和升压素都是八肽,腺垂体产生的促肾上腺素皮质激素是三十九肽。蛋白质分子由一条或多条多肽构成,相对分子质量一般从6000~1000000道尔顿(一道尔顿等于C原子相对质量的1/12)甚至更多。主要功能:由于组成蛋白质的氨基酸在数目、排列顺序上的不同,以及蛋白质空间结的不同,因此,细胞中蛋白质多种多样,执行各种特定的生理功能。
鉴定蛋白质:原理 双缩脲试剂与蛋白质分子的肽键在碱性条件下产生紫色的颜色反应。步骤解析 在加入双缩脲试剂时,将NaOH溶液和CuSO4溶液分别加入试管,先加NaOH,后加CuSO4。因为在碱性条件下,蛋白质分子中的肽键与CuSO4产生紫色的颜色反应。
四.核酸的组成和功能
核酸的组成和结构:核酸的基本结构单元是核苷酸,核苷酸含有含N碱基,五碳糖和磷酸基三种成分。碱基与五碳糖构成核苷,核苷的磷酸脂为核苷酸。DNA和RNA中的五碳糖不同,RNA中为D-核糖,DNA为D-2-脱氧核糖。核酸就是根据其中五碳糖种类来分类的。DNA与RNA的碱基也有不同。分类和功能:核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两大类。这两类核酸
有某些共同的结构特点,但生物功能不同。DNA储存遗传信息,在细胞分裂过程中复制,使每个子细胞接受与母细胞结构和信息含量相同的DNA;RNA主要在蛋白质合成中起作用,负责将DNA的遗传信息转变成特定的蛋白质的氨基酸序列。核酸的存在部位主要在细胞核中,在线粒体和叶绿体中也有少量DNA。
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姓名:董阳
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简要论述真核细胞的结构
细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为: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,具有一套完整的代谢和调节体系;4.是遗传的基本单位,具有发育的全能性。
一、细胞膜1.细胞膜的化学组成:细胞膜主要由脂类和蛋白质组成,其中脂类以磷脂为主,它既有亲水的极性部分(一般称头部),又有疏水的非极性部分(一般称尾部)。构成膜的蛋白质按其在膜中与磷脂相互作用方式及排列部位不同,可以分为外在性蛋白和内在性蛋白两大类,外在性蛋白与膜的内外表面相连,内在性蛋白嵌在脂质的内部,有的穿过膜的内外表面。2.细胞膜的结构关于细胞膜的结构有很多假说和模型,其中广泛被接受的是“液态镶嵌模型”。它有两个主要特点:一是膜的结构不是静止的,而是具有一定的流动性;二是膜蛋白质分布的不对称性,即有的镶嵌在脂质中,有的附在脂质表面。3.细胞膜的功能细胞膜的基本功能是:物质运输、细胞膜受体作用、代谢的调节控制、细胞识别、信息传递、保护细胞等。物质运输方面。细胞膜对物质的通过有高度的选择性。一些大分子物质或物质团块,还可以通过内吞和外吐的方式进出细胞。如白细胞吞噬侵入人体的病菌,属内吞方式;腺细胞所分泌的酶的过程,属外吐方式。内吞和外吐也需消耗能量。
二、细胞质
1.基质:细胞基质呈胶体状,除含有小分子和离子外,还含有脂类、糖、氨基酸、蛋白质、RNA等。在基质中存在着几千种酶,大多数中间代谢,如糖酵解、氨基酸合成等都在这里进行。在基质内分散着具一定结构和功能的小“器官”叫细胞器,如线粒体、质体。中心体、内质网、核糖体、溶酶体以及微管和微丝等。
2.线粒体:(1)线粒体形状、大小和数目线粒体一般呈线状或颗粒状,线粒体的直径约0.5~1um,长2~10um。线粒体数目因细胞类型和生理状况而不同,每个细胞中线粒体的数量可以从1到50万个,在生理活动旺盛的细胞中,线粒体数目多;在衰老或休眠的细胞中线粒体较少。(2)线粒体结构电镜下观察线粒体由内外两层膜所包围。外膜磷脂含量较高,透性较强,有利于线粒体内外物质交换。内膜透性较差,在不同部位向内折叠形成嵴。嵴之间的内部空隙叫嵴间腔,里面充满基质,基质中含有蛋白质和少量DNA。内外膜之间的间隙叫膜间腔。里面充满液体。线粒体的内外膜上都附有酶系颗粒,在外膜上牢固附着的是柠檬酸循环所必需的酶系颗粒。柠檬酸循环所产生的NADPH通过膜进入线粒体,使ADP转变成ATP。在内膜内侧附着有许多带柄小颗粒,这种颗粒就是可溶性三磷酸腺苷。(3)线粒体功能线粒体是细胞呼吸中心。它通过有呼吸作用的多种酶系颗粒,能将细胞质中的糖酵解,产生丙酮酸,再进一步氧化产生能量,并将能量贮藏在ATP高能磷酸键中。ATP通过膜上的小孔向外扩散到细胞质中,供细胞其他生理活动时能量的需要。
3.质体:质体是绿色植物细胞所特有的细胞器。根据颜色和功能的不同,成熟的质体分白色体、有色体和叶绿体三类。(1)白色体(也叫无色体)因所在的组织和功能的不同可分为造粉质体、造蛋白质体和造油体。(2)有色体,有色体内含
有叶黄素和胡萝卜素,呈红色或橙黄色。它存在于花瓣和果实中,其主要功能是积累淀粉和脂类。(3)叶绿体主要存在于叶肉细胞和幼茎皮层细胞内,是光合作用的场所。叶绿体由内外两层膜包围,叶绿体膜能控制代谢物质进出叶绿体。膜内淡黄色、半流动状态的物质叫基质,主要是可溶性蛋白质(酶)和其他代谢物质。基质中悬浮着浓绿色圆柱状颗粒叫基粒。每个基粒由两个以上类囊体重叠而成基粒片层,类囊体由自身闭合的双层薄膜组成。有些类囊体和基粒中的基粒片层横向连接,使基粒跟基粒相连,这种类囊体叫做基质片层。叶绿体的光合色素主要集中在基粒中,类囊体的内膜和外膜上分别附有几十种与光合作用有关的酶。光合作用的光反应在类囊体膜上进行,合成有机物的暗反应,在叶绿体基质中进行。
4.内质网和高尔基体:内质网是由单层膜组成,有两种类型:粗糙内质网和光滑内质网。粗糙内质网呈扁平囊状,内质网膜的外面附有核糖核蛋白体颗粒,是细胞内合成蛋白质的主要部位。粗糙内质网常与核膜的外膜相连。光滑内质网呈管状,膜上没有颗粒,常与有分泌功能的高尔基体相连。光滑内质网与脂类物质的合成、糖元等的代谢有关。高尔基体是由双层膜、表面光滑的大扁囊和小囊泡构成,多数扁囊和囊泡集合在一起,又叫高尔基复合体。在植物细胞内,有高尔基体合成的果胶、半纤维和木质素等物质,这些物质参与细胞壁的形成。在动物细胞内,高尔基体参与蛋白质的分泌。在细胞生物学中,把核被膜、内质网、高尔基体、小泡和液泡等看成是在功能上连续统一的细胞内膜,被称为内膜系统。
5.液泡系:液泡系是指由内膜所包围的小泡和液泡,除线粒体和质体外,都属于液泡系。液泡的类型可分为以下几种:①高尔基液泡,由高尔基体成熟面高尔基地边缘形成的小泡,其中含有水解酶等。②溶酶体,由内质网形成,其中含有水解酶。③圆球体,为植物细胞所特有,相当于溶酶体,也是由内质网形成。④微体,按其中所含的酶来确定它们的性质。⑤自噬小体,由一层膜将一小部分细胞质包围而成,其中被消化的物质是细胞质内含有的各种组成,如线粒体、内质网的碎片等。⑥吞噬泡,由质膜的内陷作用吞噬了营养颗粒而成。⑦胞饮液泡,由质膜的内陷作用吞噬了一些溶液或营养液而成。⑧糊粉粒,在植物的种子中产生的一种特异的液泡,其中贮有蛋白质(多数是酶),起源于内质网。⑨收缩泡,为原生动物所含有的液泡,具有伸缩性,收缩时可把废液和过量的水分排出体外。动、植物液泡都是由一层单位膜包围而成。植物细胞中的液泡是植物细胞显著特征之一。液泡里有细胞液,细胞液主要成分是水,另外含有糖类、丹宁、有机酸、植物碱、色素、盐类等。植物细胞的液泡既是细胞营养物质的贮藏器,也是废物的排泄器。溶酶体是溶解或消化小体,内含各种水解酶,在动植物细胞中都含有这类细胞器。细菌内没有发现溶酶体。溶酶体的功能有三个方面:正常消化作用、自体吞噬、细胞自溶作用。微体有两种类型:过氧化物酶体和乙醛酸循环体。前者存在于动、植物细胞内,而后者仅存在于植物细胞内。
植物细胞内的圆球体和糊粉粒都含有水解酶,具有动物溶酶体同样的功能。
6.核糖核蛋白体:核糖体颗粒存在于所有类型的活细胞内,游离在细胞质中或附着在粗糙型内质网上,快速增殖的细胞中含量更多。根据核糖体的沉降系数,把不同来源的核糖体分为70S型(具有30S和50S两个亚单位)和80S型(具有40S和60S两个亚单位)两大类。80S分布在真核细胞的细胞质中,而70S则存在于原核细胞与叶绿体内。
聚核糖体是蛋白质合成的主要场所。
7.中心体:中心体是动物细胞和低等植物细胞特有的细胞器。它包括两部分:中
央部分有中心粒,周围的致密物质叫中心球。它存在的位置比较接近细胞中央,在核的一侧,所以叫中心体。在电镜下看到,中心粒由27条很短的微管组成,从横切面看到是由9个三体微管盘绕成的环状结构。三体微管之间和它的周围有质地比较致密的细粒状物质。中心粒对细胞分裂期纺锤丝的排列方向和染色体的移动方向,起着重要作用。
8.微管和微丝:微管是细胞的骨骼,而微丝则是细胞的肌肉系统。微管含有微管蛋白,微丝含有的分子与肌肉中的肌动蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白相同,也有像肌肉一样的收缩功能。微管的功能有:支架作用、细胞的运动、细胞分裂、细胞内运输、细胞壁的结构等。微管可以单体到多聚体集合成完整的管子,但经低温、高压、秋水仙素和长春花碱等处理后就会破坏,使细胞变形,也不能运动。 微丝担负着细胞内运输、细胞质运动、细胞的移动和肌肉的收缩等功能。
三、细胞核:细胞核是细胞内储存、复制和转录遗传信息的主要场所。在真核细胞中,除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外,都有细胞核。细胞核的核膜由两层膜组成,包在核之外。核膜上有许多穿孔,称核孔,全部核孔占膜面积的8%以上。核孔是细胞核和细胞质进行物质交换的通道。核液充满在核膜内,是以核蛋白为主的胶态物质,染色质和核仁悬浮在其中。当这些基质呈液体状态(溶胶)时叫核液,呈半固体状态(凝胶)时叫核质。核仁主要由蛋白质和RNA组成,它与合成核糖体RNA有关。染色质是细胞核的重要成分,是真核细胞间期核中DNA、组蛋白、非组蛋白性蛋白质以及少量RNA所组成的一串念珠状的复合体,是能被碱性染料染色的物质。
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