细胞膜与跨膜.pptx

Typical Plasma Membrane第1页/共44页电镜下的细胞膜红细胞质膜摄于20世纪50年代末By Robertson体外培养的肌细胞 示质膜和肌质网膜第2页/共44页3.1 An Overview of MembranesCell Membrane（细胞膜）Biomembrane(生物膜)Plasma Membrane(细胞质膜)Endomembrane System(内膜系统);cytoplasmic membrane or internal membrane第3页/共44页细胞细胞的生的生物膜物膜体系体系第4页/共44页An Overview of Membrane Functions delineation（providing a selectively permeable barrier）and compartmentalization regulation of transport（调节运输）localization and organization of function (功能定位与组织化)detection and transmission of signal (信号的检测与传递)intercellular interaction(参与细胞间的 相互作用)energy transduction(能量转换)第5页/共44页3.2 The Chemical Composition of Membranes(膜的化学组成膜的化学组成)Membrane Lipids(膜脂)50%Membrane Proteins(膜蛋白)40-50%Membrane Carbohydrates(膜糖膜糖)2-10%1第6页/共44页3.2.1 Membrane Lipids Membranes contain a wide diversity of lipids,all of which are amphipathic(两亲分子的),ie,they contain both hydrophilic(water-loving)and hydrophobic(water-hating)regions.There are three main types of membrane lipids:Phosphoglycerides(磷酸甘油酯，甘油磷脂）50%Sphingolipids（鞘脂类）5%Cholesterol(胆固醇)Or：Phospholipids(磷脂)Glycolipids(糖脂)Cholesterol(胆固醇)2第7页/共44页phospholipidsphospholipids(磷脂磷脂)Phosphoglycerides（甘油磷脂甘油磷脂,磷酸甘油酯）磷酸甘油酯）Sphingophospholipids,sphingomylins(鞘氨醇磷脂，鞘磷脂）动、植物细胞膜上都有磷脂，约占膜脂的50%以上；分子中的磷酰碱基为其极性头部；分子的尾部是两条长短不一的烃链，一般含有 1424个偶数碳原子；其中一条烃链常为不饱和脂肪酸（如油酸），顺式双键的存在使烃链产生一定角度的弯曲。第8页/共44页Phospholipids（磷脂）（磷脂）磷脂酰胆碱第9页/共44页CholesterolCholesterol(胆固醇)胆固醇存在于真核细胞膜中：胆固醇存在于真核细胞膜中：动物细胞膜胆固醇的含量较高；动物细胞膜胆固醇的含量较高；大多数植物细胞膜中不含有胆固醇；酵母细胞膜中是麦角固醇。酵母细胞膜中是麦角固醇。胆固醇比其他膜脂分子小，并且双亲性胆固醇比其他膜脂分子小，并且双亲性 也较低。也较低。第10页/共44页胆固醇分子结构 非极性的类固醇环非极性的碳氢尾部极性的头部第11页/共44页糖糖脂脂普普遍遍存存在在于于原原核核和和真真核核细细胞胞膜膜上上,约约占占膜脂的膜脂的5%5%以下；以下；最最简简单单的的糖糖脂脂是是半半乳乳糖糖脑脑苷苷脂脂,它它仅仅有有一一个个半乳糖半乳糖作为极性头部；作为极性头部；变变化化最最多多、最最复复杂杂的的是是神神经经节节苷苷脂脂,它它以以寡寡糖糖作作为为极极性性头头部部。它它是是神神经经原原质质膜膜具具有有特特征征性的成分。性的成分。Glycolipid(糖脂)第12页/共44页鞘氨醇鞘脂类神经酰胺11鞘磷脂-糖苷键脑苷脂神经节苷脂鞘糖脂磷脂键酰胺键磷酰胆碱半乳糖脑苷脂第13页/共44页The Nature of the Lipid 膜膜脂脂的的基基本本性性质质是是两两性性物物质质,能能够够自自我我装装配配成成双双层层结结构构或或自自我我封封闭闭成成球球状。状。第14页/共44页Self Assemble of Lipid Bilayer第15页/共44页膜脂的功能膜脂的功能构成膜的基本骨架；构成膜的基本骨架；是膜蛋白的溶剂；是膜蛋白的溶剂；为某些膜蛋白为某些膜蛋白(酶酶)维持构象、表现活性提供环境；维持构象、表现活性提供环境；膜上有很多酶的活性依赖于膜脂的存在。膜上有很多酶的活性依赖于膜脂的存在。第16页/共44页脂质体是根据脂质体是根据磷脂分子磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层的趋势而制备的可在水相中形成稳定的脂双层的趋势而制备的人工膜人工膜。脂质体可用作生物膜的研究模型；脂质体可用作生物膜的研究模型；作为生物大分子（如酶、作为生物大分子（如酶、DNADNA）与药物的载）与药物的载 体。体。脂质体(Liposome)第17页/共44页第18页/共44页3.2.2 Membrane Proteins3.2.2 Membrane Proteins（膜蛋白）生物膜的特定功能生物膜的特定功能主要是由蛋白质主要是由蛋白质完成的完成的;膜膜蛋蛋白白约约占占膜膜的的40%40%50%,50%,有有5050余余种种膜膜蛋蛋白白;在在不不同同细细胞胞中中膜膜蛋蛋白白的的种种类类及及含含量量有有很很大大差差异。有的含量不到异。有的含量不到25%25%，有的达到，有的达到75%;75%;一一般般来来说说,功功能能越越复复杂杂的的膜膜,其其上上的的蛋蛋白白质质含量越多。含量越多。第19页/共44页膜蛋白的种类膜蛋白的种类Integral proteins(整合蛋白整合蛋白)or intrinsic proteins(内在蛋白、镶嵌蛋白内在蛋白、镶嵌蛋白)or transmembrane proteins(跨膜蛋白跨膜蛋白)Peripheral proteins(周边蛋白)or extrinsic proteins(外在蛋白)or attachment proteins(附着蛋白)Lipid-anchored proteins(脂锚定蛋白)or lipid-linked proteins(脂连接蛋白)第20页/共44页Integral Proteins(整合蛋白整合蛋白)指部分或全部镶嵌部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白，在细胞膜中或内外两侧的蛋白，以以非极性的氨基酸与脂双层的非极性区非极性的氨基酸与脂双层的非极性区结合。结合。根据跨膜次数将跨膜蛋白分为单次跨膜、多次跨 膜、多亚单位跨膜等；跨膜蛋白的跨膜区为一般 为螺旋，也有的是折叠如孔蛋白。整合蛋白约占膜蛋白的70-80%。第21页/共44页Integral Proteins第22页/共44页Peripheral proteinsPeripheral proteins(周边蛋白周边蛋白)靠靠离子键或其他较弱的键离子键或其他较弱的键与膜表面的与膜表面的蛋白质蛋白质 分子分子或或脂分子脂分子结合。结合。外周蛋白为外周蛋白为水溶性水溶性；占膜蛋白总量的占膜蛋白总量的20%20%30%30%,在红细胞中占在红细胞中占50%,50%,如红细胞的血影蛋白和锚定蛋白都是外周蛋白。如红细胞的血影蛋白和锚定蛋白都是外周蛋白。第23页/共44页Peripheral Proteins第24页/共44页Lipid-anchored proteins(脂锚定蛋白脂锚定蛋白)又称又称脂连接蛋白脂连接蛋白(lipid-linked proteins),),通过通过共共价键价键 的方式同的方式同脂分子脂分子结合，位于脂双层的外侧。结合，位于脂双层的外侧。同脂分子的两种结合方式：通过糖分子间接同脂双层中的脂结合；直接与脂双层中的脂结合。第25页/共44页 Lipid-anchored proteins糖基磷脂酰肌醇第26页/共44页三种膜蛋白的比较第27页/共44页运输蛋白运输蛋白：膜蛋白中有些是运输蛋白：膜蛋白中有些是运输蛋白,转运转运特殊的分子和离子进出细胞特殊的分子和离子进出细胞;酶酶：有些是酶，催化相关的代谢反应：有些是酶，催化相关的代谢反应;连接蛋白连接蛋白：有些是连接蛋白：有些是连接蛋白,起连接作用；起连接作用；受体受体：起信号接收和传递作用。：起信号接收和传递作用。膜膜蛋白的功能第28页/共44页 FUNCTIONS OF MEMBRANE PROTEINS第29页/共44页膜蛋白的研究方法膜蛋白的研究方法用去垢剂分离小的跨膜蛋白用去垢剂分离小的跨膜蛋白,是膜蛋白研究是膜蛋白研究 的重要手段。的重要手段。去垢剂去垢剂(detergent)detergent)是一种一端亲水、一端是一种一端亲水、一端 疏水的双亲分子。疏水的双亲分子。可分为离子型（如 SDS）和非离子型（如 Triton X-100）两种4第30页/共44页 与膜蛋白作用时，其疏水端与膜蛋白的疏水区域相结合，极性端指向水中，形成溶于水的去垢剂-膜蛋白复合物，从而使膜蛋白在水中溶解、变性、沉淀。去垢剂作用原理当去除去垢剂并加入磷脂后，可使膜蛋白复性 并恢复功能。膜中Na+-K+-ATP酶的功能就是用这种方法研究 的。第31页/共44页钠钾钠钾ATPATP酶酶的功的功能研能研究究第32页/共44页膜蛋白在膜中如何定位？p88第33页/共44页3.2.3 3.2.3 Membrane Carbohydrates Depending on the species and cell type,the carbohydrate content of the plasma membrane ranges between 2 and 10 percent by weight(质膜中的糖类分子大约占质膜干重的2%10%).The plasma membrane of the red blood cell,for example,contains approximately 52%protein,40%lipid,and 8%carbohydrate.5第34页/共44页 All of the carbohydrate of the plasma membrane faces outward into the extracellular space(质膜上的膜糖都位于质膜的外表面).The carbohydrate of internal cellular membranes also faces away from the cytosol(内膜系统中的膜糖也远离胞质一侧，即面向内膜的腔面).The distribution(分布)of membrane carbohydrates第35页/共44页膜糖的分布第36页/共44页 D-D-葡萄糖葡萄糖（D-Glucose)D-D-半乳糖半乳糖 (D-galactose)D-D-甘露糖甘露糖 (D-mannose)L-L-岩藻糖岩藻糖 (L-fucose)N-N-乙乙 酰酰 半半 乳乳 糖糖 胺胺 (N-acetyl-D-galactosamine)N-N-乙乙 酰酰 葡葡 萄萄 糖糖 胺胺 (N-acetyl-glucosamine)唾液酸唾液酸 (sialic acid)膜糖的膜糖的种类种类自然界存在的单糖及其衍生物有自然界存在的单糖及其衍生物有200200多种多种,但存在但存在 于膜的糖类只有其中的于膜的糖类只有其中的9 9种种,而在动物细胞膜上的而在动物细胞膜上的 主要是主要是7 7种：种：第37页/共44页七种七种主要主要的膜的膜糖糖第38页/共44页膜糖的存在方式膜糖的存在方式膜上膜上90%90%的糖类分子与蛋白质结合形成的糖类分子与蛋白质结合形成糖蛋白糖蛋白；其余其余10%10%的糖分子与脂结合形成的糖分子与脂结合形成糖脂糖脂；糖同氨基酸的连接主要有两种形式：糖同氨基酸的连接主要有两种形式：N-N-连接连接：糖链与肽链中：糖链与肽链中天冬酰胺天冬酰胺残基相连残基相连O-O-连接连接：糖链与肽链中的：糖链与肽链中的丝氨酸丝氨酸或或苏氨酸苏氨酸残残 基相连基相连O-O-连接糖链较短连接糖链较短,约含约含4 4个糖基；而个糖基；而N-N-连接糖连接糖 链一般有链一般有1010个以上的糖基。个以上的糖基。6第39页/共44页两两种种方方式式连连接接的的膜膜糖糖第40页/共44页 细胞与环境的相互作用细胞与环境的相互作用 接触抑制接触抑制 信号转导信号转导 蛋白质分选蛋白质分选 保护作用等保护作用等Functions of Membrane Carbohydrates第41页/共44页 ABO血型抗原是一种糖脂,其寡糖部分具有决定抗原特异性的作用。A person having blood type A has an enzyme that adds an N-acetylgalactosamine（N-乙酰半乳糖胺）to the end of the chain;Whereas a person with type B blood has an enzyme that adds galactose（半乳糖）to the chain terminus;People with AB blood type possess both enzymes;Whereas people with O blood type lack enzymes capable of attaching either terminal sugar.Persons Blood Type P84 第42页/共44页ABO Blood Type AntigenN-乙酰半乳糖胺半乳糖第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页