生物膜的结构与功能精.ppt

生物膜的结构与功能第1页，本讲稿共69页生物膜生物膜n n生命的起源与进化中最重大的事件之一，是区别周围环生命的起源与进化中最重大的事件之一，是区别周围环生命的起源与进化中最重大的事件之一，是区别周围环生命的起源与进化中最重大的事件之一，是区别周围环境的特殊液体成分并被膜所包裹，同时膜又可以吸收周境的特殊液体成分并被膜所包裹，同时膜又可以吸收周境的特殊液体成分并被膜所包裹，同时膜又可以吸收周境的特殊液体成分并被膜所包裹，同时膜又可以吸收周围的营养物质并将膜内的废物排出去，如此演化出具生围的营养物质并将膜内的废物排出去，如此演化出具生围的营养物质并将膜内的废物排出去，如此演化出具生围的营养物质并将膜内的废物排出去，如此演化出具生命力的细胞。因此，命力的细胞。因此，命力的细胞。因此，命力的细胞。因此，膜是生命最基础的结构膜是生命最基础的结构膜是生命最基础的结构膜是生命最基础的结构。n n细胞中所有由脂类和蛋白质等成分组成的膜细胞中所有由脂类和蛋白质等成分组成的膜细胞中所有由脂类和蛋白质等成分组成的膜细胞中所有由脂类和蛋白质等成分组成的膜包括细胞包括细胞包括细胞包括细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、核膜、线粒体膜和类囊膜、内质网膜、高尔基体膜、核膜、线粒体膜和类囊膜、内质网膜、高尔基体膜、核膜、线粒体膜和类囊膜、内质网膜、高尔基体膜、核膜、线粒体膜和类囊体膜等等体膜等等体膜等等体膜等等统称为生物膜统称为生物膜统称为生物膜统称为生物膜。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第2页，本讲稿共69页1 1生物膜的结构生物膜的结构2 2生物膜的功能生物膜的功能3 3原核细胞与真核细胞原核细胞与真核细胞燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第3页，本讲稿共69页一、生物膜的结构一、生物膜的结构1.1.膜的结构膜的结构2.2.膜蛋白膜蛋白3.3.膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第4页，本讲稿共69页1.膜的结构膜的结构n n18951895，Charles Charles OvertonOverton提出膜是由脂类提出膜是由脂类提出膜是由脂类提出膜是由脂类组成的。组成的。组成的。组成的。n n19251925，GorterGorter与与与与GrendelGrendel提出细胞膜实际上是一种提出细胞膜实际上是一种提出细胞膜实际上是一种提出细胞膜实际上是一种磷脂的双分子层结构磷脂的双分子层结构磷脂的双分子层结构磷脂的双分子层结构，因，因，因，因为只有这种双分子层结构为只有这种双分子层结构为只有这种双分子层结构为只有这种双分子层结构才可能稳定于细胞内外均才可能稳定于细胞内外均才可能稳定于细胞内外均才可能稳定于细胞内外均为极性液体的环境中。为极性液体的环境中。为极性液体的环境中。为极性液体的环境中。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第5页，本讲稿共69页2.膜蛋白膜蛋白n n对膜的化学分析证明，膜的主要成分是磷脂对膜的化学分析证明，膜的主要成分是磷脂和和蛋白质蛋白质。n n1935年，年，H.Davson和和J.Danielli提出提出“三三明治明治”模型。模型。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第6页，本讲稿共69页2.膜蛋白膜蛋白n n按照膜蛋白的位置及其与脂分子的结合方式与结合牢固的按照膜蛋白的位置及其与脂分子的结合方式与结合牢固的按照膜蛋白的位置及其与脂分子的结合方式与结合牢固的按照膜蛋白的位置及其与脂分子的结合方式与结合牢固的程度，膜蛋白可分为：程度，膜蛋白可分为：程度，膜蛋白可分为：程度，膜蛋白可分为：内内内内在膜蛋白在膜蛋白在膜蛋白在膜蛋白(integral membrane protein)(integral membrane protein)是一些嵌入膜内是一些嵌入膜内是一些嵌入膜内是一些嵌入膜内或部分嵌入膜内的蛋白，它们与膜结合紧密，一般需要用除垢剂或部分嵌入膜内的蛋白，它们与膜结合紧密，一般需要用除垢剂或部分嵌入膜内的蛋白，它们与膜结合紧密，一般需要用除垢剂或部分嵌入膜内的蛋白，它们与膜结合紧密，一般需要用除垢剂等破坏膜脂的双分子层后才能将它们解离下来。等破坏膜脂的双分子层后才能将它们解离下来。等破坏膜脂的双分子层后才能将它们解离下来。等破坏膜脂的双分子层后才能将它们解离下来。外在膜蛋白外在膜蛋白外在膜蛋白外在膜蛋白(periphera lmembrane protein)(periphera lmembrane protein)是一些位于膜某是一些位于膜某是一些位于膜某是一些位于膜某一侧表面的蛋白，它们往往以非共价键的形式与内在膜蛋一侧表面的蛋白，它们往往以非共价键的形式与内在膜蛋一侧表面的蛋白，它们往往以非共价键的形式与内在膜蛋一侧表面的蛋白，它们往往以非共价键的形式与内在膜蛋白相互连接和作用，一般不需要破坏膜脂的双分子层就可白相互连接和作用，一般不需要破坏膜脂的双分子层就可白相互连接和作用，一般不需要破坏膜脂的双分子层就可白相互连接和作用，一般不需要破坏膜脂的双分子层就可以把它们从膜上分离下来。以把它们从膜上分离下来。以把它们从膜上分离下来。以把它们从膜上分离下来。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第7页，本讲稿共69页2.膜蛋白膜蛋白燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院n n内内内内在膜蛋白大多是跨膜蛋白。具有在膜蛋白大多是跨膜蛋白。具有在膜蛋白大多是跨膜蛋白。具有在膜蛋白大多是跨膜蛋白。具有两性分子性质的蛋白质的疏水区域两性分子性质的蛋白质的疏水区域两性分子性质的蛋白质的疏水区域两性分子性质的蛋白质的疏水区域与脂双层中脂类分子的疏水尾部相与脂双层中脂类分子的疏水尾部相与脂双层中脂类分子的疏水尾部相与脂双层中脂类分子的疏水尾部相互作用，而蛋白质的亲水区域暴露互作用，而蛋白质的亲水区域暴露互作用，而蛋白质的亲水区域暴露互作用，而蛋白质的亲水区域暴露在膜的一侧或两侧。在膜的一侧或两侧。在膜的一侧或两侧。在膜的一侧或两侧。n n内在膜蛋白的跨膜部分可以包含一个内在膜蛋白的跨膜部分可以包含一个内在膜蛋白的跨膜部分可以包含一个内在膜蛋白的跨膜部分可以包含一个或多个或多个或多个或多个 螺旋螺旋螺旋螺旋结结构，可以排列成封构，可以排列成封构，可以排列成封构，可以排列成封闭闭的的的的 筒，也可以以多个筒，也可以以多个筒，也可以以多个筒，也可以以多个结结构域形成大的蛋构域形成大的蛋构域形成大的蛋构域形成大的蛋白白白白质质复合物跨膜。复合物跨膜。复合物跨膜。复合物跨膜。第8页，本讲稿共69页2.膜蛋白的主要作用膜蛋白的主要作用n n作为转运蛋白，起物质运输作用，输送无机或有机分作为转运蛋白，起物质运输作用，输送无机或有机分作为转运蛋白，起物质运输作用，输送无机或有机分作为转运蛋白，起物质运输作用，输送无机或有机分子跨膜进入膜的另一侧；子跨膜进入膜的另一侧；子跨膜进入膜的另一侧；子跨膜进入膜的另一侧；n n作为酶，催化发作为酶，催化发作为酶，催化发作为酶，催化发生在膜表面的重要代谢反应；生在膜表面的重要代谢反应；生在膜表面的重要代谢反应；生在膜表面的重要代谢反应；n n作为细胞表面受体或天线蛋白，敏感地接收膜表作为细胞表面受体或天线蛋白，敏感地接收膜表作为细胞表面受体或天线蛋白，敏感地接收膜表作为细胞表面受体或天线蛋白，敏感地接收膜表面的化学信息；面的化学信息；面的化学信息；面的化学信息；燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第9页，本讲稿共69页2.膜蛋白的主要作用膜蛋白的主要作用n n作为细胞表面的标志，被其他细胞所识别；作为细胞表面的标志，被其他细胞所识别；作为细胞表面的标志，被其他细胞所识别；作为细胞表面的标志，被其他细胞所识别；n n作为细胞表面的附着连接蛋白，与其他细胞相互结合；作为细胞表面的附着连接蛋白，与其他细胞相互结合；作为细胞表面的附着连接蛋白，与其他细胞相互结合；作为细胞表面的附着连接蛋白，与其他细胞相互结合；n n作为锚蛋白，起固定细胞骨架的作用。作为锚蛋白，起固定细胞骨架的作用。作为锚蛋白，起固定细胞骨架的作用。作为锚蛋白，起固定细胞骨架的作用。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第10页，本讲稿共69页3.膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院细细细细胞胞胞胞冰冰冰冰冻冻冻冻蚀蚀蚀蚀刻刻刻刻实实实实验验验验第11页，本讲稿共69页膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”特点特点1.1.磷脂双分子层构成了膜的基本结构，磷脂分子非极性的磷脂双分子层构成了膜的基本结构，磷脂分子非极性的磷脂双分子层构成了膜的基本结构，磷脂分子非极性的磷脂双分子层构成了膜的基本结构，磷脂分子非极性的“尾尾尾尾”向着内侧疏水区。而磷脂分子极性的向着内侧疏水区。而磷脂分子极性的向着内侧疏水区。而磷脂分子极性的向着内侧疏水区。而磷脂分子极性的“头头头头”向着外侧，向着外侧，向着外侧，向着外侧，暴露于两侧的亲水区。各种球形膜蛋白以不同的镶嵌形式暴露于两侧的亲水区。各种球形膜蛋白以不同的镶嵌形式暴露于两侧的亲水区。各种球形膜蛋白以不同的镶嵌形式暴露于两侧的亲水区。各种球形膜蛋白以不同的镶嵌形式与磷脂双分子层相结合，有的附着在膜的表面，有的全部与磷脂双分子层相结合，有的附着在膜的表面，有的全部与磷脂双分子层相结合，有的附着在膜的表面，有的全部与磷脂双分子层相结合，有的附着在膜的表面，有的全部或部分嵌入膜中，有的贯穿于膜双分子层。也有糖类附着或部分嵌入膜中，有的贯穿于膜双分子层。也有糖类附着或部分嵌入膜中，有的贯穿于膜双分子层。也有糖类附着或部分嵌入膜中，有的贯穿于膜双分子层。也有糖类附着在膜的外侧，与膜脂类或膜蛋白的亲水端结合，构成糖脂在膜的外侧，与膜脂类或膜蛋白的亲水端结合，构成糖脂在膜的外侧，与膜脂类或膜蛋白的亲水端结合，构成糖脂在膜的外侧，与膜脂类或膜蛋白的亲水端结合，构成糖脂和糖蛋白。这种特殊结构体现了膜结构的有序性。和糖蛋白。这种特殊结构体现了膜结构的有序性。和糖蛋白。这种特殊结构体现了膜结构的有序性。和糖蛋白。这种特殊结构体现了膜结构的有序性。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第12页，本讲稿共69页3.膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第13页，本讲稿共69页膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”特点特点2.2.磷脂双分子层既有其分子排列的有序性，又有脂类的流动特性。这磷脂双分子层既有其分子排列的有序性，又有脂类的流动特性。这磷脂双分子层既有其分子排列的有序性，又有脂类的流动特性。这磷脂双分子层既有其分子排列的有序性，又有脂类的流动特性。这种流动性表现为膜内部磷脂和蛋白质分子的位置是不固定的，他们种流动性表现为膜内部磷脂和蛋白质分子的位置是不固定的，他们种流动性表现为膜内部磷脂和蛋白质分子的位置是不固定的，他们种流动性表现为膜内部磷脂和蛋白质分子的位置是不固定的，他们在膜的水平方向甚至在垂直方向都可以流动、翻转和变化。同时膜在膜的水平方向甚至在垂直方向都可以流动、翻转和变化。同时膜在膜的水平方向甚至在垂直方向都可以流动、翻转和变化。同时膜在膜的水平方向甚至在垂直方向都可以流动、翻转和变化。同时膜的分子组成也可以发生变化。的分子组成也可以发生变化。的分子组成也可以发生变化。的分子组成也可以发生变化。3.3.膜脂与膜蛋白在膜上的排列具有不对称性，主要表现在内膜脂与膜蛋白在膜上的排列具有不对称性，主要表现在内膜脂与膜蛋白在膜上的排列具有不对称性，主要表现在内膜脂与膜蛋白在膜上的排列具有不对称性，主要表现在内外两层脂类分子的种类和含量有很大差异，蛋白质分子在外两层脂类分子的种类和含量有很大差异，蛋白质分子在外两层脂类分子的种类和含量有很大差异，蛋白质分子在外两层脂类分子的种类和含量有很大差异，蛋白质分子在膜内外两层分布的位置和数量有很大差异，膜内外两侧面膜内外两层分布的位置和数量有很大差异，膜内外两侧面膜内外两层分布的位置和数量有很大差异，膜内外两侧面膜内外两层分布的位置和数量有很大差异，膜内外两侧面伸出的氨基酸残基的种类和数量也有很大差异。糖脂与糖伸出的氨基酸残基的种类和数量也有很大差异。糖脂与糖伸出的氨基酸残基的种类和数量也有很大差异。糖脂与糖伸出的氨基酸残基的种类和数量也有很大差异。糖脂与糖蛋白上的糖基一般只分布于膜的非细胞质侧。蛋白上的糖基一般只分布于膜的非细胞质侧。蛋白上的糖基一般只分布于膜的非细胞质侧。蛋白上的糖基一般只分布于膜的非细胞质侧。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第14页，本讲稿共69页3.膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第15页，本讲稿共69页膜的膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”特点特点n n膜的有序性、流动性和不对称性对于生物膜适应于膜内外膜的有序性、流动性和不对称性对于生物膜适应于膜内外膜的有序性、流动性和不对称性对于生物膜适应于膜内外膜的有序性、流动性和不对称性对于生物膜适应于膜内外环境的变化、具有选择透性及物质的跨膜运输、电子传递环境的变化、具有选择透性及物质的跨膜运输、电子传递环境的变化、具有选择透性及物质的跨膜运输、电子传递环境的变化、具有选择透性及物质的跨膜运输、电子传递和信号的传导等具有重要意义。它们保证了膜功能的不对和信号的传导等具有重要意义。它们保证了膜功能的不对和信号的传导等具有重要意义。它们保证了膜功能的不对和信号的传导等具有重要意义。它们保证了膜功能的不对称性和方向性，保证了细胞代谢活动即物质的交换与能量称性和方向性，保证了细胞代谢活动即物质的交换与能量称性和方向性，保证了细胞代谢活动即物质的交换与能量称性和方向性，保证了细胞代谢活动即物质的交换与能量的转换在高度有序的状态下进行。的转换在高度有序的状态下进行。的转换在高度有序的状态下进行。的转换在高度有序的状态下进行。n n在磷脂双分子层中，磷酸胆碱一端为亲水的头，两个脂肪酸一端在磷脂双分子层中，磷酸胆碱一端为亲水的头，两个脂肪酸一端在磷脂双分子层中，磷酸胆碱一端为亲水的头，两个脂肪酸一端在磷脂双分子层中，磷酸胆碱一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，脂肪酸不饱和双键的电子分布特点是的双键处发生为疏水的尾，脂肪酸不饱和双键的电子分布特点是的双键处发生为疏水的尾，脂肪酸不饱和双键的电子分布特点是的双键处发生为疏水的尾，脂肪酸不饱和双键的电子分布特点是的双键处发生扭曲弯折，造成不饱和脂肪酸与相邻的不含双键的饱和脂肪酸不扭曲弯折，造成不饱和脂肪酸与相邻的不含双键的饱和脂肪酸不扭曲弯折，造成不饱和脂肪酸与相邻的不含双键的饱和脂肪酸不扭曲弯折，造成不饱和脂肪酸与相邻的不含双键的饱和脂肪酸不能紧密平行排列，因此可增加膜的流动性。能紧密平行排列，因此可增加膜的流动性。能紧密平行排列，因此可增加膜的流动性。能紧密平行排列，因此可增加膜的流动性。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第16页，本讲稿共69页二、生物膜的功能二、生物膜的功能1.1.物质的跨膜运输物质的跨膜运输2.2.生物膜的其他功能生物膜的其他功能燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第17页，本讲稿共69页1.物质的跨膜运输物质的跨膜运输n n生物膜具有选择透性，即不同的物质透过膜生物膜具有选择透性，即不同的物质透过膜的难易程度不同。的难易程度不同。n n膜的选择透性取决于磷脂双分子层对该物质膜的选择透性取决于磷脂双分子层对该物质的阻碍程度和膜上转运蛋白的状态。的阻碍程度和膜上转运蛋白的状态。n n镶嵌在膜上的一些镶嵌在膜上的一些特殊的转运蛋白在一定的特殊的转运蛋白在一定的条件下可以帮助那些原来不能透过膜的物条件下可以帮助那些原来不能透过膜的物质进行跨膜运输。质进行跨膜运输。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第18页，本讲稿共69页1.物质的跨膜运输物质的跨膜运输n n物质的跨膜运输可归纳为两类形式物质的跨膜运输可归纳为两类形式被动运被动运输输(passive transport)主动运输主动运输(active transport)燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第19页，本讲稿共69页被动运输被动运输n n分子随机运动导致的分子随机运动导致的分子随机运动导致的分子随机运动导致的简单扩散简单扩散简单扩散简单扩散(simple diffusion)(simple diffusion)是物是物是物是物质跨膜被动运输的一种最主要的方式。质跨膜被动运输的一种最主要的方式。质跨膜被动运输的一种最主要的方式。质跨膜被动运输的一种最主要的方式。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院n n相对分子质量小或脂溶相对分子质量小或脂溶相对分子质量小或脂溶相对分子质量小或脂溶性强的物质性强的物质性强的物质性强的物质(如氧气、如氧气、如氧气、如氧气、烃类、乙醇、水分子等烃类、乙醇、水分子等烃类、乙醇、水分子等烃类、乙醇、水分子等)一般都以这种简单扩一般都以这种简单扩一般都以这种简单扩一般都以这种简单扩散的被动运输方式做跨散的被动运输方式做跨散的被动运输方式做跨散的被动运输方式做跨膜运动。膜运动。膜运动。膜运动。第20页，本讲稿共69页植物细胞发生质壁分离植物细胞发生质壁分离植物细胞发生质壁分离植物细胞发生质壁分离的原因是由水的简单扩的原因是由水的简单扩的原因是由水的简单扩的原因是由水的简单扩散即渗透作用散即渗透作用散即渗透作用散即渗透作用(osmosis)(osmosis)。从浓度高的一侧向浓度低从浓度高的一侧向浓度低从浓度高的一侧向浓度低从浓度高的一侧向浓度低的一侧运输、不需要消耗的一侧运输、不需要消耗的一侧运输、不需要消耗的一侧运输、不需要消耗能量的运输方式叫做自由能量的运输方式叫做自由能量的运输方式叫做自由能量的运输方式叫做自由扩散。扩散。扩散。扩散。将分离得到的细胞置于生理盐将分离得到的细胞置于生理盐将分离得到的细胞置于生理盐将分离得到的细胞置于生理盐水中，可维持细胞内外相同的水中，可维持细胞内外相同的水中，可维持细胞内外相同的水中，可维持细胞内外相同的渗透压渗透压渗透压渗透压(osmotic pressure)(osmotic pressure)，保持细胞内外水平衡。保持细胞内外水平衡。保持细胞内外水平衡。保持细胞内外水平衡。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第21页，本讲稿共69页被动运输被动运输n n易化扩散易化扩散易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion)是被动运输的另一种形式，是是被动运输的另一种形式，是是被动运输的另一种形式，是是被动运输的另一种形式，是指在细胞膜上的跨膜蛋白质协助下，一些非脂溶性物质或亲指在细胞膜上的跨膜蛋白质协助下，一些非脂溶性物质或亲指在细胞膜上的跨膜蛋白质协助下，一些非脂溶性物质或亲指在细胞膜上的跨膜蛋白质协助下，一些非脂溶性物质或亲水性物质，如氨基酸、某些糖和金属离子等，顺浓度梯度或水性物质，如氨基酸、某些糖和金属离子等，顺浓度梯度或水性物质，如氨基酸、某些糖和金属离子等，顺浓度梯度或水性物质，如氨基酸、某些糖和金属离子等，顺浓度梯度或电化学梯度电化学梯度电化学梯度电化学梯度(electrochemical gradient)(electrochemical gradient)不消耗能量进入膜内。不消耗能量进入膜内。不消耗能量进入膜内。不消耗能量进入膜内。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院n n在易化扩散过程中膜蛋白起着在易化扩散过程中膜蛋白起着在易化扩散过程中膜蛋白起着在易化扩散过程中膜蛋白起着通道作用或载体作用，分别被通道作用或载体作用，分别被通道作用或载体作用，分别被通道作用或载体作用，分别被称为通道蛋白称为通道蛋白称为通道蛋白称为通道蛋白(channel(channel protein)protein)和载体蛋白和载体蛋白和载体蛋白和载体蛋白(carrier(carrier protein)protein)。第22页，本讲稿共69页主动运输主动运输n n主动运输主动运输主动运输主动运输是逆化学浓度梯度的运输方式，主动运输都是逆化学浓度梯度的运输方式，主动运输都是逆化学浓度梯度的运输方式，主动运输都是逆化学浓度梯度的运输方式，主动运输都需要膜蛋白的参与。在膜的两侧，物质从低浓度的一需要膜蛋白的参与。在膜的两侧，物质从低浓度的一需要膜蛋白的参与。在膜的两侧，物质从低浓度的一需要膜蛋白的参与。在膜的两侧，物质从低浓度的一侧向高浓度一侧运输需要消耗一定的化学能量，这种侧向高浓度一侧运输需要消耗一定的化学能量，这种侧向高浓度一侧运输需要消耗一定的化学能量，这种侧向高浓度一侧运输需要消耗一定的化学能量，这种化学能量贮存在化学能量贮存在化学能量贮存在化学能量贮存在 ATPATP中。中。中。中。n n主动运输最重要的作用是保持细胞内部的一些带电主动运输最重要的作用是保持细胞内部的一些带电主动运输最重要的作用是保持细胞内部的一些带电主动运输最重要的作用是保持细胞内部的一些带电离子的浓度与周围环境相比有较大的差别。这种主离子的浓度与周围环境相比有较大的差别。这种主离子的浓度与周围环境相比有较大的差别。这种主离子的浓度与周围环境相比有较大的差别。这种主动运输系统是靠一些特殊的膜蛋白从动运输系统是靠一些特殊的膜蛋白从动运输系统是靠一些特殊的膜蛋白从动运输系统是靠一些特殊的膜蛋白从ATPATP获得能量获得能量获得能量获得能量来完成的，被称为离子泵来完成的，被称为离子泵来完成的，被称为离子泵来完成的，被称为离子泵(ion pump)(ion pump)。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第23页，本讲稿共69页物质的跨膜运输物质的跨膜运输燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院NaNa+-K-K+泵泵泵泵第24页，本讲稿共69页主动运输主动运输n nNaNa+-K-K+泵通常分布在动物细胞膜上，在泵通常分布在动物细胞膜上，在泵通常分布在动物细胞膜上，在泵通常分布在动物细胞膜上，在植物、细菌和真菌类的细胞膜上的主动植物、细菌和真菌类的细胞膜上的主动植物、细菌和真菌类的细胞膜上的主动植物、细菌和真菌类的细胞膜上的主动运输系统是质子泵运输系统是质子泵运输系统是质子泵运输系统是质子泵(proton pump)(proton pump)。质子。质子。质子。质子泵参与泵参与泵参与泵参与H H+的运输。的运输。的运输。的运输。n n由由由由NaNa+-K-K+泵和质子泵工作增加的电位和贮存泵和质子泵工作增加的电位和贮存泵和质子泵工作增加的电位和贮存泵和质子泵工作增加的电位和贮存的能量还可以被直接用于细胞做功，包括可的能量还可以被直接用于细胞做功，包括可的能量还可以被直接用于细胞做功，包括可的能量还可以被直接用于细胞做功，包括可用来将葡萄糖、果糖、氨基酸等分子逆浓度用来将葡萄糖、果糖、氨基酸等分子逆浓度用来将葡萄糖、果糖、氨基酸等分子逆浓度用来将葡萄糖、果糖、氨基酸等分子逆浓度梯度方向跨膜运输，这种运输是间接地消耗梯度方向跨膜运输，这种运输是间接地消耗梯度方向跨膜运输，这种运输是间接地消耗梯度方向跨膜运输，这种运输是间接地消耗ATPATP，又称为，又称为，又称为，又称为协同运输协同运输协同运输协同运输。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第25页，本讲稿共69页主动运输主动运输n n生物大分子或颗粒物质的跨膜运输主要靠生物大分子或颗粒物质的跨膜运输主要靠生物大分子或颗粒物质的跨膜运输主要靠生物大分子或颗粒物质的跨膜运输主要靠胞吞胞吞胞吞胞吞(endocytosis)(endocytosis)和和和和胞吐胞吐胞吐胞吐(exocytosis)(exocytosis)两种形式来完成。两种形式来完成。两种形式来完成。两种形式来完成。由于胞吞和胞吐作用涉及膜的融合与断裂，也需要由于胞吞和胞吐作用涉及膜的融合与断裂，也需要由于胞吞和胞吐作用涉及膜的融合与断裂，也需要由于胞吞和胞吐作用涉及膜的融合与断裂，也需要能量，因此本质上也属于主动运输过程。能量，因此本质上也属于主动运输过程。能量，因此本质上也属于主动运输过程。能量，因此本质上也属于主动运输过程。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第26页，本讲稿共69页燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第27页，本讲稿共69页2.生物膜的其他功能生物膜的其他功能n n信息处理信息处理n n能量转化能量转化n n化学反应的组织与控制化学反应的组织与控制燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第28页，本讲稿共69页燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第29页，本讲稿共69页三、原核细胞与真核细胞三、原核细胞与真核细胞n n按照结构的复杂程度及进化顺序，全部细胞按照结构的复杂程度及进化顺序，全部细胞可归并为两类，一类是可归并为两类，一类是原核细胞原核细胞，另一类，另一类是是真核细胞真核细胞。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第30页，本讲稿共69页1.原核细胞原核细胞n n原核细胞中，遗传物质原核细胞中，遗传物质DNA通常分布于一通常分布于一定的区域，该区域称为定的区域，该区域称为核区或拟核核区或拟核，没有，没有核膜包被。核膜包被。n n原核细胞的遗传信息量较少，内部结构较简原核细胞的遗传信息量较少，内部结构较简单，没有以膜为基础的具特定结构与功能单，没有以膜为基础的具特定结构与功能的的细胞器细胞器。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第31页，本讲稿共69页1.原核细胞原核细胞n n原核细胞外层是双层脂类构成的原核细胞外层是双层脂类构成的质膜质膜(plasma membrane)，质膜内的所有细胞，质膜内的所有细胞内容物称为内容物称为原生质原生质。n n有些原核细胞具有紧贴质膜外的有些原核细胞具有紧贴质膜外的细胞壁细胞壁，其，其主要化学成分是肽聚糖。原核细胞的细胞主要化学成分是肽聚糖。原核细胞的细胞壁具有保持细胞形状和保护细胞的功能。壁具有保持细胞形状和保护细胞的功能。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第32页，本讲稿共69页第33页，本讲稿共69页1.原核细胞原核细胞n n原核细胞是地球上起源最早、细胞结构最简单的生命原核细胞是地球上起源最早、细胞结构最简单的生命原核细胞是地球上起源最早、细胞结构最简单的生命原核细胞是地球上起源最早、细胞结构最简单的生命形式。形式。形式。形式。n n原核生物一般是单细胞生物体，主要包括原核生物一般是单细胞生物体，主要包括原核生物一般是单细胞生物体，主要包括原核生物一般是单细胞生物体，主要包括细菌细菌细菌细菌(bacteria)(bacteria)和蓝细菌和蓝细菌和蓝细菌和蓝细菌(cyanobacteria)(cyanobacteria)，又称蓝藻，又称蓝藻，又称蓝藻，又称蓝藻(blue-(blue-green algae)green algae)。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第34页，本讲稿共69页2.真核细胞真核细胞n n按照细胞的营养类型，即自养按照细胞的营养类型，即自养(autotrophy)与异养与异养(heterotrophy)，可将大部分真核细，可将大部分真核细胞分为胞分为植物细胞植物细胞和和动物细胞动物细胞。n n真菌真菌(fungi)类细胞也是真核细胞，它们既类细胞也是真核细胞，它们既有植物细胞的某些特征，如有细胞壁，又有植物细胞的某些特征，如有细胞壁，又行异养生长。行异养生长。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第35页，本讲稿共69页2.真核细胞真核细胞n n真核细胞内有许多由膜包被形成的具有独立特定功能的真核细胞内有许多由膜包被形成的具有独立特定功能的真核细胞内有许多由膜包被形成的具有独立特定功能的真核细胞内有许多由膜包被形成的具有独立特定功能的细胞器细胞器细胞器细胞器，主要包括：细胞核、质体、线粒体、高尔基体、，主要包括：细胞核、质体、线粒体、高尔基体、，主要包括：细胞核、质体、线粒体、高尔基体、，主要包括：细胞核、质体、线粒体、高尔基体、内质网、液泡内质网、液泡内质网、液泡内质网、液泡(vacuole)(vacuole)、溶酶体、微体、溶酶体、微体、溶酶体、微体、溶酶体、微体(microbody)(microbody)。n n这些以膜为基础分化的细胞器使得真核细胞比原核细胞复这些以膜为基础分化的细胞器使得真核细胞比原核细胞复这些以膜为基础分化的细胞器使得真核细胞比原核细胞复这些以膜为基础分化的细胞器使得真核细胞比原核细胞复杂许多，导致了真核细胞功能的多样性。杂许多，导致了真核细胞功能的多样性。杂许多，导致了真核细胞功能的多样性。杂许多，导致了真核细胞功能的多样性。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第36页，本讲稿共69页第37页，本讲稿共69页燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第38页，本讲稿共69页3.真核细胞的结构与功能真核细胞的结构与功能细胞膜和细胞壁细胞膜和细胞壁细胞核细胞核内膜系统内膜系统其他细胞器其他细胞器燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第39页，本讲稿共69页细胞膜和细胞壁细胞膜和细胞壁n n细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜又称质膜，指包围在细胞表面的一层极薄的膜，厚又称质膜，指包围在细胞表面的一层极薄的膜，厚又称质膜，指包围在细胞表面的一层极薄的膜，厚又称质膜，指包围在细胞表面的一层极薄的膜，厚度一般为度一般为度一般为度一般为78nm78nm，主要由脂质双分子层和蛋白质组成主要由脂质双分子层和蛋白质组成主要由脂质双分子层和蛋白质组成主要由脂质双分子层和蛋白质组成。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第40页，本讲稿共69页细胞膜和细胞壁细胞膜和细胞壁n n在细胞膜上有一些作为特殊分子或离子进出细胞的载在细胞膜上有一些作为特殊分子或离子进出细胞的载在细胞膜上有一些作为特殊分子或离子进出细胞的载在细胞膜上有一些作为特殊分子或离子进出细胞的载体蛋白和通道蛋白，因此细胞膜具有体蛋白和通道蛋白，因此细胞膜具有体蛋白和通道蛋白，因此细胞膜具有体蛋白和通道蛋白，因此细胞膜具有选择透性或半透选择透性或半透选择透性或半透选择透性或半透性性性性，可有选择的让物质通过。，可有选择的让物质通过。，可有选择的让物质通过。，可有选择的让物质通过。n n细胞膜还有一些起识别和接收信息作用的蛋白质，这些蛋细胞膜还有一些起识别和接收信息作用的蛋白质，这些蛋细胞膜还有一些起识别和接收信息作用的蛋白质，这些蛋细胞膜还有一些起识别和接收信息作用的蛋白质，这些蛋白质称为白质称为白质称为白质称为膜受体膜受体膜受体膜受体(receptor)(receptor)。这些受体接受外界信息。这些受体接受外界信息。这些受体接受外界信息。这些受体接受外界信息后可以诱导细胞内发生相应的变化或反后可以诱导细胞内发生相应的变化或反后可以诱导细胞内发生相应的变化或反后可以诱导细胞内发生相应的变化或反应。应。应。应。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第41页，本讲稿共69页细胞膜和细胞壁细胞膜和细胞壁n n植物细胞有相当强度的细胞壁，厚度在植物细胞有相当强度的细胞壁，厚度在0.1m至至10m之间，具有支持和保护植物之间，具有支持和保护植物细胞的功能。细胞的功能。n n研究发现，细胞壁在物质吸收、转运和接收研究发现，细胞壁在物质吸收、转运和接收化学信号、抵御病原菌的侵害等方面也有化学信号、抵御病原菌的侵害等方面也有重要作用。重要作用。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第42页，本讲稿共69页燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第43页，本讲稿共69页细胞膜和细胞壁细胞膜和细胞壁n n植物细胞壁中最主要成分是植物细胞壁中最主要成分是植物细胞壁中最主要成分是植物细胞壁中最主要成分是纤维素纤维素纤维素纤维素。由葡萄糖缩合组。由葡萄糖缩合组。由葡萄糖缩合组。由葡萄糖缩合组成的纤维素构成了细胞壁的结构单位成的纤维素构成了细胞壁的结构单位成的纤维素构成了细胞壁的结构单位成的纤维素构成了细胞壁的结构单位微纤丝微纤丝微纤丝微纤丝(microfibre)(microfibre)，微纤丝相互交织成网状，形成了细胞壁，微纤丝相互交织成网状，形成了细胞壁，微纤丝相互交织成网状，形成了细胞壁，微纤丝相互交织成网状，形成了细胞壁的基本构架。的基本构架。的基本构架。的基本构架。n n纤维素的网络结构中还交联着果胶、半纤维素和蛋纤维素的网络结构中还交联着果胶、半纤维素和蛋纤维素的网络结构中还交联着果胶、半纤维素和蛋纤维素的网络结构中还交联着果胶、半纤维素和蛋白质等等。白质等等。白质等等。白质等等。糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)(glycoprotein)也是植物细胞壁中也是植物细胞壁中也是植物细胞壁中也是植物细胞壁中的重要成分之一，总量占的重要成分之一，总量占的重要成分之一，总量占的重要成分之一，总量占10%10%。燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院燕山大学环境与化学工程学院第44页，本讲稿共69页细胞核细胞核(nucleus)n n细胞核