脂质与生物膜 (3)精选课件.ppt

关于脂质与生物膜(3)第一页，本课件共有48页1 1三酰甘油和蜡三酰甘油和蜡2 2磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂3 3萜和类固醇萜和类固醇4 4血浆脂蛋白血浆脂蛋白5 5膜的分子组成和超分子结构膜的分子组成和超分子结构主要内容主要内容第二页，本课件共有48页四、血浆脂蛋白第三页，本课件共有48页血桨脂蛋白：指哺乳动物血浆(尤其是人)中的脂-蛋白质复合物。血浆脂蛋白可以把脂类(三酰甘油、磷脂、胆固醇)从一个器官运输到另一个器官。第四页，本课件共有48页血浆脂蛋白的分类、生成部位和功能？血浆脂蛋白的分类、生成部位和功能？第五页，本课件共有48页（1）乳糜微粒，密度非常低，运输甘油三酯和胆固醇酯，从小肠到组织肌肉和adipose组织。（2）极低密度脂蛋白VLDL，在肝脏中生成，将脂类运输到组织中，当VLDL被运输到全身组织时，被分解为三酰甘油、脱辅基蛋白和磷脂，最后，VLDL被转变为低密度脂蛋白。（3）低密度脂蛋白(LDL)，把胆固醇运输到组织，经过一系列复杂的过程，LDL与LDL受体结合并被细胞吞食。LDL可能与慢性心脏病与动脉粥样硬化有关。（4）高密度脂蛋白(HDL)，也是在肝脏中生成，可能负责清除细胞膜上过量的胆固醇。第六页，本课件共有48页第二部分第二部分 生物膜生物膜第七页，本课件共有48页第五章、生物膜的功能第五章、生物膜的功能1 1、将内含物与外环境分开、将内含物与外环境分开2 2、物质的运输、物质的运输3 3、能量的转换、能量的转换4 4、细胞的运动、细胞的运动5 5、繁殖、繁殖6 6、信号传递、信号传递7 7、与临近分子或细胞的相互作用、与临近分子或细胞的相互作用第八页，本课件共有48页5.2.15.2.1、生物膜的组成、生物膜的组成5.2.25.2.2、生物膜的分子结构、生物膜的分子结构5.2.35.2.3、生物膜的物质运输、生物膜的物质运输跨跨膜转运膜转运第九页，本课件共有48页5.2.1、生物膜的组成、生物膜的组成主主要要由由脂脂质质（主主要要是是磷磷脂脂、糖糖脂脂和和胆胆固固醇醇）、蛋蛋白白质质（包包括括酶酶）和和糖糖类类组组成，成，生生物物膜膜的的组组成成，因因膜膜的的种种类类不不同同而而有有很大的差别。很大的差别。第十页，本课件共有48页第十一页，本课件共有48页A、脂质、脂质一个典型的生物膜含有磷脂、糖一个典型的生物膜含有磷脂、糖脂和胆固醇。脂和胆固醇。由于磷脂和糖脂含有两条烃链尾由于磷脂和糖脂含有两条烃链尾巴，可以精巧的组装成巴，可以精巧的组装成脂双层脂双层。脂双层内的脂分子的疏水尾巴指脂双层内的脂分子的疏水尾巴指向双层内部，亲水头部与每一面向双层内部，亲水头部与每一面的水相接触。脂双层倾向于闭合的水相接触。脂双层倾向于闭合形成球形结构。形成球形结构。第十二页，本课件共有48页第十三页，本课件共有48页第十四页，本课件共有48页脂双层的应用脂双层的应用脂质体脂质体（liposome）磷脂分子在水溶液中自发形成脂双层，并自我磷脂分子在水溶液中自发形成脂双层，并自我封合成双层微囊，称为封合成双层微囊，称为脂质体（脂质体（liposomeliposome）。作为一种人造的微囊，用来向细胞或人体器官传送作为一种人造的微囊，用来向细胞或人体器官传送疫苗、麻醉药、酶或其它物质。疫苗、麻醉药、酶或其它物质。第十五页，本课件共有48页B、膜蛋白、膜蛋白生物膜中存在两种类型的膜蛋白：生物膜中存在两种类型的膜蛋白：内在内在膜蛋白、外周膜蛋白膜蛋白、外周膜蛋白内在膜蛋白也称内嵌膜蛋白，含有嵌入内在膜蛋白也称内嵌膜蛋白，含有嵌入脂双层疏水部位的疏水区。有些内在膜脂双层疏水部位的疏水区。有些内在膜蛋白横跨脂双层。蛋白横跨脂双层。外周膜蛋白通常通过离子键或氢键与膜外周膜蛋白通常通过离子键或氢键与膜脂的极性头部或内在膜蛋白结合。脂的极性头部或内在膜蛋白结合。第十六页，本课件共有48页穿膜蛋白含有跨越脂双层的疏水区穿膜蛋白含有跨越脂双层的疏水区一般具有跨膜多肽区的内在膜蛋白称为一般具有跨膜多肽区的内在膜蛋白称为穿膜蛋白穿膜蛋白。这是参与跨膜转运和信号传。这是参与跨膜转运和信号传递的蛋白质必须具备的特征。递的蛋白质必须具备的特征。单次跨膜蛋白：具有唯一一个跨膜的肽单次跨膜蛋白：具有唯一一个跨膜的肽段。段。多次跨膜蛋白：具有几个跨膜肽段。转多次跨膜蛋白：具有几个跨膜肽段。转运蛋白大多是多次跨膜蛋白。运蛋白大多是多次跨膜蛋白。第十七页，本课件共有48页第十八页，本课件共有48页C、糖类、糖类生物膜中的糖类大多与膜蛋生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合。白结合。血型糖蛋白血型糖蛋白A A，是生物化学，是生物化学中第一个被研究的穿膜糖蛋中第一个被研究的穿膜糖蛋白。白。它的穿膜结构域是一个非它的穿膜结构域是一个非常像含有常像含有1919个疏水氨基酸个疏水氨基酸残基的残基的-螺旋。螺旋。细胞外部残基上还连有许多细胞外部残基上还连有许多亲水性寡糖，这些寡糖的种亲水性寡糖，这些寡糖的种类和位置决定了人的血型。类和位置决定了人的血型。第十九页，本课件共有48页2.2.2、生物膜的分子结构、生物膜的分子结构脂双层内在膜蛋白外周膜蛋白第二十页，本课件共有48页流动镶嵌模型的描述流动镶嵌模型的描述膜蛋白看上去象是圆形的膜蛋白看上去象是圆形的“冰山冰山”漂浮漂浮在高度流动的脂双层在高度流动的脂双层“海海”中。内在膜中。内在膜蛋白插入或跨越脂双层，与疏水内部接蛋白插入或跨越脂双层，与疏水内部接触。外周膜蛋白与膜表面松散连接。生触。外周膜蛋白与膜表面松散连接。生物膜是一个动态结构，即膜中的蛋白质物膜是一个动态结构，即膜中的蛋白质和脂可以快速的在双层的每一层内，侧和脂可以快速的在双层的每一层内，侧向扩散。向扩散。第二十一页，本课件共有48页生物膜的两个主要特征生物膜的两个主要特征1 1、膜组份的不对称分布性、膜组份的不对称分布性2 2、生物膜的流动性、生物膜的流动性第二十二页，本课件共有48页膜组分的不对称分布性膜组分的不对称分布性脂在生物膜的内层和外层分布呈不对称性。脂在生物膜的内层和外层分布呈不对称性。以人以人红细胞质膜为例，鞘磷脂和磷脂酰胆碱占了外红细胞质膜为例，鞘磷脂和磷脂酰胆碱占了外膜总脂含量的膜总脂含量的80%80%以上；而在内膜上，占优势以上；而在内膜上，占优势的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸。的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸。第二十三页，本课件共有48页膜蛋白在膜两侧的分布也是不对称的膜蛋白在膜两侧的分布也是不对称的。有的蛋白质镶嵌在脂双层表面，有的则有的蛋白质镶嵌在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。个膜。第二十四页，本课件共有48页生物膜的流动性生物膜的流动性组成生物膜的脂和蛋白处于快速的运组成生物膜的脂和蛋白处于快速的运动之中。动之中。一个典型蛋白质分子在生物膜上的侧一个典型蛋白质分子在生物膜上的侧向扩散速率约为向扩散速率约为m/minm/min；而磷脂的；而磷脂的侧向扩散速率约为侧向扩散速率约为m/sm/s。与侧向扩散相反，脂质（或蛋白质）与侧向扩散相反，脂质（或蛋白质）从膜的一面翻转到另一面的速率非常从膜的一面翻转到另一面的速率非常缓慢。缓慢。第二十五页，本课件共有48页Hop diffusion of individual lipid molecules.第二十六页，本课件共有48页Hop diffusion of individual lipid molecules.The motion of a single fluorescent lipid molecule in a cell surface is recorded on video by fluorescence microscopy,with a time resolution of 25 s(equivalent to 40,000 frames/s).The track shown here represents a molecule followed for 56 ms(a total of 2,250 frames);the trace begins in the purple area and continues through blue,green,and orange.The pattern of movement indicates rapid diffusion within a confined region(about 250 nm in diameter,shown by a single color),with occasional hops into an adjoining region.This finding suggests that the lipids are corralled by molecular fences that they occasionally jump.第二十七页，本课件共有48页通过细胞膜融合实验证明生物膜运动性通过细胞膜融合实验证明生物膜运动性的示意图的示意图带有特异性蛋白和不同荧带有特异性蛋白和不同荧光标记的不同细胞光标记的不同细胞融合初期融合初期37C37C保温保温40min40min后后第二十八页，本课件共有48页2.2.3、跨膜转运、跨膜转运细细胞胞或或细细胞胞器器需需要要经经常常与与外外界界进进行行物物质交换以维持其正常的功能。质交换以维持其正常的功能。细细胞胞或或细细胞胞器器通通过过生生物物膜膜，从从膜膜外外选选择择性性地地吸吸收收所所需需要要的的养养料料，同同时时将将细细胞胞生生成成的的产产物物输输出出，并并排排出出废废物物的的过过程叫做程叫做跨膜转运跨膜转运。在在各各种种物物质质跨跨膜膜转转运运过过程程中中，细细胞胞膜膜起着重要的调控作用。起着重要的调控作用。第二十九页，本课件共有48页被动运输被动运输 被动扩散、协助扩散（被动扩散、协助扩散（facilitated diffusion）主动运输主动运输从热力学的观点看，物质的跨膜运输有从热力学的观点看，物质的跨膜运输有两种形式：两种形式：第三十页，本课件共有48页第三十一页，本课件共有48页A、简单扩散、简单扩散是一个热力学自发过程，不需要转运系统或分子的协助疏水的、小的、不带疏水的、小的、不带电荷的分子可以自由电荷的分子可以自由的扩散通过脂双层。的扩散通过脂双层。极性和带电荷的物极性和带电荷的物质不易通过脂双层。质不易通过脂双层。第三十二页，本课件共有48页B、协助扩散、协助扩散也是一个热力学自发过程，但需要转运蛋白的协助许多物质通过简单扩散过程穿过生物膜许多物质通过简单扩散过程穿过生物膜的速率远不能满足维持生命活动的需要，的速率远不能满足维持生命活动的需要，实际上，小分子的跨膜运输大都是通过实际上，小分子的跨膜运输大都是通过专一性运输蛋白的作用实现的。专一性运输蛋白的作用实现的。转运蛋白具有两个基本特点：转运蛋白具有两个基本特点：1 1）它们只）它们只在热力学允许的方向上帮助小分子的运在热力学允许的方向上帮助小分子的运输；输；2 2）它们对要转运的分子具有很强的）它们对要转运的分子具有很强的亲和性和专一性。亲和性和专一性。第三十三页，本课件共有48页第三十四页，本课件共有48页C、主动运输、主动运输需要供给能量主动运输可以逆浓度梯度转运，但需要主动运输可以逆浓度梯度转运，但需要能量。能量。主动运输可以利用不同形式的能源，常主动运输可以利用不同形式的能源，常用的是用的是 ATPATP。离子转运。离子转运ATPATP酶是一大类酶是一大类ATPATP驱动离子转运蛋白，几乎存在于所有驱动离子转运蛋白，几乎存在于所有细胞器官中，它们的作用是制造和维持细胞器官中，它们的作用是制造和维持跨质膜和细胞内器官的离子浓度梯度。跨质膜和细胞内器官的离子浓度梯度。第三十五页，本课件共有48页主动运输的特点主动运输的特点1 1、专一性、专一性2 2、运输速度可达到、运输速度可达到“饱和饱和”状态状态3 3、方向性、方向性4 4、选择性抑制、选择性抑制5 5、需要提供能量、需要提供能量第三十六页，本课件共有48页小分子的运输小分子的运输生物大分子的运输生物大分子的运输根据运输物质的分子大小，物质运输可以根据运输物质的分子大小，物质运输可以分为：分为：第三十七页，本课件共有48页小分子的跨膜运输小分子的跨膜运输小分子和离子跨膜运输除少数经简单扩小分子和离子跨膜运输除少数经简单扩散、离子载体运输外，多数借助于散、离子载体运输外，多数借助于2 2种类种类型的内在膜蛋白：型的内在膜蛋白：通道蛋白或孔蛋白通道蛋白或孔蛋白协助扩散协助扩散 转运蛋白转运蛋白协助扩散，主动运输协助扩散，主动运输第三十八页，本课件共有48页通道蛋白和孔蛋白使溶质扩散过膜通道蛋白和孔蛋白使溶质扩散过膜通道蛋白和孔蛋白是带有中央亲水通道通道蛋白和孔蛋白是带有中央亲水通道的跨膜蛋白。的跨膜蛋白。大小、电荷和几何形状都合适的溶质可大小、电荷和几何形状都合适的溶质可以顺着浓度梯度经通道快速的扩散。以顺着浓度梯度经通道快速的扩散。在动物细胞中含有许多通道蛋白，它们在动物细胞中含有许多通道蛋白，它们对某些离子高度特异。某些通道连续开对某些离子高度特异。某些通道连续开放，而另外一些象个门，响应某些刺激放，而另外一些象个门，响应某些刺激或开或关。或开或关。第三十九页，本课件共有48页第四十页，本课件共有48页转运蛋白通过构象变化转运蛋白通过构象变化实现物质跨膜运输实现物质跨膜运输许多转运蛋白的作用象个许多转运蛋白的作用象个“门门”，它们可以呈现，它们可以呈现出面向外或面向内的构象。当处于面向外构象的蛋出面向外或面向内的构象。当处于面向外构象的蛋白质结合一个特异的分子或离子后，经过构象转换白质结合一个特异的分子或离子后，经过构象转换变成面向内的构象，被转运的分子就在膜的内表面变成面向内的构象，被转运的分子就在膜的内表面释放，然后转运蛋白又重新转换为面向外构象。释放，然后转运蛋白又重新转换为面向外构象。转运蛋白构象的改变往往是被结合的转运物质激发转运蛋白构象的改变往往是被结合的转运物质激发的（葡萄糖）。在主动运输中，构象的改变是被的（葡萄糖）。在主动运输中，构象的改变是被ATPATP的水解或其它能源驱动的（的水解或其它能源驱动的（NaNa+,K,K+）。）。第四十一页，本课件共有48页葡萄糖首先与转运蛋葡萄糖首先与转运蛋白（白（GLUT1）的面向外）的面向外构象结合，然后当转构象结合，然后当转运蛋白构象改变时，运蛋白构象改变时，葡萄糖跨过脂双层。葡萄糖跨过脂双层。在面向细胞质一侧，在面向细胞质一侧，葡萄糖脱离转运蛋白，葡萄糖脱离转运蛋白，进入细胞质，而转运进入细胞质，而转运蛋白又变回起始构象。蛋白又变回起始构象。第四十二页，本课件共有48页Na+,K+的跨膜运输第四十三页，本课件共有48页Na+,K+的跨膜运输1 1、NaNa+,K,K+-ATPATP酶酶在膜内在膜内有钠的有钠的高亲和高亲和性位点性位点2 2、与、与钠结合钠结合后可以后可以将将ATPATP的的末端的末端的磷酸基磷酸基团转移团转移到酶上到酶上3 3、酶酶的构象的构象发生变发生变化，化，NaNa+被运输被运输到膜外到膜外4 4、NaNa+的亲的亲和性降和性降低，同低，同时时K K+的的高亲和高亲和性位点性位点暴露暴露5 5、K K+结合结合同时同时NaNa+释放释放6 6、在在K K+存在存在下，下，ATPATP酶去酶去磷酸化磷酸化7 7、酶酶的构象的构象发生变发生变化，化，K K+被运输被运输到膜内到膜内8 8、K K+的亲和的亲和性降低。性降低。K K+释放，释放，同时同时NaNa+的高亲的高亲和性位和性位点暴露点暴露NaNa+,K,K+-ATPATP酶酶通过水通过水解解ATPATP提供的提供的能量主能量主动向外动向外运输运输NaNa+,输输入入K K+第四十四页，本课件共有48页生理意义：不仅维持细胞的膜电位，成为可兴奋细胞，是神经、肌细胞等的活动基础，可调节细胞的体积和驱动某些细胞中糖和氨基酸的运送。第四十五页，本课件共有48页第四十六页，本课件共有48页大分子的跨膜运输大分子的跨膜运输蛋白质、多核苷酸或多糖等生物大分子甚至颗粒物的蛋白质、多核苷酸或多糖等生物大分子甚至颗粒物的运输主要是通过胞吐作用、胞吞作用运输主要是通过胞吐作用、胞吞作用原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统，原核生物在它们的质膜和外膜中含有多成分的输出系统，使得它们能够将某些蛋白质（往往是些毒素或酶）分泌使得它们能够将某些蛋白质（往往是些毒素或酶）分泌到细胞外介质中。在真核细胞中，蛋白质的输入和输出到细胞外介质中。在真核细胞中，蛋白质的输入和输出细胞分别通过胞吞和胞吐实现的。细胞分别通过胞吞和胞吐实现的。第四十七页，本课件共有48页感感谢谢大大家家观观看看第四十八页，本课件共有48页