脂和生物膜精选PPT.ppt

关于脂和生物膜第1页，讲稿共63张，创作于星期三 生物体内的脂肪酸通常与其他分子，例如甘油、鞘氨醇、磷酸、胆碱以及糖等形成三酰甘油、甘油磷脂、鞘磷脂和神经节苷脂等。其中甘油磷脂、鞘磷脂等磷脂与其他脂类不同，是具有极性头部和疏水尾部的两亲性分子，是细胞膜的主要成分。一个典型的生物膜含有磷脂、鞘脂和胆固醇（真核细胞）。甘油磷脂、鞘磷脂、类固醇是三个主要的膜脂。磷脂和鞘脂在一定的条件下可以像肥皂那样形成单层膜、微团和脂双层。第2页，讲稿共63张，创作于星期三 在实验室里通过对加有卵磷脂的溶液进行超声处理，可在实验室里通过对加有卵磷脂的溶液进行超声处理，可以形成以形成2种不同类型的脂质聚合体种不同类型的脂质聚合体微团微团和由和由脂双层脂双层构成的脂质构成的脂质小泡。小泡。微团微团可包含几个到上千个分子，是个疏水部位朝内，而亲可包含几个到上千个分子，是个疏水部位朝内，而亲水部位朝向外侧的水部位朝向外侧的单层单层球形结构。球形结构。由由脂双层脂双层构成的小泡内是一个水相空间，这样的脂构成的小泡内是一个水相空间，这样的脂双层结构称之双层结构称之脂质体脂质体，相当稳定，对许多物质是不通透的。，相当稳定，对许多物质是不通透的。第3页，讲稿共63张，创作于星期三第4页，讲稿共63张，创作于星期三8.7 膜的组成和结构膜的组成和结构脂双层脂双层 典型脂双层的厚度大约为典型脂双层的厚度大约为56nm。脂双层内的脂分子的。脂双层内的脂分子的疏水尾巴疏水尾巴指向指向双层内部，双层内部，亲水头部与每一面的水相接触亲水头部与每一面的水相接触。磷脂中带正电荷和负电荷的头部基团为脂双层提供了两层离子表面，双层磷脂中带正电荷和负电荷的头部基团为脂双层提供了两层离子表面，双层的内部是高度非极性的。的内部是高度非极性的。脂质体对许多物质是不通透的，由于脂质体对许多物质是不通透的，由于脂质体内部是一个水相空间脂质体内部是一个水相空间，可以，可以用来包裹药物分子，所以利用脂质体将药物带到体内特定组织曾引起较大用来包裹药物分子，所以利用脂质体将药物带到体内特定组织曾引起较大关注。关注。第5页，讲稿共63张，创作于星期三脂双层形成了所有生物膜的基础脂双层形成了所有生物膜的基础，并赋予了生物膜很多的物理特性。并赋予了生物膜很多的物理特性。在生物膜中，不能形成脂双层的胆固醇和其他脂（大约占整个膜脂的在生物膜中，不能形成脂双层的胆固醇和其他脂（大约占整个膜脂的30）可以稳定地排列在其余）可以稳定地排列在其余70磷脂组成的脂双层中。磷脂组成的脂双层中。生物膜的另一个必要成分是蛋白质，蛋白质镶嵌在膜中或与膜表生物膜的另一个必要成分是蛋白质，蛋白质镶嵌在膜中或与膜表面结合，典型的含有蛋白质的生物膜的厚度大约是面结合，典型的含有蛋白质的生物膜的厚度大约是610nm。膜蛋。膜蛋白直接参与跨膜的分子转运、信号转导以及质膜和细胞骨架之间的相白直接参与跨膜的分子转运、信号转导以及质膜和细胞骨架之间的相互作用。互作用。第6页，讲稿共63张，创作于星期三不同种类的生物的同类生物膜结构成分不同不同种类的生物的同类生物膜结构成分不同 髓鞘草履虫第7页，讲稿共63张，创作于星期三同一细胞内各类细胞器的膜其脂类成分不同同一细胞内各类细胞器的膜其脂类成分不同 细胞自身具有控制各种细胞器中脂类的种类和含量的机制细胞自身具有控制各种细胞器中脂类的种类和含量的机制鼠肝细胞鼠肝细胞卵磷脂磷脂酰乙醇胺心磷脂第8页，讲稿共63张，创作于星期三 生物膜的内层和外层膜生物膜的内层和外层膜脂组成具有不对称性。脂组成具有不对称性。鞘磷脂和磷脂酰胆碱几鞘磷脂和磷脂酰胆碱几乎各占了人红细胞质膜外层乎各占了人红细胞质膜外层总脂含量的一半。总脂含量的一半。但它们在内膜的磷脂中但它们在内膜的磷脂中所占的比例却很少，占优势所占的比例却很少，占优势的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸丝氨酸。膜内层膜内层膜外层膜外层膜外层膜外层膜内层膜内层膜内层膜内层鞘鞘磷磷脂脂磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱磷磷脂脂酰酰乙乙醇醇胺胺磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸总总脂脂量量第9页，讲稿共63张，创作于星期三生物膜生物膜 镶嵌有蛋白质的脂双层，镶嵌有蛋白质的脂双层，起着分隔细胞和细胞器的作用。起着分隔细胞和细胞器的作用。1972年，年，Jonathan Singer 和和 Garth Nicolson提出了生物膜的提出了生物膜的流动镶嵌模型（流动镶嵌模型（fluid mosaic model）：）：磷脂构成脂双层；磷脂构成脂双层；膜蛋白膜蛋白看上去象是圆形的看上去象是圆形的“冰山冰山”飘浮在飘浮在高度流动的脂双层高度流动的脂双层“海海”中；中；内在膜蛋白内在膜蛋白插入或跨越脂双层；插入或跨越脂双层；外周膜蛋白外周膜蛋白与膜表面松散连接；与膜表面松散连接；膜蛋白质和脂可以快速地在双层中的每一层内膜蛋白质和脂可以快速地在双层中的每一层内侧向扩散侧向扩散。第10页，讲稿共63张，创作于星期三生物膜示意图生物膜示意图外周膜蛋白外周膜蛋白内在膜蛋白内在膜蛋白内在膜蛋白内在膜蛋白锚脂蛋白锚脂蛋白糖鞘脂的糖鞘脂的寡糖链寡糖链糖蛋白的糖蛋白的寡糖链寡糖链外周膜蛋白外周膜蛋白第11页，讲稿共63张，创作于星期三典型的真核细胞质膜结构示意图 生物膜主要是膜蛋白与由磷脂形成的脂双层构成的生物膜主要是膜蛋白与由磷脂形成的脂双层构成的，真核细胞质，真核细胞质膜还有胆固醇插入脂双层中。膜还有胆固醇插入脂双层中。膜蛋白：内在膜蛋白、外周膜蛋白和脂锚定膜蛋白第12页，讲稿共63张，创作于星期三膜蛋白：膜蛋白：1、内在膜蛋白内在膜蛋白 也也称称为为内内嵌嵌膜膜蛋蛋白白，插插入入或或跨跨越越脂脂双双层层，含含有有嵌嵌入入脂脂双双层层的的疏疏水水区区。很很多多内内在在跨跨膜膜蛋蛋白白都都含含有有一一个个或或多多个个跨跨膜膜-螺螺旋旋肽肽段段。穿穿膜膜的的内在膜蛋白通常参与生物分子跨膜转运和信号传递。内在膜蛋白通常参与生物分子跨膜转运和信号传递。血血型型糖糖蛋蛋白白A是是一一个个单单次次跨跨膜膜蛋蛋白白，含含有有一一个个由由19个个疏疏水水氨氨基基酸酸残基组成的跨膜残基组成的跨膜-螺旋螺旋。单单次次跨跨膜膜蛋蛋白白大大约约占占总总膜膜蛋蛋白白的的 510，受受体体蛋蛋白白一一般般都都属属于于这这类蛋白。类蛋白。第13页，讲稿共63张，创作于星期三血型糖蛋白血型糖蛋白A跨膜示意图跨膜示意图第14页，讲稿共63张，创作于星期三细菌视紫红质蛋白是一细菌视紫红质蛋白是一个有个有7个跨膜的个跨膜的 -螺螺旋肽段旋肽段，每个肽段大，每个肽段大约含有约含有25个氨基酸残个氨基酸残基。基。视紫红质位于嗜盐细菌视紫红质位于嗜盐细菌的质膜中，是一个光驱的质膜中，是一个光驱动的质子泵，利用光能动的质子泵，利用光能产生跨膜的质子浓度梯产生跨膜的质子浓度梯度，提供驱动度，提供驱动ATP合成合成的能量。的能量。细胞外空间细胞外空间细胞质细胞质第15页，讲稿共63张，创作于星期三 内内在在膜膜蛋蛋白白由由于于嵌嵌入入在在膜膜的的脂脂双双层层中中，分分离离这这类类蛋蛋白白需需要破坏蛋白和膜脂之间的疏水相互作用要破坏蛋白和膜脂之间的疏水相互作用。通通常常都都是是使使用用一一些些比比较较温温和和的的，不不会会使使蛋蛋白白质质变变性性的的去去污污剂剂破破坏坏疏疏水水相相互互作作用用，去去污污剂剂在在溶溶解解膜膜的的过过程程中中可可以以取取代代大大多多数膜脂，形成可溶性的微团。数膜脂，形成可溶性的微团。利利用用可可溶溶性性蛋蛋白白纯纯化化使使用用过过的的技技术术（如如凝凝胶胶过过滤滤、离离子子交交换换等等）将将去去污污剂剂溶溶解解的的膜膜蛋蛋白白分分离离出出来来，纯纯化化的的内内在在膜膜蛋蛋白白一一般般都都保保存存在在去去污污剂剂中中，一一旦旦除除去去去去污污剂剂，将将导导致致不不可可逆逆的的蛋白凝聚和沉淀。蛋白凝聚和沉淀。第16页，讲稿共63张，创作于星期三常用的溶解膜蛋白的去污剂常用的溶解膜蛋白的去污剂第17页，讲稿共63张，创作于星期三2、外周膜蛋白、外周膜蛋白 外周膜蛋白与内在膜蛋白不同，外周膜蛋白与内在膜蛋白不同，它们与膜的作用弱得多，它们与膜的作用弱得多，通常都是通过离子键和氢键与膜脂的极性头部或与内在膜通常都是通过离子键和氢键与膜脂的极性头部或与内在膜蛋白伸出膜表面的部位结合。蛋白伸出膜表面的部位结合。由于外周膜蛋白既没有共价连接在脂双层上，也没有嵌入在由于外周膜蛋白既没有共价连接在脂双层上，也没有嵌入在脂基质中，不需要切断共价键或破坏膜，脂基质中，不需要切断共价键或破坏膜，只要改变离子强度或只要改变离子强度或pH，就可很容易地将外周膜蛋白从膜上分离出来。，就可很容易地将外周膜蛋白从膜上分离出来。第18页，讲稿共63张，创作于星期三3、脂连膜蛋白、脂连膜蛋白（脂锚定膜蛋白）脂锚定膜蛋白）有些膜蛋白含有共价连接的脂，通过脂将该有些膜蛋白含有共价连接的脂，通过脂将该蛋白锚定在膜上。蛋白锚定在膜上。糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白脂酰锚定蛋白异戊烯锚定膜蛋白第19页，讲稿共63张，创作于星期三外周蛋白内在膜蛋白脂连膜蛋白第20页，讲稿共63张，创作于星期三膜蛋白结构的预测膜蛋白结构的预测 一般生物膜的厚度为一般生物膜的厚度为30埃。因此连续埃。因此连续20个具有高度疏水性个具有高度疏水性的氨基酸残基的存在是跨膜蛋白的一个证据。的氨基酸残基的存在是跨膜蛋白的一个证据。20 x0.15nm=30埃埃 血型糖蛋白血型糖蛋白A被预测有一个跨膜区。被预测有一个跨膜区。第21页，讲稿共63张，创作于星期三膜蛋白结构的预测膜蛋白结构的预测细菌视紫红质蛋白被预测有细菌视紫红质蛋白被预测有7个跨膜片段。每个片段大个跨膜片段。每个片段大约含有约含有25个氨基酸残基。个氨基酸残基。第22页，讲稿共63张，创作于星期三 膜膜的的流流动动性性是是流流动动镶镶嵌嵌模模型型的的特特征征之之一一，膜膜的的流流动动性性指指的的是是生生物物膜膜内内分分子子的的运运动动性性，包包括括膜膜脂和膜蛋白在膜内的运动。脂和膜蛋白在膜内的运动。8.8 膜的流动性膜的流动性第23页，讲稿共63张，创作于星期三膜脂的膜脂的侧向扩散：侧向扩散：膜膜中中的的同同一一层层脂脂类类分分子子很很容容易易与与邻邻近近的的分分子子交交换换位位置置，这这样样的的运运动动称称为为侧侧向向运运动动或或侧侧向向扩扩散散。膜膜脂脂的的侧侧向向运运动动速速度度非非常常快快，在在一一个个大大约约2m长长的的细细菌菌细细胞胞中中，一一个个磷磷脂脂分分子子在在37下下从从一一端端扩扩散散到到另一端大约另一端大约只需一秒钟只需一秒钟。横向扩散横向扩散横向扩散横向扩散（也称为翻转）：（也称为翻转）：双双双双层层层层中中中中的的的的某某某某一一一一层层层层内内内内的的的的脂脂脂脂过过过过渡渡渡渡到到到到另另另另一一一一层层层层是是是是非非非非常常常常慢慢慢慢的的的的，大大约约比比同同一一层层内内的的任任何何两两个个脂脂的的交交换换慢慢109倍倍，要要实实现现这这一一过过程程需需要要很很大大的的激激活活能能。在在哺哺乳乳动动物物细细胞胞中中含含有有翻翻转转酶酶或或转转运运酶酶，能能够够将将特特定定的的磷磷脂脂从从脂脂双双层层的的一层转移到另一层。一层转移到另一层。第24页，讲稿共63张，创作于星期三 侧侧向向扩扩散散横横横横向向向向扩扩扩扩散散散散膜脂在脂双层膜中的扩散膜脂在脂双层膜中的扩散 第25页，讲稿共63张，创作于星期三膜流动性也取决于膜脂组成和结构，由带有单一磷脂构成的脂膜流动性也取决于膜脂组成和结构，由带有单一磷脂构成的脂双层在低温时处于一种双层在低温时处于一种有序的凝胶相有序的凝胶相，脂酰链呈现伸展的构象，脂酰链呈现伸展的构象，此时的此时的Van der Waals接触最大，形成晶体排列。接触最大，形成晶体排列。当脂双层被加热时，发生了类似于当脂双层被加热时，发生了类似于晶体融解的相转换，形晶体融解的相转换，形成液晶相成液晶相，此时的膜脂是高度无序的，脂酰链之间松散。，此时的膜脂是高度无序的，脂酰链之间松散。因为脂酰基的烃链并没有象低温时那样伸展，所以在相因为脂酰基的烃链并没有象低温时那样伸展，所以在相转换期间，转换期间，脂双层的厚度大约减少了脂双层的厚度大约减少了15。相转换温度相转换温度第26页，讲稿共63张，创作于星期三有序的凝胶相有序的凝胶相有序的凝胶相有序的凝胶相无序的液晶相无序的液晶相无序的液晶相无序的液晶相加热加热冷却冷却第27页，讲稿共63张，创作于星期三 由单一类型磷脂做由单一类型磷脂做成的脂双层的热吸成的脂双层的热吸收曲线有一很陡的收曲线有一很陡的峰，峰顶对应的温峰，峰顶对应的温度称为度称为相转换温度相转换温度，也称为熔点（也称为熔点（Tm）。第28页，讲稿共63张，创作于星期三向磷脂中加入胆固醇，脂双层相变温度没变，但热吸收曲线的峰变宽，变平缓。这是由于胆固醇打乱了伸展的脂酰链的有序组装，阻止形成凝胶相，增加了膜的流动性，使脂双层在较低温度下就开始相变，热吸收曲线像个丘陵，而不是一个陡峰。第29页，讲稿共63张，创作于星期三 同同时时胆胆固固醇醇的的刚刚性性环环结结构构也也会会限限制制其其它它膜膜脂脂酰酰链链的的运运动动，降降低低膜膜流流动动性性。因因而而胆胆固固醇醇的的存存在在有有助助于于维维护护动动物物细细胞胞膜膜流流动动性的恒定。性的恒定。不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸中中顺顺式式双双键键使使得得脂脂酰酰链链产产生生一一个个扭扭转转，可可增加脂双层的流动性，降低相转换温度增加脂双层的流动性，降低相转换温度。18：0二二硬硬脂脂酰酰脂脂双双层层的的相相转转换换温温度度是是54，而而18：1二二油酰磷脂酰胆碱的脂双层的相转换温度却是油酰磷脂酰胆碱的脂双层的相转换温度却是20。增增加加饱饱和和脂脂肪肪酸酸链链长长会会增增加加Van der Waals相相互互作作用用，可可以以稳定凝胶相，使相转换温度增高，同时稳定凝胶相，使相转换温度增高，同时使脂双层的流动性降低使脂双层的流动性降低。第30页，讲稿共63张，创作于星期三 对于许多生物来说，膜的流动性是相对恒定的。维持膜流动性恒对于许多生物来说，膜的流动性是相对恒定的。维持膜流动性恒定很重要，因为流动性的变化会影响膜蛋白质的催化功能。定很重要，因为流动性的变化会影响膜蛋白质的催化功能。通过改变膜脂中不饱和与饱和脂肪酸残基比例可以调节膜的流动性，通过改变膜脂中不饱和与饱和脂肪酸残基比例可以调节膜的流动性，例如当细菌在低温下生长时，就会通过增加不饱和脂酰基来维持膜的例如当细菌在低温下生长时，就会通过增加不饱和脂酰基来维持膜的流动性。流动性。大多数温血生物都维持着恒定体温，膜中不饱和与饱和脂酰基的比大多数温血生物都维持着恒定体温，膜中不饱和与饱和脂酰基的比例变化很小。例变化很小。第31页，讲稿共63张，创作于星期三 生物体在不同温度下如何保持生物体在不同温度下如何保持其膜流动性的相对稳定？其膜流动性的相对稳定？第32页，讲稿共63张，创作于星期三膜蛋白在脂双层中的侧向扩散的实验证明膜蛋白在脂双层中的侧向扩散的实验证明 用用特特异异抗抗人人细细胞胞膜膜上上的的蛋蛋白白的的抗抗体体标标记记人人细细胞胞，用用特特异异抗抗小小鼠鼠细细胞胞膜膜上上的的蛋蛋白白的的抗抗体体标标记记小小鼠鼠细细胞胞。抗抗人人抗抗体体和和抗抗鼠鼠抗抗体体分分别别标标记不同颜色的荧光记不同颜色的荧光。进进行行小小鼠鼠细细胞胞和和人人细细胞胞融融合合实实验验。通通过过免免疫疫荧荧光光显显微微镜镜观观察察两两种标记的细胞融合后细胞膜上膜蛋白是否在脂双层中移动。种标记的细胞融合后细胞膜上膜蛋白是否在脂双层中移动。开开始始两两种种标标记记颜颜色色并并没没有有混混合合，大大约约在在融融合合后后40分分钟钟，观观察察到到细细胞胞表表面面出出现现颜颜色色混混合合，说说明明膜膜蛋蛋白白快快速速地地在在脂脂双双层层中中扩扩散散了了。第33页，讲稿共63张，创作于星期三人工诱导细人工诱导细人工诱导细人工诱导细胞融合胞融合胞融合胞融合膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白 侧侧侧侧向扩散向扩散向扩散向扩散人细胞人细胞鼠细胞鼠细胞第34页，讲稿共63张，创作于星期三光漂白荧光恢复技术光漂白荧光恢复技术测量膜蛋白扩散速度测量膜蛋白扩散速度 首先将培养细胞的内在膜蛋白荧光标记，然后将标记的细胞在显微镜下用强荧光脉冲束照射被固定的细胞的某一部分，处于这部分的荧光分子会发生不可逆的漂白，结果在该照射部分留下了一个漂白的空斑。第35页，讲稿共63张，创作于星期三光漂白荧光恢复技术光漂白荧光恢复技术测量膜蛋白扩散速度测量膜蛋白扩散速度 被漂白分子扩散出漂白区，而周围未受激光照射的荧光分子扩散进入漂白区，漂白区荧光恢复。荧光恢复速率取决于荧光标记膜蛋白的扩散速率。证明膜蛋白能够侧向运动，也提供了一个直接测量膜蛋白的扩散速率的方法。第36页，讲稿共63张，创作于星期三某些膜蛋白的移动受到一定的限制某些膜蛋白的移动受到一定的限制 红细胞的外周蛋白主要位于红细胞膜的表面，并编织成纤维红细胞的外周蛋白主要位于红细胞膜的表面，并编织成纤维状的骨架结构状的骨架结构,以维持红细胞的形态以维持红细胞的形态,限制膜整合蛋白的移动。限制膜整合蛋白的移动。第37页，讲稿共63张，创作于星期三生物膜的分离生物膜的分离通过差速离心可以将质膜和胞内膜与各种细胞器分开。细胞通过匀浆或超声破碎，可以将质膜和内质网膜以及高尔基体膜缩成直径不到0.5m的封闭泡。每种膜的密度不同，可以通过庶糖密度梯度离心将不同的膜分开。差速离心差速离心庶糖密度梯度离心庶糖密度梯度离心第38页，讲稿共63张，创作于星期三生物膜是一个双层脂质结构生物膜是一个双层脂质结构 红细胞的质膜 红细胞不含有核或其他的内部细胞器，红细胞是质膜的最便利的来源。在低渗溶液中裂解，通过洗涤将胞质蛋白除去，可以获得大量的无其他细胞污染的质膜(称为红细胞“血影）。第39页，讲稿共63张，创作于星期三溶质的溶质的跨膜运动跨膜运动 一些疏水的、小的非极性分子可以自由地扩散通过细胞膜，但是对大多数带电的和极性的分子来说，脂双层是几乎不可逾越的壁垒，这些物质进出质膜必须要通过膜的一些转运途径来完成，主要有被动转运被动转运和需要能量支持的主动转运，主动转运，二者需二者需转运蛋白协助完成转运蛋白协助完成。第40页，讲稿共63张，创作于星期三单向转运 S1和S2同向转运 S1和S2反向转运 转运蛋白对转运的分子是特异的，最简单的一类转运蛋白只携带一种类型的溶质跨膜转运，称为单向转运。许多转运蛋白可进行两种溶质的协同转运，即两种溶质同向转运或反向转运。第41页，讲稿共63张，创作于星期三8.9 跨膜转运跨膜转运1、被动转运、被动转运（简单扩散（简单扩散+易化扩散）易化扩散）易化扩散：利用载体，易化扩散：利用载体，特定的小分子或离子从高浓度流向低浓度。特定的小分子或离子从高浓度流向低浓度。小分子和离子小分子和离子的跨膜转运借助于膜孔蛋白和通道蛋白、载体蛋白以的跨膜转运借助于膜孔蛋白和通道蛋白、载体蛋白以及离子载体。及离子载体。（1）通道蛋白和膜孔蛋白）通道蛋白和膜孔蛋白 通道蛋白和膜孔蛋白是通道蛋白和膜孔蛋白是带有带有中央亲水通道的中央亲水通道的跨膜蛋白跨膜蛋白。术术语语膜膜孔孔蛋蛋白白常常用用于于细细菌菌；术术语语通通道道蛋蛋白白常常用用于于动动物物，通通道道蛋蛋白白对对某些离子高度特异。某些离子高度特异。大小、电荷和几何形状都合适的溶质可以沿着由高到低的浓度梯度经通道快速地扩散。第42页，讲稿共63张，创作于星期三 革兰氏阴性菌的外膜富含膜孔蛋白，能够使细胞外的离子和许多小的极性溶质进入细胞内。研究表明，膜孔蛋白或是单体，或是由相同亚基组成的三聚体，每个亚基由1618股反向平行-折叠片构成一个反平行-桶，桶中间为一个小的极性溶质可通行的通道。第43页，讲稿共63张，创作于星期三 动动物物中中有有许许多多通通道道蛋蛋白白，对对某某些些离离子子具具有有高高度度特特异异性性。某某些些通通道道连连续续开开放放，而而另另外外一一些些则则有有“门门”，响响应应某某些些刺刺激激或或开开或关。这类通道蛋白主要有两种：或关。这类通道蛋白主要有两种：1.配配体体-门门（ligand-gated)离离子子通通道道：其其开开关关是是响响应应一一个个特特殊殊的的化学信号。化学信号。2.电电压压-门门（voltage-gated)离离子子通通道道：其其开开关关是是响响应应膜膜的的电电特特性性的变化。的变化。3.应力应力-门（门（stretch-gated）通道：响应膜内的张力或膨胀压的变化）通道：响应膜内的张力或膨胀压的变化 第44页，讲稿共63张，创作于星期三乙酰胆碱受体：配体乙酰胆碱受体：配体-门离子通道门离子通道释放的乙酰胆碱与受体结合，释放的乙酰胆碱与受体结合，打开打开离子通道离子通道突触囊泡突触囊泡（a）在静止状态，通道关闭，后突触神经元的外侧带有更多的正电荷，而内侧带有更多的负电荷，形成一个膜电位，（b）当电脉冲到达前突触神经元时，前突触神经元释放乙酰胆碱,乙酰胆碱与后突触神经元的受体结合，使得离子通道打开，使得钠离子沿浓度梯度扩散，当离子进入细胞后，膜去极化。第45页，讲稿共63张，创作于星期三（2）载体蛋白）载体蛋白 载体蛋白是跨膜蛋白分子，载体蛋白是跨膜蛋白分子，能与特定分子结合，能与特定分子结合，通过改变自身构象使这些分子通过膜。通过改变自身构象使这些分子通过膜。第46页，讲稿共63张，创作于星期三葡萄糖葡萄糖结合结合转运转运释放释放恢复恢复红细胞葡糖转运蛋白转运红细胞葡糖转运蛋白转运葡萄糖过程葡萄糖过程 葡糖转运蛋白存在两种葡糖转运蛋白存在两种构象：朝向细胞外表面构象：朝向细胞外表面的对葡萄糖高亲和性的的对葡萄糖高亲和性的的构象；朝向细胞内表的构象；朝向细胞内表面的对葡萄糖低亲和性面的对葡萄糖低亲和性的构象。的构象。葡萄糖从血液经葡萄糖从血液经葡萄葡萄糖转运蛋白糖转运蛋白沿着葡萄糖沿着葡萄糖浓度梯度降低方向进入浓度梯度降低方向进入红细胞内。红细胞内。第47页，讲稿共63张，创作于星期三被动转运蛋白被动转运蛋白的另一个例子是人红细胞膜的氯离子的另一个例子是人红细胞膜的氯离子-碳酸氢根离子碳酸氢根离子交换蛋白，又叫阴离子交换蛋白，执行二氧化碳和氯离子一对一的交换蛋白，又叫阴离子交换蛋白，执行二氧化碳和氯离子一对一的交换。交换。为了通过血液转运为了通过血液转运CO2至肺部排出，至肺部排出，在组织里在组织里，CO2首先通过首先通过扩散进入红细胞，然后在扩散进入红细胞，然后在碳酸酐酶碳酸酐酶碳酸酐酶碳酸酐酶催化下转换为可在血液中转运的溶催化下转换为可在血液中转运的溶解性更高的碳酸形式解性更高的碳酸形式（HCO3）。）。碳酸氢根与来自血液的碳酸氢根与来自血液的Cl-经阴离经阴离子交换蛋白交换排出红细胞。子交换蛋白交换排出红细胞。当碳酸氢根随着血液当碳酸氢根随着血液到达肺时到达肺时，HCO3经阴离子交换蛋白重新经阴离子交换蛋白重新进入红细胞进入红细胞，而，而Cl从红细胞中排出。从红细胞中排出。碳酸在碳酸酐酶催化下碳酸在碳酸酐酶催化下重新生成重新生成CO2，扩散出红细胞，进入血液，扩散出红细胞，进入血液，最终经肺排放掉。阴离子交换蛋白使得最终经肺排放掉。阴离子交换蛋白使得HCO3和和Cl的交换非常快。的交换非常快。第48页，讲稿共63张，创作于星期三血液血液第49页，讲稿共63张，创作于星期三（3）离子载体）离子载体 离子载体也是按照被动转运方式转运离子的。离子载体是离子载体也是按照被动转运方式转运离子的。离子载体是小的小的疏水性分子疏水性分子，可溶于膜脂双层中可溶于膜脂双层中。离子载体包括离子载体包括载体性离子载体载体性离子载体和和通道形成性离子载体通道形成性离子载体。大部分大部分离子载体是微生物合成的，其中有些已被用作抗生素。离子载体是微生物合成的，其中有些已被用作抗生素。缬氨霉素就是一种缬氨霉素就是一种载体性载体性离子载体。缬氨霉素在膜的离子载体。缬氨霉素在膜的一侧一侧结合结合K，然后顺着电化学梯度通过脂双层，到了膜的然后顺着电化学梯度通过脂双层，到了膜的另一侧释另一侧释放放K。缬氨霉素可使。缬氨霉素可使K+K+的扩散速率提高的扩散速率提高10105 5倍，但是它不能有效地倍，但是它不能有效地提高提高NaNa+的扩散速度。的扩散速度。第50页，讲稿共63张，创作于星期三（a）载体性离子载体通过脂双层扩散转运离子）载体性离子载体通过脂双层扩散转运离子；第51页，讲稿共63张，创作于星期三（b）通道形成性离子载体通过跨膜通道转运离子）通道形成性离子载体通过跨膜通道转运离子第52页，讲稿共63张，创作于星期三 短杆菌肽A是一种通道形成性离子载体，由15个L和D氨基酸残基交替排列组成的线性多肽，可抑制革兰氏阳性菌。所有残基都是疏水的。两个短杆菌肽A以头对头方式（即N端对N端）方式形成二聚体，在膜中形成一个离子通道，可通过K、Na和H等离子。第53页，讲稿共63张，创作于星期三2、主动转运主动转运 主动转运在能量驱动下主动转运在能量驱动下可以逆浓度梯度或电位梯度转运生物分子，可以逆浓度梯度或电位梯度转运生物分子，主动主动转运可利用不同形式的能源，常用转运可利用不同形式的能源，常用腺苷三磷酸腺苷三磷酸（ATPATP）。主动转运的两种形式主动转运的两种形式初级主动转运：初级主动转运：直接利用直接利用ATP 次级主动转运次级主动转运：依靠存储在离子浓度梯度中的能量完成转运第54页，讲稿共63张，创作于星期三初级主动转运初级主动转运 以以Na+-K+ATP酶酶为为例例，当当细细胞胞外外K+浓浓度度大大约约为为5mmol/L时时，细细胞胞能能维维持持细细胞胞内内K+浓浓度度大大约约为为140mmol/L，而而Na+浓浓度度大大约约为为515mmol/L（细胞外（细胞外Na+浓度大约为浓度大约为145mmol/L）。）。膜内高钾，膜外高钠。膜内高钾，膜外高钠。维持离子浓度梯度的泵是维持离子浓度梯度的泵是Na+-K+ATP酶酶，是，是靠靠ATP驱动的反向转运系统，驱动的反向转运系统，每水解一分子每水解一分子ATP，就将两个，就将两个K+泵入泵入细胞内，而将细胞内，而将3个个Na弹出。弹出。每个每个Na+-K+ATP酶在最适细胞条件下，每分钟可以催化酶在最适细胞条件下，每分钟可以催化100个个ATP水解，水解，人处于休息状态时，人处于休息状态时，25%25%的能量用于维持的能量用于维持Na+-K+ATP酶的酶的活性。活性。第55页，讲稿共63张，创作于星期三Na+-K+ATP酶酶（钠钾泵）典型的初级主动转运例子（钠钾泵）典型的初级主动转运例子 通过通过Na+-K+ATP酶制造的酶制造的Na+梯度是用于动物细胞中包括葡萄梯度是用于动物细胞中包括葡萄糖转运在内的糖转运在内的次次级主动转运的主要能源。级主动转运的主要能源。Na+-K+ATP酶是由酶是由和和两种类型亚基组成的内在膜蛋（两种类型亚基组成的内在膜蛋（22）亚基催化亚基催化ATP水解，含有一个面向细胞水解，含有一个面向细胞质质的的Na结合部位和面向细胞结合部位和面向细胞外的外的K结合部位；结合部位；亚基是糖蛋白，功能不清楚。亚基是糖蛋白，功能不清楚。第56页，讲稿共63张，创作于星期三第57页，讲稿共63张，创作于星期三钠-钾泵是在细胞膜上普遍存在的离子泵，简称钠泵。钠泵的活动对维持细胞正常的结构及功能具有重要的意义：钠泵活动造成的膜内外Na+和K+浓度差是细胞生物电活动产生的前提，一定程度上可影响静息电位的数值钠泵活动能维持细胞的正常形态、胞质渗透压、体积、pH、Ca2+浓度的相对稳定；钠泵活动造成的细胞内高K+，是细胞内许多代谢反应所必需的条件；钠泵活动所造成的膜内外Na+浓度势能差（势能储备）是其他物质继发性（次级）主动转运的动力。第58页，讲稿共63张，创作于星期三次级主动转运（继发性主动转运）次级主动转运（继发性主动转运）许多细胞的转运系统采用二级主动转运的方式，既首先许多细胞的转运系统采用二级主动转运的方式，既首先通通过过ATP的的水水解解，建建立立一一离离子子梯梯度度。然然后后当当这这一一离离子子顺顺着着电电势势梯梯度移动时，推动另一离子或溶质分子顺着同方向或反方向移动。度移动时，推动另一离子或溶质分子顺着同方向或反方向移动。通通过过Na+-K+ATP 酶酶制制造造的的的的Na+梯梯度度是是用用于于动动物物细细胞胞中中包包括括葡葡萄糖转运的次级主动转运的主要能源。萄糖转运的次级主动转运的主要能源。第59页，讲稿共63张，创作于星期三氧化氧化大肠杆菌半乳糖通透酶利用跨膜的质子梯度协同转运乳糖进入细胞第60页，讲稿共63张，创作于星期三 实际上细菌细胞内的乳糖浓度比细胞外浓度高，显然要将细胞实际上细菌细胞内的乳糖浓度比细胞外浓度高，显然要将细胞外乳糖移动到细胞内是个逆乳糖浓度的转运，所以需要能量来驱动。外乳糖移动到细胞内是个逆乳糖浓度的转运，所以需要能量来驱动。但是半乳糖通透酶并不是直接水解但是半乳糖通透酶并不是直接水解ATP，而是通过使质子沿着浓，而是通过使质子沿着浓度梯度通过酶本身进入细胞内来获取能量，利用获得的能量驱度梯度通过酶本身进入细胞内来获取能量，利用获得的能量驱动细胞外乳糖进入细胞内。动细胞外乳糖进入细胞内。为了维持细胞外高的质子浓度，就需要其它初级主动转运系统建立为了维持细胞外高的质子浓度，就需要其它初级主动转运系统建立质子梯度。这样的主动转运系统常称为质子泵质子梯度。这样的主动转运系统常称为质子泵，驱动质子泵的能量主驱动质子泵的能量主要是由燃料（例如糖、脂肪和蛋白质等）氧化提供的。要是由燃料（例如糖、脂肪和蛋白质等）氧化提供的。第61页，讲稿共63张，创作于星期三8.10 胞吞和胞吐胞吞和胞吐 胞吞胞吞是将环境基质中的组分运输到细胞内。一部分质膜内是将环境基质中的组分运输到细胞内。一部分质膜内陷，将部分细胞外液包裹，通过细胞膜分割以芽泡形式释放到陷，将部分细胞外液包裹，通过细胞膜分割以芽泡形式释放到细胞内。细胞内。胞吐胞吐是胞吞的逆过程。是胞吞的逆过程。第62页，讲稿共63张，创作于星期三感谢大家观看第63页，讲稿共63张，创作于星期三