生物膜的结构与功能.ppt
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1、生物膜的结构与功能 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章主要内容本章主要内容生物膜的化学组成生物膜的化学组成生物膜的结构生物膜的结构物质的过膜运输物质的过膜运输信号的跨膜传导信号的跨膜传导第一节第一节 生物膜的化学组成生物膜的化学组成 生物膜(生物膜(biomembranesbiomembranes)是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。是包括细胞质膜在内的
2、细胞中全部膜结构的统称。A A 细胞膜细胞膜B B 腔膜腔膜C C 线粒体膜线粒体膜D D 消化泡(次级溶酶体)消化泡(次级溶酶体)E E 内质网膜内质网膜F F 分泌泡分泌泡 所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。尚含有少量糖、金属离子和水(尚含有少量糖、金属离子和水(15%-20%)一、膜脂一、膜脂(lipid)磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称,其中以磷脂为主要成分磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称,其中以磷脂为主要成分化学组成化学组成 主主主主要要要要是是是是磷磷磷磷酸酸酸酸甘甘甘甘油油油油二二二二脂脂脂脂。甘甘甘甘油油油油中中中中第第第第1
3、1 1 1,2 2 2 2位位位位碳碳碳碳原原原原子子子子与与与与脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸酯酯酯酯基基基基(主主主主要要要要是是是是含含含含16161616碳碳碳碳的的的的软软软软脂脂脂脂酸酸酸酸和和和和18181818碳碳碳碳的的的的油油油油酸酸酸酸)相相相相连连连连,第第第第3 3 3 3位位位位碳碳碳碳原原原原子子子子则则则则与与与与磷磷磷磷酸酸酸酸酯酯酯酯基基基基相相相相连连连连。不不不不同同同同的的的的磷磷磷磷脂脂脂脂,其其其其磷磷磷磷酸酸酸酸酯基组成也不相同酯基组成也不相同酯基组成也不相同酯基组成也不相同。甘油磷脂(甘油磷脂(Glycerophospholipids)磷脂分子中含有
4、亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链,是优良的两亲性分子肪酸链,是优良的两亲性分子极性端非极性端极性端非极性端极性端脂双层结构模型 糖糖脂脂也也是是构构成成双双层层脂脂膜膜的的结结构构物物质质。主主要要分分布布在在细细胞胞膜膜外外侧侧的的单单分分子子层层中中。动动物物细细胞胞膜膜所所含含的的糖糖脂主要是脑苷脂。脂主要是脑苷脂。结构为结构为糖脂(糖脂(Glycosphingolipids)半乳糖 根据在膜上的定位情况:根据在膜上的定位情况:外周蛋白外周蛋白 内在蛋白内在蛋白 膜蛋白是生物膜实施功能的基本场所。膜蛋白是生物膜实施功能的基本场所。二、膜蛋白二、膜蛋
5、白 这这这这类类类类蛋蛋蛋蛋白白白白约约约约占占占占膜膜膜膜蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的2020202030%30%30%30%,分分分分布布布布于于于于双双双双层层层层脂脂脂脂膜膜膜膜的的的的外外外外表表表表层层层层,主主主主要要要要通通通通过过过过静静静静电电电电引引引引力力力力或或或或范范范范德德德德华华华华力力力力与膜结合。与膜结合。与膜结合。与膜结合。外外外外周周周周蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与膜膜膜膜的的的的结结结结合合合合比比比比较较较较疏疏疏疏松松松松,容容容容易易易易从从从从膜膜膜膜上上上上分离出来。分离出来。分离出来。分离出来。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白能溶解
6、于水。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白(外周蛋白(peripheral proteinperipheral protein)内在蛋白内在蛋白(integral protein)内内内内在在在在蛋蛋蛋蛋白白白白约约约约占占占占膜膜膜膜蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的70-80%70-80%70-80%70-80%,蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的部部部部分分分分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。这这这这类类类类蛋蛋蛋蛋白白白白的的的的特特特特征征征征是是是是不不不不溶溶溶溶于于于于水水水水,主主主主要要要要靠靠靠靠疏疏疏疏水水水水
7、键键键键与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。内内内内在在在在蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与双双双双层层层层脂脂脂脂膜膜膜膜疏疏疏疏水水水水区区区区接接接接触触触触部部部部分分分分,由由由由于于于于没没没没有有有有水水水水分分分分子子子子的的的的影影影影响响响响,多多多多肽肽肽肽链链链链内内内内形形形形成成成成氢氢氢氢键键键键趋趋趋趋向向向向大大大大大大大大增增增增加加加加,因因因因此此此此,它它它它们们们们主主主主要要要要以以以以 -螺螺螺螺旋旋旋旋和和和和 -折折折折叠叠叠叠
8、形形形形式式式式存存存存在,其中又以在,其中又以在,其中又以在,其中又以 -螺旋更普遍。螺旋更普遍。螺旋更普遍。螺旋更普遍。跨膜蛋白跨膜蛋白三、膜糖三、膜糖 生生生生物物物物膜膜膜膜中中中中含含含含有有有有一一一一定定定定的的的的寡寡寡寡糖糖糖糖类类类类物物物物质质质质。它它它它们们们们大大大大多多多多与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。糖糖糖糖类类类类在在在在膜膜膜膜上上上上的的的的分分分分布布布布是是是是不不不不对对对对称称称称的的的的,全全全全部部部部都都都都处处处处于于于于细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜的的的
9、的外外外外侧侧侧侧。生生生生物物物物膜膜膜膜中中中中组组组组成成成成寡寡寡寡糖糖糖糖的的的的单单单单糖糖糖糖主主主主要要要要有有有有半半半半乳乳乳乳糖糖糖糖、半半半半乳乳乳乳糖糖糖糖胺胺胺胺、甘甘甘甘露露露露糖糖糖糖、葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖和和和和葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖胺胺胺胺等。等。等。等。生生生生物物物物膜膜膜膜中中中中的的的的糖糖糖糖类类类类化化化化合合合合物物物物在在在在信信信信息息息息传传传传递递递递和和和和相相相相互互互互识识识识别方面具有别方面具有别方面具有别方面具有重重重重要作用。要作用。要作用。要作用。第二节第二节 生物膜的结构生物膜的结构膜的运动性膜的运动性(1)磷脂分
10、子的运动:磷脂分子的运动:在膜内作侧向扩散或侧向移动;在膜内作侧向扩散或侧向移动;围绕围绕与膜平面垂直的轴作旋转运动;与膜平面垂直的轴作旋转运动;围绕与膜平面垂直的轴左右围绕与膜平面垂直的轴左右摆动;摆动;膜脂沿纵轴的上下振动;膜脂沿纵轴的上下振动;在脂双层中作翻转运动;在脂双层中作翻转运动;烃链围绕烃链围绕C-C键旋转而导致的异构化运动键旋转而导致的异构化运动(2)膜蛋白的运动膜蛋白的运动1970年Frye和Edidin所做的细胞融合实验。它们用细胞融合技术将小鼠细胞和人体细胞进行融合,并同时用不同的荧光抗体标记各自细胞表面的蛋白质。当两种细胞融合形成杂核细胞后,各自特定的蛋白质分布在各自膜
11、表面。一段时间后发现不同的蛋白质已均匀的分布在杂核细胞膜上。流动镶嵌模型流动镶嵌模型脂双分子层是细胞膜的主要结构支架;膜蛋白为球蛋白,分布于脂双层表面或嵌入脂分子中,有的甚至横跨整个脂双层;细胞膜具有流动性;组成细胞膜的各种成分在膜中的分布是不均匀的,即具有不对称性。第三节第三节 物质的过膜运输物质的过膜运输单向转运单向转运(同向、异向)(同向、异向)协同转运协同转运基本方式基本方式一、小分子与离子的过膜转运一、小分子与离子的过膜转运(一)简单扩散(一)简单扩散(一)简单扩散(一)简单扩散(simple diffusion)simple diffusion)包括分子和离子的转运包括分子和离子的
12、转运顺浓度梯度顺浓度梯度不需要能量不需要能量 (二)促进扩散(二)促进扩散(二)促进扩散(二)促进扩散(facilitated diffusionfacilitated diffusion)1)1)由高浓度向低浓度由高浓度向低浓度2 2)不需要能量不需要能量3 3)需通道蛋白或载体蛋白介导)需通道蛋白或载体蛋白介导(三)主动运输(三)主动运输(active transport)1 1)转运载体)转运载体2 2)消耗能量)消耗能量3 3)逆浓度梯度)逆浓度梯度如:质子泵、钠如:质子泵、钠-钾泵、钙泵等钾泵、钙泵等主动转运举例:主动转运举例:Na+-K+ATPase Na+-K+ATPase 是膜
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