细胞膜及跨膜运输.pptx
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1、一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成生生物物膜膜脂类、蛋白质、糖类脂类、蛋白质、糖类 水、无机盐、金属离子水、无机盐、金属离子主要成分主要成分少量成分少量成分蛋白质蛋白质/脂类脂类:在不同种类生物膜中有所不同。在不同种类生物膜中有所不同。一般地说:一般地说:功能多而复杂的膜,蛋白质功能多而复杂的膜,蛋白质/脂类脂类 大;大;功能少而简单的膜,蛋白质功能少而简单的膜,蛋白质/脂类脂类 小。小。第一节第一节 细胞膜的分子结构和特性细胞膜的分子结构和特性第1页/共39页第一节第一节 细胞膜的分子结构和特性细胞膜的分子结构和特性一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组
2、成一、膜的化学组成(一一)膜脂膜脂生物膜上的脂类统称膜脂生物膜上的脂类统称膜脂。膜 脂磷磷 脂脂(phospholipid)phospholipid)糖糖 脂脂 (glycolipid)glycolipid)胆固醇胆固醇 (cholesterol)cholesterol)第2页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(一一)膜脂膜脂1 1、磷脂、磷脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱(磷脂酰胆碱(卵磷脂卵磷脂)磷脂酰乙醇胺(磷脂酰乙醇胺(脑磷脂脑磷脂)磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸类类型型磷酸甘油酯磷酸甘油酯磷脂酸(磷脂酸(前体前体)第3页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学
3、组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(一一)膜脂膜脂1 1、磷脂、磷脂结结 构构 极极性性头头部部(亲亲水水性性)非非极极性性尾尾部部(疏疏水水性性)鞘磷脂鞘磷脂第4页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(一一)膜脂膜脂2 2、胆固醇、胆固醇极极性性头头部部固固 醇醇 环环 结结 构构非非极极性性尾尾部部第5页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(一一)膜脂膜脂3 3、糖脂、糖脂糖脂与鞘磷脂相似,只是糖脂与鞘磷脂相似,只是头部头部不同。不同。常见糖脂:常见糖脂:脑苷脂脑苷脂;神经节苷脂神经节苷脂糖脂分子糖脂分子半乳糖苷
4、脂半乳糖苷脂鞘鞘胺胺醇醇第6页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(一一)膜脂膜脂膜脂分子的共同特点:膜脂分子的共同特点:都有都有亲水性亲水性和和疏水性疏水性两端,称两端,称兼性分子兼性分子或或双亲性分子双亲性分子(amphipathic moleculeamphipathic molecule)脂分子团脂分子团脂双分子层脂双分子层双亲性分子在水溶液中可形成两种排列方式:水水水水脂质体脂质体第7页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(二二)膜蛋白膜蛋白是膜功能的主要体现者。根据膜蛋白与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不
5、同,分为:膜内在蛋白膜周边蛋白脂锚定蛋白 第8页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(二二)膜蛋白膜蛋白1 1、膜内在蛋白、膜内在蛋白(integral protein)integral protein)贯穿脂双层,两端露出膜内外贯穿脂双层,两端露出膜内外跨膜蛋白跨膜蛋白非胞质面非胞质面脂脂双双分分子子层层胞质面胞质面1单次穿膜:单次穿膜:单条单条a-a-螺旋贯穿脂质双层螺旋贯穿脂质双层2多次穿膜:多次穿膜:数条数条a-a-螺旋折返穿越脂质双层螺旋折返穿越脂质双层内在膜蛋白具有内在膜蛋白具有双亲性双亲性,其亲水区域暴露在膜的内外表面与水相吸,其亲水区域暴露
6、在膜的内外表面与水相吸,它们的疏水区域嵌入膜内,与脂类分子疏水尾部通过它们的疏水区域嵌入膜内,与脂类分子疏水尾部通过疏水键疏水键结合,结合,不易分离提纯。不易分离提纯。第9页/共39页附在膜的内外表面,非共价地结合在跨膜蛋白上。附在膜的内外表面,非共价地结合在跨膜蛋白上。2 2、膜外在蛋白、膜外在蛋白 (extrinsic protein)extrinsic protein)一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(二二)膜蛋白膜蛋白非胞质面非胞质面脂脂双双分分子子层层胞质面胞质面膜外在蛋白都是水溶性蛋白质,膜外在蛋白都是水溶性蛋白质,多分布在膜的内表面,靠多分布在膜的
7、内表面,靠非共非共价键价键或其它较弱的键与膜表面或其它较弱的键与膜表面的的蛋白质分子蛋白质分子或或脂分子脂分子的的极性极性头部头部结合,因此只要改变溶液结合,因此只要改变溶液的的离子强度离子强度甚至甚至提高温度提高温度就可就可以从膜上分离下来。以从膜上分离下来。3 3、脂锚定蛋白、脂锚定蛋白 (lipid-linked protein)lipid-linked protein)脂锚定蛋白以脂锚定蛋白以共价键共价键与脂双层内的脂分子结合。与脂双层内的脂分子结合。第10页/共39页一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成一、膜的化学组成(三三)膜糖膜糖单糖或多聚糖单糖或多聚糖+膜膜 脂脂
8、共价键共价键糖糖 脂脂 (glycolipid)glycolipid)单糖或多聚糖单糖或多聚糖+膜蛋白膜蛋白糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)glycoprotein)共价键共价键功能:功能:细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起,形细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起,形 成一层外被,称成一层外被,称细胞外被或糖萼细胞外被或糖萼,具有重要生理作用,几乎涉及所有,具有重要生理作用,几乎涉及所有 细胞与环境相互作用的生物学现象。细胞与环境相互作用的生物学现象。细胞内细胞内脂脂双双层层膜膜蛋蛋白白细细胞胞外外被被膜膜蛋蛋白白第11页/共39页二、膜的分子结构二、膜的
9、分子结构 生物膜结构描述的历史回顾生物膜结构描述的历史回顾:19251925年年,Gorter Gorter 和和Grendell Grendell 用丙酮抽提红细胞膜中用丙酮抽提红细胞膜中的脂类并在水和空气界面上铺展成单分子层的脂类并在水和空气界面上铺展成单分子层,测量其测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因而首因而首次提出次提出细胞膜是由连续的脂双分子层组成的细胞膜是由连续的脂双分子层组成的。迄今为止,关于膜的几十种结构模型都是建立在迄今为止,关于膜的几十种结构模型都是建立在“脂双分子层脂双分子层”这一基础之上的。这一基础之上的。第12页/共
10、39页二、膜的分子结构二、膜的分子结构(一)片层结构模型(一)片层结构模型(lamella structure modellamella structure model)19351935年 Danielli Danielli 和 Davson Davson 提出蛋蛋白白质质 脂脂双双分分子子层层“蛋白质蛋白质-磷脂磷脂-蛋白质蛋白质”三夹板结构三夹板结构(二)单位膜模型(二)单位膜模型 (unit membrane modelunit membrane model)1959 1959年 Robertson Robertson 提出评价:评价:提出膜形态共性,解释了某些属性提出膜形态共性,解释了
11、某些属性不足之处:不足之处:无法解释膜的动态结构变化,无法解释膜的动态结构变化,显示不出各种膜之间的结构功能差异显示不出各种膜之间的结构功能差异第13页/共39页二、膜的分子结构二、膜的分子结构(三)液态镶嵌模型(三)液态镶嵌模型(fluid mosaic modelfluid mosaic model)19721972年,年,Singer Singer 和和 Nicolson Nicolson 总结提出,主要论点:总结提出,主要论点:1.流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体。2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。3.强调了膜的流动性和不对称性。脂双分子层脂双分子层极性头
12、部极性头部疏水尾部疏水尾部内在膜蛋白内在膜蛋白外在膜蛋白外在膜蛋白评价:评价:液态镶嵌模型可以解释膜中发生的很多现象,为人们普遍接受。不足之处不足之处:忽视了膜各部分流动性的不均匀性,忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的控制作用。晶格镶嵌模型晶格镶嵌模型板块镶嵌模型板块镶嵌模型补充完善液态镶嵌模型补充完善液态镶嵌模型第14页/共39页二、膜的分子结构二、膜的分子结构目前对膜的分子结构较为一致的看法:目前对膜的分子结构较为一致的看法:第15页/共39页三、膜的理化特性三、膜的理化特性不对称性和流动性(一)膜的不对称性(一)膜的不对称性1 1、膜蛋白分布的不对称性1)1)膜蛋白在脂双分子层中、膜内外的
13、位置分布是不对称的膜蛋白在脂双分子层中、膜内外的位置分布是不对称的2)2)膜蛋白在膜内的排布方向是不对称的膜蛋白在膜内的排布方向是不对称的2 2、膜脂的不对称性1)1)磷脂:磷脂:磷脂酰胆碱和和鞘磷脂多分布在膜外层多分布在膜外层 磷脂酰乙醇胺和和磷脂酰丝氨酸多分布在膜内层多分布在膜内层2)胆固醇:主要分布在膜外层。3)糖脂:全部分布在膜外层外层。膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。第16页/共39页三、膜的理化特性三、膜的理化特性(二)膜的流动性(二)膜的流动性1 1、膜脂的流动性膜脂的特性液晶态晶态晶态液晶态液晶
14、态液态液态相变相变相变温度相变温度膜脂分子的运动方式(1 1)烃链的旋转异构运动)烃链的旋转异构运动(2 2)脂肪酸链的伸缩和振荡运动)脂肪酸链的伸缩和振荡运动(3 3)膜脂分子的旋转运动)膜脂分子的旋转运动(4 4)侧向扩散运动)侧向扩散运动(5 5)翻转运动)翻转运动(1 1)(2 2)(3 3)(4 4)(5 5)第17页/共39页2 2、膜蛋白的运动性三、膜的理化特性三、膜的理化特性(二)膜的流动性(二)膜的流动性运动方式:侧向扩散、旋转扩散 细胞融合实验细胞融合实验“成帽反应成帽反应”3 3 3 3、影响膜脂流动性的因素、影响膜脂流动性的因素1 1)脂肪酸链的长度及不饱和程度)脂肪酸
15、链的长度及不饱和程度链长,流动性小;链短,流动性大饱和程度高,流动性小;反之,流动性大饱和程度高,流动性小;反之,流动性大 2 2)胆固醇与磷脂的比值)胆固醇与磷脂的比值调节膜质流动性,与温度有关 3 3)卵磷脂)卵磷脂/鞘磷脂的比例鞘磷脂的比例此比例小,流动性小;反之反之,流动性大 4 4)膜蛋白含量)膜蛋白含量如温度低,流动性小;反之反之,流动性大 5 5)其他影响因素)其他影响因素含量高,流动性小;反之反之,流动性大膜的流动性具有十分重要的功能意义。膜的流动性具有十分重要的功能意义。+第18页/共39页四、细胞外被和胞质溶胶四、细胞外被和胞质溶胶(一)细胞外被(糖萼)(一)细胞外被(糖萼
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- 细胞膜 运输
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