生物膜省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第十七章第十七章 生物膜生物膜 (Biomembrane)大连医科大学生物化学与分子生物学教研室大连医科大学生物化学与分子生物学教研室燕燕 秋秋 徐跃飞徐跃飞 张冬梅张冬梅 第1页 概概 述述 生物膜是包绕在细胞最外层细胞膜又称质膜生物膜是包绕在细胞最外层细胞膜又称质膜(plasma membrane)及各种细胞器及各种细胞器,如内质网、高尔如内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体及细胞核等内膜。基体、溶酶体、线粒体及细胞核等内膜。生物膜是一个物理屏障生物膜是一个物理屏障;生物膜还含有物质转运、生物膜还含有物质转运、分子识别、信息传递和能量交换等各种主要生物学分子识别、信息传递和能量交换等各种主要生
2、物学功效。功效。生物膜是由脂质、蛋白质和糖所组成复杂生物生物膜是由脂质、蛋白质和糖所组成复杂生物大分子复合体。大分子复合体。脂双分子层(脂双分子层(lipid bilayer)是细胞膜及其它细胞)是细胞膜及其它细胞器膜基本结构。器膜基本结构。第2页 第一节第一节 细胞膜分子组成细胞膜分子组成 化学组成化学组成 脂质脂质:细胞膜基本组分细胞膜基本组分 蛋白质蛋白质:参加完成生物膜主要功效参加完成生物膜主要功效 糖糖:以糖蛋白和糖脂形式存在以糖蛋白和糖脂形式存在 水和金属离子水和金属离子(少许少许)第3页一、脂质一、脂质性质性质 细胞膜基本骨架。细胞膜基本骨架。主要含磷脂、胆固醇和糖脂。主要含磷脂
3、、胆固醇和糖脂。膜脂均为亲水和亲脂兼性分子。膜脂均为亲水和亲脂兼性分子。含量、结构、理化性质对膜组成及膜功效含量、结构、理化性质对膜组成及膜功效 影响却不一样。影响却不一样。分类分类 主要三种主要三种.第4页 (一一)磷脂磷脂磷脂磷脂甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱(PC,(PC,亦称卵磷脂亦称卵磷脂)磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺(PE,(PE,亦称脑磷脂亦称脑磷脂)磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(PS)(PS)磷脂分类磷脂分类第5页 生物膜总脂(%)PC PE PS 鞘磷脂 胆固醇 糖脂 其它肝细胞 24 7 4 19 17 7 22红细胞 17 18 7 18 23 3 14神经髓
4、鞘 10 15 9 8 22 28 8线粒体 49 25 2 0 3 痕量 21内质网 40 17 5 5 6 痕量 27生物膜脂质分子组成和含量生物膜脂质分子组成和含量第6页 磷脂结构示意图、单分子层微团、脂双分子层和磷脂结构示意图、单分子层微团、脂双分子层和单层脂质体结构单层脂质体结构 第7页脂质体脂质体(liposome)闭合脂双分子层囊泡,为人工合成模拟闭合脂双分子层囊泡,为人工合成模拟生物膜结构。生物膜结构。单层脂质体单层脂质体 多层脂质体多层脂质体第8页(二二)胆固醇胆固醇 哺乳类动物细胞膜上胆固醇含量较高,占膜哺乳类动物细胞膜上胆固醇含量较高,占膜脂脂151530%30%。胆固醇
5、分散于磷脂分子之间。极性头部为刚性甾胆固醇分散于磷脂分子之间。极性头部为刚性甾环上所连接羟基环上所连接羟基,疏水尾部为含疏水尾部为含8 8个碳短烃链。个碳短烃链。第9页(三三)糖脂糖脂糖脂约占总脂糖脂约占总脂5%5%,存在于几乎全部细胞膜上。,存在于几乎全部细胞膜上。种类种类 甘油糖脂甘油糖脂:细菌和植物细胞膜上细菌和植物细胞膜上 鞘糖脂鞘糖脂:动物细胞膜上动物细胞膜上 第10页二、蛋白质二、蛋白质膜蛋白膜蛋白 外周蛋白外周蛋白 内在蛋白内在蛋白(镶嵌蛋白镶嵌蛋白)主要是经过静电引力及氢键与膜脂分子主要是经过静电引力及氢键与膜脂分子头部或膜内在蛋白相互作用而间接头部或膜内在蛋白相互作用而间接与
6、膜结合,结协力普通较弱,采取温和与膜结合,结协力普通较弱,采取温和伎俩就可使之与膜分离。伎俩就可使之与膜分离。含有两性分子性质,其疏水部分通常插含有两性分子性质,其疏水部分通常插入脂双层关键疏水区,而亲水部分暴露入脂双层关键疏水区,而亲水部分暴露在膜两侧水相中。在膜两侧水相中。第11页 膜蛋白在脂双分子层上定位膜蛋白在脂双分子层上定位(图中图中1 13 3 深色部分为外周蛋白,深色部分为外周蛋白,4 48 8 为内在蛋白为内在蛋白)第12页三、糖三、糖 细胞膜表面糖主要以糖蛋白、糖脂以及蛋白聚糖细胞膜表面糖主要以糖蛋白、糖脂以及蛋白聚糖等糖复合物中糖链形式存在。等糖复合物中糖链形式存在。糖萼糖
7、萼(glycocalyx):细胞膜上糖复合物糖链及所细胞膜上糖复合物糖链及所吸附吸附ECMECM中糖蛋白和蛋白聚糖糖链,在膜脂外表面中糖蛋白和蛋白聚糖糖链,在膜脂外表面相互交织,厚约相互交织,厚约5 52020nm。第13页第二节第二节 细胞膜结构及动力学特点细胞膜结构及动力学特点一、一、细胞膜结构特点细胞膜结构特点(一一)膜结构不对称性膜结构不对称性1细胞膜两侧膜分子分布不一样细胞膜两侧膜分子分布不一样 2细胞膜微区形成细胞膜微区形成微区(微区(microdomains):膜脂和膜蛋白分子分布不均一膜脂和膜蛋白分子分布不均一排列有序排列有序 相对稳定局部膜相对稳定局部膜结构结构聚集各种细胞膜
8、受体和信号分子聚集各种细胞膜受体和信号分子等等.脂筏(脂筏(lipid raft)小凹(小凹(caveolae,也称为膜窖)也称为膜窖)第14页 脂筏和小凹结构示意图脂筏和小凹结构示意图第15页(二)生物膜分子结构模型(二)生物膜分子结构模型 液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model)脂双分子层镶嵌着球脂双分子层镶嵌着球形蛋白质分子形蛋白质分子 流动性和膜蛋白分布不流动性和膜蛋白分布不对称性对称性 膜微区发觉膜微区发觉 第16页二、细胞膜动力学特点二、细胞膜动力学特点(一)膜分子运动(一)膜分子运动1 1膜脂运动膜脂运动 有以下几个方式:(有以下几个方式:(1 1)侧向扩
9、散)侧向扩散 (2 2)翻转运动)翻转运动 (3 3)旋转运动)旋转运动 (4 4)摆动运动)摆动运动 第17页1.1.磷脂分子运动方式磷脂分子运动方式 第18页2 2膜蛋白运动膜蛋白运动(1)(1)膜蛋白侧向扩散膜蛋白侧向扩散(2)(2)膜蛋白旋转运动膜蛋白旋转运动第19页(二)影响膜流动性原因二)影响膜流动性原因 1 1脂肪酸链长度与饱和度对膜流动性影响脂肪酸链长度与饱和度对膜流动性影响 2 2胆固醇对膜流动性影响胆固醇对膜流动性影响 3 3膜蛋白与膜脂分子相互作用对膜流动性影响膜蛋白与膜脂分子相互作用对膜流动性影响 4 4温度对膜流动性影响温度对膜流动性影响第20页第三节第三节 细胞膜转
10、运功效细胞膜转运功效 转运方式转运方式 被动转运被动转运主动转运主动转运简单扩散简单扩散易化扩散易化扩散初级转运初级转运次级转运次级转运第21页物质跨膜转运方式物质跨膜转运方式第22页(一)被动转运(一)被动转运 定义定义 被动转运是指物质顺浓度梯度被动转运是指物质顺浓度梯度 方向,即从膜高浓度一侧转运方向,即从膜高浓度一侧转运 到低浓度一侧运输过程。到低浓度一侧运输过程。特点特点 不消耗不消耗ATPATP 方式方式 简单扩散和易化扩散简单扩散和易化扩散第23页 1 1简单扩散简单扩散 定义定义 有些物质可经过细胞膜进行自由有些物质可经过细胞膜进行自由 扩散,扩散速度主要取决于膜扩散,扩散速度
11、主要取决于膜 两侧浓度差,并趋于到达扩散两侧浓度差,并趋于到达扩散 平衡。平衡。特点特点(1 1)不需要特异膜载体和能量供给)不需要特异膜载体和能量供给(2 2)通透速度和浓度梯度成正比)通透速度和浓度梯度成正比(3 3)分子通透速度与它们在水和油)分子通透速度与它们在水和油 相中分配系数、电离度、分子相中分配系数、电离度、分子 大小等原因相关。大小等原因相关。第24页2 2易化扩散易化扩散定义定义 是由膜上特异转运蛋白介导被是由膜上特异转运蛋白介导被 动转运。动转运。特点特点(1 1)分子扩散越过膜时,除浓度梯度外)分子扩散越过膜时,除浓度梯度外 不需要能量供给。不需要能量供给。(2 2)扩
12、散速度有饱和现象。)扩散速度有饱和现象。(3 3)对转运物质有高度特异性。)对转运物质有高度特异性。第25页易化扩散中载体蛋白易化扩散中载体蛋白“乒乓乒乓”构象构象第26页水蛋白通道发觉-年获诺贝尔化学奖1988年PeterAgre发觉了第一个水通道蛋白(CHIP28)1991年CHIP28基因被克隆1992年功效研究(表示CHIP28mRNA蟾蜍卵细胞在低渗溶液中快速胀大)取得了AQP高分辨率三维空间解析结构当前已经发觉了10余种AQPsPeterAgre和RoderickMacKinnon共享年获诺贝尔化学奖第27页AQP结构结构 第28页二、主动转运二、主动转运定义定义 主动运输是物质由
13、低浓度一侧主动运输是物质由低浓度一侧 跨膜转运到高浓度一侧,同时消耗跨膜转运到高浓度一侧,同时消耗 ATP ATP能量运输方式。能量运输方式。特点特点 (1 1)消耗能量)消耗能量 (2 2)逆浓度差)逆浓度差第29页(一)初级主动转运(一)初级主动转运1.1.ATPATP依赖性转运蛋白依赖性转运蛋白-Na+,K+-ATP酶2.NaNa+,K,K+-ATP-ATP酶与酶与NaNa+和和K K+转运转运第30页2.ABC转运蛋白转运蛋白 为为ATP依赖性转运蛋白,结构中含有依赖性转运蛋白,结构中含有高度保守高度保守ATP结合盒结合盒(ATP-binding cassettes,ABCs)结构域。
14、结构域。举例:举例:纤维囊性增生跨膜传导调整蛋白纤维囊性增生跨膜传导调整蛋白 多药耐药蛋白多药耐药蛋白 第31页(二二)次级主动转运次级主动转运小肠上皮细胞对葡萄糖跨膜运输小肠上皮细胞对葡萄糖跨膜运输第32页第四节生物膜与医学第四节生物膜与医学一、红细胞膜与医学一、红细胞膜与医学(一)红细胞膜可作为生物膜研究材料(一)红细胞膜可作为生物膜研究材料(二)人红细胞膜结构特点(二)人红细胞膜结构特点(三)红细胞膜异常与疾病(三)红细胞膜异常与疾病 棘状红细胞贫血棘状红细胞贫血 遗传性球形红细胞症遗传性球形红细胞症 遗传性椭圆形红细胞症遗传性椭圆形红细胞症 第33页二、脂质体在医学中应用二、脂质体在医
15、学中应用 研究膜组分对膜结构和功效影响。研究膜组分对膜结构和功效影响。膜蛋白拓扑学、作用机理及影响原因等研究膜蛋白拓扑学、作用机理及影响原因等研究。作为药品和基因载体作为药品和基因载体,将药品和基因靶向运输。将药品和基因靶向运输。第34页三、膜相关疾病三、膜相关疾病氨基酸转运蛋白基因突变:胱氨酸尿症氨基酸转运蛋白基因突变:胱氨酸尿症;心肌细胞心肌细胞Na+通道蛋白异常:先天性长通道蛋白异常:先天性长QT综合症;综合症;K+通道蛋白异常:通道蛋白异常:良性家族性新生儿惊厥症良性家族性新生儿惊厥症;AQP1表示异常:表示异常:肾源性尿崩症肾源性尿崩症;AQP2表示异常表示异常:充血性心衰发生充血性
16、心衰发生;产生抗乙酰胆碱受体抗体:重症肌无力。产生抗乙酰胆碱受体抗体:重症肌无力。第35页 问问 题题第36页单单 选选 题题第37页 1.1.经典细胞膜最可能含有以下哪种组成上经典细胞膜最可能含有以下哪种组成上 重量百分比重量百分比 A.35%35%脂脂,45%,45%蛋白质蛋白质,5%,5%碳水化合物碳水化合物,10%,10%RNA B.35%35%脂脂,55%,55%蛋白质蛋白质,5%,5%碳水化合物碳水化合物,0%,0%RNA C.20%20%脂脂,75%,75%蛋白质蛋白质,0%,0%碳水化合物碳水化合物,0%,0%RNA D.60%60%脂脂,30%,30%蛋白质蛋白质,0%,0%
17、碳水化合物碳水化合物,5%,5%RNA E.35%35%脂脂,40%,40%蛋白质蛋白质,20%,20%碳水化合物碳水化合物,0%,0%RNA第38页2.2.生物膜基本结构是生物膜基本结构是A.A.磷脂双层二侧各有蛋白质附着磷脂双层二侧各有蛋白质附着B.B.磷脂双层二侧各有糖附着磷脂双层二侧各有糖附着C.C.磷脂形成片层结构,蛋白质位于各个片层之间磷脂形成片层结构,蛋白质位于各个片层之间D.D.蛋白质为骨架,二层磷脂分别附着于蛋白质蛋白质为骨架,二层磷脂分别附着于蛋白质 两侧两侧E.E.磷脂双层为骨架,蛋白质附着于表面或插入磷磷脂双层为骨架,蛋白质附着于表面或插入磷 脂双层中脂双层中第39页3
18、.生物膜厚度在生物膜厚度在A.1100nm 左右左右B.10nm 左右左右 C.1nm 左右左右D.100nm 左右左右E.0.1 nm 左右左右第40页4.4.以下关于细胞膜结构和功效叙述,哪项是错以下关于细胞膜结构和功效叙述,哪项是错 误误 A.A.细胞膜厚度约为细胞膜厚度约为8nm 8nm 左右左右 B.B.细胞膜是含有特殊结构和功效半透膜细胞膜是含有特殊结构和功效半透膜 C.C.细胞膜是细胞接收外界或其它细胞影响门户细胞膜是细胞接收外界或其它细胞影响门户 D.D.细胞膜结构是以脂质双分子层为基质细胞膜结构是以脂质双分子层为基质 E.E.水溶性物质普通能自由经过细胞膜,而脂溶性水溶性物质
19、普通能自由经过细胞膜,而脂溶性 物质则不能物质则不能第41页5.5.以下哪一个酶或酶系统是位于线粒体内膜以下哪一个酶或酶系统是位于线粒体内膜 A.A.脂酰辅酶脂酰辅酶A A合成酶合成酶 B.B.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 C.C.脂酰辅酶脂酰辅酶A A氧化酶氧化酶 D.D.琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 E.E.核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶第42页6.6.脂双层是许多物质通透屏障脂双层是许多物质通透屏障,能自由通透能自由通透 极性物质是极性物质是 A.水水 B.分子量在分子量在5050以下以下 C.全部极性物质全部极性物质 D.强阳离子强阳离子 E.强阴离子强阴离子第43页7.7.以下哪个不是影响
20、膜流动性原因以下哪个不是影响膜流动性原因 A.A.脂质熔点脂质熔点 B.B.脂酸链长度及饱和度脂酸链长度及饱和度 C.C.胆固醇胆固醇 D.D.温度温度 E.E.糖蛋白含量糖蛋白含量第44页8.8.以下哪一个化合物是以下哪一个化合物是Na+,K+-ATP酶抑制酶抑制 剂剂 A.乌苯苷乌苯苷 B.叠氮化合物叠氮化合物 C.双香豆素双香豆素 D.根皮苷根皮苷 E.根皮素根皮素第45页9.9.以下哪一项不是单纯扩散特点以下哪一项不是单纯扩散特点A.不需要任何特异载体不需要任何特异载体B.扩散速率和浓度梯度成正比扩散速率和浓度梯度成正比C.扩散速率与它们本身分子大小相关扩散速率与它们本身分子大小相关D
21、.扩散速率与它们在膜疏水区域内脂溶性高低相关扩散速率与它们在膜疏水区域内脂溶性高低相关E.需要消耗能量需要消耗能量第46页10.10.主动转运与易化扩散不一样之处于于主动转运与易化扩散不一样之处于于 A.需要载体蛋白需要载体蛋白 B.扩散速度有饱和现象扩散速度有饱和现象 C.对转运物质有特异性对转运物质有特异性 D.不消耗能量使物质顺浓度梯度双向转运不消耗能量使物质顺浓度梯度双向转运 E.逆浓度梯度和消耗能量定向转运逆浓度梯度和消耗能量定向转运第47页11.Na11.Na+/K/K+-ATP-ATP酶是膜内在蛋白,由四个亚基组成酶是膜内在蛋白,由四个亚基组成 A.3.3个大亚基(个大亚基(亚基
22、)亚基),1,1个小亚基(个小亚基(亚基)亚基)B.2.2个大亚基(个大亚基(亚基)亚基),2,2个小亚基(个小亚基(亚基)亚基)C.1.1个大亚基(个大亚基(亚基)亚基),3,3个小亚基(个小亚基(亚基)亚基)D.4.4个大亚基(个大亚基(亚基)亚基)E.4.4个小亚基(个小亚基(亚基)亚基)第48页12.12.钠、钾离子转运属于钠、钾离子转运属于 A.A.被动转运被动转运 B.B.促进扩散促进扩散 C.C.主动转运主动转运 D.D.基因转位基因转位 E.E.胞吞作用胞吞作用第49页13.Na13.Na+,K K+-ATP-ATP酶主要存在于酶主要存在于 A.A.线粒体内膜线粒体内膜 B.B
23、.叶绿体膜叶绿体膜 C.C.细胞膜细胞膜 D.D.内质网系膜内质网系膜 E.E.溶酶体膜溶酶体膜第50页14.14.细胞膜脂质双分子层是细胞膜脂质双分子层是 A.A.细胞内容物和细胞环境间屏障细胞内容物和细胞环境间屏障 B.B.细胞接收处界和其它细胞影响门户细胞接收处界和其它细胞影响门户 C.C.离子进出细胞通道离子进出细胞通道 D.D.受体主要成份受体主要成份 E.E.抗原物质抗原物质第51页15.15.将膜蛋白分子完整地从膜上溶解下来将膜蛋白分子完整地从膜上溶解下来,可采取可采取 A.蛋白水解酶蛋白水解酶 B.透明质酸酶透明质酸酶 C.去垢剂去垢剂 D.糖苷水解酶糖苷水解酶 E.1.1mo
24、l/L NaCl 第52页16.16.物质跨膜主动转运是指转运时物质跨膜主动转运是指转运时 A.不需要不需要ATP B.需要需要ATP C.消耗能量消耗能量(不单指不单指ATP)D.需要转运蛋白需要转运蛋白 E.在一定温度范围内转运速度与绝对温度在一定温度范围内转运速度与绝对温度 平方成正比平方成正比第53页17.17.生物膜主要成份是脂与蛋白质生物膜主要成份是脂与蛋白质,它们主要它们主要 经过以下哪种化学键相连经过以下哪种化学键相连 A.氢键氢键 B.离子键离子键 C.疏水作用疏水作用 D.共价键共价键 E.范德华力范德华力第54页18.18.细胞膜脂双质双分子层中,镶嵌蛋白形式是细胞膜脂双
25、质双分子层中,镶嵌蛋白形式是 A.仅在内表面仅在内表面 B.仅在外表面仅在外表面 C.仅在两层之间仅在两层之间 D.仅在外表面与内表面仅在外表面与内表面 E.靠近膜内侧面、外侧面、贯通整个脂双靠近膜内侧面、外侧面、贯通整个脂双 层三种形式都有层三种形式都有第55页19.19.细胞膜脂双分子层中,脂质分子亲水端细胞膜脂双分子层中,脂质分子亲水端 A.均朝向细胞膜内表面均朝向细胞膜内表面 B.均朝向细胞膜外表面均朝向细胞膜外表面 C.外层朝向细胞膜外表面,内层朝向双分外层朝向细胞膜外表面,内层朝向双分 子层中央子层中央 D.都在细胞膜内外表面都在细胞膜内外表面 E.面对面地朝向双分子层中央面对面地
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