《生物膜及其功能》PPT课件.ppt

第十四章 生物膜的结构与功能,Function and structure of bioomembranes,本章主要内容,生物膜的化学组成 生物膜的结构特点 物质的过膜运输 信号的过膜传导,第一节 生物膜的化学组成,生物膜（biomembranes） 是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。,A 细胞膜 B 腔膜 C 线粒体膜 D 消化泡（次级溶酶体） E 内质网膜 F 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。尚含有少量糖、金属离子和水（15%-20%）,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,（一）膜脂的种类,1、甘油磷脂 2、鞘磷脂 3、糖脂 4、胆固醇,化学组成,主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含16碳的软脂酸和18碳的油酸）相连，第3位碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。,甘油磷脂（Glycerophospholipids）,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,极性端,非极性端,糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。 结构为,糖脂（Glycosphingolipids）,半乳糖,（二）膜脂质的双亲性,微团,双分子层,脂质体,生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白 根据它们在膜上的定位情况： 可以分为外周蛋白和内在蛋白 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所,二、膜蛋白,外在蛋白 内在蛋白,跨膜蛋白,这类蛋白约占膜蛋白的2030%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。 外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。 外周蛋白能溶解于水。,外周蛋白（peripheral protein）,内在蛋白（integral protein）,内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。 这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。 内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。,三、膜糖,生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。 糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。 生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用。,生物膜的结构,第二节 生物膜的结构特点,一、膜的运动性,分子摆动、旋转异构运动、旋转运动、侧向运动等,膜蛋白的运动,相对运动较慢 侧向运动 旋转扩散,流动镶嵌模型,第三节 物质的过膜运输,单向转运,（同向、异向）,协同转运,基本方式,一、小分子与离子的过膜转运,（一）简单扩散（simple diffusion) 包括分子和离子的转运,顺浓度梯度 不需要能量,（二）促进扩散（facilitated diffusion）,1)由高浓度向低浓度 2）不需要能量 3）需通道蛋白或载体蛋白介导,（三）主动运输（active transport）,1）转运载体 2）消耗能量 3）逆浓度梯度,如：质子泵、钠-钾泵、钙泵等,主动运输、促进扩散、简单扩散,主动转运举例： Na+-K+ ATPase,是膜上的载体蛋白，称为Na-K泵或 Na-K-ATP酶 由22四个亚基组成,Na-K-ATP酶有两种不同的构型,胞外高Na+,低K+; 胞内高K+,低Na+,作用机制：,二、大分子物质的过膜转运,吞噬作用（phagocytosis）,细胞内吞噬较大的固体颗粒或分子复合物如微生物、细胞碎片等的过程。,第四节 信号的过膜传导,一、受体的概念,是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素、药物等）并与之结合的生物大分子。 生物大分子：大多是蛋白质，少量糖脂 受体多位于膜上（膜受体，多为镶嵌糖蛋白）， 少部分在胞内（胞内受体，均为DNA结合蛋白） 配体（ligand） 与受体结合的活性分子。是信息的载体，也称第一信使,二、受体的特点,可饱和性,受体的特点,专一性,可逆性,高亲和性,特定的作用模式,三、受体的分类,I型配体门通道型：乙酰胆碱 型G-蛋白偶联型：肾上腺素，糖原 型酪氨酸蛋白激酶型: 生长因子 型 DNA转录调节型,二、G蛋白偶联型受体系统,（一）G 蛋白：全称为GTP结合调节蛋白。是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。 三个亚基组成。,两种构象： 非活化型： ,GDP,活化型：,GTP,分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控,G蛋白相偶联受体：一条肽链形成的过膜蛋白，有7个跨膜-螺旋肽段往返于质膜的脂质双层中,即cAMP-PKA途径： 以靶细胞内cAMP浓度改变和激活蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）为主要特征，是激素调节物质代谢的主要途径,功能：1 调节物质代谢 2 调控基因表达,(二)蛋白激酶A(PKA)途径,配体与受体结合 交换GTP/GDP（G蛋白活化） 结合并激活AC（腺苷酸环化酶） 生成cAMP（第二信使） 激活PKA 发挥作用,（三）蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途径,即甘油二酯(diglyceride，DG)蛋白激酶C途径 甘油二酯(DG)是该途径的第二信使 当激素与受体结合后经G蛋白转导，激活磷脂酶C，由磷脂酶C将质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。,脂溶性的DG在膜上累积并使紧密结合在膜上的无活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰岛素、肾上腺素等激素和神经递质在细胞膜上的受体，还有糖原合成酶，DNA甲基转移酶，NaKATP酶和转铁蛋白等)的丝氨酸或苏氨酸的羟基磷酸化。引起细胞内的生理效应。,(四)IP3-Ca+/CaM途径：,IP3和Ca2+都是它的第二信使 IP3是水溶性的，在膜上水解生成后进入胞液内与内质网上的Ca2+ 门控通道结合，促使内质网中的Ca2+ 释人胞液中，胞内Ca2+ 水平的升高，使Ca2+钙调蛋白依赖性蛋白激酶(CaM酶)激活，而CaM酶再激活腺苷酸环化酶、 Ca2+Mg2+ATP酶等，产生各种生理效应。 IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以终止其第二信使作用。,三、酪氨酸蛋白激酶型受体系统 （一）酪氨酸蛋白激酶型受体 包括胰岛素，生长激素，细胞因子等多肽类激素和生长因子,糖蛋白，由一条或两条多肽链构成，一个跨膜螺旋结构 三个区 胞外区：配体识别和配体结合