生物膜与跨膜运送.ppt

第十二章 生物膜与跨膜运送 2 一、生物膜的组成与结构 3 一、生物膜的组成与结构 它们的膜称细胞内膜 原核细胞内膜系统不丰富，真核细胞中有很多 生物膜即指细胞外周膜和内膜系统的统称 具有特定功能的亚细胞结构和细胞器 ： 细胞核 溶酶体 线粒体高尔基体 4 （一）、生物膜的组成和性质 不同的细胞，不同的膜，各物质的组成含量不同 脂质:蛋白 = 1:4 4:1 膜功能越复杂，蛋白质种类越多，含量越大 蛋白质 脂质（主要是磷脂） 糖类 水和金属离子 生物膜 5 生物膜的化学组成（） 类别 蛋白质 脂质 糖类 神经髓鞘质膜 18 79 3 人红细胞 49 43 8 小鼠肝细胞 44 52 4 嗜盐菌紫膜 75 25 0 线粒体内膜 76 24 0 1、膜脂 1）脂质 6 糖 脂 蛋 白 生 物 膜 磷脂 糖脂 胆固醇 鞘氨醇的衍生物 构成生物膜的基质 两亲性使之在生物膜中呈 双分子排列，构成脂双层 甘油磷脂和鞘磷脂 动物细胞的质膜都含糖脂 对生物膜中脂质的流动性和渗 透性有一定的调节作用，是脊 椎动物膜流动性的关键调节剂 含量：动物细胞 植物细胞 质膜 内膜系统 9 膜的相变温度Tc 膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度 磷脂分子成膜后头基排列整齐，在Tc以下 时，尾链全部取反式构象（全交叉），排列整 齐，为凝胶相；而在Tc以上时，尾链成邻位交 叉，形成“结”而变成流动态，为液晶相。 10 （一）、生物膜的组成和性质 胆固醇的作用 使相变温度变宽，保持膜的流动性 当 t Tc，胆固醇阻扰磷脂尾链的分子异构 化运动，阻止向液晶态转化，降低膜的流动性， 使相变温度提高； 当 t Tc，膜可以流动 t Tc 磷脂发生相变 t Tc 17 磷脂分子的运动方式： a、在膜内侧向扩散或 移动，即分子同层 交换(2m/sec) b、在脂双层中翻转 c、烃链绕C-C键旋转 全反式构型和交叉式构型异构化 18 d、围绕与膜平面垂 直的轴左右摆动 e、围绕与膜平面垂 直的轴旋转 影响膜流动性的因素 、脂肪酸的链长和不饱和度 链 长：链越长越易排列 不饱和度：双键(cis)越多越不易排列 19 E.coli，420C时，FA/UFA = 1.6:1，27时为1:1 ， 防止膜在低温下过于刚硬 、胆固醇： 真核生物膜流动的关键调节剂 、其 它： 膜蛋白、鞘磷脂含量，温度、pH、离子强度 ， 金属离子等 膜脂的流动性影响膜蛋白的构象及在脂 双层中的包埋深度，即而影响膜的功能 膜蛋白 小鼠细胞人细胞 细胞融合 杂交细胞 、膜蛋白的运动性 侧向移动和旋转扩散 1970年，Frye 和 Edidin通过细胞 表面抗原分布的 变化证明了侧向 移动的运动形式 21 旋转扩散：相对定位不变，只能旋转，不能翻转 旋转扩散与脂质密切相关，70的脂质去除 时，旋转扩散为零 一般来说，旋转扩散慢于侧向扩散，膜蛋白 的侧向扩散显著慢于膜脂的侧向扩散。 （二）、生物膜的分子结构 22 二、生物膜的物质运送 （一）生物膜的主要功能 23 1、分隔细胞、细胞器 细胞及细胞器功能的专门化与分隔密切相关 2、物质运送 生物膜具有半透性阻障作用，膜上专一性的 分子泵可使物质跨膜运送 3、能量转换 如氧化磷酸化 4、信息的识别和传递 在生物通讯中起中心作用，细胞识别、细胞 免疫、细胞通讯都是在膜上进行的 24 （二）主动运送和被动运送 1、被动运输 物质从高浓度一侧顺浓度梯度的方向，通过 膜运输到低浓度一侧的过程 特点： 运输速率取决于物质在膜两侧的浓 度差和物 质的分子大小、所带电荷和在脂双层中的溶解性 该过程无需能量 25 2、主动运输 物质逆浓度梯度和逆电荷梯度的运输过程 特点：专一性 ：运送物质 饱和性：运输速率 方向性：恒定的离子浓度差 选择性抑制：乌本苷、根皮苷 需能量：细胞内Na 、K的主动运送 根据所运输分子的大小，物质运输 又分为小分子运输和大分子运输 非极性分子 不带电荷的极 性分子（小分 子、大分子） 带电荷的极性 分子或离子 （三）小分子 物质的运输 27 （三）小分子物质的运输 运输方式 单向运输 双向运输 协同运输 同向 反向 28 1、Na+,K+-泵 细胞内外存在离子梯度差，胞内高K+、 低Na+，胞外高Na+、低K+，这是由称为钠钾 泵的蛋白主动运送的结果 2、Na+,K+-ATP酶(Jens C. Skou,1997) Na+, K+-泵就是分布于膜上的Na+, K+-ATP酶 通过水解ATP主动向外运输Na+，而向内运输K+ 离子的跨膜运送大多通过专一性蛋白运送 29 （三）小分子物质的运输 30 3、Na+,K+-ATP酶作用机制构象变化假说 ATP：Na+,K+-泵的能源 维持细胞的膜电位； 调节细胞的体积； 驱动糖和氨基酸的运送 31 （四）生物大分子的跨膜运输 胞吐作用和胞吞作用 囊泡分泌泡 质膜 凡影响细胞分 泌的因素也会 影响胞吐作用 细胞内囊泡 32 （四）生物大分子的跨膜运输 吞噬作用 内吞直径达几微米以上的复合物或微生物 等的过程。如巨噬细胞吞并细菌 胞饮作用 将直径小于1微米的微滴吞入细胞