《生物膜与物质运输》PPT课件.ppt

第第2 2章 生物膜与物质运输章 生物膜与物质运输 n n 几个概念几个概念： n n 细胞膜细胞膜(cell membrane)(cell membrane) n n 细胞内膜细胞内膜(cell endomembrane)(cell endomembrane) n n 生物膜生物膜(biomembrane)(biomembrane) n n 单位膜单位膜（unit membraneunit membrane） 学习内容学习内容 第一节、第一节、细胞膜的化学组成细胞膜的化学组成 第二节、第二节、细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构 第三节、第三节、生物膜的生物膜的特性特性 * * 第四节、第四节、细胞膜的功能细胞膜的功能* * 第五节、第五节、细胞膜与疾病细胞膜与疾病 ReviewReview 名词解释名词解释: : 被动运输被动运输 主动运输主动运输 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 协同运输协同运输 载体蛋白载体蛋白 通道蛋白通道蛋白 内膜系统内膜系统 胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用 吞噬作用吞噬作用 胞饮作用胞饮作用 生物膜生物膜 膜抗原膜抗原 膜受体膜受体 钠钾泵钠钾泵 配体配体 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用 n n 流动镶嵌模型概述：流动镶嵌模型概述： 1 1 基本内容；基本内容；2 2 主要特点；主要特点；3 3 不足之处。不足之处。 第一节、细胞膜的化学组成第一节、细胞膜的化学组成 1895年，英国的细胞生理学家奥弗通注意到， 脂溶性的化合物通过细胞膜的速度比水溶性的 化合物快。 1925年，美国生化学家高特等人发现，红细胞 膜所含的脂类若铺展成一个单分子层的话，其 面积等于细胞表面积的两倍。 1935年，通过表面张力的试验发现，细胞的表 面张力比水与油之间的表面张力要小得多。有人 在脂肪与水的模型中加入极少量的蛋白质，结果 表面张力就降低了很多。 （?） （?） （?） 第一节、细胞膜的第一节、细胞膜的化学组成化学组成 一、一、膜脂膜脂 二、二、膜蛋白膜蛋白 三、三、膜糖类膜糖类 一、膜脂一、膜脂（membrane lipidmembrane lipid） 膜脂膜脂 膜脂的膜脂的结构结构 具有一个具有一个极性头极性头( (亲水性亲水性) )和两个和两个 非极性的尾非极性的尾( (脂肪酸链脂肪酸链, ,疏水性疏水性) ) 兼性分子兼性分子 在液体环境中在液体环境中 (1) (1) 分子团分子团 (2) (2) 脂双分子脂双分子 种类：种类： 磷脂磷脂（甘油磷脂、鞘磷脂甘油磷脂、鞘磷脂） 胆固醇胆固醇 糖脂糖脂 磷脂磷脂 n n 是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的 5050以上。以上。 n n 磷脂的类型：磷脂的类型： n n 甘油磷脂甘油磷脂 n n 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱( (卵磷脂卵磷脂) ) n n 磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸 n n 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） n n 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 n n 鞘磷脂鞘磷脂 膜脂种类膜脂种类 n n 甘油磷脂的分子结构甘油磷脂的分子结构 膜脂种类膜脂种类 脂肪酸链 甘 油 磷脂酰碱基 磷酸基团 胆碱（或其他碱基） 膜脂种类膜脂种类 胆碱 丝氨酸 乙醇胺肌醇 磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱磷脂酰肌醇 n n 鞘磷脂的分子结构鞘磷脂的分子结构 鞘胺醇磷酸基团胆碱 一条脂肪酸链 膜脂种类膜脂种类 胆固醇胆固醇 n n 主要存在真核细胞主要存在真核细胞 膜上，含量一般不膜上，含量一般不 超过膜脂的超过膜脂的1/31/3， 植物细胞膜中含量植物细胞膜中含量 较少，其功能是提较少，其功能是提 高脂双层的力学高脂双层的力学稳稳 定性定性，调节脂双层，调节脂双层 流动性流动性，降低水溶，降低水溶 性物质的性物质的通透性通透性。 非极性尾部 固醇环结构 极性头部 膜脂种类膜脂种类 糖脂糖脂 n n 含量约占膜脂总量的含量约占膜脂总量的5 5以下以下 n n 目前已发现目前已发现4040余种糖脂余种糖脂 n n 结构与结构与鞘磷脂鞘磷脂很相似，只是头部由一个或多个糖残很相似，只是头部由一个或多个糖残 基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。 糖残基 鞘胺醇 脂肪酸链 膜脂种类膜脂种类 膜脂种类膜脂种类 半乳糖脑苷脂神经节苷脂唾液酸 n n 不同细胞各组成的比例不同，为什么？不同细胞各组成的比例不同，为什么？ 膜脂膜脂 膜脂结构膜脂结构 膜脂膜脂 (a) 分子团(b)球形脂双分子层 二二. .膜蛋白膜蛋白 基本类型基本类型 外周蛋白外周蛋白（2020-30-30） 内在蛋白内在蛋白（7070-80-80） 膜蛋白膜蛋白 外周蛋白外周蛋白 内在蛋白内在蛋白 三、膜糖三、膜糖 膜糖膜糖(1-10%)(1-10%) 糖脂糖脂 糖蛋白糖蛋白 膜糖膜糖 糖脂糖脂 半乳糖脑苷脂神经节苷脂唾液酸 膜糖膜糖 糖蛋白糖蛋白 膜糖膜糖 第二节第二节 膜的分子结构膜的分子结构 质膜结构的研究历史 n n 1. E. Overton 1. E. Overton 1895 1895 发现凡是溶发现凡是溶 于脂肪的物质很容于脂肪的物质很容 易透过植物的细胞易透过植物的细胞 膜，而不溶于脂肪膜，而不溶于脂肪 的物质不易透过细的物质不易透过细 胞膜，因此胞膜，因此推测细推测细 胞膜由连续的脂类胞膜由连续的脂类 物质组成。物质组成。 n n 2. E. Gorter & F. 2. E. Gorter & F. Grendel 1925 Grendel 1925 用有用有 机溶剂提取了人的红机溶剂提取了人的红 细胞质膜的脂类成分细胞质膜的脂类成分 ，将其铺展在水面，将其铺展在水面， 测出膜脂展开的面积测出膜脂展开的面积 二倍于细胞表面积，二倍于细胞表面积， 因而因而推测细胞膜由双推测细胞膜由双 层脂分子组成层脂分子组成。 质膜结构的研究历史 n n 3 3、J. Danielli & H. Davson 1935 J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的发现质膜的 表面张力比油水界面的张力低得多，表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中推测膜中 含有蛋白质含有蛋白质。19591959年在上述基础上提出了修正模年在上述基础上提出了修正模 型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道， 供亲水物质通过。供亲水物质通过。 质膜结构的研究历史 n n 4 4、J. D. Robertson J. D. Robertson 1959 1959 用超薄切片技术用超薄切片技术 获得了清晰的细胞膜获得了清晰的细胞膜 照片，显示暗照片，显示暗- -明明- -暗暗 三层结构，三层结构， 质膜结构的研究历史 n n S. J. Singer & G. Nicolson 1972 S. J. Singer & G. Nicolson 1972 根据根据 免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果 ，提出了，提出了“ “流动镶嵌模型流动镶嵌模型” ”。 质膜结构的研究历史 流动镶嵌模型流动镶嵌模型* * Fluid-mosaic modelFluid-mosaic model 基本要点基本要点（ 19721972年，年，Singer Singer 和和 Nicolson Nicolson 提出提出 ） 流动的流动的脂双分子层构成细胞膜的连续主体脂双分子层构成细胞膜的连续主体 蛋白分子以蛋白分子以不同方式不同方式镶嵌在脂双层分子中或结镶嵌在脂双层分子中或结 合在其表面合在其表面, , 膜蛋白是赋予生物膜功能的主要膜蛋白是赋予生物膜功能的主要 决定者决定者 膜的分子结构膜的分子结构 流动镶嵌模型流动镶嵌模型* * n n 主要特点主要特点：强调膜的强调膜的 n n 流动性流动性 n n 不对称性不对称性 n n 不足之处不足之处 n n 忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的 控制作用控制作用 n n 忽视了膜各部分流动性的不均性忽视了膜各部分流动性的不均性 膜的分子结构膜的分子结构 第三节、生物膜的特性第三节、生物膜的特性* * 一、一、膜的膜的流动性流动性 二、二、膜的膜的不对称性不对称性 一、膜的流动性一、膜的流动性 n n 1 1、膜脂的运动性膜脂的运动性 n n 2 2、膜蛋白的运动膜蛋白的运动 1 1、膜脂的运动性膜脂的运动性 液晶态液晶态 晶态晶态 相变温度相变温度 生物膜的流动性生物膜的流动性 膜脂的膜脂的运动方式运动方式 侧向扩散侧向扩散 旋转扩散旋转扩散 摆动摆动 伸缩震荡运动伸缩震荡运动 翻转翻转 影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素 脂肪酸链的长短脂肪酸链的长短, ,饱和度饱和度 胆固醇胆固醇 温度等都能影响膜的流动性温度等都能影响膜的流动性. . 生物膜的流动性生物膜的流动性 2 2、膜蛋白的运动、膜蛋白的运动 膜蛋白膜蛋白运动方式运动方式 侧向扩散侧向扩散 荧光抗体免疫标记实验荧光抗体免疫标记实验 旋转扩散旋转扩散 约束膜蛋白运动的因素约束膜蛋白运动的因素 细胞骨架的影响细胞骨架的影响 内在内在蛋白的聚集蛋白的聚集 与膜外的配体或抗体相互作用与膜外的配体或抗体相互作用 生物膜的流动性生物膜的流动性 生物膜的流动性生物膜的流动性 侧向扩散侧向扩散 旋转扩散旋转扩散摆动摆动翻转翻转伸缩震荡运动伸缩震荡运动 生物膜的流动性生物膜的流动性 生物膜的流动性生物膜的流动性 生物膜的流动性生物膜的流动性 二、二、 膜的不对称性膜的不对称性 膜脂与糖脂的不对称性膜脂与糖脂的不对称性 脂质双层中，各类脂的含量比例不同脂质双层中，各类脂的含量比例不同 糖脂都是在非胞质侧糖脂都是在非胞质侧 膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性 每种膜蛋白分子在细胞膜上都有特定的排布方向每种膜蛋白分子在细胞膜上都有特定的排布方向 糖蛋白糖残基均分布在质膜的外表面；糖蛋白糖残基均分布在质膜的外表面； 生物膜的不对称性生物膜的不对称性 生物膜的不对称性生物膜的不对称性 第四节第四节 细胞膜的功能细胞膜的功能 一一. . 细胞膜与物质运输细胞膜与物质运输* * 二二. . 细胞膜受体细胞膜受体 三三. . 膜抗原膜抗原 一一. . 细胞膜与物质运输细胞膜与物质运输* * （一）、（一）、小分子和离子的穿膜运输小分子和离子的穿膜运输 （二）、（二）、大分子和颗粒物的膜泡运输大分子和颗粒物的膜泡运输 第四节 细胞膜的功能 （一）、小分子物质的跨膜运输（一）、小分子物质的跨膜运输 物质的物质的跨膜运输跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一是细胞维持正常生命活动的基础之一 。 n n 被动运输被动运输（passive transportpassive transport） 物质物质顺顺浓度梯度，浓度梯度，不消耗不消耗代谢能量代谢能量 n n 主动运输主动运输（active transportactive transport） 物质物质逆逆浓度梯度，浓度梯度，消耗消耗代谢能量代谢能量 第四节 细胞膜的功能 n n 被动运输（被动运输（passive transportpassive transport） 物质物质顺顺浓度梯度，浓度梯度，不消耗不消耗代谢能量代谢能量 n n 单纯扩散单纯扩散（simple diffusionsimple diffusion） n n 易化扩散易化扩散（facilitated facilitated diffusiondiffusion） 小分子物质的跨膜运输小分子物质的跨膜运输 n n 单纯扩散单纯扩散 : : n n 不耗能不耗能 n n 顺浓度梯度运输顺浓度梯度运输 n n 不需要膜蛋白分子不需要膜蛋白分子 n n 特点特点 物质运输物质运输-被动运输被动运输 n人工膜对各类物质的通透率： n脂溶性越高通透性越大，水溶 性越高通透性越小； n非极性分子比极性分子容易透 过，极性不带电荷小分子，如 H2O、O2等可以透过人工脂双层 ，但速度较慢； n小分子比大分子容易透过；分 子量略大一点的葡萄糖、蔗糖 则很难透过； n人工膜对带电荷的物质，如各 类离子是高度不通透的。 物质运输物质运输-被动运输被动运输 A分子小，具有很强的流动性 B构成它的2个氢原子和1个氧 原子的电荷分布不对称，因 而是极性分子，分子之间以 及与其它极性和带电离子间 可形成氢键结合。 水 两种存在形式: 游离水和结合水 水在细胞中的作用: 化学溶剂 水的溶剂作用 n n 易化扩散易化扩散 n n 不耗能 不耗能 n n 顺浓度梯度扩散顺浓度梯度扩散 n n 需需膜转运蛋白膜转运蛋白帮助帮助 n n 载体蛋白载体蛋白 （carrier proteinscarrier proteins） n n 通道蛋白通道蛋白 （channel proteinschannel proteins） n n 特点特点 物质运输物质运输-被动运输被动运输 单纯扩散与易化扩散的比较 物质运输物质运输-被动运输被动运输 易化扩散的特点： 比单纯扩散转运 速率高； 运输速率同物质 浓度成非线性关 系； 特异性；饱和性 。 膜转运蛋白膜转运蛋白 载体蛋白载体蛋白 通道蛋白通道蛋白 物质运输物质运输-被动运输被动运输 n n 通道蛋白通道蛋白（离子通道）（离子通道） n n 门控性通道门控性通道 ： 间断性开放间断性开放 n n 非门控性通道：非门控性通道：持续性开放持续性开放 物质运输物质运输-被动运输被动运输 通道蛋白通道蛋白- - 门控性通道门控性通道 物质运输物质运输-被动运输被动运输 通道蛋白通道蛋白- - 门控性通道门控性通道 （A A）电压门通道电压门通道 （B B）（）（C C）配体门通道配体门通道 （D D）压力激活通道压力激活通道 物质运输物质运输-被动运输被动运输 （DD）压力激活通道）压力激活通道 n n 载体蛋白载体蛋白 特性特性: : n n 高度特异性高度特异性：一个特定载体只运输一个类一个特定载体只运输一个类 型的化学物质，甚至仅一种分子或离子型的化学物质，甚至仅一种分子或离子 n n 构象改变构象改变：载体蛋白有两种不同的构象载体蛋白有两种不同的构象 物质运输物质运输-被动运输被动运输 物质运输物质运输-被动运输被动运输 n n 主动运输主动运输active transportactive transport： 特点：特点： n n 逆浓度梯度逆浓度梯度( ( 低低高高) ) n n 消耗细胞能量消耗细胞能量 n n 载体蛋白帮助载体蛋白帮助 种类：种类： n n 钠钾泵钠钾泵 n n 钙泵钙泵 n n 协同运输协同运输（cotransportcotransport） 物质运输物质运输-主动运输主动运输 钠钾泵（ Na+-K+ATP酶） 物质运输物质运输-主动运输主动运输 结果是每一循环消耗一个结果是每一循环消耗一个ATPATP； 转运出三个转运出三个NaNa + + ，转进两个，转进两个K K + + 。 物质运输物质运输-主动运输主动运输 n n 钙泵钙泵 物质运输物质运输-主动运输主动运输 n n 协同运输协同运输cotransportcotransport * * （化合物的主动运输化合物的主动运输） n n 由由NaNa + + -K-K + + 泵泵与与载体蛋白载体蛋白协同作用协同作用, ,靠靠 间接消耗间接消耗ATPATP所完成的主动运输所完成的主动运输 n n 同向协同同向协同（ symport symport ） n n 反向协同反向协同（antiportantiport） 物质运输物质运输-主动运输主动运输 主动运输主动运输-协同运输协同运输 物质运输物质运输-主动运输主动运输 主动运输主动运输-协同运输协同运输 物质运输物质运输-主动运输主动运输 小分子穿膜运输总结小分子穿膜运输总结 细胞物质运输细胞物质运输 ( (二二) )、大分子和颗粒物质的运输、大分子和颗粒物质的运输* * n n 胞吞作用胞吞作用 （ endocytosisendocytosis，内吞作用，内吞作用 ） n n （一）（一）吞噬作用吞噬作用 n n （二）（二）胞饮作用胞饮作用 n n （三）（三）受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用 * * n n 胞吐作用胞吐作用（exocytosisexocytosis，外排作用），外排作用） n n 胞吞作用：胞吞作用： n n 概念：概念： n n 特点：耗能特点：耗能 n n 过程：过程： 物质运输膜泡运输胞吞作用物质运输膜泡运输胞吞作用 （一）、（一）、吞噬作用吞噬作用 n细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、 细胞碎片等，称为吞噬作用。 物质运输膜泡运输胞吞作用物质运输膜泡运输胞吞作用 （二）胞饮作用（二）胞饮作用 n n 细胞吞入液体或极小的颗粒物质。细胞吞入液体或极小的颗粒物质。 物质运输膜泡运输胞吞作用物质运输膜泡运输胞吞作用 （三）受体介导的内吞作用（三）受体介导的内吞作用* * 物质运输膜泡运输胞吞作用物质运输膜泡运输胞吞作用 物质运输膜泡运输胞吞作用物质运输膜泡运输胞吞作用 包被的组装 物质运输膜泡运输物质运输膜泡运输 n n 胞吐作用：胞吐作用： n n 概念：包含大分子物质的小囊泡从细胞内部概念：包含大分子物质的小囊泡从细胞内部 移至细胞表面，与质膜融和，将物质排出细移至细胞表面，与质膜融和，将物质排出细 胞之外。胞之外。 n n 特点：耗能特点：耗能 n n 过程过程： 胞吐作用 胞吐作用 二、膜受体二、膜受体 n n 膜受体膜受体：外来大分子与膜上特异性蛋白质分子外来大分子与膜上特异性蛋白质分子 结合，进而产生一系列细胞生物效应，膜上这种结合，进而产生一系列细胞生物效应，膜上这种 特异性蛋白质分子称为膜受体。特异性蛋白质分子称为膜受体。 n n 配体配体（化学信号）（化学信号）: : 外来大分子外来大分子 第四节 细胞膜的功能 膜受体膜受体 第四节 细胞膜的功能 三、膜抗原三、膜抗原 n n 膜抗原膜抗原：细胞表面具有抗原性质的大分子：细胞表面具有抗原性质的大分子 ，亦称细胞表面抗原。，亦称细胞表面抗原。 n n 血型抗原血型抗原（糖脂）（糖脂）ABOABO n n 组织相容性抗原（糖蛋白）组织相容性抗原（糖蛋白） 第四节 细胞膜的功能 血型之父:卡尔兰德施泰纳 第五节第五节 细胞膜与疾病细胞膜与疾病 一、一、膜转运蛋白异常与疾病膜转运蛋白异常与疾病 n n 胱氨酸尿症胱氨酸尿症 二、二、膜受体异常与疾病膜受体异常与疾病 n n 家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症 n n 重症肌无力症重症肌无力症 第五节第五节 细胞膜与疾病细胞膜与疾病 一、一、膜转运蛋白异常与疾病膜转运