生物膜的流动镶嵌模型-ppt.ppt

2020 3 28 研修班 1 是谁 隔开了原始海洋的动荡 是谁 为我日夜守边防 是谁 为我传信报安康 啊 伟大的细胞膜啊 没有你 我 一个小小的细胞会是何等模样 丁卫萍 第2节生物膜的流动镶嵌模型 细胞膜的功能有哪些 问题探讨 用结构跟功能相适应的观点分析 用哪种材料做细胞膜更适于体现细胞膜的功能 细胞膜具有 1 分隔2 控制物质的进出3 信息交流 弹力布能完全表现细胞膜的功能吗 初始篇 从生理功能入手的科学研究 从生理功能入手的科学研究 19世纪末 欧文顿 E Overton 在研究各种植物细胞的通透性实验 从实验现象能推测出什么结论呢 思考与讨论 最初认识到生物膜是由脂质组成的 是通过对实验现象的推理分析还是通过膜成分的提取和鉴定 在推理分析得出结论后 还有必要对膜的成分进行提取 分离和鉴定吗 膜是由脂质组成 20世纪初 科学家将细胞膜从哺乳动物的成熟的红细胞中分离出来 化学分析膜表明 实验证据 从生理功能入手的科学探究 膜的主要成分是脂质和蛋白质 脂质和蛋白质是怎样组合形成膜的呢 那么问题来了 继承篇 单位膜模型的提出 2020 3 28 研修班 7 认识磷脂 2020 3 28 研修班 8 A B C D 2020 3 28 研修班 9 根据科学家的实验我们可以得出什么结论 资料 1925年 两位荷兰科学家用丙酮从红细胞中提取现脂质 在空气 水界面上铺展成单分子层 测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的两倍 单位膜模型的提出 小资料 磷脂是组成细胞的主要脂质 是一种由甘油 脂肪酸 和磷酸等所组成的分子 它有一个亲水磷酸 头 部 和一个疏水的脂肪酸的 尾 部 磷脂就像一个长着两条尾巴的小蝌蚪 极性亲水 头部 水 空气 亲水的 头部 与水接触 疏水的 尾巴 远离水 朝向空气的一面 在水空气界面上铺展成单分子层 非极性疏水 尾部 单位膜模型的提出 细胞膜的两侧都有水环境存在 同学们尝试着大胆的推测和想象一下在这样的环境中 磷脂分子在细胞膜中可能是怎样排布的呢 推测 单位膜模型的提出 实验证据 1925年两位荷兰科学家用丙酮 一种有机溶剂 从一定数量的红细胞中抽提脂类 在空气 水界面上铺展成单分子层 测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍脂质分子必然排列为连续的两层 GORTER 脂单分子层 2 单位膜模型的提出 蛋白质位于细胞膜的什么位置呢 推测 问题 单位膜模型的提出 1959年 罗伯特森 J D Robertson 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜电镜下的照片 显示暗 明 暗三层结构 实验证据 蛋白质的电子密度高 在电镜下显暗色 磷脂分子的电子密度低 显亮色 2020 3 28 研修班 15 单位膜模型无法解释的现象 2020 3 28 研修班 16 植物细胞质壁分离现象 2020 3 28 研修班 18 蛋白质 脂质 蛋白质 单位膜模型有什么不足 把生物膜描述为静态的刚性结构 这显然与膜功能的多样性相矛盾 开拓篇 新技术带来新模型 膜能运动吗 如果运动 膜上的蛋白质又该位于什么位置 跨膜蛋白 外周蛋白 嵌入蛋白 新技术带来新模型 蛋白质在膜中的分布是不对称的 科学家关于蛋白质在细胞膜上存在的三种方式的概括 镶在膜表面嵌在膜中贯穿膜 标本用干冰等冰冻 后用冷刀断开 升温后暴露断裂面 2020 3 28 研修班 21 新技术带来新模型 膜上的蛋白质可以运动 新技术带来新模型 小资料 磷脂分子的运动 细胞膜具有流动性 新技术带来新模型 在新的观察和实验证据的基础上 1972年桑格 S J Singer 和尼克森 G Nicolson 提出了新的生物膜模型 流动镶嵌模型 为多数人所接受 流动镶嵌模型 流动镶嵌模型基本内容的总结 1 生物膜的组成 2 生物膜的基本骨架 3 蛋白质分子存在形态 4 生物膜的结构特点 主要由蛋白质和脂质组成 磷脂双分子层 亲水性头部朝向两侧 疏水性尾部朝向内侧 有镶在表面 嵌入 贯穿三种 外侧的蛋白质分子与糖类结合形成糖被 体现了生物膜的不对称性 糖被与细胞识别 胞间信息交流等有密切联系 流动性 磷脂分子和大多数蛋白质分子都是运动的 2020 3 28 研修班 25 注意 2020 3 28 研修班 26 思考 单位膜模型与流动镶嵌模型有何异同 生物膜的流动镶嵌模型是否已完美无缺呢 答 相同指成分 不同是流动 镶嵌 膜蛋白分布的不对称性 2003年度诺贝尔化学奖授予两名研究细胞膜的美国科学家阿格雷和麦金农 以表彰他们在细胞膜物质运输的通道方面所做的贡献 不断完善和发展的流动镶嵌模型 2020 3 28 研修班 29 小资料 阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道 而麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面 他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞 比如 肾脏怎么从原尿中重新吸收水分 以及电信号怎么在细胞中产生并传递等等 这对人类探索肾脏 心脏 肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义 早在 多年前 人们就猜测细胞中存在特殊的输送水分子的通道 但直到 年 阿格雷才成功分离出了一种膜蛋白质 之后他意识到它就是科学家孜孜以求的水通道 评选委员会说 这是个重大发现 开启了细菌 植物和哺乳动物水通道的生物化学 生理学和遗传学研究之门 离子通道是另一种类型的细胞膜通道 神经系统和肌肉等方面的疾病与之有关 它还能产生电信号 在神经系统中传递信息 但由于科学家一直不能弄清楚它的结构 进一步的研究无法展开 而麦金农在 年测出了钾通道的立体结构 震惊了所有的研究团体 评选委员会说 由于他的发现 人们可以 看见 离子如何通过由不同细胞信号控制开关的通道 新篇章 人类对自然界的认识永无止境 对膜的研究将更加细致入微 2020 3 28 研修班 31 其他生物膜模型 Wallach与1975年提出晶格镶嵌模型 他在流动镶嵌模型的基础上 进一步强调 生物膜中流动性脂质的可逆性变化 这种变化区域呈点状分布在膜上 相变表现为膜脂分子的一种协同效益 即几十个以上的脂分子同时相变 膜脂的相变受温度 脂本身的性质 膜中其他组分 pH和二价阳离子浓度等因素的影响 板块镶嵌模型是Jain和White于1977年提出的 其内容本质上与晶格镶嵌模型相同 他们认为 在流动的脂双分子层中存在许多大小不同的刚度较大的彼此独立运动的脂质 板块 有序结构区 板块之间被无序的流动的脂质区所分割 这两种区域处于一种连续的动态平衡之中 小资料 2020 3 28 研修班 32 现象观察 19世纪末 欧文顿发现物质更容易透过细胞膜 提出假说 实验证明 20世纪初 对膜的化学分析结果指出膜主要由和组成 提出问题 脂质和蛋白质是怎样形成膜的呢 实验探究 1925年荷兰科学家测得膜单分子层恰为红细胞表面积的2倍 提出 1959年罗伯特森提出的单位膜模型 所有生物膜都由三层结构 提出新问题 如果膜是静态的 细胞的一些复杂功能又怎样解释呢 组织新探究 1970年 荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验 指出细胞膜具有 1972年 桑格和尼克森提出了 回顾 对生物膜结构的探索历程 溶于脂质的 膜是由脂质组成 脂质 蛋白质 脂质分子排列为连续的两层 蛋白质 脂质 蛋白质 流动性 流动镶嵌模型 小结 概念图 磷脂双分子层 蛋白质分子 部分镶在磷脂双分子层表面 部分或全部嵌入磷脂双分子层中 流动性 成分 A 不要灰心 再来一次 C D B 不要灰心 再来一次 不要灰心 再来一次 恭喜你 答对了 再接再厉 知识闯关 第一关 人体内的白细胞能进行变形运动 穿出毛细血管壁 吞噬侵入人体内的病菌 这个过程的完成依靠细胞膜的 选择透过性 保护作用 流动性 扩散 A 不要灰心 再来一次 C D B 不要灰心 再来一次 不要灰心 再来一次 恭喜你 答对了 再接再厉 知识闯关 第二关 使磷脂特别适于形成细胞膜的原因是 磷脂是疏水性 磷脂是亲水性的 磷脂能迅速吸水 磷脂既是疏水性的又是亲水性的 A 不要灰心 再来一次 C D B 不要灰心 再来一次 不要灰心 再来一次 恭喜你 答对了 再接再厉 知识闯关 第三关 细胞膜具有选择透过性 与这一特性密切相关的成分是 磷脂 糖蛋白 蛋白质 磷脂 蛋白质 2020 3 28 研修班 37 据研究发现 胆固醇 小分子脂肪酸 维生素D等物质较容易优先通过细胞膜 这是因为 A细胞膜具有一定流动性B细胞膜是选择透过性C细胞膜的结构是以磷脂分子层为基本骨