《生物化学》课件-生物膜的结构与功能

第五章生物膜的结构与功能,目的与要求：通过本章学习，要求掌握生物膜的结构特点和功能。生物膜在生命活动中的功能是多方面的，其主要功能是：物质运输功能，能量转换功能和信号转导功能。,返回,生物膜的结构与功能,第一节生物膜的组成和性质第二节生物膜的结构和特点第三节生物膜的功能,第一节生物膜的组成和性质,一、膜脂种类：磷脂、胆固醇、糖脂特点：多态性（polymorphism）二、膜蛋白外周蛋白、内在蛋白三、糖类细胞表面天线,第二节生物膜的结构和特点,一、生物膜中分子间的作用力静电力、疏水作用、范德华引力二、生物膜结构的主要特征膜组分的不对称分布、膜脂和膜蛋白的流动性三、生物膜分子结构模型“流体镶嵌”模型,第三节生物膜的功能,一、生物膜与物质运送二、生物膜与能量转换三、生物膜与信号转导,-X,甘油磷脂结构,磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol),X=,双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol),X=,鞘氨醇、神经磷脂和鞘磷脂结构,鞘氨醇(Sphingosine),胆固醇结构,胆固醇(Cholesterol),神经节苷脂的结构,D-半乳糖,GM1,GM2,GM3,N-乙酰-D-半乳糖,D-半乳糖,D-葡萄糖,N-乙酰神经氨酸,硬脂酸,鞘氨醇,磷脂分子在水溶液中存在的几种结构形式,双层微囊,水,空气,微团,单体,单层,磷脂类的双层结构和六角形相H1、H2,双层结构（Bilyer）,六角形相(Hexagonal),H2,H1,六角形相(Hexagonal),生物膜膜周边蛋白、膜内在蛋白示意图,a.b.c.膜内在蛋白，d.e.膜周边蛋白,膜蛋白与膜脂双脂层结合的主要形式,血影蛋白(Sectrin),膜脂双层,膜脂双层,红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列,红细胞膜骨架各组分与质膜连接示意图,肌动蛋白(Actin),蛋白质4.1(Protein4.1),血影蛋白(Sectrin),带3蛋白(Band3),糖蛋白(Ankyrin),血型蛋白(Glycophorin),糖链,低聚寡糖链跨膜糖蛋白,脂双层,糖被,糖残基,唾液酸,糖脂,细胞外壳（糖萼）示意图,膜脂（磷脂、糖脂、胆固醇）,Singer&Nicolson流体镶嵌模型,人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层的分布,占总量的百分比,50,25,50,25,外层,内层,膜脂总量,鞘磷脂,磷脂酰胆碱,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰乙醇胺,膜脂的相变,变相温度（Tc）,凝胶态,液晶态,TTc,磷脂分子运动的几种方式,通过细胞膜融合证明膜蛋白运动示意图,Na+-K+-ATPase的体外重建,Na+-K+-ATPase,去污剂微囊,脂-去污剂微囊,增溶的膜蛋白,去污剂微囊,外加的磷脂,透析,纯化的膜蛋白,Na+-K+-ATPase在脂质体上重建,纯化,生物膜与物质跨膜运输,1、被动运输与主动运输2、小分子物质的运送3、生物大分子的跨膜运送4、离子载体5、跨膜运送的分子机制,2小分子物质的运送,（1）阳离子运送（例：Na+.K+-ATPase）Na+.K+-ATPase的结构和作用的机理（2）糖和氨基酸的运送协同运送（co-transport）基团运送（grouptransport),(3)ATP/ADP交换体线粒体是产生ATP的主要场所，ATP必须跨膜运送到细胞质中，利用跨膜运送的载体是位于膜上的ATP/ADP交换体，它是一个相对分子质量为30000的跨膜蛋白，交换体将ATP送出膜外，同时将ADP送人膜内，运送所需能量来自线粒体膜的内负外正的膜电位。(4)三类驱动离子的ATP酶P型Ca2+-ATP酶Na+,K+-ATP酶F型F0F1ATP酶V型真菌和酵母的微囊上，水解ATP释放能量转运ATP,3、生物大分子的跨膜运送,（1）胞吐和内吞作用,（2）新生蛋白质的跨膜定向运送蛋白质通过信号肽引导到目的地信号肽(signalsequence)信号肽假说(signalhypothesis)线粒体及叶绿体蛋白质的翻译后跨膜运送线粒体蛋白质的跨膜运送导肽,移动性离子载体缬氨霉素K+离子载体通道形成体短杆菌肽ANa+,K+,4、跨膜运送的分子机制,1、移动性载体模型2、孔道或通道模型3、构象变化假说,两种类型门控离子通道,被动运输和主动运输示意图,（G0）,被动运送（Passivetransport）,物质从高浓度一侧通过膜运送到低浓度一侧，即顺浓度梯度的方向跨膜运送的过程称被动运输。在该过程中G0,主动运输的特点：专一性；饱和性；方向性；可被选择性抑制；需提供能量,K.Whittam的实验,实验设计：制备红细胞血影（ghost），观察ATP水解情况和膜内外K+，Na+浓度的关系。,实验结果：a红细胞内ATP水解的同时，K+、Na+都按预定方向跨越细胞膜（2K+进，3Na+出）；b如果膜内外仅有K+或Na+，则ATP水解极少；c红细胞血影只能利用膜内ATP，而不能利用膜外ATP；dK+可被其它正一价离子（如NH4+）取代，而Na+则不能被取代。,Na+.K+-ATPase的亚基结构及其在膜上定位,乌苯苷专一性的抑制剂,Na+-K+-