生物膜的结构与功能.ppt

1、生物膜的结构与功能,动物细胞结构模式图,一、基本概念,细胞膜、质膜、细胞内膜、生物膜、单位膜,细胞膜（cell membrane） 又称质膜（plasma membrane),细胞内膜：真核细胞细胞质中所有膜结构的总称。,生物膜,真核细胞所有膜结构统称为生物膜。 实际上是细胞质膜和细胞内膜 的总称。,单位膜,任何生物膜在电镜下 都呈现“暗明暗” 三层结构，故将这三层 结构称为单位膜。,细胞膜,脂 类（50%）,蛋白质（40%-50%）,糖 类（1%-10%）,二、膜的化学组成,各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比,（一）膜脂:,生物膜上的脂类统称膜脂。,膜脂,磷 脂：,生物膜的主要成份,糖 脂,胆

2、固醇,磷 脂,极性头部基团（亲水）,非极性尾部基团（疏水）,CH CHCH2,O,O,X ,甘油,磷 酸,磷酸化醇,Cell membrane - Structure,第一课件网在线 ( ),胆固醇,极性头部,平面甾环结构,非极性尾部,胆固醇分布于磷脂分子 之间，对磷脂的稳定性 起重要作用。,糖 脂,半乳糖苷脂,糖 脂 分 子,水,水,水,磷脂分子团,磷脂双层,磷脂脂质体,(二）,膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。,膜蛋白,外周蛋白（外在蛋白）： （20%-30%）,镶嵌蛋白（内在蛋白）： （70%-80%）,多附在膜的内表面。,不同程度镶嵌在脂双层的内部。,膜蛋白质的种类和含量与细胞膜的功能密切相

3、关,膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者 运输蛋白细胞内外物质运输 连接蛋白细胞间相互作用 酶相关的代谢反应 受体信号转导 膜蛋白的种类和含量越多说明什么？,糖类占细胞膜重量的210%； 膜糖大多是与蛋白质或脂类结合的低聚糖 膜糖主要分布在膜的非胞质面,（三）膜糖类,细胞膜中的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白 等粘附在一起，形成一层外被，称细胞外被 或糖萼。,细胞外被,功能：保护细胞 参与细胞识别 细胞的接触抑制 细胞间的黏着,蛋白质：单层肽链 折叠结构,三、细胞膜的分子结构模型,（一）单位膜模型,“两暗一明”,细胞膜,细胞质,脂双层,1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。,2.球形膜蛋白以

4、各种形式镶嵌在脂质双分子层中。,3.膜的两侧结构是不对称的，糖链分布在非胞质侧。 4.膜脂和膜蛋白具有一定的流动性。膜上各化学组分不断更新，处于动态平衡之中。,评价： 液态镶嵌模型可以解释膜中发生的很多 现象，为人们普遍接受。 不足之处： 1. 忽视了膜的各部分流动性的不均匀性 2. 忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制作用,Wallach (1975) 要点： 生物膜内脂质分子随时进行无序(液态)和有序(晶态)的转变相变； 膜内在蛋白可制约周围膜脂的运动，形成界面脂，二者一起形成晶态部分(晶格)，流动的脂类分子成片状分布； 膜的流动性是局部的，并非整个脂类分子层都在均一流动。,3.晶格镶嵌模

5、型 (Crystal Mosaic Model),Jain & White (1977) 要点： 流动的脂质双分子层中存在许多大小不同、刚性较大、彼此独立移动的脂质区(有序结构的板块)； 有序结构的板块之间被流动的脂质区(无序结构的板块)所分割； 生物膜是因不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构。,4.板块镶嵌模型(Block Mosaic Model),不对称性 流动性,四、细胞膜的特性,膜脂的不对称性,1.膜脂分布不对称性,2.膜蛋白分布的不对称性,糖蛋白、糖脂上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。,3.膜糖类分布的不对称性,4.细胞膜内侧面分布有微管、微丝,不对称性的生物学意义： 决定了膜内外表

6、面功能的不对称性。,膜脂的流动性,1.侧向扩散,2.旋转,3.摆动,4.翻转,细胞膜分子的流动性,膜蛋白的流动性,细胞膜分子的流动性,横向扩散 旋转运动,小鼠细胞,标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）,异核细胞,抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B,抗人膜蛋白抗体+荧光素A,标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）,人细胞,孵育（370C,40分钟）,生命的基本单位 细胞,五、膜功能,（一）界膜和细胞区域化,细胞区域化,生命的基本单位 细胞,（二）调节运输,某些物质可以“自由通透” 某些物质出入细胞的障碍,运输方式,穿膜运输,膜泡运输,被 动 运 输,主动 运 输,胞吐作用,胞吞作用,简单扩散,协助扩散,穿

7、膜运输小分子、离子的运输,高浓度,低浓度,电化学梯度,简单扩散simple diffusion,脂溶性物质如苯、醇、甾类激素以及O2、N2等容易穿过质膜； 某些极性分子(如水、尿素、甘油、CO2等)，因不带电荷，分子小，能较易穿过质膜运输； 带电荷离子，不论大小均不能以简单扩散方式进出细胞。 大的不带电荷的分子，如葡萄糖、蔗糖、氨基酸和核苷酸等，不能以简单扩散方式进出细胞。,高浓度,低浓度,电化学梯度,通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的,载体蛋白：与特定溶质结合改变构,通道。,象使溶质穿越细胞膜。,转运蛋白质 （跨膜蛋白）,通道蛋白,协助扩散facilitated diffusion,协助扩散,协

8、助扩散：凡借助于转运蛋白的帮助，不消耗能量，物质顺浓度梯度的转运方式称协助扩散。,载体蛋白,高浓度,低浓度,电化学梯度,高浓度,低浓度,电化学梯度,一种载体蛋白可特异性的连接和传送一种特定的分子跨膜，这种运输方式比单纯扩散速率大大增加。,高浓度,低浓度,电化学梯度,第一课件网在线 ( ),高浓度,低浓度,电化学梯度,高浓度,低浓度,电化学梯度,逆浓度梯度或电化学梯度 需要能量，需ATP酶参与 需载体蛋白参与 种类：质子泵、钠钾泵、钙泵,2.主动运输(active transportion),主动运输：钠钾泵(Na-Kpump),化学本质：Na-K ATP酶（既是载体又是酶）,膜泡运输,胞吞作用

9、,胞吐作用,吞饮作用,吞噬作用,膜泡运输:,大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成物质转运的，所以称。(此过程耗能）,(endocytosis),(exocytosis),膜泡运输大分子和颗粒物质的运输,胞吐作用,吞噬作用,吞饮作用,吞噬体,吞饮体,胞吞作用与胞吐作用,巨噬细胞吞噬扫描电镜观察,适用对象 激素 酶类 抗体 未消化的食物残渣,胞吐作用,细胞内,细胞外,生命的基本单位 细胞,（三）功能定位与组织化,通过形成膜结合 细胞器，使细胞的功能 定位在一定的细胞结构 并组成相互协作系统,生命的基本单位 细胞,（四）信号转导,信号分子,靶细胞产生反应,糖原合

10、成与分解 细胞分裂与分化 细胞收缩与舒张,信号分子（配体）：细胞外能作用于细胞的有生物活性的化学物质统称信号分子或配体，如：激素、神经递质、抗原、药物等。,受体：是细胞的一种生物大分子，能选择性地识别外来信号分子，并与之结合而产生继发信号，在细胞内启动一系列过程从而引发相应的生物学效应。,信号转导： 指外界信号与细胞表面受体作用，通过影响细胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一系列过程。,1. 基本概念,受体,分布在细胞膜上的一类镶嵌蛋白，多为膜上的功能性糖蛋白。与水溶性信号分子结合。,胞内受体：分布在细胞质和细胞核内，与脂溶 性信号分子结合,膜受体：,2. 受体的类型,膜受体,胞内受体,根据其结构和功能 可分为三类,离子通道受体,酶关联受体,蛋白偶联受体：,在G蛋白的介导下，在细胞内产生 第二信使，