三章細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能membranestructureandfunction

1、ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 (membrane structure and function ) 植物系 陳益明老師2002.09.22ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 一、一、 細(xì)胞膜的構(gòu)造細(xì)胞膜的構(gòu)造1.細(xì)胞膜是由脂類、蛋白質(zhì)及醣類三者組成分所組成(fig. 8.2)。2.細(xì)胞膜是由雙層原生質(zhì)膜(two-layer plasma membrane)構(gòu)成，它的細(xì)微構(gòu)造可利用冰凍裂解與冰凍蝕刻(freeze-fracture andfreeze-etch method)處理再以em觀察(fig. 8.3)。ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 一、一、 細(xì)胞膜的構(gòu)造細(xì)胞膜的構(gòu)造 3

2、. 細(xì)胞膜是流體 (fluid)：原生質(zhì)膜在逆境下轉(zhuǎn)變成硬化(solidifies)膜系的通透性(permeability)會(huì)改變，它的酵素蛋白質(zhì)會(huì)變成沒活性。 4. 細(xì)胞膜的醣類 (carbohydrates) 在細(xì)胞與細(xì)胞之間的辨認(rèn) (cell-cell recognition) 是很重要的。 5. 脂類：細(xì)胞膜之脂類是雙層 (bilayer)；由磷脂類、膽固醇等所組成( fig. 8-2，8-3及8-4 ) 。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 一、一、 細(xì)胞膜的構(gòu)造細(xì)胞膜的構(gòu)造6. 膜蛋白 (membrane proteins)：可分為

3、嵌入蛋白 ( integral proteins ) 及周邊蛋白 ( peripheral proteins ) 二類 ( fig. 8-6 )。 當(dāng)兩種不同的動(dòng)物細(xì)胞混合時(shí)，兩種膜系蛋白質(zhì)會(huì)互相混合(intermingle)，形成雜合細(xì)胞(hybrid cell)(fig.8-5)。ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 二、二、 細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能 (membrane functions)1.細(xì)胞膜的構(gòu)造組成形成選擇性通透膜 (selective permeability)。 2.原生質(zhì)膜是具有內(nèi)外之方位 ( sideness ) (fig

4、.8.3及8.8) 。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 二、二、 細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能 (membrane functions)3. 細(xì)胞膜蛋白的功能： (1) 物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞之調(diào)控。 (2) 細(xì)胞膜上有接受蛋白 ( recerptor proteins ) 能接收各項(xiàng)環(huán)境或荷爾蒙等訊息，引發(fā)細(xì)胞的反應(yīng)(fig.11-5)。 (3) 物質(zhì)的運(yùn)輸：運(yùn)輸?shù)鞍?( transport proteins )(fig. 8-7 )。通道蛋白 ( channel proteins )。 4.細(xì)胞間的黏著及辨識(shí)等：尤其膜系上的醣類 (oligosaccharides) (原生質(zhì)膜外

5、側(cè)上的寡醣)當(dāng)作細(xì)胞的標(biāo)誌(marker)及互相辨識(shí)。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 三、被動(dòng)運(yùn)輸三、被動(dòng)運(yùn)輸(passive transport)： a. 以擴(kuò)散(diffusion)原理通過細(xì)胞膜 (fig.8.10)。 b. 水的被動(dòng)運(yùn)輸：滲透 ( osmosis ) (fig. 8.11) ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 三、被動(dòng)運(yùn)輸三、被動(dòng)運(yùn)輸(passive transport)： c. 活細(xì)胞內(nèi)水的平衡 (fig. 8-12)高張溶液 ( hypertonic solution )低張溶液 ( hypo

6、tonic solution )等張溶液 ( isotonic solution ) ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 三、被動(dòng)運(yùn)輸三、被動(dòng)運(yùn)輸(passive transport)：d. 促進(jìn)擴(kuò)散作用 ( faciliated diffusion )： 膜系上的特殊蛋白質(zhì)可加速特定溶質(zhì)之被動(dòng)運(yùn)輸之速率 (fig. 8.1，fig. 8-14)。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 四、自動(dòng)運(yùn)輸四、自動(dòng)運(yùn)輸 ( active transport ) a. 藉運(yùn)輸?shù)鞍准跋哪芰縜tp下，逆濃度及電位等差異 ( electrochemical gradie

7、nt ) 而運(yùn)輸 (fig. 8.16)。例如紅血球k+及na+之交換為例 (fig .8.15)。 在na+-k+ pump過程中，每2個(gè)k+離子幫浦進(jìn)入細(xì)胞膜時(shí)會(huì)帶送出3個(gè)na+離子。ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 四、自動(dòng)運(yùn)輸四、自動(dòng)運(yùn)輸 ( active transport )b.產(chǎn)生電的幫浦 ( electrogenic pump )： h+通過細(xì)胞膜需藉由 “proton pump” 來(lái) “幫浦”而產(chǎn)生電化學(xué)梯度(eletrochemical gradient)，在此過程中需消耗atp，最後膜的兩側(cè)產(chǎn)生電荷及h+的等差 (fig.

8、 8.17) 。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 四、自動(dòng)運(yùn)輸四、自動(dòng)運(yùn)輸 ( active transport )c.主動(dòng)運(yùn)輸之型式： 1.單向運(yùn)輸 ( unitransport ) (fig. 8.16)。 2.協(xié)同運(yùn)輸(cotransport或symtransport)(fig.8.18)。 3.反向運(yùn)輸 ( antitransport )。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元a.奈爾( erwin neher )及沙克曼 ( berf sakmann )首創(chuàng)膜片箝制術(shù) ( patch-cl

9、amping )，開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元，於1991年獲nobel生理醫(yī)學(xué) 獎(jiǎng)( 參考科學(xué)月刊1991年11月份)(p.761)(fig. 36.14)。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元 b.藉此技術(shù)： 1.可瞭解離子如何進(jìn)入細(xì)胞。 2. 利用單一細(xì)胞從事電生理研究。 3. 幫助瞭解疾病的成因。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 六、大分子的運(yùn)輸六、大分子的運(yùn)輸(transport large molecules)：大分子的運(yùn)輸藉由細(xì)胞外泌 ( exocytosis )及內(nèi)吞作用 ( endocytosis )（fig.

10、8.10）。a.細(xì)胞外分泌或反胞飲作用：藉細(xì)胞液胞和細(xì) 胞膜融合而將大分子排到細(xì)胞外之過程。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 b. 內(nèi)吞作用可分為三大類： 1. 吞噬作用 ( phagocytosis )。 2. 胞飲作用 ( pinocytosis )。 3.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用 ( receptor-mediated endocytosis )六、大分子的運(yùn)輸六、大分子的運(yùn)輸(transport large molecules)：ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 3.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用 ( receptor-mediated endocytosis )： 在細(xì)胞膜上

11、有特定的蛋白質(zhì)，能對(duì)細(xì)胞內(nèi)某些物質(zhì)做專一性的接合，以膽固醇為例，在細(xì)胞膜上的接受分子 ( receptor ) 是clathrin，而膽固醇在血液中的運(yùn)輸是以 “ low-density lipoproteins，簡(jiǎn)稱為ldls ” 的小顆粒形式，此小顆粒能與clathrin接合後，而進(jìn)入細(xì)胞(fig.8-19)。 六、大分子的運(yùn)輸六、大分子的運(yùn)輸(transport large molecules)：ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 六、大分子的運(yùn)輸六、大分子的運(yùn)輸(transport large molecules)：家族性的膽固醇血癥 ( hypercholeste

12、rolemia )，是一種人類的遺傳性疾病，患者的血液中含有高量的膽固醇，此乃因他的血液中缺乏clathrin，因此ldls粒子不能進(jìn)入細(xì)胞，造成膽固醇大量累積在血液中。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細(xì)胞七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細(xì)胞外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi)外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi) a.膜系蛋白扮演信息傳遞之功能。 1.一級(jí)信息 ( first messenger )，如荷爾蒙、 光及各種生物性或非生物性所引起的刺激等 (fig.11.15及11.18)。 2.二級(jí)信息 ( second messenger )，如g- protein(fig.11.7)，cyclic

13、 amp(fig.11.12)。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 fig11.12ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細(xì)胞七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細(xì)胞外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi)外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi)b. 以肝醣分解作用 ( glycogenolysis )為例： 1.1930年代柯里 ( cori )：肝醣分解機(jī)理，1947 年榮獲nobel 生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。2. 1971年邵斯蘭 ( southland )：發(fā)現(xiàn)腎上腺素必須先在膜上作用，活化amp環(huán)( adenylate cyclase )，再將atp轉(zhuǎn)換成cyclic amp，簡(jiǎn)稱camp（1971年榮獲nobel 生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）。 ch3 細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能 七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細(xì)胞七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細(xì)胞外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi)外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi)b. 以肝醣分解作用 ( glycogenolysis )為例： 3. 1992年克列氏 ( krebs )及費(fèi)希爾 ( fisher )證明camp需經(jīng)過一連串蛋白質(zhì)磷酸化(phosphorylation)，才能使一個(gè)訊號(hào)(signal)一級(jí)級(jí)放大。蛋白質(zhì)磷酸化為細(xì)胞內(nèi)一個(gè)重要的調(diào)控機(jī)制，成為當(dāng)代