生物膜與物質(zhì)運(yùn)輸

1、 第第6章章 生物膜與物質(zhì)運(yùn)輸生物膜與物質(zhì)運(yùn)輸Biomembranes and cellular transportation1 1 生物膜的化學(xué)組成生物膜的化學(xué)組成2 2 生物膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)生物膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)3 3 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 重點(diǎn)與難點(diǎn)：生物膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)重點(diǎn)與難點(diǎn)：生物膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu) 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 第一節(jié)第一節(jié) 生物膜的組成生物膜的組成 生物膜（生物膜（biomembranes）:是指細(xì)胞是指細(xì)胞的膜系統(tǒng)。的膜系統(tǒng)。 生物膜主要由生物膜主要由蛋白質(zhì)和脂類(lèi)蛋白質(zhì)和脂類(lèi)兩大物質(zhì)兩大物質(zhì)組成，含有少量組成，含有少量糖、金屬離子和水。糖、金屬離子和水。一、膜脂一

2、、膜脂(lipid)(lipid) 磷脂磷脂 糖脂糖脂 膽固醇膽固醇1膜脂的種類(lèi)膜脂的種類(lèi)甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂甘油中第甘油中第1 1，2 2位位碳原子與碳原子與脂肪酸脂肪酸酯酯基相連，第基相連，第3 3位位碳原子則與碳原子則與磷酸磷酸酯基酯基相連。相連。（1）甘油磷脂（）甘油磷脂（Glycerophospholipids）（2）鞘磷脂）鞘磷脂OO HC H2O HOO HO HCH2CHNHCHCH=CHOH(CH2)12CH3神經(jīng)鞘氨醇半乳糖半乳糖 鞘磷脂鞘磷脂OOHHOHHOHHOHCH2OHHH2CCHHNCHCROOHCHCHCH2CH2CH312(神經(jīng)鞘氨醇)半乳糖腦苷脂ON

3、HHCOOHOHHOHHH(CH2OH)2CH3COCH2OHOOHHHHNHCOCH3HCH2OHHOOOHHOHHOHHCH2OHHOHOHHOHHOHCH2OHHCH2HCH2CNHCOROHCHCHH2CH2CH3C唾液酸 N-乙酰半乳糖胺 半乳糖 葡萄糖(神經(jīng)鞘氨醇)神經(jīng)節(jié)苷脂（3）糖脂：鞘糖脂糖脂：鞘糖脂 （4）膽固醇）膽固醇2 2、膜脂質(zhì)的雙親性、膜脂質(zhì)的雙親性 親水的頭部親水的頭部(磷酰磷酰X)，疏水的尾部，疏水的尾部（脂肪鏈），形成脂質(zhì)的雙分子層。（脂肪鏈），形成脂質(zhì)的雙分子層。(CH3)3N+CH2CH2OPO-OOCH2CHCH2OOCCOOR1R2磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷

4、脂酰膽堿（卵磷脂）極性端極性端非極性端非極性端外在蛋白（外在蛋白（peripheral protein）內(nèi)在蛋白（內(nèi)在蛋白（integral protein）生物膜中含有一定的寡糖類(lèi)物質(zhì)。生物膜中含有一定的寡糖類(lèi)物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。結(jié)合。 生物膜中的糖類(lèi)化合物在生物膜中的糖類(lèi)化合物在信息傳遞信息傳遞和相互識(shí)別方面具有和相互識(shí)別方面具有重重要作用。要作用。三三膜糖膜糖O-糖肽鍵連接糖肽鍵連接N-糖肽鍵連接糖肽鍵連接N乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺 N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺生物膜生物膜上各種化學(xué)組成之間的關(guān)系上各種化學(xué)組成之間的關(guān)系一、膜的運(yùn)動(dòng)性

5、一、膜的運(yùn)動(dòng)性 1 1 磷脂分子的運(yùn)動(dòng)：分子擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)磷脂分子的運(yùn)動(dòng)：分子擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)、垮膜翻轉(zhuǎn)等。運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)、垮膜翻轉(zhuǎn)等。第二節(jié)第二節(jié) 生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)膜蛋白的運(yùn)動(dòng)膜蛋白的運(yùn)動(dòng)膜蛋白的運(yùn)動(dòng): 側(cè)向擴(kuò)散側(cè)向擴(kuò)散 旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散3 膜運(yùn)動(dòng)的意義膜運(yùn)動(dòng)的意義 相變溫度是膜脂物理狀態(tài)互相轉(zhuǎn)變相變溫度是膜脂物理狀態(tài)互相轉(zhuǎn)變的臨界溫度。高于相變溫度時(shí)，膜呈流動(dòng)的臨界溫度。高于相變溫度時(shí)，膜呈流動(dòng)的液態(tài)，低于相變溫度時(shí)，膜呈凝固的膠的液態(tài)，低于相變溫度時(shí)，膜呈凝固的膠態(tài)。態(tài)。 1 1 膜上的許多內(nèi)在蛋白才能維持其構(gòu)象膜上的許多內(nèi)在蛋白才能維持其構(gòu)象 和表現(xiàn)

6、出活性。和表現(xiàn)出活性。2 2 一些膜上的蛋白與多種脂肪酸相連，一些膜上的蛋白與多種脂肪酸相連， 后者插入脂雙層中，構(gòu)成含膜脂蛋白。后者插入脂雙層中，構(gòu)成含膜脂蛋白。四四 膜蛋白分布不對(duì)稱(chēng)膜蛋白分布不對(duì)稱(chēng)脂質(zhì)雙層脂質(zhì)雙層鑲嵌蛋白鑲嵌蛋白跨膜跨膜蛋白蛋白膜表面膜表面蛋白蛋白五五流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型 維持細(xì)胞的容積、形態(tài)、滲透壓、電維持細(xì)胞的容積、形態(tài)、滲透壓、電解質(zhì)的濃度，為細(xì)胞的生理活動(dòng)提供適宜解質(zhì)的濃度，為細(xì)胞的生理活動(dòng)提供適宜的環(huán)境。的環(huán)境。 從環(huán)境攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，向環(huán)境排出代從環(huán)境攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，向環(huán)境排出代謝廢物。謝廢物。第三節(jié)第三節(jié) 物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸 物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸?shù)牟煌?/p>

7、式物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸?shù)牟煌绞絾蜗蜣D(zhuǎn)運(yùn)單向轉(zhuǎn)運(yùn)同向轉(zhuǎn)運(yùn)同向轉(zhuǎn)運(yùn)1 簡(jiǎn)單擴(kuò)散（簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simple diffusion) 小分子與離子由高濃度向穿越小分子與離子由高濃度向穿越細(xì)胞膜的自由擴(kuò)散過(guò)程。細(xì)胞膜的自由擴(kuò)散過(guò)程。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：由高濃度向低濃度由高濃度向低濃度 不需要能量不需要能量 一一小分子和離子的過(guò)膜運(yùn)輸小分子和離子的過(guò)膜運(yùn)輸2 促進(jìn)擴(kuò)散（促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）轉(zhuǎn)運(yùn)通道：轉(zhuǎn)運(yùn)通道：載體蛋白和通道蛋白載體蛋白和通道蛋白3 主動(dòng)運(yùn)輸（主動(dòng)運(yùn)輸（active transport） 是物質(zhì)依賴(lài)轉(zhuǎn)運(yùn)載體、消耗能量是物質(zhì)依賴(lài)轉(zhuǎn)運(yùn)載體、消耗能量并且能夠逆濃度梯度進(jìn)行的過(guò)膜

8、轉(zhuǎn)運(yùn)并且能夠逆濃度梯度進(jìn)行的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。方式。特點(diǎn)：特點(diǎn)：轉(zhuǎn)運(yùn)載體轉(zhuǎn)運(yùn)載體消耗能量消耗能量ATPATP能逆濃度梯度能逆濃度梯度 鈉鉀泵：依賴(lài)于鈉鉀泵：依賴(lài)于Na+-K+ ATPase的的轉(zhuǎn)運(yùn)體系轉(zhuǎn)運(yùn)體系 ，保持細(xì)胞內(nèi)髙鉀低鈉，細(xì)胞，保持細(xì)胞內(nèi)髙鉀低鈉，細(xì)胞外髙鈉低鉀。外髙鈉低鉀。Na+-K+ ATPase的作用機(jī)制：構(gòu)象變化假說(shuō)的作用機(jī)制：構(gòu)象變化假說(shuō)簡(jiǎn)單擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸簡(jiǎn)單擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸簡(jiǎn)單擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)牟町惡?jiǎn)單擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)牟町愇镔|(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（一）內(nèi)吞作用：細(xì)胞從外界攝入大分子（一）內(nèi)吞作用：細(xì)胞從外界攝入大分子顆粒，逐漸被質(zhì)膜的一小部分包裹，然后顆粒

9、，逐漸被質(zhì)膜的一小部分包裹，然后內(nèi)陷，脫落，形成囊泡的過(guò)程。內(nèi)陷，脫落，形成囊泡的過(guò)程。 吞噬：細(xì)胞攝入不溶顆粒吞噬：細(xì)胞攝入不溶顆粒 胞飲：細(xì)胞攝入可溶顆粒胞飲：細(xì)胞攝入可溶顆粒二二 大分子物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)大分子物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)（二）外排作用（分泌囊泡）（二）外排作用（分泌囊泡） 細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)形成分泌囊泡，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)形成分泌囊泡，向細(xì)胞質(zhì)膜遷移，與其接觸融合，向細(xì)胞質(zhì)膜遷移，與其接觸融合，然后向外釋放的過(guò)程。然后向外釋放的過(guò)程。出泡出泡第四節(jié)第四節(jié) 信號(hào)的過(guò)膜傳導(dǎo)信號(hào)的過(guò)膜傳導(dǎo) 是指細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活是指細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素等）并與性分子（激素、神

10、經(jīng)遞質(zhì)、毒素等）并與之結(jié)合的生物大分子。之結(jié)合的生物大分子。2 受體受體 （1）受體的概念）受體的概念二、二、G G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng) （一）（一）G G蛋白蛋白：是一類(lèi)和：是一類(lèi)和GTPGTP或或GDPGDP相結(jié)合的細(xì)胞膜相結(jié)合的細(xì)胞膜 外周蛋白。由外周蛋白。由三個(gè)亞基組成。三個(gè)亞基組成。二、二、G G蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)蛋白介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)1 1 蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)途徑途徑RRCC配體與受體結(jié)合配體與受體結(jié)合交換交換GTP/GDP（G蛋白活化）蛋白活化）結(jié)合并激活結(jié)合并激活A(yù)C（腺苷酸環(huán)化酶）腺苷酸環(huán)化酶）生成生成cAMP（第二信使）第二信使）激

11、活激活PKA發(fā)揮生理作用發(fā)揮生理作用 RCcAMP活性部位RCCcAMPcAMPcAMPCcAMPcAMP蛋白激酶A的激活RC調(diào)節(jié)亞基催化亞基GsACATPcAMPCCRRCC 底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化RR 2cAMP2cAMPCREBNPi Pi Pi 轉(zhuǎn)錄活化域轉(zhuǎn)錄活化域DNADNA結(jié)合域結(jié)合域細(xì)胞膜細(xì)胞膜核核 膜膜cAMP-cAMP-蛋白激酶蛋白激酶A A的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程PPiATPACMg2+cAMP5 -AMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶H2OMg2+2 2 蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)C(PKC)途徑途徑甘油二酯：甘油二酯：是該途徑的第二信使。當(dāng)激素是該途徑的第二信使。當(dāng)

12、激素與受體結(jié)合后經(jīng)與受體結(jié)合后經(jīng)G G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活磷脂酶，激活磷脂酶C C，由由磷脂酶磷脂酶C C將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP(PIP2 2) )水解成三磷酸肌醇水解成三磷酸肌醇(IP(IP3 3) )和和DGDG。PKC途徑：途徑：甘油二酯甘油二酯(DG) -蛋白激酶蛋白激酶C途徑途徑PIP2甘油二酯甘油二酯IP3DG積累積累PKC活化活化底物蛋白的絲氨底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸羥基酸和蘇氨酸羥基磷酸化磷酸化細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)的生理效應(yīng)生理效應(yīng)短暫的短暫的PKC活化活化內(nèi)外分泌腺內(nèi)外分泌腺的分泌、代的分泌、代謝變化謝變化卵磷脂卵磷脂磷脂酶磷脂酶D磷脂酸磷脂

13、酸磷脂酸磷脂酸磷酸酶磷酸酶DG持久持久的的PKC活化活化Ca2+細(xì)胞的增值、細(xì)胞的增值、分化分化DG激酶磷酸化生成磷脂酸激酶磷酸化生成磷脂酸DG脂酶水解為單酰甘油脂酶水解為單酰甘油在脂酰在脂酰CoACoA轉(zhuǎn)移酶的作用下，轉(zhuǎn)移酶的作用下，DGDG與其它與其它脂肪酸合成甘油三脂。脂肪酸合成甘油三脂。 終止終止3 IP3 IP3 3-Ca-Ca2 2/ /鈣調(diào)蛋白激酶途徑鈣調(diào)蛋白激酶途徑 IP3和和Ca2+都是它的第二信使。都是它的第二信使。IP3是水溶性是水溶性的，在膜上水解生成后進(jìn)入胞液內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的的，在膜上水解生成后進(jìn)入胞液內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+ 門(mén)控通道結(jié)合門(mén)控通道結(jié)合，促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的，促

14、使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+ 釋人胞釋人胞液中，胞內(nèi)液中，胞內(nèi)Ca2+ 水平的升高水平的升高，使，使Ca2+鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶依賴(lài)性蛋白激酶(CaM酶酶)激活，而激活，而CaM酶酶再激活再激活腺苷酸環(huán)化酶、腺苷酸環(huán)化酶、 Ca2+Mg2+ATP酶等，酶等，產(chǎn)生各種產(chǎn)生各種生理效應(yīng)。生理效應(yīng)。 IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以終可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以終止其第二信使作用。止其第二信使作用。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣調(diào)節(jié)蛋白鈣調(diào)節(jié)蛋白 CaCa2+2+依賴(lài)性信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程依賴(lài)性信息轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程酶蛋白磷酸化酶蛋白磷酸化物質(zhì)代謝改變物質(zhì)代謝改變離子通道蛋白磷酸化離子通道蛋白磷酸化膜通透性改變膜通透性改

15、變信息轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白磷酸化信息轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白磷酸化信息傳遞改變信息傳遞改變轉(zhuǎn)錄因子磷酸化轉(zhuǎn)錄因子磷酸化基因表達(dá)改變基因表達(dá)改變H + RGpPLCPIP2DAGIP3PKC內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)IP3受體受體胞液胞液Ca2+CaMCaMPK靶酶靶酶/蛋白質(zhì)磷酸化蛋白質(zhì)磷酸化生理效應(yīng)生理效應(yīng)TPK的的磷酸化磷酸化PS三、酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng)三、酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng) 酪氨酸蛋白激酶型受體：酪氨酸蛋白激酶型受體：本身是本身是一種具有跨膜結(jié)構(gòu)的酶蛋白，其胞外一種具有跨膜結(jié)構(gòu)的酶蛋白，其胞外域與配體結(jié)合而被激活，通過(guò)胞內(nèi)側(cè)域與配體結(jié)合而被激活，通過(guò)胞內(nèi)側(cè)激酶反應(yīng)將胞外信號(hào)傳至胞內(nèi)。激酶反應(yīng)將胞外信號(hào)傳至胞內(nèi)。 分為分為三個(gè)區(qū)域三個(gè)區(qū)域1胞外區(qū)：受體識(shí)別胞外區(qū)：受體識(shí)別 和配體結(jié)合。和配體結(jié)合。2跨膜區(qū)：高度疏水跨膜區(qū)：高度疏水 -跨膜螺旋?？缒ぢ菪?胞內(nèi)區(qū)：酪氨酸激胞內(nèi)區(qū)：酪氨酸激 酶催化的區(qū)域。酶催化的區(qū)域。上皮生長(zhǎng)因子受體模型激酶區(qū)跨膜區(qū)結(jié)合區(qū) 四、四、DNADNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型受體系統(tǒng) 又稱(chēng)類(lèi)固醇激素受體又稱(chēng)類(lèi)固醇激素受體, ,脂溶性的類(lèi)脂溶性的類(lèi)固醇自由通過(guò)細(xì)胞膜，與胞內(nèi)或核類(lèi)受固醇自由通過(guò)細(xì)胞膜，與胞內(nèi)或核類(lèi)受體發(fā)