中山大學(xué)生物化學(xué)第二章生物膜ppt課件

1、l所有的細(xì)胞都以一層薄膜將它的內(nèi)含物與外界所有的細(xì)胞都以一層薄膜將它的內(nèi)含物與外界環(huán)境分開。環(huán)境分開。l另外，大多數(shù)細(xì)胞中還含有許多內(nèi)膜系統(tǒng)，組另外，大多數(shù)細(xì)胞中還含有許多內(nèi)膜系統(tǒng)，組成具有各種特定功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器。成具有各種特定功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器。l例如，線粒體、細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體和葉例如，線粒體、細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體和葉綠體等。細(xì)胞膜以及各種細(xì)胞器的外膜通稱為綠體等。細(xì)胞膜以及各種細(xì)胞器的外膜通稱為生物膜。生物膜。l1 1生物膜的組成生物膜的組成l主要由脂質(zhì)主要是磷脂和膽固醇）、主要由脂質(zhì)主要是磷脂和膽固醇）、l蛋白質(zhì)包括酶和多糖類組成，蛋白質(zhì)包括酶和多糖類組成，l水和

2、金屬離子等。水和金屬離子等。l生物膜的組成，因膜的種類不同而有很生物膜的組成，因膜的種類不同而有很大的差別。大的差別。 生物膜是以磷脂、膽固醇和糖脂為主構(gòu)成的雙層脂膜生物膜是以磷脂、膽固醇和糖脂為主構(gòu)成的雙層脂膜l脂質(zhì)是構(gòu)成生物膜最基本的結(jié)脂質(zhì)是構(gòu)成生物膜最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)構(gòu)物質(zhì)l脂質(zhì)包括磷脂、膽固醇和糖脂脂質(zhì)包括磷脂、膽固醇和糖脂等，其中以磷脂為主要成分。等，其中以磷脂為主要成分。3，構(gòu)成生物膜的主要物質(zhì)，構(gòu)成生物膜的主要物質(zhì)l主要是磷酸甘油二脂。甘主要是磷酸甘油二脂。甘油中第油中第1 1，2 2位碳原子與脂位碳原子與脂肪酸酯基主要是含肪酸酯基主要是含1616碳碳的軟脂酸和的軟脂酸和1818碳

3、的油酸碳的油酸相連，第相連，第3 3位碳原子則與磷位碳原子則與磷酸酯基相連。不同的磷脂，酸酯基相連。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。其磷酸酯基組成也不相同。C CH H2 2O OC CC CH HC CH H2 2O OO OC CR R1 1R R2 2O OO OP PO OO OH HO OX XO OH H2 2C CC CH HC CH H2 2O OO OC CO OC CR R3 3R R4 4O O P PO OO O- -O OP PO O- -O OC CH H2 2C CH HC CH H2 2O OO OH HX X= = H HX X= = C CH H2 2C

4、 CH H2 2N N( (C CH H3 3) )2 2X X= = C CH H2 2C CH H2 2N NH H2 2X X= = C CH H2 2C CH H( (O OH H) )C CH HO OH HX X= = C CH H2 2C CH H( (N NH H2 2) )C CO OO O- -X X= =X X= =OHOHOHOHOH磷脂酸磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺磷脂酰甘油磷脂酰絲氨酸磷脂酰肌醇二磷脂酰甘油脂l飽和脂肪酸：硬脂酸飽和脂肪酸：硬脂酸1818碳脂肪酸）、軟脂酸碳脂肪酸）、軟脂酸1616碳脂肪酸）、花生酸二十碳酸等。碳脂肪酸）、花生酸二十碳酸等。l不飽

5、和脂肪酸：油酸不飽和脂肪酸：油酸1818碳一烯酸碳一烯酸99）、亞）、亞油酸油酸1818碳二烯酸碳二烯酸99，1212）、亞麻酸）、亞麻酸1818碳碳三烯酸三烯酸99，1212，1515或或6 6，9 9，1212）、花生四烯）、花生四烯酸二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十二酸二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。碳六烯酸。l必需脂肪酸：維持生長所需的，體內(nèi)又不能合必需脂肪酸：維持生長所需的，體內(nèi)又不能合成的脂肪酸成的脂肪酸COOHCOOHl磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂性的脂肪酸鏈，是優(yōu)良的兩親性分子。脂性的脂肪酸鏈，是優(yōu)良的兩親性分子。l磷脂

6、分子在水溶液中，由于水分子的作磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，能夠形成雙層脂膜結(jié)構(gòu)或微團(tuán)結(jié)構(gòu)。用，能夠形成雙層脂膜結(jié)構(gòu)或微團(tuán)結(jié)構(gòu)。l磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成雙磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成雙層脂膜。層脂膜。l磷脂的這種性質(zhì)，使它具有形成生物膜磷脂的這種性質(zhì)，使它具有形成生物膜雙層脂膜的特性。雙層脂膜的特性。l磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的脂肪酸鏈，磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的脂肪酸鏈，是優(yōu)良的兩親性分子是優(yōu)良的兩親性分子(CH3)3N+CH2CH2OPO-OOCH2CHCH2OOCCOOR1R2極性端非極性端l膽固醇是一種類膽固醇是一種類脂化合物脂化合物, ,

7、 在生在生物膜中含量較多。物膜中含量較多。膽固醇以中性脂的形式分布在膽固醇以中性脂的形式分布在雙層脂膜內(nèi)，對生物膜中脂類的雙層脂膜內(nèi)，對生物膜中脂類的物理狀態(tài)有一定的調(diào)節(jié)作用，有物理狀態(tài)有一定的調(diào)節(jié)作用，有利于保持膜的流動性和降低相變利于保持膜的流動性和降低相變溫度。溫度。l糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。l糖脂主要分布在細(xì)胞膜外側(cè)的單分子層中。糖脂主要分布在細(xì)胞膜外側(cè)的單分子層中。l動物細(xì)胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。動物細(xì)胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。l 結(jié)構(gòu)為：結(jié)構(gòu)為：CH2CHNHCHCH=CHOH(CH2)12CH3神經(jīng)鞘氨醇OOHCH2OHOOHOHR:

8、脂肪酸COR半乳糖l腦苷脂中所含的高級脂肪酸有：二十四腦苷脂中所含的高級脂肪酸有：二十四酸、二十四烯酸和酸、二十四烯酸和- -羥二十四酸等。這羥二十四酸等。這些脂肪酸以酰胺鍵形式與神經(jīng)鞘氨醇中些脂肪酸以酰胺鍵形式與神經(jīng)鞘氨醇中的氨基相連。的氨基相連。l細(xì)菌和植物的細(xì)胞膜中糖脂含量較多。細(xì)菌和植物的細(xì)胞膜中糖脂含量較多。這類糖脂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要為甘油的這類糖脂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要為甘油的衍生物。衍生物。l生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常稱為膜蛋白。稱為膜蛋白。l根據(jù)它們在膜上的定位情況，可以分為根據(jù)它們在膜上的定位情況，可以分為外周蛋白和內(nèi)在蛋白。外周蛋白和內(nèi)

9、在蛋白。l膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜實施功能的基本場所。實施功能的基本場所。l這類蛋白約占膜蛋白的這類蛋白約占膜蛋白的202030%30%，分布于，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結(jié)合?；蚍兜氯A力與膜結(jié)合。l外周蛋白與膜的結(jié)合比較疏松，容易從外周蛋白與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來。膜上分離出來。l外周蛋白能溶解于水。外周蛋白能溶解于水。l內(nèi)在蛋白約占膜蛋白的內(nèi)在蛋白約占膜蛋白的70-80%70-80%，蛋白的部分或，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。l這類

10、蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與這類蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與膜脂相結(jié)合，而且不容易從膜中分離出來。膜脂相結(jié)合，而且不容易從膜中分離出來。l內(nèi)在蛋白與雙層脂膜疏水區(qū)接觸部分，由于沒內(nèi)在蛋白與雙層脂膜疏水區(qū)接觸部分，由于沒有水分子的影響，多肽鏈內(nèi)形成氫鍵趨向大大有水分子的影響，多肽鏈內(nèi)形成氫鍵趨向大大增加，因而，它們主要以增加，因而，它們主要以- -螺旋和螺旋和- -折疊形折疊形式存在，其中又以式存在，其中又以- -螺旋更普遍。螺旋更普遍。l生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。l糖類在膜上的分布是不對稱的，全部都處于細(xì)胞膜的外側(cè)。生物膜中組成寡糖的單

11、糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。l生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識別方面具有重要作用。l生物膜具有保護(hù)、轉(zhuǎn)運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換、信生物膜具有保護(hù)、轉(zhuǎn)運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、運(yùn)動和免疫等生物功能。息傳遞、運(yùn)動和免疫等生物功能。l在細(xì)胞或細(xì)胞器中，生物膜第一個重要作用在細(xì)胞或細(xì)胞器中，生物膜第一個重要作用是將其內(nèi)含物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開來，使之是將其內(nèi)含物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開來，使之成為具有特殊功能的獨(dú)立個體。成為具有特殊功能的獨(dú)立個體。l生物膜能夠保護(hù)細(xì)胞或細(xì)胞器不受或少受外生物膜能夠保護(hù)細(xì)胞或細(xì)胞器不受或少受外界環(huán)境因素改變的影響，保持它們原有的形界環(huán)境因素改變的影響，保持它們

12、原有的形狀和完整結(jié)構(gòu)。狀和完整結(jié)構(gòu)。l細(xì)胞或細(xì)胞器需要細(xì)胞或細(xì)胞器需要經(jīng)常與外界進(jìn)行物經(jīng)常與外界進(jìn)行物質(zhì)交換以維持其正質(zhì)交換以維持其正常的功能。常的功能。l細(xì)胞或細(xì)胞器通過細(xì)胞或細(xì)胞器通過生物膜，從膜外選生物膜，從膜外選擇性地吸收所需要擇性地吸收所需要的養(yǎng)料，同時也要的養(yǎng)料，同時也要排出不需要的物質(zhì)。排出不需要的物質(zhì)。l在各種物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)在各種物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，細(xì)胞膜運(yùn)過程中，細(xì)胞膜起著重要的調(diào)控作起著重要的調(diào)控作用。用。l物質(zhì)從高濃度的一側(cè)，通物質(zhì)從高濃度的一側(cè)，通過膜轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度的另一過膜轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度的另一側(cè)，即沿著濃度梯度膜側(cè)，即沿著濃度梯度膜兩邊的濃度差的方向跨兩邊的濃度差的方向跨膜轉(zhuǎn)

13、運(yùn)的過程。膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。l這類轉(zhuǎn)運(yùn)是通過被轉(zhuǎn)運(yùn)物這類轉(zhuǎn)運(yùn)是通過被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)本身的擴(kuò)散作用進(jìn)行的，質(zhì)本身的擴(kuò)散作用進(jìn)行的，是一個不需要外加能量的是一個不需要外加能量的自發(fā)過程。自發(fā)過程。l許多物質(zhì)的被動轉(zhuǎn)運(yùn)過程許多物質(zhì)的被動轉(zhuǎn)運(yùn)過程需要特殊的蛋白載體幫助。需要特殊的蛋白載體幫助。l主動轉(zhuǎn)運(yùn)是在外加主動轉(zhuǎn)運(yùn)是在外加能量驅(qū)動下進(jìn)行的能量驅(qū)動下進(jìn)行的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程。物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程。l主動轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)，主動轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)，可以是離子、小分可以是離子、小分子化合物，也可以子化合物，也可以是復(fù)雜的大分子物是復(fù)雜的大分子物質(zhì)，如某些蛋白或質(zhì)，如某些蛋白或酶等。酶等。l這一過程一般都與這一過程一般都與ATPATP的

14、釋能反應(yīng)相的釋能反應(yīng)相偶聯(lián)。偶聯(lián)。l 膜的專一性：膜對于主動轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)有專一性。膜的專一性：膜對于主動轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)有專一性。l 載體蛋白：物質(zhì)的主動轉(zhuǎn)運(yùn)需要載體蛋白的參載體蛋白：物質(zhì)的主動轉(zhuǎn)運(yùn)需要載體蛋白的參與。載體蛋白具有專一性，一種載體蛋白一般只與。載體蛋白具有專一性，一種載體蛋白一般只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一類物質(zhì)。能轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一類物質(zhì)。l 方向性：物質(zhì)可以逆濃度梯度或電化學(xué)梯度進(jìn)方向性：物質(zhì)可以逆濃度梯度或電化學(xué)梯度進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。如細(xì)胞為了保持膜內(nèi)、外的行轉(zhuǎn)運(yùn)。如細(xì)胞為了保持膜內(nèi)、外的K+K+和和Na+Na+離子離子的濃度梯度以維持正常的生理活動需要，細(xì)胞通的濃度梯度以維持正常的生理活動需要，細(xì)胞通過

15、主動轉(zhuǎn)運(yùn)方式，向內(nèi)泵入過主動轉(zhuǎn)運(yùn)方式，向內(nèi)泵入K+K+，而向外泵出，而向外泵出 Na+Na+。l 主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程可以被某些抑制劑抑制。主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程可以被某些抑制劑抑制。l 主動轉(zhuǎn)運(yùn)所需的能量一般由主動轉(zhuǎn)運(yùn)所需的能量一般由ATPATP提供。提供。l氧化磷酸化：通過生物氧化作用，將食物分子中存儲氧化磷酸化：通過生物氧化作用，將食物分子中存儲的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成生物能，即將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成生物能，即將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成ATPATP分子分子的高能磷酸鍵。然后再通過的高能磷酸鍵。然后再通過ATPATP分子磷酸鍵的分解釋分子磷酸鍵的分解釋放能量，為生物體提供所需的能量。放能量，為生物體提供所需的能量。l光合磷

16、酸化：通過光合作用，將光能主要是太陽能光合磷酸化：通過光合作用，將光能主要是太陽能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成ATPATP的高能磷酸鍵。再利用的高能磷酸鍵。再利用ATPATP的能量合成糖類的能量合成糖類物質(zhì)。物質(zhì)。l真核細(xì)胞的氧化磷酸化主要在線粒體膜上進(jìn)行。真核細(xì)胞的氧化磷酸化主要在線粒體膜上進(jìn)行。l原核細(xì)胞的氧化磷酸化則是在細(xì)胞質(zhì)膜上進(jìn)行。原核細(xì)胞的氧化磷酸化則是在細(xì)胞質(zhì)膜上進(jìn)行。l光合磷酸化主要在葉綠體膜上進(jìn)行。光合磷酸化主要在葉綠體膜上進(jìn)行。l生物體內(nèi)的信息傳遞，例如激素的刺激、生物體內(nèi)的信息傳遞，例如激素的刺激、神經(jīng)傳導(dǎo)和遺傳信息的傳遞等，主要是神經(jīng)傳導(dǎo)和遺傳信息的傳遞等，主要是在細(xì)胞膜上進(jìn)行的。在細(xì)

17、胞膜上進(jìn)行的。l細(xì)胞膜上有接受不同信息的專一性受體，細(xì)胞膜上有接受不同信息的專一性受體，這些受體能識別和接受各種特殊信息，這些受體能識別和接受各種特殊信息，然后將不同的信息分別傳遞給有關(guān)的靶然后將不同的信息分別傳遞給有關(guān)的靶細(xì)胞并產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)以調(diào)節(jié)代謝、控細(xì)胞并產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)以調(diào)節(jié)代謝、控制遺傳和其它生理活動。制遺傳和其它生理活動。l 許多原生動物及單細(xì)胞動物主要是通過其細(xì)胞膜表面的纖毛或鞭毛的擺動而移動。l淋巴細(xì)胞的吞噬作用和某些細(xì)胞利用質(zhì)膜內(nèi)折疊將外源物質(zhì)包圍入細(xì)胞的作用等都是靠細(xì)胞膜的運(yùn)動實現(xiàn)的。l細(xì)胞的免疫性主要是由于細(xì)胞膜上有專一性的抗原受細(xì)胞的免疫性主要是由于細(xì)胞膜上有專一性的抗

18、原受體，當(dāng)抗原受體被抗原激活后，即產(chǎn)生相應(yīng)的抗體。體，當(dāng)抗原受體被抗原激活后，即產(chǎn)生相應(yīng)的抗體。l抗體能夠識別及特異性地與外源性抗原如細(xì)菌、病抗體能夠識別及特異性地與外源性抗原如細(xì)菌、病毒等結(jié)合并吞噬消滅。毒等結(jié)合并吞噬消滅。l另外，吞噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的免疫功能，是由于它們另外，吞噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的免疫功能，是由于它們能夠識別外源物質(zhì)細(xì)菌或其它蛋白質(zhì)等），并能將能夠識別外源物質(zhì)細(xì)菌或其它蛋白質(zhì)等），并能將這些外源物質(zhì)吞噬消滅。這些外源物質(zhì)吞噬消滅。l是指由雙親性分子高度有序排列是指由雙親性分子高度有序排列形成的體系形成的體系. .是指由雙親性分子是指由雙親性分子高度有序排列形成的體系，如膠高度有序排列形成的體系，如膠束、微團(tuán)、單分子層膜、雙分子束、微團(tuán)、單分子層膜、雙分子層膜和脂質(zhì)體等。層膜和脂質(zhì)體等。 l人工膜具有生物膜的基本結(jié)構(gòu)特人工膜具有生物膜的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和某些理化性質(zhì)，是研究生物點(diǎn)和某些理化性質(zhì)，是研究生物膜結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基本模型。膜結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基本模型。l最能代表生物膜結(jié)構(gòu)特性的人工最能代表生物膜結(jié)構(gòu)特性的人工膜是單分子層膜、雙分子層膜和膜是單分子層膜、雙分子層膜和脂質(zhì)體。脂質(zhì)體。l單分子層膜是