2生物膜和運輸ppt課件

1、第二章第二章 細胞和生物膜細胞和生物膜一、細胞是生物體的基本結構單元 分類與結構：原核和真核9 million肺炎球菌肺炎球菌梭狀芽孢桿菌梭狀芽孢桿菌 霍亂弧菌霍亂弧菌Chicken pox (水痘)Smallpox (天花)Colorized micrograph of the human immunodeficiency virus (HIV), that cause AIDS, on the surface of a cell引起腳氣的真菌引起腳氣的真菌 面包上的青霉面包上的青霉一、細胞是生物體的基本結構單元細胞是生物分子發(fā)生化學變化的場所CMCP細胞器：線粒體、核糖體、內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體

2、、葉綠體、溶酶體CNCW植物、大部分細菌）下一部分分裂間期時，分裂間期時，DNADNA、組蛋白、非組蛋白和少量、組蛋白、非組蛋白和少量RNARNA組成的線形物質，基本單位核小體組成的線形物質，基本單位核小體nucleosomesnucleosomes）。）。可為堿性染料染色。可為堿性染料染色。 常染色質常染色質euchromatineuchromatin）：絲狀）：絲狀 異染色質異染色質heterochromatinheterochromatin）：凝縮）：凝縮 組蛋白組蛋白 非組蛋白非組蛋白CNCN染色質染色質前往內(nèi)質網(wǎng)內(nèi)質網(wǎng)endoplasmic reticulumendoplasmic

3、reticulum）：脂質雙分子）：脂質雙分子層，內(nèi)側與核被膜外膜相通，核周間隙也是層，內(nèi)側與核被膜外膜相通，核周間隙也是ERER部部分。分。 RER :RER :合成運輸分泌蛋白功能合成運輸分泌蛋白功能 SERSER：脂類代謝和鈣代謝相關，存在動物細胞：脂類代謝和鈣代謝相關，存在動物細胞核糖體核糖體ribosomesribosomes）：）：4040Pr+60%RNAPr+60%RNA 大亞基：大亞基：28S28S、5.8S5.8S、5S5S4040多種多種PrPr 小亞基：小亞基：18S+3018S+30多種多種PrPr細胞質和細胞器內(nèi)質網(wǎng)和核糖體細胞質和細胞器內(nèi)質網(wǎng)和核糖體前往線粒體線粒

4、體前往前往二、生物膜生物膜幾乎所有的質量都由蛋白質和極性脂生物膜幾乎所有的質量都由蛋白質和極性脂質組成，少量的碳水化合物也是糖蛋白或質組成，少量的碳水化合物也是糖蛋白或糖脂的一部分。蛋白質和脂類的相對比例糖脂的一部分。蛋白質和脂類的相對比例因不同的膜而不同，反映著膜生物作用的因不同的膜而不同，反映著膜生物作用的廣泛性。神經(jīng)元的髓鞘主要由脂類構成，廣泛性。神經(jīng)元的髓鞘主要由脂類構成，表現(xiàn)為一種被動的電子絕緣體；但細菌、表現(xiàn)為一種被動的電子絕緣體；但細菌、線粒體、葉綠體的膜上有許多酶催化的代線粒體、葉綠體的膜上有許多酶催化的代謝過程發(fā)生，含有的蛋白比脂類要多。謝過程發(fā)生，含有的蛋白比脂類要多。二、

5、生物膜生物膜功能：生物膜功能： 保護功能：生物膜為細胞獨立空間的界限，并保護功能：生物膜為細胞獨立空間的界限，并有選擇性阻隔效果；有選擇性阻隔效果；轉運功能：轉運功能： 能量轉換：能量轉換：信息傳遞：信息傳遞：運動功能：運動功能：免疫功能：免疫功能：下一部分下一部分CMCM具有保護功能，將細胞與外界隔開具有保護功能，將細胞與外界隔開前往 細胞或細胞器需要細胞或細胞器需要經(jīng)常與外界進行物經(jīng)常與外界進行物質交換以維持其正質交換以維持其正常的功能。常的功能。 細胞或細胞器通過細胞或細胞器通過生物膜，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

6、質。排出不需要的物質。 在各種物質跨膜轉在各種物質跨膜轉運過程中，細胞膜運過程中，細胞膜起著重要的調控作起著重要的調控作用。用。前往信息傳遞 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)傳導和遺傳信息的傳遞等，主要是在神經(jīng)傳導和遺傳信息的傳遞等，主要是在細胞膜上進行的。細胞膜上進行的。 細胞膜上有接受不同信息的專一性受體，細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，然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的靶細胞后將不同的信息分別傳遞給有關的靶細胞并產(chǎn)生相應的效應以調節(jié)代謝、控制遺傳并產(chǎn)生相應的效應以調節(jié)代謝、

7、控制遺傳和其它生理活動。和其它生理活動。甲狀腺素：具有促進一般組織代謝，提高神經(jīng)興奮性和身體發(fā)育作用。胸腺：機體的重要淋巴器官，分泌胸腺激素及激素類物質。位于胸腔前縱隔。胚胎后期及初生時，1015克。隨青春期約3040克。此后逐漸退化，淋巴細胞減少，脂肪組織增多，至老年僅15克。腎上腺：兩側腎臟的上方，周圍是皮質，內(nèi)部是髓質。皮質分泌鹽皮質激素、糖皮質激素和性激素。髓質分泌腎上腺素和去甲腎上腺素 。胰腺：分泌高糖素、胰島素、胃泌素、胃動素。這些細胞分泌激素除了參與消化吸收物質之外，還負責調節(jié)全身生理機能。松果體：雙眉之間，印堂之后深處 。是人體的第三只眼睛。含有豐富的5一羥色胺，在特殊酶的作用

8、下轉變?yōu)橥屎诩に?。當強光照射時，褪黑激素分泌減少；在暗光下褪黑激素分泌增加，使人心情壓抑 。“生物鐘的調控中心。下丘腦：調節(jié)內(nèi)臟活動和內(nèi)分泌活動的較高級神經(jīng)中樞所在。 垂體：是身體內(nèi)最復雜的內(nèi)分泌腺，所產(chǎn)生的激素不但與身體骨骼和軟組織的生長有關，且可影響其它內(nèi)分泌腺甲狀腺、腎上腺、性腺的活動。會產(chǎn)生生長激素、催乳素、促甲狀腺激素、促性腺激素、促腎上腺皮質激素黃體生成素和卵泡刺激素和黑色細胞刺激素 。 非類固醇激素 類固醇激素 激素作用過程激素作用過程前往運動功能運動功能 許多原生動物及單細胞動物主要是通過其細胞膜表面的纖毛或鞭毛的擺動而移動。 淋巴細胞的吞噬作用和某些細胞利用質膜內(nèi)折疊將外源物

9、質包圍入細胞的作用等都是靠細胞膜的運動實現(xiàn)的。前往免疫功能免疫功能前往 細胞的免疫性主要是細胞的免疫性主要是CM專一性的抗原受體，當專一性的抗原受體，當抗原受體被抗原激活，抗原受體被抗原激活，即產(chǎn)生相應的抗體。即產(chǎn)生相應的抗體。 抗體能夠識別及特異性抗體能夠識別及特異性地與外源性抗原如細地與外源性抗原如細菌、病毒等結合并吞菌、病毒等結合并吞噬消滅。噬消滅。 另外，吞噬細胞和淋巴另外，吞噬細胞和淋巴細胞的免疫功能，是由細胞的免疫功能，是由于它們能夠識別外源物于它們能夠識別外源物質細菌或其它蛋白質質細菌或其它蛋白質等），并能將這些外源等），并能將這些外源物質吞噬消滅。物質吞噬消滅。二、生物膜生物膜

10、組成：生物膜組成：膜脂質膜脂質 : : 主要分為三類，磷脂、糖脂及主要分為三類，磷脂、糖脂及固醇類。固醇類。蛋白質蛋白質: : 主要分為三類，貫穿性膜蛋白、主要分為三類，貫穿性膜蛋白、附著性膜蛋白、附脂質膜蛋白。附著性膜蛋白、附脂質膜蛋白。糖類：糖類沒有單獨以糖類分子存在于糖類：糖類沒有單獨以糖類分子存在于生物膜上，而是以共價鍵結合于蛋白質生物膜上，而是以共價鍵結合于蛋白質及脂質分子上，以糖蛋白及糖脂出現(xiàn)于及脂質分子上，以糖蛋白及糖脂出現(xiàn)于生物膜上。生物膜上。二、生物膜膽固醇膽固醇甘油磷甘油磷脂脂葡萄糖腦苷脂葡萄糖腦苷脂什么能降低膽固醇？高膽固醇食物 每100g食物中含200mg以上為高膽固醇

11、。二、生物膜 內(nèi)在膜蛋白內(nèi)在膜蛋白 ：70%-80%70%-80%，一般以，一般以- -螺旋結螺旋結構貫穿雙層脂質，雙層脂質區(qū)可含有構貫穿雙層脂質，雙層脂質區(qū)可含有至至 個氨基酸；可由氨基酸序列預測此個氨基酸；可由氨基酸序列預測此種種- -螺旋結構。例如鈉鉀泵。螺旋結構。例如鈉鉀泵。 附著性膜蛋白外周蛋白）：附著性膜蛋白外周蛋白）：20%-30%20%-30%，蛋，蛋白質以非共價附于膜脂或貫穿性膜蛋白上。白質以非共價附于膜脂或貫穿性膜蛋白上。二、生物膜每種膜都有一個特征性的脂質組成：每種膜都有一個特征性的脂質組成：膜脂組成因不同的界、不同的種、膜脂組成因不同的界、不同的種、不同的組織、特定細胞

12、中不同的細不同的組織、特定細胞中不同的細胞器而不同。細胞有一種清楚的機胞器而不同。細胞有一種清楚的機制，可以精確控制膜脂合成的種類制，可以精確控制膜脂合成的種類和數(shù)量，以及定位到特定的細胞器和數(shù)量，以及定位到特定的細胞器上。上。 流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型生物膜中兼性的磷脂和固醇形成一個脂質雙分子層，非極性部分相對構成雙分子層的核心，極性的頭部朝外；脂質雙分子層結構中，球狀蛋白以非正規(guī)間隔埋于其中；另一些蛋白則伸出突出膜的一面或另一面；還有一些蛋白跨越整個膜。蛋白質在脂雙分子層中的方向是不對稱的，表現(xiàn)為膜蛋白功能的不對稱。脂質與蛋白質之間構成一個流動的鑲嵌結構。流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型脂雙分子層

13、是基本的結構脂雙分子層是基本的結構脂類與水相共存時會迅速形成一種脂雙分子層結構而脂類與水相共存時會迅速形成一種脂雙分子層結構而避開水的作用，生物膜的厚度電鏡測定為避開水的作用，生物膜的厚度電鏡測定為5-8 nm5-8 nm是由是由3 nm3 nm的脂雙分子層和蛋白的厚度決定的，所有證的脂雙分子層和蛋白的厚度決定的，所有證據(jù)都支持生物膜由脂雙分子層構成。據(jù)都支持生物膜由脂雙分子層構成。膜脂對于脂雙分子層兩面是不對稱的，但盡管不對稱，膜脂對于脂雙分子層兩面是不對稱的，但盡管不對稱，也不象蛋白質，脂的不對稱不是絕對的。也不象蛋白質，脂的不對稱不是絕對的。兩性脂在水中形成的聚集體兩性脂在水中形成的聚集

14、體膜脂在不斷地流動膜脂在不斷地流動雖然脂雙層結構的本身是穩(wěn)定的，但單個的磷雖然脂雙層結構的本身是穩(wěn)定的，但單個的磷脂和固醇可在脂質平面內(nèi)有很大的運動自由，脂和固醇可在脂質平面內(nèi)有很大的運動自由，它們的橫向運動很快，幾秒之內(nèi)單個脂分子就它們的橫向運動很快，幾秒之內(nèi)單個脂分子就可環(huán)繞紅細胞的一周。雙分子的內(nèi)部也是流動可環(huán)繞紅細胞的一周。雙分子的內(nèi)部也是流動的，脂肪酸的碳氫鏈可通過碳碳旋轉而不斷地的，脂肪酸的碳氫鏈可通過碳碳旋轉而不斷地運動。另外一種運動就是跨雙分子層運動，即運動。另外一種運動就是跨雙分子層運動，即flip-flopflip-flop。膜流動的程度依賴于脂的組成及溫度，低溫下膜流動的

15、程度依賴于脂的組成及溫度，低溫下的運動相對較少，脂雙分子層幾乎呈晶態(tài)類的運動相對較少，脂雙分子層幾乎呈晶態(tài)類晶體、半晶體陳列；溫度升到一定高度時，晶體、半晶體陳列；溫度升到一定高度時，運動增加，膜由晶態(tài)向液態(tài)轉變。運動增加，膜由晶態(tài)向液態(tài)轉變。膜蛋白透過或跨過脂雙分子層膜蛋白透過或跨過脂雙分子層生物膜的冰凍蝕刻電鏡觀察到的一個蛋白或多蛋白復合體分布情況顯示，一些蛋白僅存在于膜的一面，另一些則橫跨整個膜雙分子層，有些穿過膜的另一表面。膜蛋白在脂雙分子層上可側向運動。 冰凍蝕刻撕開膜雙層冰凍蝕刻撕開膜雙層外周蛋白與膜的連接是可逆的外周蛋白與膜的連接是可逆的許多外周蛋白通過與嵌入蛋白的親水區(qū)域許多外

16、周蛋白通過與嵌入蛋白的親水區(qū)域或膜脂的極性頭部以靜電作用或氫鍵結合或膜脂的極性頭部以靜電作用或氫鍵結合到膜上，通過溫度的改變或破壞靜電或破到膜上，通過溫度的改變或破壞靜電或破壞氫鍵作用如加入螯合劑、尿素、碳酸壞氫鍵作用如加入螯合劑、尿素、碳酸鹽或改變鹽或改變pHpH可被釋放出來。可被釋放出來。這些外周蛋白可作為膜結合酶的調節(jié)因子、這些外周蛋白可作為膜結合酶的調節(jié)因子、或作為連接膜內(nèi)蛋白與胞間結構的中介物、或作為連接膜內(nèi)蛋白與胞間結構的中介物、或一些膜蛋白的流動性?；蛞恍┠さ鞍椎牧鲃有浴?膜內(nèi)嵌入蛋白與脂膜內(nèi)嵌入蛋白與脂通過疏水作用維系在膜中通過疏水作用維系在膜中 嵌入蛋白通常富含疏水氨基酸區(qū)域

17、可在中間段，也可在氨基端或羧基端），有些可有多個疏水序列，如-螺旋，可橫貫整個膜脂雙分子層。膜內(nèi)蛋白膜內(nèi)蛋白有些外周膜蛋白有些外周膜蛋白共價泊錨在膜脂上共價泊錨在膜脂上有些膜外周蛋白與膜脂有一個或多個共價結合位點，如長鏈脂肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。連接的脂提供了一個疏水的錨以插入脂雙分子層。 膜蛋白是不對稱的膜蛋白是不對稱的 糖蛋白分布的不對稱反映了功能的不對稱；許多膜蛋白在雙分子層上有一定的取向，很少發(fā)生翻轉的情況，即時有，flip-flop也非常慢。蛋白質分布的不對稱往往還與組成膜上的泵相關。 膜蛋白的擴散運動膜蛋白的擴散運動膜融合是許多生物過程的中心事件膜融合是許多生物過程的中心事

18、件生物膜一個明顯的特征是可與另一個膜融合而不失去其完整性。膜雖是穩(wěn)定的，但不是靜止的，內(nèi)膜系統(tǒng)中膜狀結構不斷地從高爾基復合體上分泌形成；外吞、內(nèi)飲、細胞分裂、精卵細胞融合、膜包裹病毒進入宿主細胞等都涉及膜的重新形成，而它們最基本的行為就是兩個膜片段的融合而不失去完整性。 膜的融合膜的融合膜融合事件膜融合事件兩個膜融合需要：相互識別、相互表面靠近并相兩個膜融合需要：相互識別、相互表面靠近并相對對( (排除水分子排除水分子) )、雙層結構部分破壞、兩個雙分子層、雙層結構部分破壞、兩個雙分子層融合為一個連續(xù)的脂雙分子層。受體調節(jié)的內(nèi)吞或控融合為一個連續(xù)的脂雙分子層。受體調節(jié)的內(nèi)吞或控制的分泌還需要融

19、合發(fā)生在合適的時間或者是對特異制的分泌還需要融合發(fā)生在合適的時間或者是對特異信號的反應。信號的反應。融合蛋白融合蛋白(fusion protein)(fusion protein)參與以上融合事件，參與以上融合事件，引起特異識別和短暫、局部脂雙層結構變形促使膜融引起特異識別和短暫、局部脂雙層結構變形促使膜融合。融合蛋白可搭起兩個膜融合的橋，并帶來融合區(qū)合。融合蛋白可搭起兩個膜融合的橋，并帶來融合區(qū)域脂雙分子層的暫時恢復。域脂雙分子層的暫時恢復。膜聯(lián)蛋白膜聯(lián)蛋白(annexin)(annexin)(一種一種Ca2+Ca2+活化后可與膜磷脂活化后可與膜磷脂結合的蛋白結合的蛋白) )是一類緊挨質膜的

20、蛋白質，需要是一類緊挨質膜的蛋白質，需要Ca2+Ca2+，與，與脂雙分子層的磷脂結合，可通過交叉連接兩個不同膜脂雙分子層的磷脂結合，可通過交叉連接兩個不同膜的脂質分子。的脂質分子。 病毒進入宿主細胞的膜融合病毒進入宿主細胞的膜融合跨膜運輸跨膜運輸從外界獲得原材料，釋放其代謝物到環(huán)從外界獲得原材料，釋放其代謝物到環(huán)境中去。境中去。質膜可識別并允許某些物質進入細胞，質膜可識別并允許某些物質進入細胞，有時是逆濃度梯度的有時是逆濃度梯度的小分子物質的跨膜是通過跨膜的通道、小分子物質的跨膜是通過跨膜的通道、載體或泵進行的。載體或泵進行的。 溶質通過透性膜的移動溶質通過透性膜的移動不帶電不帶電帶帶 電電簡單擴散簡單擴散 特點：順濃度梯度(電化學梯度)方