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第三章細胞膜的構(gòu)造與功能

(MembraneStructureandFunction)

植物系陳益明老師2002.09.22第三章細胞膜的構(gòu)造與功能

(MembraneStruct1一、細胞膜的構(gòu)造1.細胞膜是由脂類、蛋白質(zhì)及醣類三者組成分所組成(Fig.8.2)。2.細胞膜是由雙層原生質(zhì)膜(two-layerplasmamembrane)構(gòu)成,它的細微構(gòu)造可利用冰凍裂解與冰凍蝕刻(Freeze-fractureandFreeze-etchmethod)處理再以EM觀察(Fig.8.3)。一、細胞膜的構(gòu)造1.細胞膜是由脂類、蛋白質(zhì)及醣類三者組成2細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件3一、細胞膜的構(gòu)造3.細胞膜是流體(fluid):原生質(zhì)膜在逆境下轉(zhuǎn)變成硬化(solidifies)膜系的通透性(permeability)會改變,它的酵素蛋白質(zhì)會變成沒活性。4.細胞膜的醣類(carbohydrates)在細胞與細胞之間的辨認(cell-cellrecognition)是很重要的。5.脂類:細胞膜之脂類是雙層(bilayer);由磷脂類、膽固醇等所組成(Fig.8-2,8-3及8-4)。一、細胞膜的構(gòu)造3.細胞膜是流體(fluid):4細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件5細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件6一、細胞膜的構(gòu)造6.膜蛋白(membraneproteins):可分為嵌入蛋白(integralproteins)及周邊蛋白(peripheralproteins)二類(Fig.8-6)。當兩種不同的動物細胞混合時,兩種膜系蛋白質(zhì)會互相混合(intermingle),形成雜合細胞(hybridcell)(Fig.8-5)。一、細胞膜的構(gòu)造6.膜蛋白(membranepro7細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件8細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件9二、細胞膜的功能

(membranefunctions)1.細胞膜的構(gòu)造組成形成選擇性通透膜(selectivepermeability)。2.原生質(zhì)膜是具有內(nèi)外之方位(sideness)(Fig.8.3及8.8)。二、細胞膜的功能

(membranef10細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件11二、細胞膜的功能(membranefunctions)3.

細胞膜蛋白的功能:(1)物質(zhì)進出細胞之調(diào)控。(2)細胞膜上有接受蛋白(recerptorproteins)能接收各項環(huán)境或荷爾蒙等訊息,引發(fā)細胞的反應(Fig.11-5)。(3)物質(zhì)的運輸:運輸?shù)鞍?transportproteins)

(Fig.8-7)。通道蛋白(channelproteins)。4.細胞間的黏著及辨識等:尤其膜系上的醣類(oligosaccharides)(原生質(zhì)膜外側(cè)上的寡醣)當作細胞的標誌(marker)及互相辨識。二、細胞膜的功能(membranefunctions)12細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件13三、被動運輸(passivetransport):

A.以擴散(diffusion)原理通過細胞膜(Fig.8.10)。

B.水的被動運輸:滲透(osmosis)(Fig.8.11)三、被動運輸(passivetransport):14細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件15細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件16三、被動運輸(passivetransport):C.活細胞內(nèi)水的平衡(Fig.8-12)高張溶液(hypertonicsolution)低張溶液(hypotonicsolution)等張溶液(isotonicsolution)

三、被動運輸(passivetransport):C.17細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件18三、被動運輸(passivetransport):D.促進擴散作用(faciliateddiffusion):膜系上的特殊蛋白質(zhì)可加速特定溶質(zhì)之被動運輸之速率(Fig.8.1,F(xiàn)ig.8-14)。三、被動運輸(passivetransport):D.促19細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件20四、自動運輸(activetransport)

A.藉運輸?shù)鞍准跋哪芰緼TP下,逆濃度及電位等差異(electrochemicalgradient)而運輸(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K+離子幫浦進入細胞膜時會帶送出3個Na+離子。四、自動運輸(activetransport)A.21細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件22細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件23四、自動運輸(activetransport)B.產(chǎn)生電的幫浦(electrogenicpump):H+通過細胞膜需藉由“protonpump”來“幫浦”而產(chǎn)生電化學梯度(eletrochemicalgradient),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.8.17)。四、自動運輸(activetransport)B.產(chǎn)24細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件25四、自動運輸(activetransport)C.主動運輸之型式:1.單向運輸(unitransport)(Fig.8.16)。2.協(xié)同運輸(cotransport或symtransport)(Fig.8.18)。3.反向運輸(antitransport)。四、自動運輸(activetransport)C.主26細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件27五、開啟細胞電生理的新紀元A.奈爾(ErwinNeher)及沙克曼(BerfSakmann)首創(chuàng)膜片箝制術(shù)(patch-clamping),開啟細胞電生理的新紀元,於1991年獲Nobel生理醫(yī)學獎(參考科學月刊1991年11月份)(P.761)(Fig.36.14)。五、開啟細胞電生理的新紀元A.奈爾(ErwinNeher28五、開啟細胞電生理的新紀元B.藉此技術(shù):1.可瞭解離子如何進入細胞。2.利用單一細胞從事電生理研究。3.幫助瞭解疾病的成因。五、開啟細胞電生理的新紀元B.藉此技術(shù):29細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件30六、大分子的運輸(transportlargemolecules):大分子的運輸藉由細胞外泌(exocytosis)及內(nèi)吞作用(endocytosis)(Fig.8.10)。A.細胞外分泌或反胞飲作用:藉細胞液胞和細胞膜融合而將大分子排到細胞外之過程。

六、大分子的運輸(transportlargemolec31細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件32B.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-mediatedendocytosis)六、大分子的運輸(transportlargemolecules):B.內(nèi)吞作用可分為三大類:六、大分子的運輸(transpo333.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-mediatedendocytosis):在細胞膜上有特定的蛋白質(zhì),能對細胞內(nèi)某些物質(zhì)做專一性的接合,以膽固醇為例,在細胞膜上的接受分子(receptor)是clathrin,而膽固醇在血液中的運輸是以“l(fā)ow-densitylipoproteins,簡稱為LDLs”的小顆粒形式,此小顆粒能與clathrin接合後,而進入細胞(Fig.8-19)。

六、大分子的運輸(transportlargemolecules):3.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-media34細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件35六、大分子的運輸(transportlargemolecules):家族性的膽固醇血癥(Hypercholesterolemia),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粒子不能進入細胞,造成膽固醇大量累積在血液中。六、大分子的運輸(transportlargemolec36七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)

A.膜系蛋白扮演信息傳遞之功能。1.一級信息(firstmessenger),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)。2.二級信息(secondmessenger),如G-protein(Fig.11.7),cyclicAMP(Fig.11.12)。七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)A.37細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件38細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件39Fig11.12Fig11.1240細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件41細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件42七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)B.以肝醣分解作用(glycogenolysis)為例:1930年代柯里(Cori):肝醣分解機理,1947年榮獲Nobel

生理醫(yī)學獎。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)(adenylatecyclase),再將ATP轉(zhuǎn)換成cyclicAMP,簡稱cAMP(1971年榮獲Nobel生理醫(yī)學獎)。七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)B.43七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)B.以肝醣分解作用(glycogenolysis)為例:1992年克列氏(Krebs)及費希爾(Fisher)證明cAMP需經(jīng)過一連串蛋白質(zhì)磷酸化(phosphorylation),才能使一個訊號(signal)一級級放大。蛋白質(zhì)磷酸化為細胞內(nèi)一個重要的調(diào)控機制,成為當代生物醫(yī)學研究的重點(1992年Nobel生理醫(yī)學獎)。七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)B.44八、參考資料Compbell,NAandReece,JB(2002)Biology(6th.ed.)Chap.8.Membranestructureandfunctionp.138-154.2.科學月刊(1991).22卷11期揭開細胞離子管道的祕密-1991年諾貝爾生理醫(yī)學獎簡p.809-812.八、參考資料Compbell,NAandReece,45第三章細胞膜的構(gòu)造與功能

(MembraneStructureandFunction)

植物系陳益明老師2002.09.22第三章細胞膜的構(gòu)造與功能

(MembraneStruct46一、細胞膜的構(gòu)造1.細胞膜是由脂類、蛋白質(zhì)及醣類三者組成分所組成(Fig.8.2)。2.細胞膜是由雙層原生質(zhì)膜(two-layerplasmamembrane)構(gòu)成,它的細微構(gòu)造可利用冰凍裂解與冰凍蝕刻(Freeze-fractureandFreeze-etchmethod)處理再以EM觀察(Fig.8.3)。一、細胞膜的構(gòu)造1.細胞膜是由脂類、蛋白質(zhì)及醣類三者組成47細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件48一、細胞膜的構(gòu)造3.細胞膜是流體(fluid):原生質(zhì)膜在逆境下轉(zhuǎn)變成硬化(solidifies)膜系的通透性(permeability)會改變,它的酵素蛋白質(zhì)會變成沒活性。4.細胞膜的醣類(carbohydrates)在細胞與細胞之間的辨認(cell-cellrecognition)是很重要的。5.脂類:細胞膜之脂類是雙層(bilayer);由磷脂類、膽固醇等所組成(Fig.8-2,8-3及8-4)。一、細胞膜的構(gòu)造3.細胞膜是流體(fluid):49細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件50細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件51一、細胞膜的構(gòu)造6.膜蛋白(membraneproteins):可分為嵌入蛋白(integralproteins)及周邊蛋白(peripheralproteins)二類(Fig.8-6)。當兩種不同的動物細胞混合時,兩種膜系蛋白質(zhì)會互相混合(intermingle),形成雜合細胞(hybridcell)(Fig.8-5)。一、細胞膜的構(gòu)造6.膜蛋白(membranepro52細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件53細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件54二、細胞膜的功能

(membranefunctions)1.細胞膜的構(gòu)造組成形成選擇性通透膜(selectivepermeability)。2.原生質(zhì)膜是具有內(nèi)外之方位(sideness)(Fig.8.3及8.8)。二、細胞膜的功能

(membranef55細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件56二、細胞膜的功能(membranefunctions)3.

細胞膜蛋白的功能:(1)物質(zhì)進出細胞之調(diào)控。(2)細胞膜上有接受蛋白(recerptorproteins)能接收各項環(huán)境或荷爾蒙等訊息,引發(fā)細胞的反應(Fig.11-5)。(3)物質(zhì)的運輸:運輸?shù)鞍?transportproteins)

(Fig.8-7)。通道蛋白(channelproteins)。4.細胞間的黏著及辨識等:尤其膜系上的醣類(oligosaccharides)(原生質(zhì)膜外側(cè)上的寡醣)當作細胞的標誌(marker)及互相辨識。二、細胞膜的功能(membranefunctions)57細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件58三、被動運輸(passivetransport):

A.以擴散(diffusion)原理通過細胞膜(Fig.8.10)。

B.水的被動運輸:滲透(osmosis)(Fig.8.11)三、被動運輸(passivetransport):59細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件60細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件61三、被動運輸(passivetransport):C.活細胞內(nèi)水的平衡(Fig.8-12)高張溶液(hypertonicsolution)低張溶液(hypotonicsolution)等張溶液(isotonicsolution)

三、被動運輸(passivetransport):C.62細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件63三、被動運輸(passivetransport):D.促進擴散作用(faciliateddiffusion):膜系上的特殊蛋白質(zhì)可加速特定溶質(zhì)之被動運輸之速率(Fig.8.1,F(xiàn)ig.8-14)。三、被動運輸(passivetransport):D.促64細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件65四、自動運輸(activetransport)

A.藉運輸?shù)鞍准跋哪芰緼TP下,逆濃度及電位等差異(electrochemicalgradient)而運輸(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K+離子幫浦進入細胞膜時會帶送出3個Na+離子。四、自動運輸(activetransport)A.66細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件67細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件68四、自動運輸(activetransport)B.產(chǎn)生電的幫浦(electrogenicpump):H+通過細胞膜需藉由“protonpump”來“幫浦”而產(chǎn)生電化學梯度(eletrochemicalgradient),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.8.17)。四、自動運輸(activetransport)B.產(chǎn)69細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件70四、自動運輸(activetransport)C.主動運輸之型式:1.單向運輸(unitransport)(Fig.8.16)。2.協(xié)同運輸(cotransport或symtransport)(Fig.8.18)。3.反向運輸(antitransport)。四、自動運輸(activetransport)C.主71細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件72五、開啟細胞電生理的新紀元A.奈爾(ErwinNeher)及沙克曼(BerfSakmann)首創(chuàng)膜片箝制術(shù)(patch-clamping),開啟細胞電生理的新紀元,於1991年獲Nobel生理醫(yī)學獎(參考科學月刊1991年11月份)(P.761)(Fig.36.14)。五、開啟細胞電生理的新紀元A.奈爾(ErwinNeher73五、開啟細胞電生理的新紀元B.藉此技術(shù):1.可瞭解離子如何進入細胞。2.利用單一細胞從事電生理研究。3.幫助瞭解疾病的成因。五、開啟細胞電生理的新紀元B.藉此技術(shù):74細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件75六、大分子的運輸(transportlargemolecules):大分子的運輸藉由細胞外泌(exocytosis)及內(nèi)吞作用(endocytosis)(Fig.8.10)。A.細胞外分泌或反胞飲作用:藉細胞液胞和細胞膜融合而將大分子排到細胞外之過程。

六、大分子的運輸(transportlargemolec76細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件77B.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-mediatedendocytosis)六、大分子的運輸(transportlargemolecules):B.內(nèi)吞作用可分為三大類:六、大分子的運輸(transpo783.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-mediatedendocytosis):在細胞膜上有特定的蛋白質(zhì),能對細胞內(nèi)某些物質(zhì)做專一性的接合,以膽固醇為例,在細胞膜上的接受分子(receptor)是clathrin,而膽固醇在血液中的運輸是以“l(fā)ow-densitylipoproteins,簡稱為LDLs”的小顆粒形式,此小顆粒能與clathrin接合後,而進入細胞(Fig.8-19)。

六、大分子的運輸(transportlargemolecules):3.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-media79細胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件80六、大分子的運輸(transportlargemolecules):家族性的膽固醇血癥(Hypercholesterolemia),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粒子不能進入細胞,造成膽固醇大量累積在血液中。六、大分子的運輸(transportlargemolec81七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內(nèi)

A.膜系蛋白扮演信息傳遞之功能。1.一級信息(fir

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