細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件

第三章細(xì)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(xì)胞膜的構(gòu)造與功能

(MembraneStruct1一、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-layerplasmamembrane)構(gòu)成，它的細(xì)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(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2細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件3一、細(xì)胞膜的構(gòu)造3.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)會改變，它的酵素蛋白質(zhì)會變成沒活性。4.細(xì)胞膜的醣類(carbohydrates)在細(xì)胞與細(xì)胞之間的辨認(rèn)(cell-cellrecognition)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)。一、細(xì)胞膜的構(gòu)造3.細(xì)胞膜是流體(fluid)：4細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件5細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件6一、細(xì)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(dāng)兩種不同的動物細(xì)胞混合時，兩種膜系蛋白質(zhì)會互相混合(intermingle)，形成雜合細(xì)胞(hybridcell)(Fig.8-5)。一、細(xì)胞膜的構(gòu)造6.膜蛋白(membranepro7細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件8細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件9二、細(xì)胞膜的功能

(membranefunctions)1.細(xì)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(xì)胞膜的功能

(membranef10細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件11二、細(xì)胞膜的功能(membranefunctions)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(recerptorproteins)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?transportproteins)

(Fig.8-7)。通道蛋白(channelproteins)。4.細(xì)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(dāng)作細(xì)胞的標(biāo)誌(marker)及互相辨識。二、細(xì)胞膜的功能(membranefunctions)12細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件13三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：

A.以擴(kuò)散(diffusion)原理通過細(xì)胞膜(Fig.8.10)。

B.水的被動運(yùn)輸：滲透(osmosis)(Fig.8.11)三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：14細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件15細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件16三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：C.活細(xì)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(yùn)輸(passivetransport)：C.17細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件18三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：D.促進(jìn)擴(kuò)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(yùn)輸之速率(Fig.8.1，F(xiàn)ig.8-14)。三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：D.促19細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件20四、自動運(yùn)輸(activetransport)

A.藉運(yùn)輸?shù)鞍准跋哪芰緼TP下，逆濃度及電位等差異(electrochemicalgradient)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K+離子幫浦進(jìn)入細(xì)胞膜時會帶送出3個Na+離子。四、自動運(yùn)輸(activetransport)A.21細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件22細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件23四、自動運(yùn)輸(activetransport)B.產(chǎn)生電的幫浦(electrogenicpump)：H+通過細(xì)胞膜需藉由“protonpump”來“幫浦”而產(chǎn)生電化學(xué)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(yùn)輸(activetransport)B.產(chǎn)24細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件25四、自動運(yùn)輸(activetransport)C.主動運(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)。四、自動運(yùn)輸(activetransport)C.主26細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件27五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元A.奈爾(ErwinNeher)及沙克曼(BerfSakmann)首創(chuàng)膜片箝制術(shù)(patch-clamping)，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(參考科學(xué)月刊1991年11月份)(P.761)(Fig.36.14)。五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元A.奈爾(ErwinNeher28五、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。五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元B.藉此技術(shù)：29細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件30六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolecules)：大分子的運(yùn)輸藉由細(xì)胞外泌(exocytosis)及內(nèi)吞作用(endocytosis)（Fig.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。

六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolec31細(xì)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(yùn)輸(transportlargemolecules)：B.內(nèi)吞作用可分為三大類：六、大分子的運(yùn)輸(transpo333.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-mediatedendocytosis)：在細(xì)胞膜上有特定的蛋白質(zhì)，能對細(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“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(jìn)入細(xì)胞(Fig.8-19)。

六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolecules)：3.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-media34細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件35六、大分子的運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞，造成膽固醇大量累積在血液中。六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolec36七、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)

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(xì)胞外的信息並傳送到細(xì)胞內(nèi)A.37細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件38細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件39Fig11.12Fig11.1240細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件41細(xì)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(xì)胞外的信息並傳送到細(xì)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(jī)理，1947年榮獲Nobel

生理醫(yī)學(xué)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(xué)獎）。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)B.43七、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)B.以肝醣分解作用(glycogenolysis)為例：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)，才能使一個訊號(signal)一級級放大。蛋白質(zhì)磷酸化為細(xì)胞內(nèi)一個重要的調(diào)控機(jī)制，成為當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)(1992年Nobel生理醫(yī)學(xué)獎)。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)B.44八、參考資料Compbell,NAandReece,JB(2002)Biology(6th.ed.)Chap.8.Membranestructureandfunctionp.138-154.2.科學(xué)月刊(1991).22卷11期揭開細(xì)胞離子管道的祕密-1991年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎簡p.809-812.八、參考資料Compbell,NAandReece,45第三章細(xì)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(xì)胞膜的構(gòu)造與功能

(MembraneStruct46一、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-layerplasmamembrane)構(gòu)成，它的細(xì)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(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47細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件48一、細(xì)胞膜的構(gòu)造3.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)會改變，它的酵素蛋白質(zhì)會變成沒活性。4.細(xì)胞膜的醣類(carbohydrates)在細(xì)胞與細(xì)胞之間的辨認(rèn)(cell-cellrecognition)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)。一、細(xì)胞膜的構(gòu)造3.細(xì)胞膜是流體(fluid)：49細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件50細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件51一、細(xì)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(dāng)兩種不同的動物細(xì)胞混合時，兩種膜系蛋白質(zhì)會互相混合(intermingle)，形成雜合細(xì)胞(hybridcell)(Fig.8-5)。一、細(xì)胞膜的構(gòu)造6.膜蛋白(membranepro52細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件53細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件54二、細(xì)胞膜的功能

(membranefunctions)1.細(xì)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(xì)胞膜的功能

(membranef55細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件56二、細(xì)胞膜的功能(membranefunctions)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(recerptorproteins)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?transportproteins)

(Fig.8-7)。通道蛋白(channelproteins)。4.細(xì)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(dāng)作細(xì)胞的標(biāo)誌(marker)及互相辨識。二、細(xì)胞膜的功能(membranefunctions)57細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件58三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：

A.以擴(kuò)散(diffusion)原理通過細(xì)胞膜(Fig.8.10)。

B.水的被動運(yùn)輸：滲透(osmosis)(Fig.8.11)三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：59細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件60細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件61三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：C.活細(xì)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(yùn)輸(passivetransport)：C.62細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件63三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：D.促進(jìn)擴(kuò)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(yùn)輸之速率(Fig.8.1，F(xiàn)ig.8-14)。三、被動運(yùn)輸(passivetransport)：D.促64細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件65四、自動運(yùn)輸(activetransport)

A.藉運(yùn)輸?shù)鞍准跋哪芰緼TP下，逆濃度及電位等差異(electrochemicalgradient)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K+離子幫浦進(jìn)入細(xì)胞膜時會帶送出3個Na+離子。四、自動運(yùn)輸(activetransport)A.66細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件67細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件68四、自動運(yùn)輸(activetransport)B.產(chǎn)生電的幫浦(electrogenicpump)：H+通過細(xì)胞膜需藉由“protonpump”來“幫浦”而產(chǎn)生電化學(xué)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(yùn)輸(activetransport)B.產(chǎn)69細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件70四、自動運(yùn)輸(activetransport)C.主動運(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)。四、自動運(yùn)輸(activetransport)C.主71細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件72五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元A.奈爾(ErwinNeher)及沙克曼(BerfSakmann)首創(chuàng)膜片箝制術(shù)(patch-clamping)，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(參考科學(xué)月刊1991年11月份)(P.761)(Fig.36.14)。五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元A.奈爾(ErwinNeher73五、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。五、開啟細(xì)胞電生理的新紀(jì)元B.藉此技術(shù)：74細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件75六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolecules)：大分子的運(yùn)輸藉由細(xì)胞外泌(exocytosis)及內(nèi)吞作用(endocytosis)（Fig.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。

六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolec76細(xì)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(yùn)輸(transportlargemolecules)：B.內(nèi)吞作用可分為三大類：六、大分子的運(yùn)輸(transpo783.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-mediatedendocytosis)：在細(xì)胞膜上有特定的蛋白質(zhì)，能對細(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“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(jìn)入細(xì)胞(Fig.8-19)。

六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolecules)：3.接受物質(zhì)媒介之內(nèi)吞作用(receptor-media79細(xì)胞膜的構(gòu)造與功能MembraneStructureandFunction課件80六、大分子的運(yùn)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(jìn)入細(xì)胞，造成膽固醇大量累積在血液中。六、大分子的運(yùn)輸(transportlargemolec81七、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)

A.膜系蛋白扮演信息傳遞之功能。1.一級信息(fir