第四章细胞膜课件.ppt
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- 第四 细胞膜 课件
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1、第四章第四章 细胞膜及物质的跨膜运输细胞膜及物质的跨膜运输第一节第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性细胞膜的化学组成与生物学特性第二节第二节 小分子物质和离子的穿膜运输小分子物质和离子的穿膜运输第三节第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输大分子和颗粒物质的跨膜运输第四节第四节 细胞膜异常与疾病细胞膜异常与疾病本章主要内容本章主要内容本章总的目的要求本章总的目的要求v掌握掌握细胞膜的化学组成、生物学特性、分子细胞膜的化学组成、生物学特性、分子结构模型;小分子和离子穿膜运输的主要方结构模型;小分子和离子穿膜运输的主要方式与区别。式与区别。v理解理解大分子和颗粒物质的跨膜运输。大分子和颗粒物质的跨膜运输
2、。v了解了解细胞膜异常与疾病细胞膜异常与疾病细胞膜细胞膜(cell membranecell membrane):是包围在细胞质外):是包围在细胞质外 周的一层界膜,又称质膜。周的一层界膜,又称质膜。生物膜生物膜:细胞质膜和细胞内膜统称为生物膜。:细胞质膜和细胞内膜统称为生物膜。单位膜单位膜(unit membraneunit membrane):电镜下,生物膜呈):电镜下,生物膜呈 现的现的“暗暗-明明-暗暗”的三层结构,叫单位膜的三层结构,叫单位膜 第一节第一节细胞膜的化学组成与生物学特性细胞膜的化学组成与生物学特性v细胞膜的化学组成细胞膜的化学组成v细胞膜的特性细胞膜的特性v细胞膜的分子
3、结构模型细胞膜的分子结构模型一、一、细胞膜的化学组成细胞膜的化学组成磷脂磷脂脂类脂类50%50%胆固醇胆固醇糖脂糖脂蛋白质蛋白质40%-50%40%-50%外周蛋白外周蛋白(外在蛋白外在蛋白)镶嵌蛋白镶嵌蛋白(内在蛋白内在蛋白)糖类糖类1%-10%1%-10%包括:磷脂、胆固醇和糖脂包括:磷脂、胆固醇和糖脂双亲性分子双亲性分子:具有一个亲水的:具有一个亲水的头部和一个疏水的尾部。头部和一个疏水的尾部。(一一)膜脂膜脂甘油磷脂甘油磷脂:卵磷脂(磷脂酰胆碱)、脑:卵磷脂(磷脂酰胆碱)、脑磷脂(磷脂酰乙醇胺)、磷脂酰丝氨酸、磷脂(磷脂酰乙醇胺)、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂鞘磷脂:神经酰胺和鞘氨醇结合物:神
4、经酰胺和鞘氨醇结合物1、磷脂、磷脂磷脂分子的结构:磷脂分子的结构:头部为磷酸和胆碱组成,不同磷脂头部的大小、形状头部为磷酸和胆碱组成,不同磷脂头部的大小、形状和所带电荷不同,与其和蛋白质的结合有关;和所带电荷不同,与其和蛋白质的结合有关;尾部为长短不一的碳氢链(一般含尾部为长短不一的碳氢链(一般含14-2414-24个碳原子),个碳原子),烃链的长短和不饱和程度,可影响膜的流动性。烃链的长短和不饱和程度,可影响膜的流动性。膜质分子在水环膜质分子在水环境中,其特点决境中,其特点决定了它们聚拢成定了它们聚拢成双分子层后,其双分子层后,其游离端自动闭合游离端自动闭合形成自我封闭而形成自我封闭而稳定的
5、中空结构,稳定的中空结构,成为成为脂质体脂质体2 2、胆固醇:也是双亲性分、胆固醇:也是双亲性分子子在膜中的排列方式:在膜中的排列方式:3、糖脂:、糖脂:是含有一个或是含有一个或几个糖基的脂类,几个糖基的脂类,不同糖脂分子中的不同糖脂分子中的糖基数量不同,且糖基数量不同,且均位于膜的外叶,均位于膜的外叶,并将糖基暴露于细并将糖基暴露于细胞表面。胞表面。作用:可作为受体,作用:可作为受体,与细胞识别及信息与细胞识别及信息传导有关。传导有关。(二)膜蛋白:执行膜的多种重要功能(二)膜蛋白:执行膜的多种重要功能v内在膜蛋白内在膜蛋白(整合膜蛋白):(整合膜蛋白):70%-80%;主体穿过脂双层。、主
6、体穿过脂双层。、v外周蛋白外周蛋白或外在蛋白:或外在蛋白:20%-30%,位于表,位于表面,通过非共价键与膜内在蛋白亲水部相连。面,通过非共价键与膜内在蛋白亲水部相连。、v脂锚定蛋白脂锚定蛋白:以共价键与脂分子结合、:以共价键与脂分子结合、vSDS:离子型去垢剂,与跨膜蛋白和磷脂:离子型去垢剂,与跨膜蛋白和磷脂的疏水区结合,研究跨膜蛋白。的疏水区结合,研究跨膜蛋白。v Triton X-100:非离子去垢剂,使膜崩解。非离子去垢剂,使膜崩解。膜蛋白的分离村话,去除内膜系统,对细膜蛋白的分离村话,去除内膜系统,对细胞骨架和其它蛋白进行研究。胞骨架和其它蛋白进行研究。(三)膜糖类:(三)膜糖类:主
7、要有半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖主要有半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺和唾液酸。胺、葡萄糖、葡萄糖胺和唾液酸。二、生物膜的特性二、生物膜的特性(一)生物膜的流动性(一)生物膜的流动性(fluidityfluidity)相变相变:温度变化使生物膜液晶态和晶态之间的:温度变化使生物膜液晶态和晶态之间的变化;变化;相变温度相变温度:引起相变的温度称为相变温度。:引起相变的温度称为相变温度。左右摆动左右摆动 旋转运动旋转运动 侧向运动侧向运动 翻转运动翻转运动1 1、膜脂分子的运动(流动性):、膜脂分子的运动(流动性):2 2、膜蛋白的分子运动:侧向运动和旋转、膜蛋白的分子运动:侧
8、向运动和旋转侧向运动侧向运动:人、鼠细胞人、鼠细胞融合实验融合实验膜蛋白流动的区域性膜蛋白流动的区域性 温度温度 磷脂的种类(碳氢链的不饱和程度、碳氢链的磷脂的种类(碳氢链的不饱和程度、碳氢链的 长长度)度)胆固醇胆固醇蛋白质:含量愈多,流动性愈小蛋白质:含量愈多,流动性愈小3 3、影响运动的因素、影响运动的因素胆固醇对膜流动性的作用:胆固醇对膜流动性的作用:降低了膜的流动性;降低了膜的流动性;相变温度降低,防止低温时膜流动性的相变温度降低,防止低温时膜流动性的突然降低。突然降低。(二)(二)生物膜的不对称性生物膜的不对称性(1 1)膜脂分布的不对称性)膜脂分布的不对称性(2 2)膜蛋白分布的
9、不对称性)膜蛋白分布的不对称性 SMSM:鞘磷脂;:鞘磷脂;PCPC卵磷脂;卵磷脂;PSPS磷脂酰丝氨酸;磷脂酰丝氨酸;PEPE:磷脂酰乙醇胺;:磷脂酰乙醇胺;PIPI:磷脂酰肌醇;:磷脂酰肌醇;CICI:胆固醇:胆固醇19251925年,荷兰的年,荷兰的GorterGorter和和GrendelGrendel,红细胞膜,红细胞膜的研究。结论:脂质分子排成双层的研究。结论:脂质分子排成双层19351935,DanielliDanielli和和DavsonDavson提出夹层学说提出夹层学说三、细胞膜的分子结构模型三、细胞膜的分子结构模型(一)夹层学说(一)夹层学说(二)单位膜模型二)单位膜模型
10、19591959年,年,RobertsonRobertson,电镜结构:暗电镜结构:暗-明明-暗三暗三层结构。层结构。(三)流动镶嵌模型(三)流动镶嵌模型 :19721972年,年,SingerSinger和和NicolsonNicolson建立建立该模型要点:该模型要点:以磷脂双分子层作为膜的基本结构骨架;以磷脂双分子层作为膜的基本结构骨架;蛋白质分子以不同程度镶嵌蛋白质分子以不同程度镶嵌脂质中双层脂质中双层或附或附着于脂质双层表面;着于脂质双层表面;膜的内外侧是不对称的;膜的内外侧是不对称的;膜具有流动性膜具有流动性 (四)晶格镶嵌模型(四)晶格镶嵌模型19751975,WallachWa
11、llach提出了晶格镶嵌模型;提出了晶格镶嵌模型;生物膜中的脂质在可逆的进行无序(液态)和有序生物膜中的脂质在可逆的进行无序(液态)和有序(晶态)的相变。(晶态)的相变。(五)板块模型(五)板块模型 19771977,JainJain和和WhiteWhite,在流动的脂类双分子层中在流动的脂类双分子层中存在着许多大小不同、能独立移动的脂质区(有存在着许多大小不同、能独立移动的脂质区(有序结构的板块),在这些有序结构的板块之间有序结构的板块),在这些有序结构的板块之间有流动的脂质区(无序的结构板块)分布,二者处流动的脂质区(无序的结构板块)分布,二者处于一种连续的动态平衡之中。于一种连续的动态平
12、衡之中。v据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的1530%1530%,细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的,细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/32/3。v细 胞 膜 上 存 在 两 类 主 要 的 转 运 蛋 白,即:载 体 蛋 白细 胞 膜 上 存 在 两 类 主 要 的 转 运 蛋 白,即:载 体 蛋 白(carrier proteincarrier protein)和通道蛋白()和通道蛋白(channel proteinchannel protein)。)。载体蛋白又称做载体(载体蛋白又称做载体(ca
13、rriercarrier)、通透酶()、通透酶(permeasepermease)和转运器(和转运器(transportertransporter),有的需要能量驱动,有的则),有的需要能量驱动,有的则不需要能量。不需要能量。通道蛋白能形成亲水的通道,允许特定的溶质通过,所有通道蛋白能形成亲水的通道,允许特定的溶质通过,所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。第二节小分子物质的跨膜运输第二节小分子物质的跨膜运输一、单纯扩散一、单纯扩散单纯扩散单纯扩散:一些物质不需要膜蛋白的帮助,能顺浓度:一些物质不需要膜蛋白的帮助,能顺浓度梯度自由扩散,通过膜的脂双层这种跨
14、膜的运输形式,梯度自由扩散,通过膜的脂双层这种跨膜的运输形式,称为单纯扩散。称为单纯扩散。分子量小的脂溶性强的非极性分子能迅速的通过脂双分子量小的脂溶性强的非极性分子能迅速的通过脂双层膜,如,层膜,如,COCO2 2、O O2 2 和乙醇、尿素、乙醚等。和乙醇、尿素、乙醚等。v人工膜对各类物质的通透率人工膜对各类物质的通透率:v脂溶性越高通透性越大,水溶性越高通透性越小;脂溶性越高通透性越大,水溶性越高通透性越小;v非极性分子比极性容易透过,极性不带电荷小分子,非极性分子比极性容易透过,极性不带电荷小分子,如如H H2 2O O、NH3NH3等可以透过人工脂双层,但速度较慢;等可以透过人工脂双
15、层,但速度较慢;v小分子比大分子容易透过;分子量略大一点的葡萄糖、小分子比大分子容易透过;分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过;蔗糖则很难透过;v人工膜对带电荷的物质,如各类离子是高度不通透的。人工膜对带电荷的物质,如各类离子是高度不通透的。单纯扩散的物质单纯扩散的物质二、被动运输(二、被动运输(passive transportpassive transport)被动运输:也称易化扩散被动运输:也称易化扩散(facilitated diffutsion)(facilitated diffutsion),在介导蛋白的帮助下,使物质顺浓度或电化学梯度跨在介导蛋白的帮助下,使物质顺浓度或电化学梯
16、度跨膜运输,且不消耗能量,这种运输方式也称为协助扩膜运输,且不消耗能量,这种运输方式也称为协助扩散。散。载体蛋白载体蛋白载体蛋白(载体蛋白(carrier proteincarrier protein):能与特异性的):能与特异性的分子结合,然后通过其自身构象的变化而允许分子结合,然后通过其自身构象的变化而允许该分子进行跨膜运输的蛋白,叫载体蛋白。载该分子进行跨膜运输的蛋白,叫载体蛋白。载体蛋白既介导被动运输也介导主动运输。体蛋白既介导被动运输也介导主动运输。通道蛋白通道蛋白 通道蛋白(通道蛋白(channel channel proteinprotein):能形成贯穿膜质双层):能形成贯穿膜
17、质双层的充水孔道,使一些特异的物质经过它完成跨膜运输的充水孔道,使一些特异的物质经过它完成跨膜运输的蛋白,叫通道蛋白。的蛋白,叫通道蛋白。通道蛋白只介导被动运输。通道蛋白只介导被动运输。通道蛋白运转离子的通道蛋白运转离子的特性特性:运输快;选择性高;有闸门控制运输快;选择性高;有闸门控制类型类型(1)电压闸门离子通道)电压闸门离子通道 (2)配体闸门离子通道)配体闸门离子通道 如:神经肌肉接头就有几种离子通道。如:神经肌肉接头就有几种离子通道。神经肌肉接点由神经肌肉接点由AchAch门控通道开放而出现终板电位时,可使肌细门控通道开放而出现终板电位时,可使肌细胞膜中的电位门胞膜中的电位门Na+N
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