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1、第2章生物膜与物质运输,几个概念：细胞膜(cell membrane)细胞内膜(cell endomembrane)生物膜(biomembrane)单位膜（unit membrane）,学习内容,第一节、细胞膜的化学组成第二节、细胞膜的分子结构第三节、生物膜的特性*第四节、细胞膜的功能*第五节、细胞膜与疾病,Review,名词解释:被动运输 主动运输 单纯扩散 易化扩散协同运输 载体蛋白 通道蛋白 内膜系统胞吞作用 胞吐作用 吞噬作用 胞饮作用 生物膜 膜抗原 膜受体 钠钾泵 配体 受体介导的内吞作用 流动镶嵌模型概述：1 基本内容；2 主要特点；3 不足之处。,第一节、细胞膜的化学组成,18
2、95年，英国的细胞生理学家奥弗通注意到，脂溶性的化合物通过细胞膜的速度比水溶性的 化合物快。,1925年，美国生化学家高特等人发现，红细胞膜所含的脂类若铺展成一个单分子层的话，其面积等于细胞表面积的两倍。,1935年，通过表面张力的试验发现，细胞的表面张力比水与油之间的表面张力要小得多。有人在脂肪与水的模型中加入极少量的蛋白质，结果表面张力就降低了很多。,（?）,（?）,（?）,第一节、细胞膜的化学组成,一、膜脂二、膜蛋白三、膜糖类,一、膜脂（membrane lipid）,膜脂,膜脂的结构 具有一个极性头(亲水性)和两个 非极性的尾(脂肪酸链,疏水性)兼性分子 在液体环境中(1)分子团(2)
3、脂双分子,种类：磷脂（甘油磷脂、鞘磷脂）胆固醇糖脂,磷脂,是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的 50以上。磷脂的类型：甘油磷脂磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰肌醇鞘磷脂,膜脂种类,甘油磷脂的分子结构,膜脂种类,膜脂种类,胆碱,丝氨酸,乙醇胺,肌醇,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰胆碱,磷脂酰肌醇,鞘磷脂的分子结构,膜脂种类,胆固醇,主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，其功能是提高脂双层的力学稳定性，调节脂双层流动性，降低水溶性物质的通透性。,膜脂种类,糖脂,含量约占膜脂总量的5以下目前已发现40余种糖脂结构与鞘磷脂很相似，只是头
4、部由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。,膜脂种类,膜脂种类,不同细胞各组成的比例不同，为什么？,膜脂,膜脂结构,膜脂,(a)分子团,(b)球形脂双分子层,二.膜蛋白,基本类型 外周蛋白（20-30）内在蛋白（70-80）,膜蛋白,三、膜糖,膜糖(1-10%)糖脂 糖蛋白,膜糖,糖脂,膜糖,糖蛋白,膜糖,第二节 膜的分子结构,质膜结构的研究历史,1.E.Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。,2.E.Gorter&F.Grendel 1925 用有机溶剂提取了人的红细胞质膜
5、的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。,质膜结构的研究历史,3、J.Danielli&H.Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。,质膜结构的研究历史,4、J.D.Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，,质膜结构的研究历史,S.J.Singer&G.Nicolson 1972 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。,质膜
6、结构的研究历史,流动镶嵌模型*Fluid-mosaic model,基本要点（1972年，Singer 和 Nicolson 提出）流动的脂双分子层构成细胞膜的连续主体蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者,膜的分子结构,流动镶嵌模型*,主要特点：强调膜的流动性不对称性不足之处忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的控制作用 忽视了膜各部分流动性的不均性,膜的分子结构,第三节、生物膜的特性*,一、膜的流动性 二、膜的不对称性,一、膜的流动性,1、膜脂的运动性2、膜蛋白的运动,1、膜脂的运动性 液晶态 晶态,相变温度,生物膜的流动性,膜脂的运动方式 侧向
7、扩散 旋转扩散 摆动 伸缩震荡运动 翻转 影响膜脂流动性的因素 脂肪酸链的长短,饱和度 胆固醇 温度等都能影响膜的流动性.,生物膜的流动性,2、膜蛋白的运动 膜蛋白运动方式 侧向扩散 荧光抗体免疫标记实验 旋转扩散 约束膜蛋白运动的因素 细胞骨架的影响 内在蛋白的聚集 与膜外的配体或抗体相互作用,生物膜的流动性,生物膜的流动性,侧向扩散,旋转扩散,摆动,翻转,伸缩震荡运动,生物膜的流动性,生物膜的流动性,生物膜的流动性,二、膜的不对称性,膜脂与糖脂的不对称性脂质双层中，各类脂的含量比例不同 糖脂都是在非胞质侧膜蛋白与糖蛋白的不对称性 每种膜蛋白分子在细胞膜上都有特定的排布方向 糖蛋白糖残基均分
8、布在质膜的外表面；,生物膜的不对称性,生物膜的不对称性,第四节 细胞膜的功能,一.细胞膜与物质运输*二.细胞膜受体三.膜抗原,一.细胞膜与物质运输*,（一）、小分子和离子的穿膜运输（二）、大分子和颗粒物的膜泡运输,第四节 细胞膜的功能,（一）、小分子物质的跨膜运输,物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。被动运输（passive transport）物质顺浓度梯度，不消耗代谢能量主动运输（active transport）物质逆浓度梯度，消耗代谢能量,第四节 细胞膜的功能,被动运输（passive transport）物质顺浓度梯度，不消耗代谢能量单纯扩散（simple diffusi
9、on）易化扩散（facilitated diffusion）,小分子物质的跨膜运输,单纯扩散:不耗能 顺浓度梯度运输 不需要膜蛋白分子特点,物质运输-被动运输,人工膜对各类物质的通透率：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性分子容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；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；人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。,物质运输-被动运输,A分子小，具有很强的流动性B构成它的2个氢原子和1个氧 原子的电荷分布不对称，因 而是极性分子，分子之间以 及与其它极性和带电离子间 可形
10、成氢键结合。,水 两种存在形式:游离水和结合水 水在细胞中的作用:化学溶剂,水的溶剂作用,易化扩散 不耗能 顺浓度梯度扩散 需膜转运蛋白帮助载体蛋白（carrier proteins）通道蛋白（channel proteins）特点,物质运输-被动运输,单纯扩散与易化扩散的比较,物质运输-被动运输,易化扩散的特点：比单纯扩散转运速率高；运输速率同物质浓度成非线性关系；特异性；饱和性。,膜转运蛋白 载体蛋白 通道蛋白,物质运输-被动运输,通道蛋白（离子通道）门控性通道：间断性开放非门控性通道：持续性开放,物质运输-被动运输,通道蛋白-门控性通道,物质运输-被动运输,通道蛋白-门控性通道（A）电压
11、门通道（B）（C）配体门通道（D）压力激活通道,物质运输-被动运输,（D）压力激活通道,载体蛋白 特性:高度特异性：一个特定载体只运输一个类型的化学物质，甚至仅一种分子或离子构象改变：载体蛋白有两种不同的构象,物质运输-被动运输,物质运输-被动运输,主动运输active transport：特点：逆浓度梯度(低高)消耗细胞能量载体蛋白帮助 种类：钠钾泵钙泵协同运输（cotransport）,物质运输-主动运输,钠钾泵（Na+-K+ATP酶）,物质运输-主动运输,结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。,物质运输-主动运输,钙泵,物质运输-主动运输,协同运输cotransp
12、ort*（化合物的主动运输）由Na+-K+泵与载体蛋白协同作用,靠间接消耗ATP所完成的主动运输同向协同（symport）反向协同（antiport）,物质运输-主动运输,主动运输-协同运输,物质运输-主动运输,主动运输-协同运输,物质运输-主动运输,小分子穿膜运输总结,细胞物质运输,(二)、大分子和颗粒物质的运输*,胞吞作用（endocytosis，内吞作用）（一）吞噬作用（二）胞饮作用（三）受体介导的内吞作用*胞吐作用（exocytosis，外排作用）,胞吞作用：概念：特点：耗能过程：,物质运输膜泡运输胞吞作用,（一）、吞噬作用细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。
13、,物质运输膜泡运输胞吞作用,（二）胞饮作用细胞吞入液体或极小的颗粒物质。,物质运输膜泡运输胞吞作用,（三）受体介导的内吞作用*,物质运输膜泡运输胞吞作用,物质运输膜泡运输胞吞作用,包被的组装,物质运输膜泡运输,胞吐作用：概念：包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融和，将物质排出细胞之外。特点：耗能过程：,胞吐作用,胞吐作用,二、膜受体,膜受体：外来大分子与膜上特异性蛋白质分子结合，进而产生一系列细胞生物效应，膜上这种特异性蛋白质分子称为膜受体。配体（化学信号）:外来大分子,第四节 细胞膜的功能,膜受体,第四节 细胞膜的功能,三、膜抗原,膜抗原：细胞表面具有抗原性质的大分子，亦称
14、细胞表面抗原。血型抗原（糖脂）ABO组织相容性抗原（糖蛋白）,第四节 细胞膜的功能,血型之父:卡尔兰德施泰纳,第五节 细胞膜与疾病,一、膜转运蛋白异常与疾病 胱氨酸尿症二、膜受体异常与疾病家族性高胆固醇血症重症肌无力症,第五节 细胞膜与疾病,一、膜转运蛋白异常与疾病肾性糖尿病：糖载体功能降低，近曲肾小管 再吸收糖量下降二、膜受体异常与疾病家族性高胆固醇血症：LDL受体基因之一畸变，功能性LDL受体数目减少重症肌无力症：乙酰胆碱，乙酰胆碱受体，乙酰胆碱受体的抗体,家族性高胆固醇血症是一种常染色体显性遗传疾病，人群发生比例为1:500，分为两种类型：纯合子型家族性高胆固醇血症和杂合子型家族性高胆固醇血症。纯合子型家族性高胆固醇血症临床上极其罕见，发生率仅为百万分之一。一般纯合子FH病人的寿命很难超过30岁,男性常常在20岁、女性在30岁时出现心脏缺血的临床症状,颈总动脉超声检查可发现血管内中膜肥厚以及动脉硬化的早期病变。甚至患儿3岁时就死于心肌梗塞。杂合子型家族性高胆固醇血症临床上并不少见。这类患者LDL受体数目仅为正常数目的一半，故其血清总胆固醇水平较正常人明显升高。患者常常过早发生冠心病，男性患者通常在40-50岁出现冠心病症状，而女性患者则大约比男性迟10年发生。,
