考研科目,動物生物化學 第6章 生物膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運

.,第6章生物膜與物質(zhì)運輸Biomembranesandcellulartransportation,.,本章主要內(nèi)容,1生物膜的化學組成2生物膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)3物質(zhì)的跨膜運輸,.,重點與難點：生物膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)物質(zhì)的跨膜運輸,.,第一節(jié)生物膜的組成,生物膜（biomembranes）:是指細胞的膜系統(tǒng)。生物膜主要由蛋白質(zhì)和脂類兩大物質(zhì)組成，含有少量糖、金屬離子和水。,.,一、膜脂(lipid),膜脂,磷脂糖脂膽固醇,1、膜脂的種類,甘油磷脂鞘磷脂,.,甘油中第1，2位碳原子與脂肪酸酯基相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。,（1）甘油磷脂（Glycerophospholipids）,.,（2）鞘磷脂,半乳糖,鞘磷脂,.,（3）糖脂：鞘糖脂,（4）膽固醇,.,2、膜脂質(zhì)的雙親性,親水的頭部(磷酰X)，疏水的尾部（脂肪鏈），形成脂質(zhì)的雙分子層。,磷脂酰膽堿（卵磷脂）,極性端,非極性端,.,.,二膜蛋白,生物膜中含有的蛋白質(zhì)通常稱為膜蛋白。根據(jù)在膜上的定位，膜蛋白可分為外周蛋白質(zhì)和內(nèi)部蛋白質(zhì)。它們是受體，酶，抗原，通道和骨架蛋白等。,.,分布于雙層脂膜的外表層。與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白比較親水，能溶解于水。,外在蛋白（peripheralprotein）,.,蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。溶于水，且不容易從膜中分離出來。主要以-螺旋形式存在。,內(nèi)在蛋白（integralprotein）,.,生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識別方面具有重要作用。,三、膜糖,.,O-糖肽鍵連接,N-糖肽鍵連接,N乙酰半乳糖胺N乙酰葡萄糖胺,.,生物膜上各種化學組成之間的關(guān)系,.,一、膜的運動性,1磷脂分子的運動：分子擺動、旋轉(zhuǎn)運動、側(cè)向運動、垮膜翻轉(zhuǎn)等。,第二節(jié)生物膜的結(jié)構(gòu)特點,.,2膜蛋白的運動,膜蛋白的運動:側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)擴散,.,膜的流動性有利于蛋白質(zhì)的運動；使膜具有韌性；細胞自由變形相對運動較慢。,3膜運動的意義,.,相變溫度是膜脂物理狀態(tài)互相轉(zhuǎn)變的臨界溫度。高于相變溫度時，膜呈流動的液態(tài)，低于相變溫度時，膜呈凝固的膠態(tài)。,二、膜的流動性與相變,.,相變溫度受膜脂中脂肪酸的組成影響。烴鏈短的脂肪酸和不飽和脂肪酸的含量較高時，膜脂的相變溫度較低，膜呈現(xiàn)較好的流動性。膽固醇參與膜脂流動性的調(diào)節(jié)。,.,三、膜蛋白與膜脂質(zhì)的相互作用,1膜上的許多內(nèi)在蛋白才能維持其構(gòu)象和表現(xiàn)出活性。2一些膜上的蛋白與多種脂肪酸相連，后者插入脂雙層中，構(gòu)成含膜脂蛋白。,.,四膜蛋白分布不對稱,.,五、流動鑲嵌模型,.,1組成成分：磷脂、蛋白質(zhì)、糖類2基本支架：磷脂雙分子層3蛋白質(zhì)分布：覆蓋、鑲嵌、貫穿4結(jié)構(gòu)特點：具有一定的流動性5功能特點：選擇透過性,要點,.,生物膜的功能1保護功能:保持細胞或細胞器形狀和完整結(jié)構(gòu)。2轉(zhuǎn)運功能：經(jīng)常與外界進行物質(zhì)交換以維持其正常的功能。3能量轉(zhuǎn)換：呼吸鏈在線粒體內(nèi)膜上。4信息傳遞:含有受體和信息傳遞途徑。5運動功能:吞噬作用。,.,維持細胞的容積、形態(tài)、滲透壓、電解質(zhì)的濃度，為細胞的生理活動提供適宜的環(huán)境。從環(huán)境攝取營養(yǎng)物質(zhì)，向環(huán)境排出代謝廢物。,第三節(jié)物質(zhì)的過膜運輸,.,物質(zhì)的過膜運輸?shù)牟煌绞?單向轉(zhuǎn)運,同向轉(zhuǎn)運,.,1簡單擴散（simplediffusion)小分子與離子由高濃度向穿越細胞膜的自由擴散過程。特點：由高濃度向低濃度不需要能量,一、小分子和離子的過膜運輸,.,.,在膜蛋白的幫助下物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運。特點：由高濃度向低濃度不需要能量需通道蛋白或載體蛋白介導,2促進擴散（facilitateddiffusion）,.,通道蛋白的特點：處于開放、關(guān)閉等不同功能狀態(tài)，其通透性變化快。通道的開放類型,.,轉(zhuǎn)運通道：載體蛋白和通道蛋白,.,3主動運輸（activetransport）,是物質(zhì)依賴轉(zhuǎn)運載體、消耗能量并且能夠逆濃度梯度進行的過膜轉(zhuǎn)運方式。,.,特點：轉(zhuǎn)運載體消耗能量ATP能逆濃度梯度,.,鈉鉀泵：依賴于Na+-K+ATPase的轉(zhuǎn)運體系，保持細胞內(nèi)髙鉀低鈉，細胞外髙鈉低鉀。,.,Na+-K+ATPase的作用機制：構(gòu)象變化假說,.,.,簡單擴散、促進擴散、主動運輸,.,簡單擴散、促進擴散、主動運輸?shù)牟町?物質(zhì)轉(zhuǎn)運,.,（一）內(nèi)吞作用：細胞從外界攝入大分子顆粒，逐漸被質(zhì)膜的一小部分包裹，然后內(nèi)陷，脫落，形成囊泡的過程。吞噬：細胞攝入不溶顆粒胞飲：細胞攝入可溶顆粒,二大分子物質(zhì)的過膜轉(zhuǎn)運,.,.,內(nèi)吞意圖,.,（二）外排作用（分泌囊泡）,細胞內(nèi)的物質(zhì)形成分泌囊泡，向細胞質(zhì)膜遷移，與其接觸融合，然后向外釋放的過程。,.,.,出胞示意圖,.,出泡,.,(三)分泌蛋白通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運,.,一信號分子及其受體1細胞信號的分類：（1）生物大分子：蛋白質(zhì)、糖、核酸的結(jié)構(gòu)信息（2）物理信號：電、光、磁（3）化學信號：細胞間通訊的信號分子：激素、神經(jīng)遞質(zhì)與神經(jīng)肽、抗體、淋巴因子。細胞內(nèi)通訊的信號分子：cAMP,cGMP,Ca2+、IP3、DG、NO。,第四節(jié)信號的過膜傳導,.,是指細胞膜上或細胞內(nèi)能識別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素等）并與之結(jié)合的生物大分子。,2受體,其特點：專一性與配體結(jié)合。與配體存在高親和力。與配體結(jié)合后，可通過第二信使引發(fā)生理效應(yīng)。,（1）受體的概念,.,型為DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型,（2）受體的分類,I型為配體門通道型：乙酰膽堿受體,型為G-蛋白偶聯(lián)型：腎上腺素受體,型為酪氨酸激酶型:生長因子受體,.,3信號轉(zhuǎn)導,信號轉(zhuǎn)導（signaltransduction）細胞外信號通過與細胞表面的受體相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)信號,并在細胞內(nèi)傳遞的過程稱為信號轉(zhuǎn)導。,.,二、G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng),（一）G蛋白：是一類和GTP或GDP相結(jié)合的細胞膜外周蛋白。由三個亞基組成。,.,(1)定義G-蛋白是GTP結(jié)合蛋白的簡稱，由、三個亞基組成。(2)分類興奮（Gs、Go）型和抑制（Gi）型。,二、G蛋白介導的信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng),.,（二）信號轉(zhuǎn)導,信號轉(zhuǎn)導:signaltransduction細胞外信號通過與細胞表面的受體相互作用轉(zhuǎn)變?yōu)榘麅?nèi)信號,并在細胞內(nèi)傳遞的過程稱為信號轉(zhuǎn)導。,.,（三）信號轉(zhuǎn)導中的蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶,蛋白激酶(Proteinkinase，PK)：催化蛋白質(zhì)的含羥基氨基酸(絲蘇和酪)的側(cè)鏈羥基與ATP分子的磷酸基團形成磷酸酯。,.,蛋白質(zhì)磷酸酯酶(Proteinphosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯鍵水解而去磷酸化。細胞內(nèi)任何一種蛋白質(zhì)的磷酸化狀態(tài)是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的兩種相反酶活性之間的平衡決定的。,.,（四）幾種蛋白激酶,（一）絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(SerThrPK)是一大類特異地催化蛋白質(zhì)的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化的激酶家族，參與多種信號轉(zhuǎn)導過程。(二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosineproteinkinase，TPK)特異地催化蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基磷酸化。蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸化在細胞生長，分化和轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)中起重要作用。,.,PKA：cAMP依賴性蛋白激酶PKC：Ca2+激活的磷脂依賴性蛋白激酶CaM-PK：鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶PKG：cGMP依賴的蛋白激酶DNA-PK：DNA依賴的蛋白激酶MAPK：絲裂原激活的蛋白激酶,.,（五）G蛋白介導的幾種主要的信號通路途徑,1蛋白激酶A(PKA)途徑2蛋白激酶C(PKC)途徑3IP3-Ca2/鈣調(diào)蛋白激酶途徑,.,四個亞基構(gòu)成的寡聚體。其中有兩個亞基為催化亞基，另兩個亞基為調(diào)節(jié)亞基。當調(diào)節(jié)亞基與cAMP結(jié)合后發(fā)生變構(gòu)（每一調(diào)節(jié)亞基可結(jié)合兩分子cAMP），與催化亞基解聚，從而激活催化亞基。,1蛋白激酶A(PKA)途徑,.,配體與受體結(jié)合,交換GTP/GDP（G蛋白活化）,結(jié)合并激活A(yù)C（腺苷酸環(huán)化酶）,生成cAMP（第二信使）,激活PKA,發(fā)揮生理作用,.,.,.,ATP,cAMP,底物蛋白磷酸化,CREB,N,PiPiPi,轉(zhuǎn)錄活化域,DNA結(jié)合域,cAMP-蛋白激酶A的信息轉(zhuǎn)導過程,.,cAMP不斷地產(chǎn)生，同時不停地清除，可被磷酸二酯酶（PDE）降解為AMP而失活。,.,2蛋白激酶C(PKC)途徑,甘油二酯：是該途徑的第二信使。當激素與受體結(jié)合后經(jīng)G蛋白轉(zhuǎn)導，激活磷脂酶C，由磷脂酶C將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。,PKC途徑：甘油二酯(DG)-蛋白激酶C途徑,.,PIP2,甘油二酯,IP3,.,DG積累,PKC活化,底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸羥基磷酸化,細胞內(nèi)的生理效應(yīng),短暫的PKC活化,內(nèi)外分泌腺的分泌、代謝變化,.,卵磷脂,磷脂酶D,磷脂酸,磷脂酸磷酸酶,DG持久的PKC活化,Ca2+,細胞的增值、分化,.,3IP3-Ca2/鈣調(diào)蛋白激酶途徑,IP3和Ca2+都是它的第二信使。IP3是水溶性的，在膜上水解生成后進入胞液內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+門控通道結(jié)合，促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋人胞液中，胞內(nèi)Ca2+水平的升高，使Ca2+鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶(CaM酶)激活，而CaM酶再激活腺苷酸環(huán)化酶、Ca2+Mg2+ATP酶等，產(chǎn)生各種生理效應(yīng)。IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以終止其第二信使作用。,.,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),.,鈣調(diào)節(jié)蛋白,.,Ca2+依賴性信息轉(zhuǎn)導過程,.,三、酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng),酪氨酸蛋白激酶型受體：本身是一種具有跨膜結(jié)構(gòu)的酶蛋白，其胞外域與配體結(jié)合而被激活，通過胞內(nèi)側(cè)激酶反應(yīng)將胞外信號傳至胞內(nèi)。,.,包括胰島素、生長激素、細胞因子等多肽類激素和生長因子，通過酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng)進行信號傳遞。,.,分為三個區(qū)域1胞