生物膜的結構與功能課堂PPT

1、function and structure of bio本章主要內容本章主要內容生物膜的化學組成生物膜的化學組成生物膜的結構生物膜的結構物質的過膜運輸物質的過膜運輸信號的跨膜傳導信號的跨膜傳導a a 細胞膜細胞膜b b 腔膜腔膜c c 線粒體膜線粒體膜d d 消化泡（次級溶酶體）消化泡（次級溶酶體）e e 內質網膜內質網膜f f 分泌泡分泌泡 所有生物膜幾乎都是由蛋白質和脂類兩大物質組成。所有生物膜幾乎都是由蛋白質和脂類兩大物質組成。尚含有少量糖、金屬離子和水（尚含有少量糖、金屬離子和水（15%-20%）磷脂、少量糖脂和膽固醇的總稱，其中以磷脂為主要成分磷脂、少量糖脂和膽固醇的總稱，其中以磷

2、脂為主要成分化學組成化學組成(ch3)3n+ch2ch2opo-ooch2chch2ooccoor1r2極性端非極性端極性端非極性端極性端脂雙層結構模型oohch2ohoohohch2chnhchch=choh(ch2)12ch3神經鞘氨醇半乳糖跨膜蛋白跨膜蛋白三、膜糖三、膜糖(1)磷脂分子的運動：磷脂分子的運動：在膜內作側向擴散或側向移動；圍繞在膜內作側向擴散或側向移動；圍繞與膜平面垂直的軸作旋轉運動；圍繞與膜平面垂直的軸左右與膜平面垂直的軸作旋轉運動；圍繞與膜平面垂直的軸左右擺動；膜脂沿縱軸的上下振動；在脂雙層中作翻轉運動；擺動；膜脂沿縱軸的上下振動；在脂雙層中作翻轉運動；烴鏈圍繞烴鏈圍繞

3、c-c鍵旋轉而導致的異構化運動鍵旋轉而導致的異構化運動 1970年frye和edidin所做的細胞融合實驗。它們用細胞融合技術將小鼠細胞和人體細胞進行融合，并同時用不同的熒光抗體標記各自細胞表面的蛋白質。當兩種細胞融合形成雜核細胞后，各自特定的蛋白質分布在各自膜表面。一段時間后發(fā)現不同的蛋白質已均勻的分布在雜核細胞膜上。 流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型脂雙分子層是細胞膜的主要結構支架；膜蛋白為球蛋白，分布于脂雙層表面或嵌入脂分子中，有的甚至橫跨整個脂雙層；細胞膜具有流動性；組成細胞膜的各種成分在膜中的分布是不均勻的，即具有不對稱性。第三節(jié)第三節(jié) 物質的過膜運輸物質的過膜運輸單向轉運單向轉運（同向、異

4、向）（同向、異向）協同轉運協同轉運基本方式基本方式一、小分子與離子的過膜轉運一、小分子與離子的過膜轉運順濃度梯度順濃度梯度不需要能量不需要能量 1)1)由高濃度向低濃度由高濃度向低濃度2 2）不需要能量不需要能量3 3）需通道蛋白或載體蛋白介導）需通道蛋白或載體蛋白介導（三）主動運輸（三）主動運輸（active transport）1 1）轉運載體）轉運載體2 2）消耗能量）消耗能量3 3）逆濃度梯度）逆濃度梯度如：質子泵、鈉如：質子泵、鈉-鉀泵、鈣泵等鉀泵、鈣泵等主動轉運舉例：主動轉運舉例： na+-k+ atpase na+-k+ atpase 是膜上的載體蛋白，稱為是膜上的載體蛋白，稱為

5、na-kna-k泵或泵或 na-k-atpna-k-atp酶酶由由2 22 2四個亞基組成四個亞基組成na-k-atpna-k-atp酶有兩種不同的構型酶有兩種不同的構型二、大分子物質的過膜轉運二、大分子物質的過膜轉運吞噬作用（吞噬作用（phagocytosis）細胞內吞噬較細胞內吞噬較大的固體顆粒大的固體顆?；蚍肿訌秃衔锘蚍肿訌秃衔锶缥⑸铩⒓毴缥⑸?、細胞碎片等的過胞碎片等的過程。程。可飽和性可飽和性受體的特點受體的特點專一性專一性 可逆性可逆性高親和性高親和性特定的作用模式特定的作用模式二、二、g g蛋白偶聯型受體系統(tǒng)蛋白偶聯型受體系統(tǒng)兩種構象：兩種構象：非活化型：非活化型： gdp活化

6、型：活化型：gtp分布極廣，分布極廣，參與細胞物質代謝的調節(jié)和基因轉錄的調控參與細胞物質代謝的調節(jié)和基因轉錄的調控g g蛋白相偶聯的受體蛋白相偶聯的受體：一條肽鏈形成的過膜蛋白，有一條肽鏈形成的過膜蛋白，有7 7個跨膜個跨膜-螺旋肽段往返于質膜的脂質雙層中螺旋肽段往返于質膜的脂質雙層中1.受體受體-g蛋白蛋白-ac（腺苷酸環(huán)化酶）途徑（腺苷酸環(huán)化酶）途徑 ： 以靶細胞內以靶細胞內campcamp濃度濃度改變和激活改變和激活蛋白激酶蛋白激酶a a（protein protein kinase a,pkakinase a,pka）為主要特征，是激素調節(jié)物質代謝的主為主要特征，是激素調節(jié)物質代謝的主

7、要途徑要途徑功能：功能： 調節(jié)物質代謝調節(jié)物質代謝 調控基因表達調控基因表達( (二二) g) g蛋白偶聯受體信號轉導的主要途徑蛋白偶聯受體信號轉導的主要途徑 配體與受體結合配體與受體結合交換交換gtp/gdpgtp/gdp（g g蛋白活化）蛋白活化）結合并激活結合并激活acac（腺苷酸環(huán)化酶）腺苷酸環(huán)化酶）生成生成campcamp（第二信使）第二信使） 激活激活pkapka 發(fā)揮作用發(fā)揮作用2.2.受體受體-g蛋白蛋白-plc（磷脂酶（磷脂酶c）途徑）途徑 當激素與受體結合后經當激素與受體結合后經g g蛋白轉導，激活磷脂酶蛋白轉導，激活磷脂酶c c，由磷脂，由磷脂酶酶c c將質膜上的磷脂酰肌

8、醇二磷酸將質膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(pip(pip2 2) )水解成三磷酸肌醇水解成三磷酸肌醇(ip(ip3 3) )和和dgdg。 脂溶性的脂溶性的dgdg在膜上累積并使緊密結合在膜上的無活在膜上累積并使緊密結合在膜上的無活性性pkcpkc活化?；罨?。pkcpkc活化后使大量底物蛋白活化后使大量底物蛋白( (包括胰島素、包括胰島素、-腎上腺素等激素和神經遞質在細胞膜上的受體，還有腎上腺素等激素和神經遞質在細胞膜上的受體，還有糖原合成酶，糖原合成酶，dnadna甲基轉移酶，甲基轉移酶，na-katpna-katp酶和轉鐵蛋酶和轉鐵蛋白等白等) )的絲氨酸或蘇氨酸的羥基磷酸化。引起細胞內的生的絲

9、氨酸或蘇氨酸的羥基磷酸化。引起細胞內的生理效應。理效應。三、酶偶聯受體介導的信號轉導系統(tǒng)三、酶偶聯受體介導的信號轉導系統(tǒng)酶偶聯受體具有和g蛋白偶聯受體完全不同的分子結構和特性，其胞質側自身具有酶的活性，或者可直接結合并激活胞質中的酶而不需要g蛋白的參與。已知的六類酶偶聯型受體有：受體酪氨酸激酶、受體鳥苷酸環(huán)化酶、受體酪氨酸磷脂酶、受體絲氨酸/蘇氨酸激酶酪氨酸激酶連接的受體、組氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關）。下面主要介紹受體酪氨酸激酶和受體鳥苷酸環(huán)化酶。 受體酪氨酸激酶（receptor protein tyrosine kinases，rptks）是最大的一類酶偶聯受體。rptks都

10、由三部分組成：細胞外結構域、單次跨膜的疏水螺旋區(qū)、細胞內結構域。受體酪氨酸激酶的胞外區(qū)是結合配體結構域，配體是可溶性或膜結合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子。胞內段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點。 ras（rat sarcoma）是原癌基因c-ras表達的產物， 是單體gtp結合蛋白，具有弱的 gtp酶活性。通過與gtp或gdp的結合調節(jié)其活性。 受體鳥苷酸環(huán)化酶（receptor guanylate cyclase）是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結合部位，胞內段為鳥苷酸環(huán)化酶催化結構域。受體的配體如心房排鈉肽（anps）和腦排鈉肽（bnps）。當血壓升高時，心房

11、肌細胞分泌anps，促進腎細胞排水、排鈉，同時導致血管平滑肌細胞松弛，結果使血壓下降。介導anp反應的受體分布在腎和血管平滑肌細胞表面。anps與受體結合直接激活胞內段鳥苷酸環(huán)化酶的活性，使gtp轉化為cgmp，cgmp作為第二信使結合并激活依賴cgmp的蛋白激酶g（pkg），導致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化，從而引起細胞反應。四、離子通道受體介導的信號轉導四、離子通道受體介導的信號轉導離子通道型受體是一類自身為離子通道的受體，離子通道的開放和關閉，稱為門控(gating)。根據門控機制的不同，將離子通道主要分為三大類：(1) 化學門控通道，(2)電壓門控通道，(3)機械門控通道，這

12、3種通道蛋白質使不同細胞對外界相應的刺激起反應,完成跨膜信號轉導。離子通道受體介導的信號轉導的特點：不需要產生其它的細胞內信使分子，信號轉導的速度快，對外界作用出現反應的位點較局限。（一）化學門控通道（一）化學門控通道化學門控通道（chemically-gated ion channel）又稱配體門控性離子通道: 由某些化學物質控制其開或關的通道稱，以遞質受體命名，如乙酰膽堿受體通道、谷氨酸受體通道、門冬氨酸受體通道等。n2型ach受體陽離子通道是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質，形成一種結構為2的梅花狀通道樣結構；每個亞單位的肽鏈都要反復貫穿膜4次；在5個亞單位中，ach的結合位點在亞單位上，結合后可引起通道結構的開放，然后靠相應離子的易化擴散而完成跨膜信號轉導 （二）電壓門控通道（二）電壓門控通道 電壓門控通道又稱電壓依賴性或電壓敏感性離子通道:因膜電位變化而開啟和關閉，以最容易通過的離子命名，如k+、na+、ca2+、c