生物末的結(jié)構(gòu)與功能2 ppt課件

1、Function and structure of bioomembranes本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容生物膜的化學(xué)組成生物膜的化學(xué)組成生物膜的構(gòu)造生物膜的構(gòu)造物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸信號(hào)的跨膜傳導(dǎo)信號(hào)的跨膜傳導(dǎo)A A 細(xì)胞膜細(xì)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(jí)溶酶體消化泡次級(jí)溶酶體E E 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜F F 分泌泡分泌泡 一切生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類兩大物質(zhì)組成。一切生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類兩大物質(zhì)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

2、中以磷脂為主要成分化學(xué)組成化學(xué)組成 磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的脂肪酸鏈，是優(yōu)良的兩親性分子脂肪酸鏈，是優(yōu)良的兩親性分子(CH3)3N+CH2CH2OPO-OOCH2CHCH2OOCCOOR1R2極性端非極性端極性端非極性端極性端脂雙層構(gòu)造模型 糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的構(gòu)造物質(zhì)。主要分布糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的構(gòu)造物質(zhì)。主要分布在細(xì)胞膜外側(cè)的單分子層中。動(dòng)物細(xì)胞膜所含的糖在細(xì)胞膜外側(cè)的單分子層中。動(dòng)物細(xì)胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。脂主要是腦苷脂。 構(gòu)造為構(gòu)造為OOHCH2OHOOHOHCH2CHNHCHCH=CHOH(CH2)12CH3神經(jīng)鞘氨醇半乳

3、糖 根據(jù)在膜上的定位情況：根據(jù)在膜上的定位情況： 外周蛋白外周蛋白 內(nèi)在蛋白內(nèi)在蛋白 膜蛋白是生物膜實(shí)施功能的根本場(chǎng)所。膜蛋白是生物膜實(shí)施功能的根本場(chǎng)所。旋和旋和- -折疊方式存在，其中又以折疊方式存在，其中又以- -螺旋螺旋更普遍。更普遍?？缒さ鞍卓缒さ鞍兹?、膜糖三、膜糖(1)磷脂分子的運(yùn)動(dòng)：在膜內(nèi)作側(cè)向分散或側(cè)向挪動(dòng)；圍繞磷脂分子的運(yùn)動(dòng)：在膜內(nèi)作側(cè)向分散或側(cè)向挪動(dòng)；圍繞與膜平面垂直的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；圍繞與膜平面垂直的軸左右與膜平面垂直的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；圍繞與膜平面垂直的軸左右擺動(dòng)；膜脂沿縱軸的上下振動(dòng)；在脂雙層中作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；擺動(dòng)；膜脂沿縱軸的上下振動(dòng)；在脂雙層中作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；烴鏈圍繞烴鏈圍繞C-

4、C鍵旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)鍵旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的異構(gòu)化運(yùn)動(dòng) 1970年Frye和Edidin所做的細(xì)胞交融實(shí)驗(yàn)。它們用細(xì)胞交融技術(shù)將小鼠細(xì)胞和人體細(xì)胞進(jìn)展交融，并同時(shí)用不同的熒光抗體標(biāo)志各自細(xì)胞外表的蛋白質(zhì)。當(dāng)兩種細(xì)胞交融構(gòu)成雜核細(xì)胞后，各自特定的蛋白質(zhì)分布在各自膜外表。一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)不同的蛋白質(zhì)已均勻的分布在雜核細(xì)胞膜上。 流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型脂雙分子層是細(xì)胞膜的主要構(gòu)造支架；膜蛋白為球蛋白，分布于脂雙層外表或嵌入脂分子中，有的甚至橫跨整個(gè)脂雙層；細(xì)胞膜具有流動(dòng)性；組成細(xì)胞膜的各種成分在膜中的分布是不均勻的，即具有不對(duì)稱性。第三節(jié)第三節(jié) 物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸單向轉(zhuǎn)運(yùn)單向轉(zhuǎn)運(yùn)同向、異向同向

5、、異向協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)根本方式根本方式一、小分子與離子的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)一、小分子與離子的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)順濃度梯度順濃度梯度不需求能量不需求能量 1)1)由高濃度向低濃度由高濃度向低濃度2 2不需求能量不需求能量3 3需通道蛋白或載體蛋白介導(dǎo)需通道蛋白或載體蛋白介導(dǎo)三自動(dòng)運(yùn)輸三自動(dòng)運(yùn)輸active transport1 1轉(zhuǎn)運(yùn)載體轉(zhuǎn)運(yùn)載體2 2耗費(fèi)能量耗費(fèi)能量3 3逆濃度梯度逆濃度梯度如：質(zhì)子泵、鈉如：質(zhì)子泵、鈉-鉀泵、鈣泵等鉀泵、鈣泵等自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)舉例：自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)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Na-KNa-K泵或泵或 Na-K-ATP

6、 Na-K-ATP酶酶由由2222四個(gè)亞基組成四個(gè)亞基組成Na-K-ATPNa-K-ATP酶有兩種不同的構(gòu)型酶有兩種不同的構(gòu)型二、大分子物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)二、大分子物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)吞噬作用吞噬作用phagocytosis細(xì)胞內(nèi)吞噬較細(xì)胞內(nèi)吞噬較大的固體顆粒大的固體顆?；蚍肿訌?fù)合物或分子復(fù)合物如微生物、細(xì)如微生物、細(xì)胞碎片等的過(guò)胞碎片等的過(guò)程。程?？娠柡托钥娠柡托允荏w的特點(diǎn)受體的特點(diǎn)專注性專注性 可逆性高親和性高親和性特定的作用方式特定的作用方式二、二、G G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)兩種構(gòu)象：兩種構(gòu)象：非活化型：非活化型： GDP活化型：活化型：GTP分布極廣，參與細(xì)胞物質(zhì)代謝的調(diào)理和基因

7、轉(zhuǎn)錄的調(diào)控分布極廣，參與細(xì)胞物質(zhì)代謝的調(diào)理和基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控G G蛋白相偶聯(lián)的受體：一條肽鏈構(gòu)成的過(guò)膜蛋白，有蛋白相偶聯(lián)的受體：一條肽鏈構(gòu)成的過(guò)膜蛋白，有7 7個(gè)跨膜個(gè)跨膜-螺旋肽段往返于質(zhì)膜的脂質(zhì)雙層中螺旋肽段往返于質(zhì)膜的脂質(zhì)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(xì)胞內(nèi)以靶細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度改動(dòng)和激活蛋白激酶濃度改動(dòng)和激活蛋白激酶Aprotein kinase A,PKA為主要特征，是激素調(diào)理物為主要特征，是激素調(diào)理物質(zhì)代謝的主要途徑質(zhì)代謝的主要途徑功能：功能： 調(diào)理物質(zhì)代謝調(diào)理物質(zhì)代謝 調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)( (二二) G) G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

8、的主要途徑蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑 配體與受體結(jié)合配體與受體結(jié)合交換交換GTP/GDPGTP/GDPG G蛋白活化蛋白活化結(jié)合并激活結(jié)合并激活A(yù)CAC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)揚(yáng)作用發(fā)揚(yáng)作用2.2.受體受體-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC磷脂酶磷脂酶C C途徑途徑 當(dāng)激素與受體結(jié)合后經(jīng)當(dāng)激素與受體結(jié)合后經(jīng)G G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活磷脂酶蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活磷脂酶C C，由磷脂，由磷脂酶酶C C將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)(PIP2)水解成三磷酸肌醇水解成三磷酸肌醇(IP3)(IP3)和和DGDG。 脂

9、溶性的DG在膜上累積并使嚴(yán)密結(jié)合在膜上的無(wú)活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰島素、-腎上腺素等激素和神經(jīng)遞質(zhì)在細(xì)胞膜上的受體，還有糖原合成酶，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，Na-KATP酶和轉(zhuǎn)鐵蛋白等)的絲氨酸或蘇氨酸的羥基磷酸化。引起細(xì)胞內(nèi)的生理效應(yīng)。三、酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)三、酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)酶偶聯(lián)受體具有和G蛋白偶聯(lián)受體完全不同的分子構(gòu)造和特性，其胞質(zhì)側(cè)本身具有酶的活性，或者可直接結(jié)合并激活胞質(zhì)中的酶而不需求G蛋白的參與。知的六類酶偶聯(lián)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銜接的受體、組氨酸激酶銜接的受體與細(xì)

10、菌的趨化性有關(guān)。下面主要引見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(lián)受體。RPTKs都由三部分組成：細(xì)胞外構(gòu)造域、單次跨膜的疏水螺旋區(qū)、細(xì)胞內(nèi)構(gòu)造域。受體酪氨酸激酶的胞外區(qū)是結(jié)合配體構(gòu)造域，配體是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長(zhǎng)因子。胞內(nèi)段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點(diǎn)。 Rasrat sarcoma是原癌基因c-ras表達(dá)的產(chǎn)物， 是單體GTP結(jié)合蛋白，具有弱的 GTP酶活性。經(jīng)過(guò)與GTP或GDP的結(jié)合調(diào)理其活性。 受體鳥苷酸環(huán)化酶receptor

11、guanylate cyclase是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結(jié)合部位，胞內(nèi)段為鳥苷酸環(huán)化酶催化構(gòu)造域。受體的配體如心房排鈉肽ANPs和腦排鈉肽BNPs。當(dāng)血壓升高時(shí)，心房肌細(xì)胞分泌ANPs，促進(jìn)腎細(xì)胞排水、排鈉，同時(shí)導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞松弛，結(jié)果使血壓下降。介導(dǎo)ANP反響的受體分布在腎和血管平滑肌細(xì)胞外表。ANPs與受體結(jié)合直接激活胞內(nèi)段鳥苷酸環(huán)化酶的活性，使GTP轉(zhuǎn)化為cGMP，cGMP作為第二信使結(jié)合并激活依賴cGMP的蛋白激酶GPKG，導(dǎo)致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化，從而引起細(xì)胞反響。四、離子通道受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)四、離子通道受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)離子通道型受體是一類本身為離

12、子通道的受體，離子通道的開放和封鎖，稱為門控(gating)。根據(jù)門控機(jī)制的不同，將離子通道主要分為三大類：(1) 化學(xué)門控通道，(2)電壓門控通道，(3)機(jī)械門控通道，這3種通道蛋白質(zhì)使不同細(xì)胞對(duì)外界相應(yīng)的刺激起反響,完成跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。離子通道受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)：不需求產(chǎn)生其它的細(xì)胞內(nèi)信使分子，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的速度快，對(duì)外界作用出現(xiàn)反響的位點(diǎn)較局限。一化學(xué)門控通道一化學(xué)門控通道化學(xué)門控通道chemically-gated ion channel又稱配體門控性離子通道: 由某些化學(xué)物質(zhì)控制其開或關(guān)的通道稱，以遞質(zhì)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(yáng)離子通道是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質(zhì)，構(gòu)成一種構(gòu)造為2的梅花狀通道樣構(gòu)造；每個(gè)亞單位的肽鏈都要反復(fù)貫穿膜4次；在5個(gè)亞單位中，Ach的結(jié)合位點(diǎn)在亞單位上，結(jié)合后可引起通道構(gòu)造的開放，然后靠相應(yīng)離子的易化分散而完成跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 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封鎖，以最容易經(jīng)過(guò)的離子命名，如K+、Na+