醫(yī)學生物學2課件

1、第三節(jié) 生物膜的結構與功能電鏡下，質(zhì)膜呈現(xiàn)出 “二暗一明”的三層夾板式結構叫單位膜。細胞膜細胞質(zhì)細胞膜又稱細胞質(zhì)膜(plasma membrane)是指包圍在細胞表面的一層極薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白所組成。質(zhì)膜的基本作用是維護細胞內(nèi)微環(huán)境的相對穩(wěn)定，并參與同外界環(huán)境進行物質(zhì)交換、能量和信息傳遞。另外，在細胞的生存、生長、分裂、分化中起重要作用。生物膜(biomembrane) ：細胞所有膜結構質(zhì)膜內(nèi)膜(internal membrane)胞質(zhì)膜(cytoplasmic membrane) 細胞內(nèi)膜：除了細胞膜以外的細胞內(nèi)的膜性結構。包括：細胞核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、溶酶體膜。一膜的化學組

2、成 細胞膜具有各種復雜而重要的功能，其基礎在于它的化學組成和結構。在各種不同類型的細胞中，細胞膜的化學組成相同，即主要由脂類、蛋白質(zhì)及糖類組成。脂 類：50%蛋白質(zhì)：40%50%糖 類：1%10%脂肪酸脂 肪 酸脂 肪 酸(1) 磷 脂磷脂的極性頭部是各種磷脂酰堿基，它們通過甘油基團與非極性尾部兩條烴鏈（脂肪酸鏈）相連。主要磷脂有 磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）、磷脂酰膽堿（卵磷脂）極性頭部基團（親水）非極性尾部基團（疏水）CH CHCH2OOPOOOOX COCO甘油磷 酸磷脂酰堿基1424個碳原子(2) 膽固醇極性頭部平面甾環(huán)結構非極性尾部羥基基團是極性頭部，通過甾環(huán)與一個非極性的烴鏈連接。糖脂含

3、量約占膜脂總量的5以下，在神經(jīng)細胞膜上糖脂含量較高，約占5-10。糖脂也是兩性分子。最簡單的糖脂是半乳糖腦苷脂，它只有一個半乳糖殘基作為極性頭部，在髓鞘的多層膜中含量豐富；變化最多、最復雜的糖脂是神經(jīng)節(jié)苷脂，其頭部包含一個或幾個唾液酸和糖的殘基。神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)元質(zhì)膜中具有特征性的成分。水水水磷脂分子團磷脂雙分子層脂質(zhì)體脂類分子的排列特性（雙極性特點）(二) 膜蛋白生物膜中的蛋白質(zhì)叫膜蛋白。膜蛋白外周蛋白（外在蛋白）：鑲嵌蛋白（內(nèi)在蛋白）：占膜蛋白2030，主要在膜的內(nèi)表面，與膜脂或內(nèi)在蛋白相連。占膜蛋白7080，不同程度鑲嵌在脂類雙分子層。為兩性分子，疏水部分位于脂雙層內(nèi)部，親水部分位于脂雙

4、層外部。由于存在疏水結構域，與膜的結合非常緊密，只有用去垢劑（detergent）才能從膜上洗滌下來，如離子型去垢劑SDS，非離子型去垢劑Triton-X100。膜中含有的糖類稱為膜糖類，占膜重量的210，主要分布在細胞膜外表面。膜糖類糖類+脂類共價鍵糖 脂糖類+蛋白質(zhì)糖蛋白共價鍵(三)膜糖類二.細胞膜的分子結構以上膜中的蛋白質(zhì)、脂類、糖類是如何有機地結合在一起構成細胞膜的呢？細胞內(nèi)(一) 液態(tài)鑲嵌模型：是Singer和Nicolson于1972年提出的，目前已被普遍接受，該模型認為：生物膜是一種流動的、嵌有蛋白質(zhì)的脂類雙分子層結構。脂類雙層膜蛋白細胞外被糖類1. 生物膜是由流動的脂類雙分子層

5、構成膜的基本骨架。2. 蛋白質(zhì)以不同的方式鑲嵌在脂質(zhì)雙層中或聯(lián)結于其上。3. 膜的兩側結構是不對稱的。脂質(zhì)雙分子層極性頭部疏水尾部外周蛋白鑲嵌蛋白4. 膜脂和膜蛋白具有流動性。寡糖鏈液態(tài)鑲嵌模型的要點：液態(tài)鑲嵌模型盡管已被大家所接受，但你知道它的不足之處嗎？不足之處：沒有說明流動的膜是如何在變化中保持膜的相對完整性和穩(wěn)定性。1975年、1977年提出了晶格鑲嵌模型、板塊鑲嵌模型作了補充說明。(二)晶格鑲嵌模型該模型認為,生物膜中的類脂在可逆地進行無序(液態(tài))和有序(晶態(tài))的相變,膜蛋白對類脂分子的運動具有限制作用。比較合理地說明了生物膜既具有流動性,又具有相對完整性及穩(wěn)定性的原因。(三)板塊鑲

6、嵌模型該模型認為,在流動的脂雙層中存在許多大小不同能獨立移動的類脂板塊(有序) ,在這些板塊間被流動的類脂區(qū)(無序)分開。二者處于一種連續(xù)動態(tài)平衡之中,因而生物膜是由不同流動性的板塊鑲嵌而成的動態(tài)結構。（1）脂質(zhì)雙分子層的不對稱性脂質(zhì)雙分子層中各層所含的磷脂種類有明顯不同。脂質(zhì)雙層非胞質(zhì)側：含有膽堿的磷脂分子分布在外層（磷脂酰膽堿、鞘磷脂）。胞 質(zhì) 側：含有氨基的磷脂分子分布在內(nèi)層（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸）。糖脂全部分布在膜的外表面（非胞質(zhì)側）。膜糖類分布在細胞膜的外表面跨膜蛋白跨越脂質(zhì)雙分子層有一定方向性。糖蛋白上的低聚糖（糖鏈）均位于細胞膜的外表面。膜蛋白顆粒在內(nèi)外兩層中分布的不對稱。

7、膜分子結構的不對稱性決定了細胞膜功能的不對稱性（2）膜蛋白分布的不對稱性（1）膜脂的流動性側向運動轉動左右擺動翻轉運動2.細胞膜的流動性：指膜中脂類和蛋白質(zhì)的運動（2）膜蛋白的流動性膜蛋白的流動橫向擴散旋轉運動影響膜流動性的因素1.脂肪酸鏈不飽和程度增高，膜流動性增大2.脂肪酸鏈的長度增加降低膜的流動性3.膽固醇含量增加降低膜的流動性4.卵磷脂/鞘磷脂的比例增高促進膜的流動5.鑲嵌蛋白質(zhì)越多膜的流動性越小6.溫度、pH、離子強度等改變都有不同影響四.膜功能 (一)界膜和細胞區(qū)域化細胞區(qū)域化在細胞質(zhì)中劃分了許多以膜包被的特定功能的區(qū)室,即細胞區(qū)域化。作為界膜的膜結構對于細胞生命的進化具有重要意義

8、，不僅使生命進化到細胞的生命形式，也保證了細胞生命的正常進行，使遺傳物質(zhì)和其他參與生命活動的生物大分子相對集中在一個安全的環(huán)境，有利于細胞的物質(zhì)和能量代謝。細胞區(qū)域化，不僅擴大了表面積，還使細胞的生命活動更加高效、有序。(二)調(diào)節(jié)運輸某些物質(zhì)可以“自由通透”某些物質(zhì)出入細胞的障礙 被 動 運 輸主 動 運 輸:離子泵細胞膜對物質(zhì)的通透性最顯著特點是具有選擇性，對允許通過的物質(zhì)可以是被動的，也可以是主動的，有些可以自由通過，有些則需要蛋白的輔助作用。不消耗細胞的代謝能量,而將物質(zhì)從高濃度一側經(jīng)細胞膜向低濃度一側（順濃度梯度）的運輸方式。(Passive transport)1.高濃度低濃度電化學

9、梯度高濃度低濃度配體閘門通道擴散物質(zhì)順濃度梯度經(jīng)過閘門孔道擴散到細胞膜的另一側這樣的轉運過程稱閘門通道擴散。通道蛋白配體高濃度低濃度電壓閘門通道擴散根據(jù)膜電位變化：極化狀態(tài)時關閉，去極化狀態(tài)時打開。借助于細胞膜上專一性的載體蛋白，通過消耗代謝能量，將物質(zhì)從低濃度處經(jīng)細胞膜向高濃度處運輸?shù)姆绞健?特點：逆濃度梯度運輸 消耗能量 需要膜上載體蛋白參加2.Active transport泵實質(zhì)：泵為Na+-K+ ATP 酶 具有載體和酶的雙重作用。 小亞基: 為小的糖蛋白,其作用機制不詳。大亞基：為大的跨膜蛋白,是該酶的催化部位。每消耗1分子ATP，可泵出3個Na+，泵入2個K+鉀離子鳥苷鉀與鳥苷結

10、合部位小亞基大亞基ATPADP+Pi鈉離子細胞質(zhì)鉀濃度梯度30倍鈉濃度梯度13倍Na+鈉結合部位(三)功能定位與組織化細胞器 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體:參與蛋白質(zhì)合成、加工、運輸 溶酶體:消化作用 線粒體:氧化磷酸化, 提供能量 葉綠體:光合作用場所（四）信號傳導細胞質(zhì)膜中的受體從環(huán)境中識別并結合特異的配體（化學信號、電信號）進行信號傳遞，引起細胞內(nèi)的反應的過程，即把胞外信號轉變成胞內(nèi)信號的過程。一個細胞對一個特定的信號分子作出反應的能力，取決于細胞的受體(receptor)。受體是細胞的一種生物大分子（蛋白質(zhì)），能選擇性地識別外來信號分子（配體），并與之結合而引起細胞的生物學效應。受體由多肽組成，許

11、多受體是固定在細胞膜上，并暴露在細胞外層表面。胞內(nèi)受體：膜受體：存在于細胞膜上的受體，是一類鑲嵌在細胞膜上的糖蛋白。受體兩大類存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)的受體。結合脂溶性信號分子：甾醇類激素結合水溶性信號分子 ：神經(jīng)遞質(zhì)、大多數(shù)肽類激素配體：凡能與受體結合的細胞外物質(zhì)統(tǒng)稱為信號分子或配體。（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、抗原、藥物等）1. 旁分泌信號：指信號細胞分泌的信號分子只能影響到周圍鄰近的細胞。2. 突觸信號：指神經(jīng)末梢分泌神經(jīng)遞質(zhì)，作用于突觸后靶細胞，傳遞的信號。信號分子按其性質(zhì)分為：3. 內(nèi)分泌信號：指內(nèi)分泌細胞分泌的信號分子，又稱為激素。4. 自分泌信號：指細胞分泌的信號分子只作用于同種細胞或同自身

12、的受體結合引起反應。信號分子的共同特點： 特異性，只能與特定的受體結合；高效性，幾個分子即可發(fā)生明顯的生物學效應，這一特性有賴于細胞的信號逐級放大系統(tǒng)；可被滅活，完成信息傳遞后可被降解或修飾而失去活性，保證信息傳遞的完整性和細胞免于疲勞。信號傳導異常與疾病受體異常病1. 遺傳性或原發(fā)性受體病因受體基因突變，致使受體缺乏或結構異常引起的疾病。如：家族性高膽固醇血癥，由于LDL受體數(shù)目減少或結構異常，降低了肝細胞對血液中LDL的攝入能力，LDL可因此持續(xù)存在于血液中，引起高膽固醇血癥。非胰島素依賴性糖尿病也是一種常見的遺傳性受體病，因遺傳因素，胰島素受體的數(shù)量發(fā)生減少或功能出現(xiàn)異常，使細胞對胰島素

13、的敏感性降低，耐受力增強，細胞糖代謝出現(xiàn)障礙，最終導致糖尿病。2. 自身性免疫受體疾病某些情況下，機體自身產(chǎn)生受體的抗體，抗體與受體結合后，封閉了受體的作用，使受體功能發(fā)生改變，引起自身性免疫受體病。如：重癥肌無力患者體內(nèi)，存在抗乙酰膽堿（Ach）受體的抗體，使受體數(shù)目減少，出現(xiàn)相關病癥。3.繼發(fā)性受體病是一類因機體自身代謝紊亂，引起受體異常后產(chǎn)生的疾病。如肥胖可降低胰島素受體的功能，引發(fā)糖尿?。恍墓δ懿蝗墒剐募〖毎氖荏w數(shù)量減少。（五）參與細胞間的相互作用細胞識別細胞黏著細胞連接細胞間通訊 1. 細胞識別：指細胞之間相互辨認和鑒別，以及對自己和異己物質(zhì)分子的認識現(xiàn)象。 細胞膜的信息傳遞、巨嗜細胞的吞噬、細胞之間粘著、聚集、免疫系統(tǒng)識別入侵的病原體、受精過程、胚胎的發(fā)育分化等，都需要細胞進行識別。在多細胞生物體內(nèi)，細胞與細胞之間通過細胞膜相互聯(lián)系，形成一個密切相關，彼此協(xié)調(diào)一致的統(tǒng)一體，稱為細胞連接。2.細胞連接細胞連接是多細胞有機體中相鄰細胞之間通過細胞膜相互聯(lián)系、協(xié)同作用的重要組織方式，在結構上常包括質(zhì)膜下、質(zhì)膜及質(zhì)膜外細胞間幾個部分，對于維持組織的完整性非常重要，有的還具有細胞通訊作用。細胞連接的類型 動物細胞間的連接方式有緊密