第5章生命單元-細(xì)胞

生物化學(xué)Biochemistry

歐樹(shù)娣oupeng03@126.com食品與應(yīng)用化學(xué)系第5章生命單元－細(xì)胞TheUnitofLife-Cell

生物化學(xué)Biochemistry

2014.4Contents5.1細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能5.2細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)5.3細(xì)胞膜的功能5.4細(xì)胞膜與疾病5.1細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能5.1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)生物化學(xué)細(xì)胞生物學(xué)的變革和顯微技術(shù)的改進(jìn)息息相關(guān)RobertHookeandhis“cells”1665MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.掃描隧道顯微鏡

納米級(jí)（10-9nm）

5.1細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

5.1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

什么是細(xì)胞？細(xì)胞與生物體的關(guān)系？藥物分子與細(xì)胞膜：藥物的吸收生物化學(xué)生物屏障作用，有選擇地抑制某些藥物分子通過(guò)－－到達(dá)體循環(huán)－組織、病灶蛋白質(zhì)分子－胞吞作用

5.1細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能

5.1.1細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)5.1.2細(xì)胞的分類(lèi)生物化學(xué)真核細(xì)胞eukaryoticcell：具有核被膜nuclearenvelope和核仁nucleolus。原核細(xì)胞prokaryoticcell：核區(qū)nuclearregion沒(méi)有核膜，稱(chēng)其為nucleoid、nuclearbody、nucleoplasm、bacterialnucleus。古細(xì)菌archaebacteria：既不同于原核細(xì)胞也不同于真核細(xì)胞，屬于生命的第三種形式。a:Aquificialespyrophilus；b:Pyrolobusfumarii；Pyrolobusfumarii

可以生活在90-113℃，pH4.0-6.5。其最適生存溫度為106℃，低于85℃和高于115℃則不生長(zhǎng)，能在121℃的高溫中存活1小時(shí)。海底煙筒附近也具有古細(xì)菌火葉菌屬的延胡索酸火葉菌

5.1細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能5.1.3細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能生物化學(xué)細(xì)胞核（nucleus）：具有核被膜和核仁。核仁是形成核糖體的結(jié)構(gòu)域（domain），呈小球狀。細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）：包括細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrix）/胞質(zhì)溶膠（cytosol）。形態(tài)學(xué)細(xì)胞壁（cellwall）質(zhì)膜/細(xì)胞膜（plasmamembrane）柿胚細(xì)胞的胞間連絲真核細(xì)胞的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)組分所占的體積百分比

線粒體、葉綠體、核糖體植物氣孔細(xì)胞植物薄壁細(xì)胞木材中的導(dǎo)管人類(lèi)紅細(xì)胞巨噬細(xì)胞神經(jīng)元細(xì)胞5.2細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)5.2.1細(xì)胞膜的組成生物化學(xué)質(zhì)膜（plasmamembrane）：又稱(chēng)細(xì)胞膜。內(nèi)膜：形成各種細(xì)胞器的膜。生物膜（biomembrane）：質(zhì)膜和內(nèi)膜的總稱(chēng)。細(xì)胞外被：也叫糖萼，由質(zhì)膜表面寡糖鏈形成。膜骨架：質(zhì)膜下起支撐作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。5.2.1細(xì)胞膜的組成生物化學(xué)主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，以糖脂和糖蛋白存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。動(dòng)物細(xì)胞膜通常含等量的脂類(lèi)和蛋白質(zhì)。FLUIDMOSAICMODELOFMEMBRANESTRUCTURE“Islandsofproteininaseaoflipid”

4-5nmPROTEIN

CARBOHYDRATEPHOSPHOLIPID(一)膜脂(Membranelipid)

生物膜上的脂類(lèi)統(tǒng)稱(chēng)膜脂。膜脂以磷脂和膽固醇為主，并含糖脂。兼性分子極性頭部基團(tuán)非極性尾部基團(tuán)1、磷脂1).甘油磷脂（Phosphatidy-linositol,PI）PC：卵磷脂PE：腦磷脂PS：磷脂酰絲氨酸IP：磷脂酰肌醇2).鞘磷脂（Sphingomyelin,PM）甘油鞘氨醇脂肪酸2、糖脂(glycolipid,GL)，5%鞘胺醇鞘胺醇糖脂分子半乳糖苷脂

糖脂與鞘磷脂相似,也是鞘氨醇(不是甘油)的衍生物。鞘磷脂糖和脂質(zhì)的復(fù)合體極性頭部平面甾環(huán)結(jié)構(gòu)非極性尾部3.膽固醇(cholesterol)中性脂極性頭部磷脂分子可以形成的結(jié)構(gòu)

微囊脂雙層雙層微囊25nm(二)膜蛋白(membraneproteins)

在不同細(xì)胞中膜蛋白的含量及類(lèi)型有很大差異。

依在膜上存在方式不同可分為兩大類(lèi)（5）膜蛋白：生物膜所含的蛋白質(zhì)。膜蛋白外周蛋白(周?chē)鞍?：鑲嵌蛋白(整合蛋白)：多附在膜的內(nèi)外表面，為水溶的，非共價(jià)地結(jié)合在鑲嵌蛋白上。（溫和條件即可分離）不同程度鑲嵌在脂雙層的內(nèi)部，也稱(chēng)膜內(nèi)在蛋白。有的跨越膜雙層，也稱(chēng)做跨膜蛋白（transmembraneprotein)。1、膜蛋白的類(lèi)型20～30%70%去垢劑、有機(jī)溶劑、超聲波處理Integralmembraneproteins:1,2,3,and4Peripheralmembraneproteins:5and6非穿越性共價(jià)結(jié)合（與單脂層烴鏈）與磷脂酰肌醇結(jié)合（寡糖鏈與磷脂酰肌醇）單次穿膜細(xì)胞骨架蛋白通過(guò)內(nèi)在蛋白間接與膜連接，或直接與脂類(lèi)分子極性頭部結(jié)合2、膜蛋白的功能維持細(xì)胞的形態(tài)(機(jī)械支持)物質(zhì)運(yùn)輸能量轉(zhuǎn)換信息傳遞免疫癌變Singer和Nicolson1972根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果，提出了“流動(dòng)鑲嵌模型”。

Fluid-mosaicmodel5.2細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)5.2.2生物膜的結(jié)構(gòu)5.2細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)5.2.2生物膜的結(jié)構(gòu)生物化學(xué)一、脂質(zhì)雙分子層是生物膜的最基本特征二、質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型5.2.2生物膜的結(jié)構(gòu)生物膜骨架整個(gè)雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性流動(dòng)的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)（一）質(zhì)膜的流動(dòng)性膜脂和蛋白質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)組成1、膜脂分子的運(yùn)動(dòng)

①側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；③擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)④伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)；⑤翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；⑥旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)。二、質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型2、影響膜脂流動(dòng)性的因素膽固醇：使流動(dòng)性保持適中脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動(dòng)性增加。脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)：長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動(dòng)性降低。卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動(dòng)性增加，是因?yàn)榍柿字扯雀哂诼蚜字Ｆ渌蛩兀簻囟?、酸堿度、離子強(qiáng)度等。（一）質(zhì)膜的流動(dòng)性3、膜蛋白的分子運(yùn)動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式。檢測(cè)：光脫色恢復(fù)技術(shù)和細(xì)胞融合技術(shù)。4、膜流動(dòng)性的生理意義當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜的溶解。（一）質(zhì)膜的流動(dòng)性生物化學(xué)利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)

1970年LarryFrye等人將人和鼠的細(xì)胞膜用不同熒光抗體標(biāo)記后，讓兩種細(xì)胞融合，雜種細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布（二）膜的不對(duì)稱(chēng)性膜內(nèi)外兩層組分和功能的差異，稱(chēng)膜的不對(duì)稱(chēng)性。

樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，各斷面命名為：ES，細(xì)胞外表面；EF，細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面；PS，原生質(zhì)表面；PF，原生質(zhì)小頁(yè)斷面。

二、質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型生物化學(xué)兔紅細(xì)胞的冰凍斷裂電鏡照片1．膜脂的不對(duì)稱(chēng)性：同一種脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，如：PC和SM主要分布在外小葉，PE和PS分布在內(nèi)小葉。用磷脂酶處理完整的人類(lèi)紅細(xì)胞，80%的PC降解，PE和PS分別只有20%和10%的被降解。2．復(fù)合糖的不對(duì)稱(chēng)性：糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。3．膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性：如細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜M側(cè)。（二）膜的不對(duì)稱(chēng)性（三）脂筏lipidraft是富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域。約70nm左右，是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁(yè)。介于無(wú)序液體與液晶之間，稱(chēng)為有序液體。在低溫下這些區(qū)域能抵抗非離子去垢劑的抽提，稱(chēng)為抗去垢劑膜（DRMs）。就像一個(gè)蛋白質(zhì)停泊的平臺(tái)，與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。5.3細(xì)胞膜的功能5.3.1生物膜的功能簡(jiǎn)介生物化學(xué)1、物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)2、保護(hù)作用3、能量轉(zhuǎn)換4、信息傳遞5、細(xì)胞免疫6、運(yùn)動(dòng)功能5.3.1生物膜的功能簡(jiǎn)介生物化學(xué)1、物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)

離子和小分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞膜的主要方式自由擴(kuò)散：又叫做被動(dòng)運(yùn)輸，由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)擴(kuò)散，不需要載體，不消耗細(xì)胞內(nèi)能量，例如：氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇等。主動(dòng)運(yùn)輸：由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)裝運(yùn)。需載體協(xié)助，需要消耗細(xì)胞內(nèi)的能量。例如：氨基酸、葡萄糖等。5.3.1生物膜的功能簡(jiǎn)介生物化學(xué)1、物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)

大分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞膜的主要方式胞吞胞吐巨噬細(xì)胞表面的皺褶與吞噬顆粒物質(zhì)有關(guān)纖毛和鞭毛6、運(yùn)動(dòng)功能5.3細(xì)胞膜的功能5.3.2膜蛋白與膜脂的相互作用蛋白質(zhì)在膜脂作用下結(jié)構(gòu)與功能變化

生物化學(xué)1.發(fā)現(xiàn)多種蛋白與膜脂的作用：水溶性狀態(tài)和膜結(jié)合狀態(tài)，而發(fā)揮功能都與膜結(jié)合態(tài)有關(guān)2.發(fā)現(xiàn)膜脂可以誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生寡聚結(jié)構(gòu)的變化：大腸桿菌SecA蛋白與膜結(jié)合后可形成孔道狀寡聚結(jié)構(gòu)。3.發(fā)現(xiàn)膜-水界面會(huì)“觸發(fā)”蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化。

4.發(fā)現(xiàn)同一蛋白的膜結(jié)合態(tài)可呈現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)：構(gòu)象SecA是一種大的外周膜蛋白質(zhì)，利用與酸性磷脂和蛋白質(zhì)SecY的親和力與膜結(jié)合

5.4細(xì)胞膜與疾病

生物化學(xué)細(xì)胞膜與腫瘤

1、糖蛋白改變

2、糖脂改變：以糖鞘脂最為重要

3、表面降解酶的改變

4、出現(xiàn)新抗原受體蛋白缺損與