凌細胞四的教案

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細胞膜（cellmembrane），質(zhì)膜（plasmamembrane）。細胞內(nèi)膜。生物膜（biomembrane,biologicalmembrane）。單位膜（unitmembrane），暗-亮-暗。第2頁/共93頁

第3頁/共93頁第一節(jié)生物膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)一、生物膜的化學組成生物膜的主要化學成分是脂類和蛋白質(zhì)，還含有少量糖類等。（一）膜脂約占膜的50%。膜脂主要包括磷脂、膽固醇和糖脂三種類型。都是雙親性分子（amphipathicmolecule）：同時具有親水和疏水兩種性質(zhì)的分子。第4頁/共93頁1、磷脂磷脂又可分為二類：甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂包括磷脂酰膽堿（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇等。

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第6頁/共93頁2、膽固醇

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第8頁/共93頁3、糖脂

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膜脂的主要功能是構(gòu)成膜的基本骨架。第10頁/共93頁

脂質(zhì)體（liposome）。第11頁/共93頁

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第13頁/共93頁（二）膜蛋白約占膜的40%-50%。膜蛋白可分為兩大基本類型：外在膜蛋白（extrinsicmembraneprotein）和內(nèi)在膜蛋白（intrinsicmembraneprotein）。1、外在膜蛋白2、內(nèi)在膜蛋白也是雙親性分子?？缒さ鞍住５?4頁/共93頁

生物膜的特定功能主要是由膜蛋白來承擔的。膜蛋白中有些是運輸?shù)鞍?，有些是酶，有些是連接蛋白，還有些是受體等。第15頁/共93頁（三）膜糖類約占膜的2%-10%。主要以糖脂和糖蛋白的形式存在，細胞質(zhì)膜上所有的膜糖都位于質(zhì)膜的外表面。細胞外被（cellcoat），糖萼（glycocalyx）。第16頁/共93頁

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第18頁/共93頁二、生物膜的特性

膜的流動性和膜的不對稱性。第19頁/共93頁（一）生物膜的流動性1、膜脂分子的運動（1）側(cè)向移動（2）旋轉(zhuǎn)運動（3）左右擺動（4）翻轉(zhuǎn)運動第20頁/共93頁2、膜蛋白分子的運動

側(cè)向運動和旋轉(zhuǎn)。人鼠細胞融合實驗。第21頁/共93頁

第22頁/共93頁（二）生物膜的不對稱性1、膜脂分布的不對稱第23頁/共93頁

第24頁/共93頁2、膜蛋白分布的不對稱第25頁/共93頁三、生物膜的分子結(jié)構(gòu)膜型（一）夾層學說蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)。第26頁/共93頁

第27頁/共93頁（二）單位膜模型（unitmembranemodel）暗-亮-暗。兩側(cè)的暗帶厚度約2nm，中間亮帶厚度約3.5nm，整個膜的厚度約7.5nm。第28頁/共93頁

第29頁/共93頁（三）流動鑲嵌模型

1972年，Singer和Nicolson，生物膜的流動鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）。兩個主要特點：（1）鑲嵌；（2）流動性。第30頁/共93頁

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第32頁/共93頁（四）晶格鑲嵌模型（五）板塊模型第33頁/共93頁第二節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜運輸

質(zhì)膜不僅是細胞的一堵“墻”，更是細胞的“大門”。物質(zhì)經(jīng)過質(zhì)膜進出細胞的運輸活動有兩種方式，一種是離子和小分子的跨膜運輸（transmembranetransport），一種是大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸（transportbyvesicleformation）。

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離子和小分子的跨膜運輸直接穿膜，可分為被動運輸（passivetransport）和主動運輸（activetransport）兩大類。一、被動運輸不需要細胞提供能量，將物質(zhì)順濃度梯度或電化學梯度從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)運到另一側(cè)的運輸方式稱為被動運輸。（一）單純擴散不需要膜蛋白幫助的被動運輸稱為單純擴散（simplediffusion）。

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單純擴散的速度取決于物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性：物質(zhì)的脂溶性越強，越容易通過膜；分子越小，越容易通過膜；帶電荷的物質(zhì)，不管它多小，都很難通過膜。因為帶電的物質(zhì)通常同水結(jié)合形成一個水合的外殼，這不僅增加了它們的體積，同時也大大降低了脂溶性。

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（二）易化擴散在運輸?shù)鞍椎膸椭逻M行的被動運輸稱為易化擴散（facilitateddiffusion）。膜運輸?shù)鞍子袃深悾阂活悶檩d體蛋白（carrierprotein），一類為通道蛋白（channelprotein）。通道蛋白幫助運輸時不需同被運輸?shù)奈镔|(zhì)結(jié)合，只是提供一個親水的通道；而載體蛋白需要同被運輸?shù)奈镔|(zhì)結(jié)合，然后幫助被運輸?shù)奈镔|(zhì)通過膜。載體蛋白既能進行主動運輸，又能進行被動運輸，而通道蛋白只進行被動運輸。第40頁/共93頁

易化擴散同單純擴散相比，具有以下一些特點：（1）易化擴散需要膜蛋白的幫助，并且擴散速度比單純擴散的速度要快幾個數(shù)量級；（2）單純擴散的速度與溶質(zhì)的濃度成正比，而膜蛋白幫助的易化擴散可以達到最大值，當溶質(zhì)的跨膜濃度差達到一定程度時，易化擴散的速度不再提高；

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（3）在單純擴散中，結(jié)構(gòu)上相似的分子以基本相同的速度通過膜，而在易化擴散中，運輸?shù)鞍讓Y(jié)構(gòu)相似的分子要進行嚴格的鑒別，換句話說，運輸?shù)鞍拙哂懈叨鹊倪x擇性。第43頁/共93頁1、載體蛋白介導的易化擴散

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第45頁/共93頁2、通道蛋白介導的易化擴散

通道蛋白主要是離子通道蛋白。

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將通道蛋白形成的通道稱為閘門通道（gatedchannel）。（1）電位閘門通道（voltage-gatedchannel）（2）配體閘門通道（ligand-gatedchannel）（3）動力閘門通道（mechanicallygatedchannel）

第48頁/共93頁二、主動運輸需要細胞提供能量，將物質(zhì)逆濃度梯度或電化學梯度從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)運到另一側(cè)的運輸方式稱為主動運輸。第49頁/共93頁

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四個基本特點：（1）逆梯度運輸；（2）依靠膜運輸?shù)鞍?；?）需要消耗代謝能；（4）具有選擇性和特異性。

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對維持細胞的正常功能有三個重要作用：（1）保證了細胞或細胞器從周圍環(huán)境中攝取必需的營養(yǎng)物質(zhì)，即使這些營養(yǎng)物質(zhì)在周圍環(huán)境中的濃度很低；（2）能夠?qū)⒓毎麅?nèi)的各種物質(zhì)，如分泌物、代謝廢物以及一些離子排到細胞外，即使這些物質(zhì)在細胞外的濃度比細胞內(nèi)的濃度高得多；（3）能夠維持一些無機離子在細胞內(nèi)恒定和最適的濃度，特別是K+、Ca2+和H+的濃度。

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概括地說，主動運輸主要是維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，以及在各種不同生理條件下細胞內(nèi)環(huán)境的快速調(diào)整。如果說被動運輸是減少細胞與周圍環(huán)境的差別的話，主動運輸則是努力創(chuàng)造差別，建立和維持細胞與環(huán)境之間的濃度梯度或電化學梯度，保持生命的活力。第53頁/共93頁（一）由ATP直接提供能量的主動運輸

Na+-K+ATP酶（Na+-K+ATPase）（Na+-K+泵（Na+-K+-pump））。第54頁/共93頁

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工作過程：（1）3個Na+與Na+-K+ATP酶的暴露在膜內(nèi)側(cè)的Na+結(jié)合位點結(jié)合；（2）由于Na+的結(jié)合，激活了ATP酶的活性，使ATP分解，釋放ADP，Na+-K+ATP酶被磷酸化；（3）由于Na+-K+ATP酶被磷酸化，引起其發(fā)生構(gòu)象變化，于是與Na+結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，并向胞外釋放3個Na+；第56頁/共93頁

（4）膜外的2個K+同Na+-K+ATP酶結(jié)合；（5）K+與磷酸化的Na+-K+ATP酶結(jié)合后，促使其去磷酸化；（6）去磷酸化后的Na+-K+ATP酶恢復原構(gòu)象，于是將結(jié)合的K+釋放到細胞內(nèi)。每水解1個ATP，運出3個Na+，輸入2個K+。第57頁/共93頁

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Na+-K+ATP酶的三個重要作用：（1）維持了細胞內(nèi)適當?shù)腘a+/K+濃度，抵消了Na+/K+的擴散作用；（2）在建立細胞質(zhì)膜兩側(cè)Na+濃度梯度的同時，為葡萄糖等的協(xié)同運輸提供了驅(qū)動力；（3）Na+-K+ATP酶建立的細胞膜電位，為神經(jīng)和肌肉電脈沖傳導提供了基礎。第59頁/共93頁

還有Ca2+-ATP酶和H+-ATP酶等。第60頁/共93頁（二）協(xié)同運輸（cotransport）一種物質(zhì)的逆梯度穿膜運輸依賴于另一種物質(zhì)的順梯度的穿膜運輸，ATP間接提供能量。不直接消耗ATP，但要依賴離子泵建立的電化學梯度，所以又將離子泵稱為初級主動運輸（primaryactivetransport），將協(xié)同運輸稱為次級主動運輸（secondaryactivetransport）。第61頁/共93頁

動物細胞中，Na+和葡萄糖或氨基酸的協(xié)同運輸。質(zhì)膜上的Na+-K+ATP酶和載體協(xié)作完成葡萄糖或氨基酸的逆濃度梯度的協(xié)同運輸。運輸?shù)臋C制是：載體蛋白有分別與細胞外的Na+和葡萄糖或氨基酸結(jié)合的位點，Na+和葡萄糖或氨基酸分別與載體結(jié)合后，載體蛋白借助Na+-K+ATP酶運輸時建立的電化學梯度，將Na+與葡萄糖或氨基酸同時運輸?shù)郊毎麅?nèi)。在細胞內(nèi)釋放的Na+又被Na+-K+ATP酶泵出細胞外維持Na+的電化學梯度。第62頁/共93頁

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第64頁/共93頁第三節(jié)大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸這種運輸方式的特點是，物質(zhì)進出細胞的運轉(zhuǎn)過程都由膜包圍，在細胞質(zhì)內(nèi)形成小膜泡。內(nèi)吞作用（endocytosis）和外吐作用（exocytosis）。第65頁/共93頁一、內(nèi)吞作用（一）吞噬作用（phagocytosis）吞噬作用即細胞的“吃”，也就是吞入較大的固體顆粒和大分子復合物的過程。第66頁/共93頁

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第69頁/共93頁（二）吞飲作用（pinocytosis）

吞飲作用即細胞的“喝、飲”，也就是吞入液體和小溶質(zhì)分子的過程。第70頁/共93頁（三）受體介導的內(nèi)吞作用（receptor-mediatedendocytosis）專一性。第71頁/共93頁

配體(ligand)，受體。有被小窩（coatedpit），有被小泡（coatedvesicle）。網(wǎng)格蛋白（clathrin）。三腿蛋白復合物（threeleggedproteincomplex，triskelion）：衣被的基本結(jié)構(gòu)單位。

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銜接蛋白（adaptin,AP）：介于網(wǎng)格蛋白與配體-受體復合物之間，起連接作用；一種GTP結(jié)合蛋白—發(fā)動蛋白（dynamin）：能在有被小窩的頸部聚合，通過水解GTP使自己收縮，最后將小泡與質(zhì)膜斷開。第76頁/共93頁

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膽固醇的攝取。低密度脂蛋白（lowdensitylipoprotein，LDL），LDL受