第八章 細(xì)胞膜與細(xì)胞器

第八章細(xì)胞膜與細(xì)胞器第一部分模式細(xì)胞

細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)原核細(xì)胞主要特點(diǎn)1.遺傳物質(zhì)僅一個(gè)環(huán)狀DNA2.無(wú)核膜3.無(wú)細(xì)胞器,無(wú)細(xì)胞骨架4.以無(wú)絲分裂或出芽繁殖代表生物支原體、細(xì)菌、藍(lán)藻動(dòng)物細(xì)胞結(jié)構(gòu)細(xì)胞核溶酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體微絲微管質(zhì)膜線粒體中心體植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)三大結(jié)構(gòu)體系真核細(xì)胞遺傳信息表達(dá)系統(tǒng)染色質(zhì)(體)、核糖體、

mRNA、tRNA等等細(xì)胞骨架系統(tǒng)胞質(zhì)骨架、核骨架生物膜系統(tǒng)質(zhì)膜、內(nèi)膜系統(tǒng)（細(xì)胞器）1.細(xì)胞壁2.細(xì)胞莢膜、鞘膜和套膜3.細(xì)胞膜又稱質(zhì)膜（原生質(zhì)膜），是細(xì)胞質(zhì)與其外在環(huán)境分隔的半透膜。所有的細(xì)胞都以一層薄膜將它的內(nèi)含物與外界環(huán)境分開。另外，大多數(shù)細(xì)胞中還含有許多內(nèi)膜系統(tǒng)，組成具有各種特定功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器。例如，線粒體、細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體和葉綠體等。細(xì)胞膜以及各種細(xì)胞器的外膜通稱為生物膜。I.膜的結(jié)構(gòu)流動(dòng)鑲嵌模型糖萼蛋白質(zhì)脂雙層（1）膜的基質(zhì)或膜結(jié)構(gòu)的連續(xù)主體是極性的脂質(zhì)雙分子層；（2）脂質(zhì)雙分子層具有流動(dòng)性；（3）膜的內(nèi)嵌蛋白質(zhì)表面具有疏水的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)，故此類蛋白“溶解”于雙分子層的疏水部分中；（4）外周蛋白的表面主要含有親水R基，可通過靜電引力與帶電荷的脂質(zhì)雙分子層的極性頭部連接；流動(dòng)鑲嵌模型要點(diǎn)（5）雙分子層中的脂質(zhì)分子之間或蛋白質(zhì)組分與脂質(zhì)之間無(wú)共價(jià)結(jié)合；（6）膜蛋白可做橫向移動(dòng)，外周蛋白漂浮在雙分子層“海洋”的表面，而內(nèi)嵌蛋白猶如“冰山”幾乎完全浸沉于烴基核心中。膜蛋白分布不對(duì)稱流動(dòng)鑲嵌模型特性不對(duì)稱性脂質(zhì)雙層鑲嵌蛋白跨膜蛋白膜表面蛋白流動(dòng)性流動(dòng)鑲嵌模型特性鼠細(xì)胞人細(xì)胞標(biāo)記蛋白標(biāo)記蛋白重新分布細(xì)胞融合膜蛋白的運(yùn)動(dòng)流動(dòng)性流動(dòng)鑲嵌模型特性膜脂的運(yùn)動(dòng)

旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)上下翻轉(zhuǎn)II.膜的化學(xué)組成主要由脂質(zhì)（主要是磷脂和膽固醇）、

蛋白質(zhì)（包括酶）和多糖類組成，

水和金屬離子等。生物膜的組成，因膜的種類不同而有很大的差別。（1）脂質(zhì)Lipid脂質(zhì)是構(gòu)成生物膜最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)脂質(zhì)包括磷脂、膽固醇和糖脂等，其中以磷脂為主要成分。

磷脂

Glycerophospholipids主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子與脂肪酸酯基（主要是含16碳的軟脂酸和18碳的油酸）相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。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)良的兩親性分子磷脂的兩親性結(jié)構(gòu)極性端非極性端膜的構(gòu)造

膽固醇膽固醇是一種類脂化合物,在生物膜中含量較多。膽固醇以中性脂的形式分布在雙層脂膜內(nèi)，對(duì)生物膜中脂類的物理狀態(tài)有一定的調(diào)節(jié)作用，有利于保持膜的流動(dòng)性和降低相變溫度。

糖脂糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。糖脂主要分布在細(xì)胞膜外側(cè)的單分子層中。動(dòng)物細(xì)胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。結(jié)構(gòu)為：半乳糖（2）膜蛋白質(zhì)生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常稱為膜蛋白。根據(jù)它們?cè)谀ど系亩ㄎ磺闆r，可以分為外周蛋白和內(nèi)在蛋白。膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜實(shí)施功能的基本場(chǎng)所。①外周蛋白

peripheralprotein這類蛋白約占膜蛋白的20－30%，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結(jié)合。外周蛋白與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來(lái)。外周蛋白能溶解于水。②內(nèi)在蛋白

integralprotein內(nèi)在蛋白約占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。這類蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與膜脂相結(jié)合，而且不容易從膜中分離出來(lái)。內(nèi)在蛋白與雙層脂膜疏水區(qū)接觸部分，由于沒有水分子的影響，多肽鏈內(nèi)形成氫鍵趨向大大增加，因此，它們主要以

-螺旋和

-折疊形式存在，其中又以

-螺旋更普遍。內(nèi)在蛋白（3）糖類生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。糖類在膜上的分布是不對(duì)稱的，全部都處于細(xì)胞膜的外側(cè)。生物膜中組成寡糖的單糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識(shí)別方面具有重要作用。膜蛋白中的糖類第二部分物質(zhì)運(yùn)輸

1.細(xì)胞膜的功能生物膜具有保護(hù)、轉(zhuǎn)運(yùn)、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、運(yùn)動(dòng)和免疫等生物功能。（1）．保護(hù)功能在細(xì)胞或細(xì)胞器中，生物膜第一個(gè)重要作用是將其內(nèi)含物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開來(lái)，使之成為具有特殊功能的獨(dú)立個(gè)體。生物膜能夠保護(hù)細(xì)胞或細(xì)胞器不受或少受外界環(huán)境因素改變的影響，保持它們?cè)械男螤詈屯暾Y(jié)構(gòu)。(2)．信息傳遞生物體內(nèi)的信息傳遞，例如激素的刺激、神經(jīng)傳導(dǎo)和遺傳信息的傳遞等，主要是在細(xì)胞膜上進(jìn)行的。細(xì)胞膜上有接受不同信息的專一性受體，這些受體能識(shí)別和接受各種特殊信息，然后將不同的信息分別傳遞給有關(guān)的靶細(xì)胞并產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)以調(diào)節(jié)代謝、控制遺傳和其它生理活動(dòng)。激素作用過程（3）．能量轉(zhuǎn)換氧化磷酸化：通過生物氧化作用，將食物分子中存儲(chǔ)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成生物能，即將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成ATP分子的高能磷酸鍵。然后再通過ATP分子磷酸鍵的分解釋放能量，為生物體提供所需的能量。光合磷酸化：通過光合作用，將光能（主要是太陽(yáng)能）轉(zhuǎn)換成ATP的高能磷酸鍵。再利用ATP的能量合成糖類物質(zhì)。真核細(xì)胞的氧化磷酸化主要在線粒體膜上進(jìn)行。原核細(xì)胞的氧化磷酸化則是在細(xì)胞質(zhì)膜上進(jìn)行。光合磷酸化主要在葉綠體膜上進(jìn)行。光合磷酸化氧化磷酸化（4）．免疫功能細(xì)胞的免疫性主要是由于細(xì)胞膜上有專一性的抗原受體，當(dāng)抗原受體被抗原激活后，即產(chǎn)生相應(yīng)的抗體?？贵w能夠識(shí)別及特異性地與外源性抗原（如細(xì)菌、病毒等）結(jié)合并吞噬消滅。另外，吞噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的免疫功能，是由于它們能夠識(shí)別外源物質(zhì)（細(xì)菌或其它蛋白質(zhì)等），并能將這些外源物質(zhì)吞噬消滅。（5）．運(yùn)動(dòng)功能

許多原生動(dòng)物及單細(xì)胞動(dòng)物主要是通過其細(xì)胞膜表面的纖毛或鞭毛的擺動(dòng)而移動(dòng)。淋巴細(xì)胞的吞噬作用和某些細(xì)胞利用質(zhì)膜內(nèi)折疊將外源物質(zhì)包圍入細(xì)胞的作用等都是靠細(xì)胞膜的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。（6）．轉(zhuǎn)運(yùn)功能細(xì)胞或細(xì)胞器需要經(jīng)常與外界進(jìn)行物質(zhì)交換以維持其正常的功能。細(xì)胞或細(xì)胞器通過生物膜，從膜外選擇性地吸收所需要的養(yǎng)料，同時(shí)也要排出不需要的物質(zhì)。在各種物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，細(xì)胞膜起著重要的調(diào)控作用。轉(zhuǎn)運(yùn)分為：不耗能轉(zhuǎn)運(yùn)I.簡(jiǎn)單擴(kuò)散II.促進(jìn)擴(kuò)散耗能轉(zhuǎn)運(yùn)（主動(dòng)運(yùn)輸）簡(jiǎn)單擴(kuò)散物質(zhì)從高濃度的一側(cè)，通過膜轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度的另一側(cè)，即沿著濃度梯度（膜兩邊的濃度差）的方向跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。促進(jìn)擴(kuò)散許多物質(zhì)的被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程需要特殊的蛋白載體幫助。促進(jìn)擴(kuò)散示意圖耗能轉(zhuǎn)運(yùn)（主動(dòng)運(yùn)輸）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)是在外加能量驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)，可以是離子、小分子化合物，也可以是復(fù)雜的大分子物質(zhì)，如某些蛋白或酶等。這一過程一般都與ATP的釋能反應(yīng)相偶聯(lián)。依賴ATP的轉(zhuǎn)運(yùn)依賴呼吸的轉(zhuǎn)運(yùn)依賴磷酸烯醇式丙酮酸的基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)

膜的專一性：膜對(duì)于主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)有專一性。

載體蛋白：物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)需要載體蛋白的參與。載體蛋白具有專一性，一種載體蛋白一般只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一類物質(zhì)。

方向性：物質(zhì)可以逆濃度梯度或電化學(xué)梯度進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。如細(xì)胞為了保持膜內(nèi)、外的K+和Na+離子的濃度梯度以維持正常的生理活動(dòng)需要，細(xì)胞通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)方式，向內(nèi)泵入K+，而向外泵出Na+。

主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程可以被某些抑制劑抑制。

主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)所需的能量一般由ATP提供。

化學(xué)本質(zhì)為鈉、鉀－ATP酶鈉、鉀離子泵鈉、鉀－ATP酶構(gòu)象變構(gòu)假說鈣泵依賴離子流的轉(zhuǎn)運(yùn)依賴質(zhì)子流的