《生物膜及其功能》課件

第十四章

生物膜的結(jié)構(gòu)與功能Functionandstructureofbioomembranes1編輯ppt第十四章本章主要內(nèi)容生物膜的化學(xué)組成生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸信號(hào)的過(guò)膜傳導(dǎo)2編輯ppt本章主要內(nèi)容生物膜的化學(xué)組成2編輯ppt第一節(jié)生物膜的化學(xué)組成3編輯ppt第一節(jié)生物膜的化學(xué)組成3編輯ppt

生物膜（biomembranes）

是包括細(xì)胞質(zhì)膜在內(nèi)的細(xì)胞中全部膜結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱(chēng)。A細(xì)胞膜B腔膜C線(xiàn)粒體膜D消化泡（次級(jí)溶酶體）E內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜F分泌泡4編輯ppt生物膜（biomembranes）A細(xì)胞膜4編輯pp所有生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類(lèi)兩大物質(zhì)組成。尚含有少量糖、金屬離子和水（15%-20%）一、膜脂(lipid)磷脂、少量糖脂和膽固醇的總稱(chēng)，其中以磷脂為主要成分（一）膜脂的種類(lèi)1、甘油磷脂2、鞘磷脂3、糖脂4、膽固醇化學(xué)組成5編輯ppt所有生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類(lèi)兩大物質(zhì)組成。

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。

甘油磷脂（Glycerophospholipids）6編輯ppt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)良的兩親性分子極性端非極性端7編輯ppt磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的脂肪酸鏈，糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)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)胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。

結(jié)構(gòu)為糖脂（Glycosphingolipids）半乳糖8編輯ppt糖脂也是構(gòu)成雙層脂膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。主要分布在細(xì)胞膜外側(cè)（二）膜脂質(zhì)的雙親性

微團(tuán)雙分子層

脂質(zhì)體9編輯ppt（二）膜脂質(zhì)的雙親性微團(tuán)雙分子層脂質(zhì)體9編輯ppt

生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常稱(chēng)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)所二、膜蛋白10編輯ppt生物膜中含有多種不同的蛋白質(zhì)，通常稱(chēng)為膜蛋白二、膜蛋外在蛋白內(nèi)在蛋白跨膜蛋白11編輯ppt外在蛋白跨膜蛋白11編輯ppt這類(lèi)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(guò)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。外周蛋白（peripheralprotein）12編輯ppt這類(lèi)蛋白約占膜蛋白的20－30%，分布于雙層脂膜的外內(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(lèi)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(méi)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。13編輯ppt內(nèi)在蛋白（integralprotein）內(nèi)在蛋白三、膜糖

生物膜中含有一定的寡糖類(lèi)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(lèi)在膜上的分布是不對(duì)稱(chēng)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(lèi)化合物在信息傳遞和相互識(shí)別方面具有重要作用。14編輯ppt三、膜糖生物膜中含有一定的寡糖類(lèi)物質(zhì)。它們大多與膜蛋白生物膜的結(jié)構(gòu)15編輯ppt生物膜的結(jié)構(gòu)15編輯ppt第二節(jié)生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)16編輯ppt第二節(jié)生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)16編輯ppt一、膜的運(yùn)動(dòng)性分子擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)等17編輯ppt一、膜的運(yùn)動(dòng)性分子擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)等1膜蛋白的運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)較慢側(cè)向運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散18編輯ppt膜蛋白的運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)較慢18編輯ppt流動(dòng)鑲嵌模型19編輯ppt流動(dòng)鑲嵌模型19編輯ppt第三節(jié)物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸20編輯ppt第三節(jié)物質(zhì)的過(guò)膜運(yùn)輸20編輯ppt單向轉(zhuǎn)運(yùn)（同向、異向）協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)基本方式21編輯ppt單向轉(zhuǎn)運(yùn)（同向、異向）協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)基本方式21編輯ppt一、小分子與離子的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)（一）簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion)

包括分子和離子的轉(zhuǎn)運(yùn)順濃度梯度不需要能量（二）促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）1)由高濃度向低濃度2）不需要能量3）需通道蛋白或載體蛋白介導(dǎo)22編輯ppt一、小分子與離子的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)（一）簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simpledi（三）主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）1）轉(zhuǎn)運(yùn)載體2）消耗能量3）逆濃度梯度如：質(zhì)子泵、鈉-鉀泵、鈣泵等23編輯ppt（三）主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）1）轉(zhuǎn)運(yùn)載主動(dòng)運(yùn)輸、促進(jìn)擴(kuò)散、簡(jiǎn)單擴(kuò)散24編輯ppt主動(dòng)運(yùn)輸、促進(jìn)擴(kuò)散、簡(jiǎn)單擴(kuò)散24編輯ppt主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)舉例：

Na+-K+ATPase是膜上的載體蛋白，稱(chēng)為Na-K泵或Na-K-ATP酶由α2β2四個(gè)亞基組成Na-K-ATP酶有兩種不同的構(gòu)型25編輯ppt主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)舉例：Na+-K+ATPase是膜上的載體蛋白胞外高Na+,低K+;胞內(nèi)高K+,低Na+作用機(jī)制：26編輯ppt胞外高Na+,低K+;胞內(nèi)高K+,低Na+作用機(jī)制：26編二、大分子物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)吞噬作用（phagocytosis）細(xì)胞內(nèi)吞噬較大的固體顆?；蚍肿訌?fù)合物如微生物、細(xì)胞碎片等的過(guò)程。27編輯ppt二、大分子物質(zhì)的過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)吞噬作用（phagocytosis）第四節(jié)信號(hào)的過(guò)膜傳導(dǎo)28編輯ppt第四節(jié)信號(hào)的過(guò)膜傳導(dǎo)28編輯ppt一、受體的概念

是指細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素、藥物等）并與之結(jié)合的生物大分子。生物大分子：大多是蛋白質(zhì)，少量糖脂

受體多位于膜上（膜受體，多為鑲嵌糖蛋白），少部分在胞內(nèi)（胞內(nèi)受體，均為DNA結(jié)合蛋白）配體（ligand）

與受體結(jié)合的活性分子。是信息的載體，也稱(chēng)第一信使29編輯ppt一、受體的概念是指細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識(shí)別生物活性二、受體的特點(diǎn)可飽和性受體的特點(diǎn)專(zhuān)一性

可逆性高親和性特定的作用模式30編輯ppt二、受體的特點(diǎn)可飽和性受體的特點(diǎn)專(zhuān)一性可逆性高親和性特三、受體的分類(lèi)

I型配體門(mén)通道型：乙酰膽堿Ⅱ型G-蛋白偶聯(lián)型：腎上腺素，糖原

Ⅲ型酪氨酸蛋白激酶型:生長(zhǎng)因子

Ⅳ型DNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)型31編輯ppt三、受體的分類(lèi)I型配體門(mén)通道型：乙酰膽堿31編輯ppt二、G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)（一）G蛋白：全稱(chēng)為GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白。是一類(lèi)和GTP或GDP相結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白。αβγ三個(gè)亞基組成。

兩種構(gòu)象：非活化型：αβγGDP活化型：GTPα分布極廣，參與細(xì)胞物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)和基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控32編輯ppt二、G蛋白偶聯(lián)型受體系統(tǒng)（一）G蛋白：全稱(chēng)為GTP結(jié)合調(diào)節(jié)G蛋白相偶聯(lián)受體：一條肽鏈形成的過(guò)膜蛋白，有7個(gè)跨膜α-螺旋肽段往返于質(zhì)膜的脂質(zhì)雙層中33編輯pptG蛋白相偶聯(lián)受體：一條肽鏈形成的過(guò)膜蛋白，有7個(gè)跨膜α-螺旋即cAMP-PKA途徑：以靶細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度改變和激活蛋白激酶A（proteinkinaseA,PKA）為主要特征，是激素調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝的主要途徑功能：1調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝2調(diào)控基因表達(dá)(二)蛋白激酶A(PKA)途徑34編輯ppt即cAMP-PKA途徑：功能：1調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝(二)蛋白激酶配體與受體結(jié)合交換GTP/GDP（G蛋白活化）結(jié)合并激活A(yù)C（腺苷酸環(huán)化酶）生成cAMP（第二信使）激活PKA發(fā)揮作用35編輯ppt配體與受體結(jié)合35編輯ppt（三）蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)途徑即甘油二酯(diglyceride，DG)—蛋白激酶C途徑甘油二酯(DG)是該途徑的第二信使當(dāng)激素與受體結(jié)合后經(jīng)G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)，激活磷脂酶C，由磷脂酶C將質(zhì)膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。

36編輯ppt（三）蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)

脂溶性的DG在膜上累積并使緊密結(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、β—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’—K’ATP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)。37編輯ppt脂溶性的DG在膜上累積并使緊密結(jié)合在膜上的(四)IP3-Ca++/CaM途徑：

IP3和Ca2+都是它的第二信使IP3是水溶性的，在膜上水解生成后進(jìn)入胞液內(nèi)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的Ca2+門(mén)控通道結(jié)合，促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+釋人胞液中，胞內(nèi)Ca2+水平的升高，使Ca2+／鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶(CaM酶)激活，而CaM酶再激活腺苷酸環(huán)化酶、Ca2+—Mg2+ATP酶等，產(chǎn)生各種生理效應(yīng)。IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇．以終止其第二信使作用。38編輯ppt(四)IP3-Ca++/CaM途徑：IP3和Ca2+都三、酪氨酸蛋白激酶型受體系統(tǒng)（一）酪氨酸蛋白激酶型受體包括胰島素，生長(zhǎng)激素，細(xì)胞因子等多肽類(lèi)激素和生長(zhǎng)因子糖蛋白，由一條或兩條多肽鏈構(gòu)成，一個(gè)跨膜螺旋結(jié)構(gòu)三個(gè)區(qū)胞外區(qū)：配體識(shí)別和配體結(jié)合跨膜區(qū)：高度疏水，一個(gè)α-跨膜螺旋胞內(nèi)區(qū)：功能區(qū)與細(xì)胞的增殖、分化、分裂及癌變有