細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸

關(guān)于細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸2TypicalplasmaMembrane第2頁,共137頁，2024年2月25日，星期天3

概述紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)

膜的化學(xué)組成

膜的分子結(jié)構(gòu)及特點

物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁,共137頁，2024年2月25日，星期天43.1.1細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)3.1.2細(xì)胞膜的功能§3.1概述第4頁,共137頁，2024年2月25日，星期天5第5頁,共137頁，2024年2月25日，星期天6細(xì)胞內(nèi)主要的胞質(zhì)膜第6頁,共137頁，2024年2月25日，星期天7

細(xì)胞質(zhì)膜

(PlasmaMembrane)

內(nèi)膜系統(tǒng)（EndomembraneSystem)

生物膜(Biomembrane)請比較質(zhì)膜、內(nèi)膜和生物膜在概念上的異同。3.1.1細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)第7頁,共137頁，2024年2月25日，星期天8細(xì)胞質(zhì)膜（plasmamembrane）：是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的生物膜。細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)：廣義來講指除細(xì)胞膜外的所有胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)。但狹義來講指細(xì)胞核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、溶酶體膜等具有結(jié)構(gòu)連續(xù)、功能相關(guān)的膜系統(tǒng)。真核細(xì)胞的生物膜（biomembrane）:細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)和細(xì)胞質(zhì)膜（cellmembrane）的總稱。細(xì)胞膜一般指生物膜，有時也特指細(xì)胞質(zhì)膜。第8頁,共137頁，2024年2月25日，星期天9細(xì)胞的生物膜結(jié)構(gòu)第9頁,共137頁，2024年2月25日，星期天10細(xì)胞質(zhì)膜模式圖第10頁,共137頁，2024年2月25日，星期天113.1.2細(xì)胞膜的功能

界膜和區(qū)室化

功能定位與組織化

物質(zhì)的調(diào)節(jié)運(yùn)輸

信號的檢測與傳遞

參與細(xì)胞間的相互作用

能量轉(zhuǎn)換1.界膜和區(qū)室化第11頁,共137頁，2024年2月25日，星期天12有人說紅細(xì)胞是研究膜結(jié)構(gòu)的最好材料，為什么?1、首先是紅細(xì)胞數(shù)量大，取材容易(體內(nèi)的血庫)，極少有其它類型的細(xì)胞污染;2、其次成熟的哺乳動物的紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核和線粒體等膜相細(xì)胞器，細(xì)胞膜是它的惟一膜結(jié)構(gòu)，所以分離后不存在其它膜污染的問題。第12頁,共137頁，2024年2月25日，星期天133.2紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)（ErythrocyteMembrane）◆RedBloodCells是結(jié)構(gòu)最簡單的細(xì)胞；■成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞器；■質(zhì)膜是紅細(xì)胞惟一的膜結(jié)構(gòu)；■紅細(xì)胞質(zhì)膜易于提純和分離；第13頁,共137頁，2024年2月25日，星期天143.2.1ErythrocyteBiology（紅細(xì)胞的生物學(xué)）紅細(xì)胞的基本性質(zhì)◆紅細(xì)胞的主要功能是攜帶O2和運(yùn)輸CO2，紅細(xì)胞的壽命約為120天，一生中要行走500000米。◆成熟的紅細(xì)胞呈雙面凹或單面凹陷的盤狀，直徑約為7μm，厚度1.7μm，表面積為145μm2,體積為8.3μm3第14頁,共137頁，2024年2月25日，星期天153.2.3紅細(xì)胞質(zhì)膜

（ErythrocyteMembrane）

？問題提出的依據(jù)∶

◆行程∶500,000米

◆要多次穿過小于自身直徑一半的微小通道;

◆要在脾臟內(nèi)經(jīng)受少氧、低pH值的不利條件;

◆又要經(jīng)過心臟內(nèi)瓣膜渦流沖擊，但始終保持結(jié)構(gòu)的完整。

？

第15頁,共137頁，2024年2月25日，星期天16

紅細(xì)胞血影

將紅細(xì)胞放入低滲溶液中，細(xì)胞吸水脹破，釋放血紅蛋白，紅細(xì)胞膜可以重新合起來形成血影。是分離紅細(xì)胞膜蛋白最好的材料。第16頁,共137頁，2024年2月25日，星期天17人紅細(xì)胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部

紅細(xì)胞膜蛋白的組成幾種主要的紅細(xì)胞膜蛋白是●血影蛋白(spectrin)●血型糖蛋白A(glycophorinA)●帶3蛋白(band3protein)●肌動蛋白(actin)●錨定蛋白(ankyrin)●帶4.1蛋白(band4.1protein)●內(nèi)收蛋白(adducin)(其中血影蛋白、血型糖蛋白、帶3蛋白約占膜蛋白的60%以上)第17頁,共137頁，2024年2月25日，星期天18

紅細(xì)胞膜骨架（ErythrocyteMembraneSkeleton）在內(nèi)側(cè)有一種特殊的結(jié)構(gòu)，是由膜蛋白和纖維蛋白構(gòu)成的網(wǎng)架，它參與維持細(xì)胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成各種生理功能。第18頁,共137頁，2024年2月25日，星期天193.3膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成,還含少量的糖類第19頁,共137頁，2024年2月25日，星期天203.3.1MembraneLipids（膜脂）膜脂主要包括磷脂、鞘脂和膽固醇三種類型。第20頁,共137頁，2024年2月25日，星期天21

磷脂(phospholipids)■動、植物細(xì)胞膜上磷脂約占膜脂的50%以上；■磷脂分子的親水端是磷酸基團(tuán)，稱為頭部；■磷脂分子的疏水端是兩條長短不一的烴鏈,稱為尾部,一般含有14～24個偶數(shù)碳原子；■其中一烴鏈常含有一個或數(shù)個雙鍵,雙鍵的存在造成這條不飽和鏈有一定角度的扭轉(zhuǎn)?！鲱愋停悍譃楦视土字颓柿字５?1頁,共137頁，2024年2月25日，星期天22Phospholipids第22頁,共137頁，2024年2月25日，星期天23

膽固醇(Cholesterol)■膽固醇一般存在于真核細(xì)胞膜中：●動物細(xì)胞膜膽固醇的含量較高●大多數(shù)植物細(xì)胞質(zhì)膜中沒有膽固醇■膽固醇分子包括三部分:

●極性的頭部：羥基●非極性的類固醇環(huán)結(jié)構(gòu)●一個非極性的碳?xì)湮膊?。?3頁,共137頁，2024年2月25日，星期天24TypicalCholesterol第24頁,共137頁，2024年2月25日，星期天25膽固醇在脂雙層中的位置第25頁,共137頁，2024年2月25日，星期天26

鞘脂(Sphingolipid)●是鞘氨醇的衍生物,在鞘氨醇的羥基上連接糖類，稱為糖脂。●最簡單的糖脂是半乳糖腦苷脂,它僅有一個半乳糖作為極性頭部;

●變化最多、最復(fù)雜的是神經(jīng)節(jié)苷脂,它是神經(jīng)元質(zhì)膜具有的特征性成分。第26頁,共137頁，2024年2月25日，星期天27

膜脂的功能◆構(gòu)成膜的基本骨架，去除膜脂，則使膜解體;◆是膜蛋白的溶劑，一些蛋白通過疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上，得以執(zhí)行特殊的功能;◆膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境,一般膜脂本身不參與反應(yīng)(細(xì)菌的膜脂參與反應(yīng));

◆膜上有很多酶的活性依賴于膜脂的存在。有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部基團(tuán)存在時才有功能。第27頁,共137頁，2024年2月25日，星期天28膜脂具有自我裝配的能力第28頁,共137頁，2024年2月25日，星期天29◆脂質(zhì)體(Liposome)●磷脂分子自我裝配形成脂雙層的球形顆粒結(jié)構(gòu)，稱為脂質(zhì)體●脂質(zhì)體可用作生物膜的研究模型，并可作為生物大分子與藥物的運(yùn)載體，因此脂質(zhì)體不僅是研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)的極好材料，同時在基因轉(zhuǎn)移藥物治療方面有著誘人的應(yīng)用前景。第29頁,共137頁，2024年2月25日，星期天30脂雙層結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)體的形成第30頁,共137頁，2024年2月25日，星期天31進(jìn)行靶向治療第31頁,共137頁，2024年2月25日，星期天323.3.2MEMBRANEPROTEINS

（膜蛋白）◆生物膜的特定功能主要是由蛋白質(zhì)完成的;◆膜蛋白約占膜的40%～50%,有50余種膜蛋白;

◆在不同細(xì)胞中膜蛋白的種類及含量有很大差異。有的含量不到25%,有的達(dá)到75%;◆一般來說,功能越復(fù)雜的膜,其上的蛋白質(zhì)含量越多。第32頁,共137頁，2024年2月25日，星期天33干重的百分比(%)膜蛋白質(zhì)脂碳水化合物質(zhì)膜紅細(xì)胞49438神經(jīng)鞘18793肝細(xì)胞543610核膜66322高爾基體642610內(nèi)質(zhì)網(wǎng)622710線粒體外膜5545痕跡量內(nèi)膜7822-葉綠體7030-不同生物膜中的蛋白、脂和碳水化合物的量

第33頁,共137頁，2024年2月25日，星期天34膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。根據(jù)與膜脂的結(jié)合方式以及在膜中的位置的不同，膜蛋白分為：整合蛋白（integralprotein）外周蛋白（peripheralprotein）脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）

膜蛋白的分類第34頁,共137頁，2024年2月25日，星期天35蛋白與膜的結(jié)合方式①、②整合蛋白；③、④脂錨定蛋白；⑤、⑥外周蛋白第35頁,共137頁，2024年2月25日，星期天36◆整合蛋白(IntegralProteins)

：又稱內(nèi)在蛋白●部分或全部鑲嵌在細(xì)胞膜中或內(nèi)外兩側(cè)的蛋白質(zhì)；●根據(jù)跨膜次數(shù)將跨膜蛋白分為單次跨膜、多次跨膜、多亞基跨膜等；●整合蛋白約占膜蛋白的70-80%第36頁,共137頁，2024年2月25日，星期天37IntegralProteins整合蛋白與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑（detergent）才能從膜上洗滌下來，常用SDS和Triton-X100。第37頁,共137頁，2024年2月25日，星期天38

十二烷基磺酸鈉(SDS)和TritonX-100都是去垢劑，哪一種可用于分離有生物功能的膜蛋白?

去垢劑可分為離子型和非離子型兩種。十二烷基磺酸鈉(SDS)是常用的離子型去垢劑，它不僅可使細(xì)胞膜崩潰，并與膜蛋白的疏水部分結(jié)合使其分離，而且還破壞膜蛋白內(nèi)部的非共價鍵，使蛋白變性，所以不宜用于分離有功能的膜蛋白。TritonX-100是溫和性去垢劑，它可以使膜脂溶解，又不使蛋白變性，可分離到有生物功能的膜蛋白。

第38頁,共137頁，2024年2月25日，星期天39◆膜周邊蛋白質(zhì)(peripheralproteins)

●又稱為外周蛋白、外在蛋白（extrinsicprotein），為水溶性;分布在細(xì)胞膜的表面。●占膜蛋白總量的20%～30%,在紅細(xì)胞中占50%,如紅細(xì)胞的血影蛋白和錨定蛋白都是膜周邊蛋白質(zhì)。

●靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的親水部分結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來。第39頁,共137頁，2024年2月25日，星期天40◆脂錨定蛋白(Lipid-anchoredproteins)■又稱脂連接蛋白(lipid-linkedproteins),以共價結(jié)合的方式錨定在脂上?！粲袃煞N方式：●一種方式是通過一個糖分子糖磷脂酰肌醇(GPI)連接的蛋白，GPI位于細(xì)胞膜的外小葉，用磷脂酶C處理能釋放出結(jié)合的蛋白。間接同脂雙層中的脂結(jié)合；●一種是蛋白質(zhì)直接與脂雙層中的脂結(jié)合。第40頁,共137頁，2024年2月25日，星期天41

膜蛋白的功能◆運(yùn)輸?shù)鞍祝耗さ鞍字杏行┦沁\(yùn)輸?shù)鞍?，轉(zhuǎn)運(yùn)特殊的分子和離子進(jìn)出細(xì)胞;◆酶：催化相關(guān)的代謝反應(yīng);◆連接蛋白:起連接作用；◆受體：起信號接收和傳遞作用。第41頁,共137頁，2024年2月25日，星期天42功能蛋白示例作用方式運(yùn)輸?shù)鞍譔a＋泵主動將Na+泵出細(xì)胞，K+泵入細(xì)胞連接蛋白整合素將細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長因子(PDGF)受體同細(xì)胞外的PDGF結(jié)合、在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號，引起細(xì)胞的生長與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細(xì)胞外信號作用下，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生舉例某些膜蛋白及其功能第42頁,共137頁，2024年2月25日，星期天433.3.3MembraneCarbohydrates（膜糖）

◆根據(jù)細(xì)胞類型的不同，膜糖約占膜成分的2～10%；◆細(xì)胞質(zhì)膜上的膜糖都位于細(xì)胞質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則面向膜的腔面。第43頁,共137頁，2024年2月25日，星期天44◆自然界存在的單糖及其衍生物有200多種,但存在于膜的糖類只有其中的9種,而在動物細(xì)胞膜上的主要是7種：●D-葡萄糖（D-Glucose)●D-半乳糖(D-galactose)

●D-甘露糖(D-mannose)●L-巖藻糖(L-fucose)●N-乙酰半乳糖胺(N-acetyl-D-galactosamine)●N-乙酰基葡萄糖胺(N-acetyl-glucosamine)●唾液酸(sialicacid)。第44頁,共137頁，2024年2月25日，星期天45

膜糖的存在方式◆糖同氨基酸的連接主要有兩種形式：●N-連接：即糖鏈與肽鏈中天冬酰胺殘基相連

●O-連接：則是糖鏈與肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸殘基相連第45頁,共137頁，2024年2月25日，星期天46糖與多肽連接的兩種方式第46頁,共137頁，2024年2月25日，星期天47糖脂是如何決定血型的?ABO血型是由ABO血型抗原決定的，稱為ABO血型決定子(determinant)，它是一種糖脂，其寡糖部分具有決定抗原特異性的作用。ABO血型決定子是短的、分支寡糖鏈，如A血型的人具有一種酶，這種酶能夠?qū)-乙酰半乳糖胺添加到糖鏈的末端；B血型的人具有在糖鏈末端添加半乳糖的酶，AB血型的人具有上述兩種酶；O血型的人則缺少上述兩種酶，在抗原的末端既無N-乙酰氨基半乳糖，又無半乳糖。第47頁,共137頁，2024年2月25日，星期天48糖脂如何決定血型的？

ABO血型抗原第48頁,共137頁，2024年2月25日，星期天膜糖的功能◆提高膜的穩(wěn)定性：溶酶體膜上的糖蛋白◆幫助蛋白質(zhì)進(jìn)行正確的折疊和維持正確的結(jié)構(gòu)◆參與細(xì)胞識別、細(xì)胞黏著第49頁,共137頁，2024年2月25日，星期天503.4質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)3.4.1STRUCTUREMODELS（結(jié)構(gòu)模型）◆1890s,E.Overton發(fā)現(xiàn)了脂溶性物質(zhì)容易透過細(xì)胞,提出了脂肪柵的膜結(jié)構(gòu)設(shè)想。第50頁,共137頁，2024年2月25日，星期天◆IrvingLangmuir將紅細(xì)胞的脂提取后鋪展在Langmuir水盤(LangmuirTrough)的水面上(圖3-8)，提出脂單層(lipidmonolayer)的設(shè)想?！?925年,荷蘭的兩位科學(xué)家E.Gorter和F.Grendel根據(jù)對紅細(xì)胞的研究，提出質(zhì)膜的脂雙層(lipidbilayer)結(jié)構(gòu)第51頁,共137頁，2024年2月25日，星期天52實驗結(jié)果證明∶紅細(xì)胞膜脂與表面積之比約為1.8～2.2∶1。第52頁,共137頁，2024年2月25日，星期天53■片層結(jié)構(gòu)模型(Lamellastructuremodel)◆1935年JamesDaniellie和HughDavson提出“雙分子片層”結(jié)構(gòu)模型（圖3-24），該模型是第一次用分子術(shù)語描述的結(jié)構(gòu)，用甘油三酯加蛋白來降低表明張力。◆稱為蛋白質(zhì)-脂-蛋白子的三明治結(jié)構(gòu)，對后來的研究有很大的啟發(fā)。不足：非折疊的完全伸展的蛋白質(zhì)限制了脂的流動性第53頁,共137頁，2024年2月25日，星期天54◆1959年，J.D.Robertson利用電子顯微鏡技術(shù)對各種膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究，在電子顯微鏡下顯示暗——明——暗的三層，總厚度為7.5nm，中間層為3.5nm，內(nèi)外兩層各為2nm?！舨⑼茰y:暗層是蛋白質(zhì)，透明層是脂，并建議將這種結(jié)構(gòu)稱為單位膜?！鰡挝荒つＰ?unitmembranemodel)不足：1、靜止不動；2、膜的厚度為5-10nm;3、單層伸展的β折疊蛋白質(zhì)無法解釋酶構(gòu)象改變；4、無法解釋蛋白有的容易分離，有的很難。

第54頁,共137頁，2024年2月25日，星期天55◆流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

1972年，由Singer和Nicolson所提出。

球形膜蛋白分子以各種鑲嵌形式與脂雙分子層相結(jié)合，有的附在內(nèi)外表面，有的全部或部分嵌入膜中，有的貫穿膜的全層，這些大多是功能蛋白。膜具有一定的流動性和不對稱性，不再是封閉的板塊，以適應(yīng)細(xì)胞各種功能的需求。

糖類附在膜的外表面，與膜層的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)的親水端結(jié)合，構(gòu)成糖脂和糖蛋白。第55頁,共137頁，2024年2月25日，星期天56流動鑲嵌模型第56頁,共137頁，2024年2月25日，星期天57

膜不對稱性的表現(xiàn)◆TheAsymmetryofMembraneLipids◆脂雙層兩小葉（leaflet）中分布的各類脂的含量不同。例如在紅細(xì)胞膜中：●外層含鞘磷脂、磷脂酰膽堿較多；●內(nèi)層含磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰絲氨酸較多(PS)。3.4.2膜不對稱性(Membraneasymmetry)

第57頁,共137頁，2024年2月25日，星期天58膜脂的不對稱分布第58頁,共137頁，2024年2月25日，星期天59磷脂與糖脂分布的不對稱性第59頁,共137頁，2024年2月25日，星期天60紅細(xì)胞血型糖蛋白A在質(zhì)膜中不對稱分布第60頁,共137頁，2024年2月25日，星期天61膜糖分布的不對稱性第61頁,共137頁，2024年2月25日，星期天62

不對稱性的意義◆膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對稱性導(dǎo)致了膜功能的不對稱性和方向性。保證了生命活動的高度有序性。

●膜不僅內(nèi)外兩側(cè)的功能不同，分布的區(qū)域?qū)δ芤灿杏绊?。造成這種功能上的差異，主要是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不對稱引起的?！窦?xì)胞間的識別、運(yùn)動、物質(zhì)運(yùn)輸、信號傳遞等都具有方向性。這些方向性的維持就是靠分布不對稱的膜蛋白、膜脂和膜糖來提供。第62頁,共137頁，2024年2月25日，星期天63◆冰凍斷裂技術(shù)◆同位素標(biāo)記法◆酶水解法

不對稱性的研究方法第63頁,共137頁，2024年2月25日，星期天64

冰凍斷裂技術(shù)顯示的脂雙層及膜蛋白分布的不對稱性第64頁,共137頁，2024年2月25日，星期天65

膜的流動性■流動性的表現(xiàn)形式●膜脂的運(yùn)動方式

①側(cè)向擴(kuò)散(lateraldiffusion)；②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(rotation)；③伸縮運(yùn)動（flex）；④翻轉(zhuǎn)擴(kuò)散(transversediffusion)

第65頁,共137頁，2024年2月25日，星期天66膜脂的幾種主要流動方式第66頁,共137頁，2024年2月25日，星期天67①隨機(jī)移動②定向移動

③局部擴(kuò)散

膜蛋白運(yùn)動的幾種形式:

第67頁,共137頁，2024年2月25日，星期天68

膜流動性的意義

◆酶活性

酶活性與流動性有極大的關(guān)系，流動性大活性高。

◆物質(zhì)運(yùn)輸

如果沒有膜的流動性，細(xì)胞外的營養(yǎng)物質(zhì)無法進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)合成的胞外物質(zhì)及細(xì)胞廢物也不能運(yùn)到細(xì)胞外，這樣細(xì)胞就要停止新陳代謝而死亡。

◆信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白受體傳遞信號

◆細(xì)胞周期

在M期,膜的流動性最大,而在G1期和S期,膜流性動性最低；

◆能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠特進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換第68頁,共137頁，2024年2月25日，星期天69

膜流動性的研究方法◆Mouseandhumancellsfusion

（人、鼠細(xì)胞融合）

1970年，LarryFrye和MichaelEdidin進(jìn)行了鼠、人細(xì)胞融合實驗，令人信服地證明膜的流動性?！窦?xì)胞融合（cellfusion）

利用促溶劑（滅火的仙臺病毒、聚乙二醇）將兩種不同類型的細(xì)胞融合成為一個雜種細(xì)胞的過程第69頁,共137頁，2024年2月25日，星期天70人鼠細(xì)胞融合實驗?第70頁,共137頁，2024年2月25日，星期天71第71頁,共137頁，2024年2月25日，星期天72

淋巴細(xì)胞的成斑和成帽反應(yīng)第72頁,共137頁，2024年2月25日，星期天73

成帽反應(yīng)

?第73頁,共137頁，2024年2月25日，星期天74◆光脫色熒光恢復(fù)技術(shù)第74頁,共137頁，2024年2月25日，星期天

影響膜流動性的因素

溫度對膜流動性的影響相變溫度：物質(zhì)從一個相轉(zhuǎn)變成另一個相的溫度。溫度是影響膜流動性最主要的因素第75頁,共137頁，2024年2月25日，星期天76

脂對膜流動性的影響◆脂肪酸鏈的影響●不飽和程度：不飽和程度越高流動性越大●鏈的長短：鏈越短流動性越大?！袈蚜字颓柿字谋壤衤蚜字啵鲃有源?；●鞘磷脂多，流動性小。第76頁,共137頁，2024年2月25日，星期天77◆膽固醇的影響●在相變溫度以上,它可使磷脂分子的脂酰鏈末端的運(yùn)動減小,即限制膜的流動性。●在相變溫度以下,可增加脂類分子脂酰鏈的運(yùn)動,這樣可以增強(qiáng)膜的流動性。第77頁,共137頁，2024年2月25日，星期天

膜蛋白對膜流動性的影響◆影響膜蛋白移動的因素■整合蛋白相互間的影響■膜骨架的影響■細(xì)胞外基質(zhì)的影響■相鄰細(xì)胞的影響■細(xì)胞外配體、抗體、及藥物大分子的影響第78頁,共137頁，2024年2月25日，星期天793.5物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸3.5.1質(zhì)膜物質(zhì)運(yùn)輸概述

■物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆懂?/p>

●細(xì)胞運(yùn)輸(cellulartransport)這種運(yùn)輸主要是細(xì)胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換;●胞內(nèi)運(yùn)輸(intracellulartransport)是真核生物細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合細(xì)胞器與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境進(jìn)行的物質(zhì)交換;●轉(zhuǎn)細(xì)胞運(yùn)輸(transcellulartransport)這種運(yùn)輸是物質(zhì)穿越細(xì)胞的運(yùn)輸。第79頁,共137頁，2024年2月25日，星期天80物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?0頁,共137頁，2024年2月25日，星期天81■膜運(yùn)輸機(jī)制:被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸●被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸?shù)牟町惖?1頁,共137頁，2024年2月25日，星期天82

被動運(yùn)輸主動運(yùn)輸起始條件細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)濃度大大高于細(xì)胞內(nèi)的濃度細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)的濃度可能高于、也可能低于細(xì)胞內(nèi)的濃度運(yùn)輸方式通過擴(kuò)散或運(yùn)輸?shù)鞍仔纬傻耐ǖ肋M(jìn)入細(xì)胞通過具有酶活性的運(yùn)輸?shù)鞍?泵)，在能量的驅(qū)動下進(jìn)出細(xì)胞產(chǎn)生的結(jié)果最后使細(xì)胞內(nèi)外的濃度達(dá)到平衡最后細(xì)胞內(nèi)外的濃度處于穩(wěn)定，建立了濃度梯度被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸在起始條件、運(yùn)輸方式和產(chǎn)生的結(jié)果的比較

第82頁,共137頁，2024年2月25日，星期天83

物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)乃姆N基本機(jī)制第83頁,共137頁，2024年2月25日，星期天84第84頁,共137頁，2024年2月25日，星期天853.5.2被動運(yùn)輸

概念：被動運(yùn)輸（passivetransport）是通過簡單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散實現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。

特點：運(yùn)輸方向(高到低）；能量消耗（不消耗化學(xué)能）；膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（通道蛋白和載體蛋白）。

類型：簡單擴(kuò)散（simplediffusion）協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）第85頁,共137頁，2024年2月25日，星期天863.5.2.1擴(kuò)散與滲透第86頁,共137頁，2024年2月25日，星期天87如何根據(jù)細(xì)胞的滲透現(xiàn)象解釋植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離(plasmolysis)?

由于細(xì)胞的滲透現(xiàn)象，使得細(xì)胞在不同濃度的溶液中，會發(fā)生膨脹(swell)或收縮(shrink)。實際上這種現(xiàn)象取決于溶液中的溶質(zhì)和細(xì)胞中該物質(zhì)的濃度。若將動物細(xì)胞置于高滲溶液中，水則會從細(xì)胞中滲出，細(xì)胞發(fā)生收縮。細(xì)胞在低滲溶液中會吸水膨脹和破裂。若將植物細(xì)胞置于高滲溶液中，細(xì)胞脫水發(fā)生質(zhì)壁分離(plasmolysis)。若是在低滲溶液中，植物的細(xì)胞壁保護(hù)細(xì)胞防止過度膨脹而破裂，此時由于水的進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)的壓力升高，使細(xì)胞變得堅硬.第87頁,共137頁，2024年2月25日，星期天88概念：又稱為自由擴(kuò)散（freediffusion），是疏水小分子或小的不帶電荷的極性分子，不需要能量也不需要膜蛋白參與的跨膜運(yùn)輸方式。特點：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散；②不需要提供能量；③沒有膜蛋白的協(xié)助。3.5.2.2簡單擴(kuò)散及限制因素第88頁,共137頁，2024年2月25日，星期天89溶質(zhì)的脂溶性與通過細(xì)胞膜能力的關(guān)系（油：水分配系數(shù)）第89頁,共137頁，2024年2月25日，星期天90不同分子對人工磷脂雙層的通透性第90頁,共137頁，2024年2月25日，星期天91◆限制因素●脂溶性∶脂溶性越大的分子越容易穿膜●大小：小分子比大分子更容易穿膜

質(zhì)膜的通透性孔徑不會大于0.5-1.0nm，能夠擴(kuò)散的最大生活物質(zhì)是水分子?！駧щ娦浴脦щ姺肿硬蝗菀字苯舆^膜

帶電物質(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分子體積，同時也大大降低了脂溶性。第91頁,共137頁，2024年2月25日，星期天923.5.2.3促進(jìn)擴(kuò)散及特點

促進(jìn)擴(kuò)散（faciliateddiffusion)

又稱:易化擴(kuò)散(Facilitateddiffusion)

協(xié)助擴(kuò)散、幫助擴(kuò)散（？？？）概念：是非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì)在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助下順濃度梯度（或電化學(xué)梯度）的跨膜運(yùn)輸。第92頁,共137頁，2024年2月25日，星期天93

促進(jìn)擴(kuò)散的特點◆速度快，要比簡單擴(kuò)散快幾個數(shù)量級；◆簡單擴(kuò)散的速率與溶質(zhì)的濃度成正比，而膜蛋白促進(jìn)的運(yùn)輸可以達(dá)到最大值；◆具有特異性;◆運(yùn)輸作用受抑制劑的抑制。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是指鑲嵌在膜上和物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨膜蛋白,分為通道蛋白（channelprotein）和載體蛋白（carrierprotein）第93頁,共137頁，2024年2月25日，星期天94第94頁,共137頁，2024年2月25日，星期天953.5.2.4通道蛋白（channelprotein）與促進(jìn)擴(kuò)散概念：通道蛋白（channelprotein）是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，允許適當(dāng)大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過，又稱為離子通道。目前發(fā)現(xiàn)的通道蛋白已有100多種，主要是離子通道(ionchannels)。特征：一是離子通道具有選擇性；二是離子通道是門控的。類型：電位閘門通道（voltage-gatedchannel）配體閘門通道（ligand-gatedchannel）壓力激活通道（stress-activatedchannel）：又稱牽張閘門通道第95頁,共137頁，2024年2月25日，星期天96

極性(帶電性)通道的形成第96頁,共137頁，2024年2月25日，星期天97物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸和膜電位膜電位：細(xì)胞膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成的電位差的總和。靜息電位（restingpotential）：細(xì)胞在靜息狀態(tài)下的膜電位,內(nèi)為負(fù)值，外為正值，之和為負(fù)值，一般為-20mv到-100mv。動作電位（activepotential）：當(dāng)細(xì)胞在受到超過一定閾值刺激時產(chǎn)生的電興奮波。極化：在靜息電位狀態(tài)下，質(zhì)膜內(nèi)為負(fù)值，外為正值的現(xiàn)象。去極化：由于陽離子的跨膜運(yùn)輸使膜的靜息電位減小或者消失。反極化：離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致瞬間內(nèi)正外負(fù)的動作電位的現(xiàn)象。超極化：離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致靜息電位超過原來的值。第97頁,共137頁，2024年2月25日，星期天98第98頁,共137頁，2024年2月25日，星期天99第99頁,共137頁，2024年2月25日，星期天1003.5.2.5載體蛋白（carrierprotein）與促進(jìn)擴(kuò)散載體蛋白（carrierprotein）：是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子?？梢院吞囟ǖ娜苜|(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)型改變介導(dǎo)溶質(zhì)的主動和被動跨膜運(yùn)輸。第100頁,共137頁，2024年2月25日，星期天101第101頁,共137頁，2024年2月25日，星期天102紅細(xì)胞質(zhì)膜載體蛋白促進(jìn)葡萄糖擴(kuò)散示意圖第102頁,共137頁，2024年2月25日，星期天103相同點：①特異性，有特異的結(jié)合位點；②有飽和動力曲線；③受抑制劑的影響。不同點：不對溶質(zhì)分子作任何共價修飾。和酶的異同點：第103頁,共137頁，2024年2月25日，星期天1043.5.3主動運(yùn)輸概念：主動運(yùn)輸（activetransport）是指由載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度（或電化學(xué)梯度）的由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)的跨膜運(yùn)輸方式。特點：①逆梯度運(yùn)輸;②依賴于膜運(yùn)輸?shù)鞍?③需要消耗能量ATP④具有選擇性和特異性主動運(yùn)輸所需能量的來源主要有：

1.ATP直接提供能量

2.ATP間接提供能量

3.光能驅(qū)動第104頁,共137頁，2024年2月25日，星期天105第105頁,共137頁，2024年2月25日，星期天106成份細(xì)胞內(nèi)濃度(mM)細(xì)胞外濃度(mM)陽離子

Na+5-15145K+1405Mg2+0.51-2Ca2+10-71-2陰離子

Cl-5-15110固定的陰離子**高0典型動物細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的比較第106頁,共137頁，2024年2月25日，星期天107載體蛋白功能能量來源直接能源

Na+-K+泵Na+的輸出和K+的輸入ATP細(xì)菌視紫紅質(zhì)H+從細(xì)胞中主動輸出光能磷酸化運(yùn)輸?shù)鞍准?xì)菌對葡萄糖的運(yùn)輸磷酸烯醇式丙酮酸間接能源

Na+、葡萄糖泵協(xié)同運(yùn)輸?shù)鞍譔a+、葡萄糖同時進(jìn)入細(xì)胞Na+離子梯度F1-F0ATPaseH+質(zhì)子運(yùn)輸，H+質(zhì)子梯度驅(qū)動主動運(yùn)輸中能量來源第107頁,共137頁，2024年2月25日，星期天108■參與主動運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸ATPase(transportATPase)運(yùn)輸ATPase(transportATPase)又稱泵

能夠水解ATP，并利用ATP水解釋放出的能量驅(qū)動物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸?shù)鞍追Q為運(yùn)輸ATPase，由于它們能夠進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸，所以有稱為泵。共有四種類型的運(yùn)輸ATPase:①P型離子泵(P-typeionpump)，或稱P型ATPase。此類運(yùn)輸泵運(yùn)輸時需要將自身磷酸化，包括Na+-K+泵、Ca2+離子泵。第108頁,共137頁，2024年2月25日，星期天109②V型泵(V-typepump)，或稱V型ATPase，主要位于小泡的膜上，如溶酶體膜中的H+泵，運(yùn)輸時需要ATP供能，但不需要磷酸化。③F型泵(F-typepump)，或稱F型ATPase。這種泵主要存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體膜和葉綠體的膜中，它們在能量轉(zhuǎn)換中起重要作用。F型泵工作時不會消耗ATP，而是將ADP轉(zhuǎn)化成ATP，但是它們在一定的條件下也會具有ATPase的活性。④ABC運(yùn)輸?shù)鞍?ATP-bindingcassettletransportor)，這是一大類以ATP供能的運(yùn)輸?shù)鞍?，已發(fā)現(xiàn)了100多種，存在范圍很廣，包括細(xì)菌和人。第109頁,共137頁，2024年2月25日，星期天110P型、V型和F型運(yùn)輸泵的結(jié)構(gòu)第110頁,共137頁，2024年2月25日，星期天111單向、同向和逆向運(yùn)輸?shù)谋容^■主動運(yùn)輸?shù)姆较虻?11頁,共137頁，2024年2月25日，星期天112

P-型離子運(yùn)輸泵的作用機(jī)理P型泵的主要特點:都是跨膜蛋白，并且是由一條多肽完成所有與運(yùn)輸有關(guān)的功能，包括ATP的水解、磷酸化和離子的跨膜運(yùn)輸?！馧a+/K+泵(Na+/K+pump，Na+/K+ATPase)：Na+/K+泵是動物細(xì)胞質(zhì)膜上由ATP驅(qū)動的將Na+

輸出到細(xì)胞外，同時將K+輸入細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸泵，又稱Na+泵或Na+/K+交換泵。實際上是一種Na+/K+ATPase。

ATP直接提供能量驅(qū)動的主動運(yùn)輸?shù)?12頁,共137頁，2024年2月25日，星期天113Na+/K+ATPase的結(jié)構(gòu)第113頁,共137頁，2024年2月25日，星期天114第114頁,共137頁，2024年2月25日，星期天115鈉鉀泵工作原理第115頁,共137頁，2024年2月25日，星期天116①在靜息狀態(tài)，Na+/K+泵的構(gòu)型使得Na+

結(jié)合位點暴露在膜內(nèi)側(cè)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高時，3個Na+

與該位點結(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，α亞基被磷酸化;③由于α亞基被磷酸化，引起酶發(fā)生構(gòu)型變化，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+

；④膜外的兩個K+同α亞基結(jié)合;⑤K+

與磷酸化的Na+/K+ATPase結(jié)合后，促使酶去磷酸化;⑥去磷酸化后的酶恢復(fù)原構(gòu)型，于是將結(jié)合的K+

釋放到細(xì)胞內(nèi)。每水解一個ATP，運(yùn)出3個Na+

，輸入2個K+

。Na+/K+泵工作的結(jié)果，使細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度比細(xì)胞外低10～30倍，而細(xì)胞內(nèi)的K+濃度比細(xì)胞外高10～30倍。由于細(xì)胞外的Na+濃度高，且Na+是帶正電的，所以Na+/K+泵使細(xì)胞外帶上正電荷。

Na+/K+泵作用原理:Na+/K+ATPase運(yùn)輸分為六個過程:第116頁,共137頁，2024年2月25日，星期天117意義:

Na+/K+

泵具有三個重要作用，1、維持了細(xì)胞Na+離子的平衡，抵消了Na+離子的擴(kuò)散作用;2、在建立細(xì)胞質(zhì)膜兩側(cè)Na+離子濃度梯度的同時，為葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸泵提供了驅(qū)動力;3、Na+泵建立的細(xì)胞外電位，為神經(jīng)和肌肉電脈沖傳導(dǎo)提供了基礎(chǔ)。第117頁,共137頁，2024年2月25日，星期天Na+/K+

泵臨床上的應(yīng)用1、正常細(xì)胞中，毛地黃苷或烏本苷通過抑制細(xì)胞質(zhì)膜上Na+/K+

泵的酶活性，改變細(xì)胞的滲透壓，從而引起細(xì)胞膨脹，甚至破裂。2、臨床上用少量的烏本苷治療心力衰竭，通過抑制Na+/K+

泵的酶活性而降低Na+的濃度差，從而限制了Na+/Ca2+

對Ca2+

的運(yùn)輸。第118頁,共137頁，2024年2月25日，星期天119Ca2+

泵(Ca2+pump，Ca2+ATPase)▲結(jié)構(gòu)：有10個跨膜區(qū);3個功能位點?！せ?兩種激活機(jī)制，Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復(fù)合物的激活;蛋白激酶C激活?！\(yùn)輸機(jī)制:

類似于Na+/K+ATPase。每水解一個ATP將2個Ca2+離子從胞質(zhì)溶膠輸出到細(xì)胞外。第119頁,共137頁，2024年2月25日，星期天120Ca2+-ATPase的結(jié)構(gòu)和功能位點第120頁,共137頁，2024年2月25日，星期天121Ca2+-ATPase有兩種激活機(jī)制：▲一種是受激活的Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復(fù)合物的激活；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時，Ca2+同鈣調(diào)蛋白結(jié)合，形成激活的Ca2+/鈣調(diào)蛋白復(fù)合物，該復(fù)合物同抑制區(qū)結(jié)合，釋放激活位點，泵開始工作。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度下降時，CaM同抑制區(qū)脫離，抑制區(qū)又同激活位點結(jié)合，使泵處于靜息狀態(tài)?！硪环N是被蛋白激酶C激活。蛋白激酶C使抑制區(qū)磷酸化，從而失去抑制作用；當(dāng)磷酸酶使抑制區(qū)去磷酸化，抑制區(qū)又同激活位點結(jié)合，起抑制作用。第121頁,共137頁，2024年2月25日，星期天122Ca2+

泵的工作原理：①在細(xì)胞質(zhì)膜的一側(cè)同兩個Ca2+結(jié)合；②Ca2+結(jié)合后使酶激活，并結(jié)合上一分子ATP；③伴隨ATP的水解和酶被磷酸化，Ca2+泵構(gòu)型發(fā)生改變；④結(jié)合Ca2+的一面轉(zhuǎn)到細(xì)胞外側(cè)，由于結(jié)合親和力低Ca2+離子被釋放；⑤同時酶發(fā)生去磷酸化，構(gòu)型恢復(fù)到原始的靜息狀態(tài)。結(jié)果：Ca2+-ATPase每水解一個ATP將兩個Ca2+離子從胞質(zhì)溶膠輸出到細(xì)胞外。第122頁,共137頁，2024年2月25日，星期天123第123頁,共137頁，2024年2月25日，星期天Ca2+-ATPase的作用少量Ca2+一旦進(jìn)入細(xì)胞即刻引起胞質(zhì)中鈣離子濃度的大量增加，引起肌肉收縮，信號傳導(dǎo)等鈣泵促使細(xì)胞中鈣離子維持低濃度，是為進(jìn)行許多的生理活動的必要戒備狀態(tài)第124頁,共137頁，2024年2月25日，星期天125ABC轉(zhuǎn)換器第125頁,共137頁，2024年2月25日，星期天126第126頁,共137頁，2024年2月25日，星期天127協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是一類靠間接提供能量完成的主動運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)動所需要的能量來自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度，而維持這種電化學(xué)勢的是鈉鉀泵或質(zhì)子泵。動物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來驅(qū)動，植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來驅(qū)動。根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子沿濃度梯度的轉(zhuǎn)移方向，協(xié)同運(yùn)輸又可分為：同向協(xié)同（symport）與反向協(xié)同（antiport）。

概念：協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是指一種物質(zhì)的運(yùn)輸伴隨另一種物質(zhì)的運(yùn)輸。它是一類靠間接提供能量完成的