理学生物膜的结构与功能课件.ppt
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1、 生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能Function and structure of bioomembranes本章主要内容本章主要内容生物膜的化学组成生物膜的化学组成生物膜的结构生物膜的结构物质的过膜运输物质的过膜运输信号的跨膜传导信号的跨膜传导第一节第一节 生物膜的化学组成生物膜的化学组成 生物膜(生物膜(biomembranesbiomembranes)是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。A A 细胞膜细胞膜B B 腔膜腔膜C C 线粒体膜线粒体
2、膜D D 消化泡(次级溶酶体)消化泡(次级溶酶体)E E 内质网膜内质网膜F F 分泌泡分泌泡 所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。尚含有少量糖、金属离子和水(尚含有少量糖、金属离子和水(15%-20%)一、膜脂一、膜脂(lipid)磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称,其中以磷脂为主要成分磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称,其中以磷脂为主要成分化学组成化学组成 主主要要是是磷磷酸酸甘甘油油二二脂脂。甘甘油油中中第第1 1,2 2位位碳碳原原子子与与脂脂肪肪酸酸酯酯基基(主主要要是是含含1616碳碳的的软软脂脂酸酸和和1818碳碳的的油油酸酸)相相连连
3、,第第3 3位位碳碳原原子子则则与与磷磷酸酸酯酯基基相相连连。不不同同的的磷磷脂脂,其其磷磷酸酸酯基组成也不相同酯基组成也不相同。甘油磷脂(甘油磷脂(Glycerophospholipids)磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链,是优良的两亲性分子肪酸链,是优良的两亲性分子极性端非极性端极性端非极性端极性端脂双层结构模型 糖糖脂脂也也是是构构成成双双层层脂脂膜膜的的结结构构物物质质。主主要要分分布布在在细细胞胞膜膜外外侧侧的的单单分分子子层层中中。动动物物细细胞胞膜膜所所含含的的糖糖脂主要是脑苷脂。脂主要是脑苷脂。结构为结构为糖脂(糖脂(Gly
4、cosphingolipids)半乳糖 根据在膜上的定位情况:根据在膜上的定位情况:外周蛋白外周蛋白 内在蛋白内在蛋白 膜蛋白是生物膜实施功能的基本场所。膜蛋白是生物膜实施功能的基本场所。二、膜蛋白二、膜蛋白 这这类类蛋蛋白白约约占占膜膜蛋蛋白白的的202030%30%,分分布布于于双双层层脂脂膜膜的的外外表表层层,主主要要通通过过静静电电引引力力或或范范德德华华力力与膜结合。与膜结合。外外周周蛋蛋白白与与膜膜的的结结合合比比较较疏疏松松,容容易易从从膜膜上上分离出来。分离出来。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白(外周蛋白(peripheral proteinperipheral
5、 protein)内在蛋白内在蛋白(integral protein)内内在在蛋蛋白白约约占占膜膜蛋蛋白白的的70-80%70-80%,蛋蛋白白的的部部分分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。这这类类蛋蛋白白的的特特征征是是不不溶溶于于水水,主主要要靠靠疏疏水水键键与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。与膜脂相结合,而且不容易从膜中分离出来。内内在在蛋蛋白白与与双双层层脂脂膜膜疏疏水水区区接接触触部部分分,由由于于没没有有水水分分子子的的影影响响,多多肽肽链链内内形形成成氢氢键键趋趋向向大大大大增增加加,因因此此,它它们们主主要要以以-螺螺旋旋和和-折折叠叠形形式式存
6、存在,其中又以在,其中又以-螺旋更普遍。螺旋更普遍。跨膜蛋白跨膜蛋白三、膜糖三、膜糖 生生物物膜膜中中含含有有一一定定的的寡寡糖糖类类物物质质。它它们们大大多多与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。与膜蛋白结合,少数与膜脂结合。糖糖类类在在膜膜上上的的分分布布是是不不对对称称的的,全全部部都都处处于于细细胞胞膜膜的的外外侧侧。生生物物膜膜中中组组成成寡寡糖糖的的单单糖糖主主要要有有半半乳乳糖糖、半半乳乳糖糖胺胺、甘甘露露糖糖、葡葡萄萄糖糖和和葡葡萄萄糖糖胺胺等。等。生生物物膜膜中中的的糖糖类类化化合合物物在在信信息息传传递递和和相相互互识识别方面具有别方面具有重重要作用。要作用。第二节第二节 生物膜的
7、结构生物膜的结构膜的运动性膜的运动性(1)磷脂分子的运动:磷脂分子的运动:在膜内作侧向扩散或侧向移动;在膜内作侧向扩散或侧向移动;围绕围绕与膜平面垂直的轴作旋转运动;与膜平面垂直的轴作旋转运动;围绕与膜平面垂直的轴左右围绕与膜平面垂直的轴左右摆动;摆动;膜脂沿纵轴的上下振动;膜脂沿纵轴的上下振动;在脂双层中作翻转运动;在脂双层中作翻转运动;烃链围绕烃链围绕C-C键旋转而导致的异构化运动键旋转而导致的异构化运动(2)膜蛋白的运动膜蛋白的运动1970年Frye和Edidin所做的细胞融合实验。它们用细胞融合技术将小鼠细胞和人体细胞进行融合,并同时用不同的荧光抗体标记各自细胞表面的蛋白质。当两种细胞
8、融合形成杂核细胞后,各自特定的蛋白质分布在各自膜表面。一段时间后发现不同的蛋白质已均匀的分布在杂核细胞膜上。流动镶嵌模型流动镶嵌模型脂双分子层是细胞膜的主要结构支架;膜蛋白为球蛋白,分布于脂双层表面或嵌入脂分子中,有的甚至横跨整个脂双层;细胞膜具有流动性;组成细胞膜的各种成分在膜中的分布是不均匀的,即具有不对称性。第三节第三节 物质的过膜运输物质的过膜运输单向转运单向转运(同向、异向)(同向、异向)协同转运协同转运基本方式基本方式一、小分子与离子的过膜转运一、小分子与离子的过膜转运(一)简单扩散(一)简单扩散(一)简单扩散(一)简单扩散(simple diffusion)simple diff
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