细胞膜与物质的转运ppt课件

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1、细胞膜的根本构造和物质转细胞膜的根本构造和物质转运运膜构造膜构造流体镶嵌模型流体镶嵌模型生物膜生物膜:是指细胞的膜系统是指细胞的膜系统,(,(又称质膜又称质膜)。原核生物只需质膜，原核生物只需质膜，而真核生物除了质膜，还有细胞器的膜，而真核生物除了质膜，还有细胞器的膜，如核膜、线粒体膜、内质网膜等。如核膜、线粒体膜、内质网膜等。几乎一切的生理活动都与生物膜相关，例如几乎一切的生理活动都与生物膜相关，例如:物质运输、能量转换、信息传送、细胞的分裂、物质运输、能量转换、信息传送、细胞的分裂、运动、相互识别和通讯，以致肿瘤的发生等。运动、相互识别和通讯，以致肿瘤的发生等。生物膜概念(Bio-memb

2、rane)细胞的构造细胞的构造一、生物膜的化学组成和分子构造一、生物膜的化学组成和分子构造 甘油磷脂甘油磷脂 磷脂磷脂 鞘磷脂鞘磷脂 糖脂糖脂 胆固醇胆固醇 一一.膜脂膜脂 甘油：甘油：C2羟基一定在左边，称为立体专注编羟基一定在左边，称为立体专注编号，用号，用sn表示，写在化合物称号的前面。表示，写在化合物称号的前面。HOHOHOH123CH2OHCH2CHHOOPOOOSn-甘油甘油-3-磷酸磷酸 (磷酸甘油磷酸甘油)1、磷脂磷脂1甘油磷脂甘油磷脂 glycerophospholipid X基团是可变的。基团是可变的。假设假设X=H，那么为，那么为最简单的甘油磷最简单的甘油磷脂脂磷脂酸。磷

3、脂酸。甘油磷脂的构造通式甘油磷脂的构造通式CH3(CH2)12-CH=CH-CH-CH-CH2OHCH3(CH2)12-CH=CH-CH-CH-CH2OH OH NH2 OH NH2 鞘氨醇鞘氨醇 O O HO HN-C-R O HO HN-C-R O CH3CH3CH3(CH2)12-CH=CH-CH-CH-CH2-O-P-O-CH2CH2N+CH3(CH2)12-CH=CH-CH-CH-CH2-O-P-O-CH2CH2N+CH3CH3 CH3CH3 O-O-磷磷酸胆碱酸胆碱神经鞘磷脂2 2.鞘磷脂鞘磷脂以神经鞘氨醇为根底构成以神经鞘氨醇为根底构成神经酰胺神经酰胺OH NH2 神经酰胺胆碱鞘

4、磷脂葡萄糖苷神经酰胺乳糖苷神经酰胺神经节苷脂胆碱鞘磷脂亲水亲水头部头部疏疏水水尾尾部部头部头部尾部尾部2.糖糖 脂脂3.胆固醇胆固醇鞘鞘胺胺醇醇鞘鞘胺胺醇醇糖脂分子糖脂分子半乳糖苷脂半乳糖苷脂与鞘磷脂类似，与鞘磷脂类似，鞘氨醇的衍生物。鞘氨醇的衍生物。极性头部极性头部平面甾环构造平面甾环构造非极性尾部非极性尾部天然固醇的通式 是环戊烷多氢菲的衍生物 CH3HOCH3RABCD1234567891011121314151716固醇sterol：也称甾醇 胆固醇 Cholesterol 微团双分子层双分子层 脂质体脂质体膜的根本构造膜的根本构造脂质双层脂质双层Lipid bilayerLipid

5、bilayerwaterwater质膜构造质膜构造二二 膜蛋白膜蛋白细胞膜功能的主要承当者，细胞膜功能的主要承当者，约占细胞总蛋白量的约占细胞总蛋白量的25%Z 外周蛋白peripheral proteinZ 分布于双层脂膜的外表层。Z 与膜的结合比较疏松，容易从膜上分别出来。Z 外周蛋白比较亲水，能溶解于水。Z 内在蛋白integral proteinZ 蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。Z 溶于水，且不容易从膜中分别出来。主要以Z -螺旋方式存在。是受体，酶，抗原，是受体，酶，抗原，通道和骨架蛋白等通道和骨架蛋白等1 1、镶嵌蛋白、镶嵌蛋白 镶嵌蛋白是既亲水又疏水镶嵌蛋白是既亲水又疏

6、水的双亲媒性分子。的双亲媒性分子。镶嵌蛋白中有些蛋白质横镶嵌蛋白中有些蛋白质横跨脂膜全层，两端暴露跨脂膜全层，两端暴露于细胞膜的内外环境，于细胞膜的内外环境，称为跨膜蛋白。称为跨膜蛋白。2 2、外周蛋白、外周蛋白 主要分布于细胞膜的内主要分布于细胞膜的内外表，靠离子键或其外表，靠离子键或其它较弱的键与膜外表它较弱的键与膜外表的蛋白质分子或脂分的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合。子的亲水部分结合。外周蛋白具有肌动蛋白外周蛋白具有肌动蛋白与肌球蛋白的性质，与肌球蛋白的性质，能产生收缩作用能产生收缩作用 3 3、脂锚定蛋白、脂锚定蛋白又称脂衔接蛋白，经过又称脂衔接蛋白，经过共价键的方式同脂分共价键的

7、方式同脂分子结合，位于脂双层子结合，位于脂双层的外侧。的外侧。结合方式：结合方式：a 蛋白质直接结合蛋白质直接结合于于 脂双分子层脂双分子层 b 蛋白质经过一个蛋白质经过一个糖糖 分子间接同脂结分子间接同脂结合合 膜内嵌入蛋白膜内蛋白的嵌入方式膜内蛋白的嵌入方式 富含疏水氨基酸区富含疏水氨基酸区域可在肽链的中间域可在肽链的中间段，段，或氨基端或氨基端 或羧基端或羧基端 或多个疏水序列或多个疏水序列的的 -螺旋螺旋()()，横，横贯整个贯整个 膜脂双分子层。膜脂双分子层。三膜糖类三膜糖类(Membrane Carbohydrates 主要方式主要方式 以糖脂和糖蛋白的方式以糖脂和糖蛋白的方式伸向

8、细胞膜的外外表伸向细胞膜的外外表约占细胞膜总分量的约占细胞膜总分量的210%硫酸脑苷脂硫酸脑苷脂功能功能:起维护作用；起维护作用；细胞间的识别；细胞间的识别；维持膜的不对称。维持膜的不对称。糖脂糖脂糖蛋白构造衔接方式 a、N-糖苷键衔接天冬酰胺衔接 糖链 b、O-糖苷键衔接丝氨酸或苏氨酸衔接糖链四水和无机盐四水和无机盐水水:电荷分布不对称，电荷分布不对称，既可以同蛋白质中的既可以同蛋白质中的正电荷结合，也可以同正电荷结合，也可以同负电荷结合。负电荷结合。蛋白质中每一个氨基蛋白质中每一个氨基酸平均可结合酸平均可结合2.6个水个水分子。分子。生物膜的作用生物膜的作用膜衔接严密但有弹性；膜衔接严密但

9、有弹性；允许膜在细胞生长和运动中改动外形允许膜在细胞生长和运动中改动外形膜自我封锁，对极性分子有选择性通透；膜自我封锁，对极性分子有选择性通透；暂时破裂、且可自封锁的才干，以保证两个细胞或两个暂时破裂、且可自封锁的才干，以保证两个细胞或两个膜状包裹物的交融。膜状包裹物的交融。膜是被动的屏障；膜是被动的屏障；膜上含有一系列的特化蛋白质启动或催化一定的分子事膜上含有一系列的特化蛋白质启动或催化一定的分子事件；件；膜上的泵；膜上的泵；可以逆跨膜梯度挪动运送特定的有机物和无机离子；可以逆跨膜梯度挪动运送特定的有机物和无机离子；能量转化器；能量转化器；可以把一种方式的能量转化为另一种方式的能量；可以把一

10、种方式的能量转化为另一种方式的能量；膜上受体可以感受胞外信号，并转化为细胞内的分子事件。膜上受体可以感受胞外信号，并转化为细胞内的分子事件。2.生物膜的性质与构造特点生物膜的性质与构造特点2.1 2.1 生物膜的运动生物膜的运动膜脂分子：分子摆动、旋转运动、侧向运动等。膜脂分子：分子摆动、旋转运动、侧向运动等。膜蛋白：分散运动膜蛋白：分散运动 、旋转运动。、旋转运动。胆固醇参与膜脂胆固醇参与膜脂流动性的调理。流动性的调理。脂质双分子层特点：脂质双分子层特点：液态同层横向挪动的流动性液态同层横向挪动的流动性 稳定性稳定性意义：细胞可以接受相当大的张力和外形改意义：细胞可以接受相当大的张力和外形改

11、 变而不破裂；变而不破裂；即使膜构造发生一些较小的断裂，也可即使膜构造发生一些较小的断裂，也可 自动交融修复，仍坚持膜的完好性。自动交融修复，仍坚持膜的完好性。膜蛋白分布的不对称膜蛋白分布的不对称 构造不对称构造不对称 膜脂分布的不对称膜脂分布的不对称 膜的内外两层在构造和功能上的差别：膜的内外两层在构造和功能上的差别：功能不对称功能不对称 数量、种类不对称数量、种类不对称，具有方向性具有方向性 磷脂、磷脂、胆固醇、胆固醇、糖脂分布不对称糖脂分布不对称有些功能只发生在膜外层、有的在膜内层有些功能只发生在膜外层、有的在膜内层功能功能 维持细胞的容积、形状、浸透压、维持细胞的容积、形状、浸透压、电

12、解质电解质 浓度，为细胞的生理活动提供适宜浓度，为细胞的生理活动提供适宜的环境的环境.从环境摄取营养物质，向环境排出从环境摄取营养物质，向环境排出代谢废物代谢废物方式方式 小分子小分子:被动转运被动转运 自动转运自动转运 大分子、物质团块：大分子、物质团块：胞纳、胞胞纳、胞吐吐单纯分散单纯分散 促进分散促进分散二、膜的物质转运功能顺浓度梯度或电化学梯度分散跨膜运顺浓度梯度或电化学梯度分散跨膜运输方式。不需求能量也不需求膜蛋白参与。输方式。不需求能量也不需求膜蛋白参与。转运物质：O2、CO2、NO、NH3、脂肪酸等。一被动转运一被动转运1.单纯分散单纯分散影响要素：影响要素：膜两侧分子膜两侧分子

13、 的浓度的浓度差差 膜对物质的通透性膜对物质的通透性 是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下 顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输。顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输。特点：转运速率高；特点：转运速率高；有膜转运蛋白参与，有特异性。有膜转运蛋白参与，有特异性。饱和性饱和性2.促进分散促进分散1.离子载体离子载体ionophore疏水性小分子，可溶于双脂层疏水性小分子，可溶于双脂层 分为：分为：可动离子载体可动离子载体 通道离子载体通道离子载体如缬氨霉素能转运如缬氨霉素能转运K+可动离子载体；可动离子载体；可动离子载体可动离子载体:短杆菌肽短杆菌肽A:15个疏水氨

14、基酸构个疏水氨基酸构成，成，2分子构成一跨膜通分子构成一跨膜通道，道，有选择的使单价阳有选择的使单价阳离子如离子如H+、Na+、K+按化学梯度经过。按化学梯度经过。Gramicidin Aan antibiotic that acts as an ion pore.通道离子载体通道离子载体ionophore2通道蛋白通道蛋白channel protein 跨膜亲水性通道，允许特定离子顺浓度梯度跨膜亲水性通道，允许特定离子顺浓度梯度经过，又称离子通道。经过，又称离子通道。有些通道长期开放，有些通道长期开放，如钾走漏通道；如钾走漏通道；有些通道平常处于封锁形状，仅在特定刺激有些通道平常处于封锁形状

15、，仅在特定刺激下才翻开，称为门通道电位门通道、配体下才翻开，称为门通道电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道。门通道、环核苷酸门通道、机械门通道。Ion Channels配体门通道配体门通道(ligand gated channel)特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道构特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道构象改象改 变，变，“门翻开，又称离子通道门翻开，又称离子通道型受体。型受体。分为分为 阳离子通道：乙酰胆碱阳离子通道：乙酰胆碱 Ach 受体；受体；阴离子通道：阴离子通道：氨基丁酸受体。氨基丁酸受体。Ach受体由受体由4种亚单位种亚单位2组成：组成：Three confor

16、mation of the acetylcholine receptorA.电压门通道电压门通道B.配体门通道配体门通道C.压力激活通道压力激活通道 细胞膜上存在水孔蛋白细胞膜上存在水孔蛋白aquaporin，因此，水分子除以单纯分散方式经过膜，还可因此，水分子除以单纯分散方式经过膜，还可经经water channel 进展跨膜流动。进展跨膜流动。目前已克隆和鉴定的目前已克隆和鉴定的aquaporin有有10种，分种，分布在不同的组织中。布在不同的组织中。水通道水通道water channel)2003年，美国科学家彼得年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克阿格雷和罗德里克麦金农，分别麦金农，分别

17、因对细胞膜水通道，离子通道构造和机理研讨而获诺贝尔化因对细胞膜水通道，离子通道构造和机理研讨而获诺贝尔化学奖。学奖。Peter AgreRoderick MacKinnon 由载体蛋白介导的某种分子或离子作逆浓度差或由载体蛋白介导的某种分子或离子作逆浓度差或 逆电位差的转运跨膜运输方式。逆电位差的转运跨膜运输方式。特点：特点：运输方向；运输方向；膜转运蛋白；膜转运蛋白；耗费能量。耗费能量。自动运输所需能量的来源主要有：自动运输所需能量的来源主要有：1.ATP1.ATP直接提供能量直接提供能量2.ATP2.ATP间接提供能量间接提供能量3.3.光能驱动光能驱动二自动运输二自动运输active t

18、ransport偶联转运蛋白偶联转运蛋白 ATP驱动泵驱动泵 光驱动泵光驱动泵电化学梯度电化学梯度自动运输的方式自动运输的方式作用：作用：维持细胞的浸透性，坚持细胞维持细胞的浸透性，坚持细胞 的体积；的体积；维持低维持低Na+高高K+的细胞内环境，的细胞内环境，维持细胞的静息电位。维持细胞的静息电位。钠钾泵钠钾泵Na+-K+-ATP酶酶分解分解ATP，逆浓度差，逆浓度差 自动地把自动地把细胞内的细胞内的Na+移出膜外，同时把移出膜外，同时把细胞外的细胞外的K+移入膜内。移入膜内。寡糖寡糖钠钾泵的构造钠钾泵的构造广泛存在于动物细胞膜上的离子运载体，为蛋白二聚体广泛存在于动物细胞膜上的离子运载体，

19、为蛋白二聚体钠钾泵两种构型：钠钾泵两种构型：EIEI型：亲钠排钾，型：亲钠排钾，脱磷酸方式脱磷酸方式 EIIEII型：亲钾排钠，型：亲钾排钠，磷酸化的方磷酸化的方式式 构型互变一次构型互变一次 ：转出转出 3 3个个Na+Na+，输入输入 2 2个个K+K+，耗费耗费 1 1个个ATPATP。继发性自动转运协同转运：继发性自动转运协同转运：钠泵构成的势能是某些非离子钠泵构成的势能是某些非离子物质进展跨膜自动转运的能量来源，因物质进展跨膜自动转运的能量来源，因此把这种类型的转运称为继发性自动转此把这种类型的转运称为继发性自动转运。运。小肠上皮、肾小管上皮等对葡萄糖、小肠上皮、肾小管上皮等对葡萄糖

20、、氨氨基酸等营养物质的吸收就是继发性自动基酸等营养物质的吸收就是继发性自动转运转运过程。过程。细胞膜上的离子运输方式三、大分子物质的过膜转运三、大分子物质的过膜转运胞吞：物质以囊泡包裹的方式经过细胞膜，胞吞：物质以囊泡包裹的方式经过细胞膜，从细胞外进入细胞内的过程。从细胞外进入细胞内的过程。假设进入的是固态物质，称为吞噬；假设进入的是固态物质，称为吞噬；假设进入的是液态物质，称为胞饮。假设进入的是液态物质，称为胞饮。胞吐：物质以囊泡的方式经过细胞膜，胞吐：物质以囊泡的方式经过细胞膜，从细胞内排到细胞外的过程。从细胞内排到细胞外的过程。细胞内吞较大的固体颗粒细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片物质，如细菌、细胞碎片吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用细胞吞入液体或极小细胞吞入液体或极小的颗粒物质。的颗粒物质。包含内容物的囊泡移至细胞外表，与质膜融，包含内容物的囊泡移至细胞外表，与质膜融，将物质排出细胞之外。将物质排出细胞之外。外排作用外排作用各种细胞分泌活动，各种细胞分泌活动，如如 内分泌腺内分泌腺/激素激素 外分泌腺外分泌腺/酶原颗粒酶原颗粒 神经末梢神经末梢/递质递质分泌过程常受某些激素成分或分泌细胞分泌过程常受某些激素成分或分泌细胞本身膜电位等调控本身膜电位等调控胞吐胞吐 指物质由细胞排出的过指物质由细胞排出的过程程