生物膜的结构与功能

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1、 第一章第一章 核酸化学核酸化学 第二章第二章 蛋白质化学蛋白质化学 第三章第三章 酶酶 生命大分子生命大分子第四章第四章 生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能李建宾李建宾1 1、该章的基本要求与基本知识点、该章的基本要求与基本知识点 掌握生物膜的化学组成和结构2 2、掌握的基本概念、理论、原理、掌握的基本概念、理论、原理 本章要求本章要求第四章第四章 生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能第一节第一节 生物膜的组成生物膜的组成第二节第二节 生物膜的结构生物膜的结构第三节第三节 生物膜的功能生物膜的功能第一节第一节 生物膜的组成生物膜的组成一、生物膜一、生物膜（biological membra

2、ne）任何细胞都以一层6-10nm的薄膜将其内含物与环境分开,这层膜叫细胞膜(质膜plasma membrane)。细胞的质膜和各种细胞器膜统称生物膜细胞的质膜和各种细胞器膜统称生物膜第一节第一节 生物膜的组成生物膜的组成二、化学组成二、化学组成 脂质、蛋白质和糖类脂质、蛋白质和糖类膜脂、膜蛋白膜脂、膜蛋白第一节第一节 生物膜的组成生物膜的组成二、化学组成二、化学组成（一）脂类（一）脂类（25255050）-膜脂膜脂1、膜脂组成：磷脂（5575）、糖脂、胆固醇等第一节第一节 生物膜的组成生物膜的组成二、化学组成二、化学组成 磷脂酰胆碱（PC）磷脂酰乙醇胺（PE）磷脂酰甘油（PG）磷脂酰肌醇（P

3、I）磷脂酰丝氨酸（PS）（一）脂类（一）脂类（25255050）-膜脂膜脂磷脂组成：单层、微团（a）、双层（b）、双层微囊（c）2.膜脂的多态性3.磷脂分子以脂双层形式存在，构成生物膜的连续相（二）膜蛋白（5075）外周蛋白外周蛋白嵌入蛋白嵌入蛋白内在蛋白的跨膜部分的二级结构多为-螺旋。bacteriorhodopsin生物膜的大多数功能是通过蛋白质实现的;不同功能的膜具有不同的蛋白质；膜功能越复杂，蛋白质含量及种类越多.（线粒体内膜含3040种蛋白，占75）（三）糖（110）以糖蛋白或糖脂形式存在。糖残基分布不对称，全部分布在非细胞质的一侧。（四）少量水和金属离子第一节第一节 生物膜的组成生

4、物膜的组成三、生物膜分子间作用力 疏水力、静电力、范德华力 第二节第二节 生物膜的结构生物膜的结构一、主要特征一、主要特征 1、脂双层是生物膜的基本骨架 2、膜蛋白有两种方式与膜结合 3、膜组分为两侧的不对称分布 4、生物膜具有流动性 5、组分间存在相互作用 脂双层特点:脂双层的形成是一个快速的自组装(self-assembly)过程,疏水力是主要的驱动力;脂双层结构是非共价的协同结构(cooperative structure)；脂双层是一个自我封闭(self-sealing)的连续系统，破损后可自我修复；脂双层对离子和大多数极性分子高度不透(highly impermeable).第二节第

5、二节 生物膜的结构生物膜的结构二、结构模型二、结构模型（一）“三明治”模型Danielli and Davson（1935）推测蛋白质在生物膜上的存在状态。蛋白质-脂质-蛋白质局限性第二节第二节 生物膜的结构生物膜的结构二、结构模型二、结构模型（二）单位膜模型（unit membrane model）Robertson 50年代中间浅色区，两面为 深色区域。强调“三明治”结构的普遍性。局限性：大多数膜蛋白不易分离，蛋白质并非全分布在外层；膜两侧膜脂分子和膜蛋白是不对称的。第二节第二节 生物膜的结构生物膜的结构二、结构模型二、结构模型（三）流动镶嵌模型（fluid mosaic model）Si

6、nger and Nicholson（1972）是目前普遍接受的膜结构理论。基于两个实验证据：生物膜流动性 膜组分分布不对称性 Singer and Nicholson（1972）流动镶嵌模型膜是由脂质和蛋白质分子按二维排列的流体，膜蛋白分布具有不对称性，有的蛋白质镶嵌在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。第二节第二节 生物膜的结构生物膜的结构二、结构模型二、结构模型（四）板块镶嵌模型（fluid mosaic model）Jion and White（1977）生物膜是句有不同流动性的板块相间隔的动态结构 第三节第三节 生物膜的功能生物膜的功能一、分室作用一、分室作用二

7、、信息传递二、信息传递三、能量转换三、能量转换四、细胞识别四、细胞识别五、物质运输五、物质运输1.1.分室作用：分室作用：使使细胞与外界环境、细胞内不同细胞与外界环境、细胞内不同代谢途径分隔开；代谢途径分隔开；2.2.识别与信息传递识别与信息传递：多糖链及各种受体能感应多糖链及各种受体能感应刺激，传导信息，调控代谢刺激，传导信息，调控代谢;3.3.能量转化能量转化：细胞内的许多生理生化过程在膜细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行，如线粒体能量转换过程；上有序进行，如线粒体能量转换过程；4.4.物质转运物质转运：对：对物质的透过具有选择性，控制物质的透过具有选择性，控制膜内外物质转运。膜内外物

8、质转运。物质运输物质运输：小分子物质和大分子物质的运输：小分子物质和大分子物质的运输。小分子物质的运输小分子物质的运输：被动运输（简单扩散和协：被动运输（简单扩散和协助扩散）和主动运输（助扩散）和主动运输（ATPATP驱动和离子驱动）。驱动和离子驱动）。大分子物质的运输大分子物质的运输：内吞作用（吞噬、胞饮和：内吞作用（吞噬、胞饮和受体介导的胞吞）和外排作用受体介导的胞吞）和外排作用。1 被动运输（passive transport）方式：*简单扩散（Simple diffusion）*协助扩散（facilitated diffusion）简单扩散简单扩散通过膜脂瞬间通道(直径8nm)进行。适

9、于脂溶性物质或极性小分子（H2O，CO2，O2）。协助扩散协助扩散借助载体（carrier）缬氨霉素是钾离子载体。借助通道蛋白（channel protein）通道蛋白载体红细胞葡萄糖运输借助通道蛋白（被动运输）葡萄糖渗透酶被动运输主要特点被动运输主要特点:顺浓度梯度；运输速率既依赖于跨膜物质浓度差，又与物质分子大小、电荷、脂溶性有关；为自发过程，不需要提供能量。2.主动运输Na+K+反向协同主动运输2.主动运输主要特点：逆电化学梯度（浓度梯度、膜电位）；需要专一性载体蛋白;运输速度可以达到饱和状态；有方向性;需要能量（ATP或 跨膜离子梯度）.Na+,K+-ATPase（Na+,K+-pum

10、p）每水解一分子ATP，向膜外泵出3个Na+，向膜内泵入2个K+。Na+,K+-泵(主动运输)所有细胞存在离子梯度差Na+,K+-泵运输机理构象变化假说 磷酸化去磷酸化Na+,K+-泵维持细胞跨膜离子梯度差具有重要生理意义：维持细胞膜电位，使细胞处于可兴奋状态；调节细胞体积；驱动某些细胞糖和氨基酸的运输。Na+,K+-泵(主动运输)所有细胞存在离子梯度差小结小结生物膜的概念生物膜的概念生物膜的组成生物膜的组成生物膜的结构特点生物膜的结构特点生物膜的主要功能生物膜的主要功能生物膜生物膜 细胞的质膜和各种细胞器膜统称生物膜细胞的质膜和各种细胞器膜统称生物膜生物膜的化学组成：生物膜的化学组成：脂质（脂质（25-50%25-50%）、蛋白质（）、蛋白质（50-75%50-75%）和糖类和糖类生物膜的大多数功能是通过蛋白质实现的生物膜的结构特点生物膜的结构特点 1、脂双层是生物膜的基本骨架 2、膜蛋白有两种方式与膜结合 3、膜组分为两侧的不对称分布 4、生物膜具有流动性 5、组分间存在相互作用 生物膜的结构模型生物膜的结构模型（一）“三明治”模型（二）单位膜模型（三）流动镶嵌模型（四）板块镶嵌模型生物膜的主要功能生物膜的主要功能一、分室作用一、分室作用二、信息传递二、信息传递三、能量转换三、能量转换四、细胞识别四、细胞识别五、物质运输五、物质运输