第04章细胞膜与物质的跨膜运输名师编辑PPT课件.ppt

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1、第四章第四章 细胞膜与物质的跨膜运输细胞膜与物质的跨膜运输教学基本要求教学基本要求主要教学内容主要教学内容第一节第一节 细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的化学组成和分子结构&膜脂与膜蛋白的比例随生物膜的种类和功能而异，膜脂与膜蛋白的比例随生物膜的种类和功能而异，含量变化从含量变化从1:4到到4:1。膜糖脂分布在细胞表面。膜糖脂分布在细胞表面和胞内膜的非胞质面。和胞内膜的非胞质面。外在蛋白外在蛋白内在蛋白内在蛋白脂锚定蛋白脂锚定蛋白膜脂膜脂膜蛋白膜蛋白磷脂磷脂胆固醇胆固醇糖脂糖脂糖蛋白糖蛋白糖脂糖脂膜糖类膜糖类生物膜的生物膜的化学组成化学组成（一）膜脂（一）膜脂1.磷脂磷脂类别类别结构：极性头部

2、结构：极性头部+非极性尾部非极性尾部甘油磷脂甘油磷脂磷脂酰胆碱（磷脂酰胆碱（PC）磷脂酰乙醇胺（磷脂酰乙醇胺（PE）磷脂酰丝氨酸（磷脂酰丝氨酸（PS）磷脂酰肌醇（磷脂酰肌醇（PI）鞘磷脂鞘磷脂（1）甘油磷脂）甘油磷脂n结构：结构：2分子脂肪酸分子脂肪酸1分子甘油分子甘油 1分子磷分子磷酸酸1个极性小分子（含氨碱或醇类）。个极性小分子（含氨碱或醇类）。头部极性小分子的不同决定着甘油磷脂的种类。头部极性小分子的不同决定着甘油磷脂的种类。n功能：构成生物膜的基本骨架成分。功能：构成生物膜的基本骨架成分。n类别：以头部磷脂酰碱基的不同，有磷脂酰类别：以头部磷脂酰碱基的不同，有磷脂酰胆碱，磷脂酰乙醇胺，

3、磷脂酰丝氨酸，磷脂胆碱，磷脂酰乙醇胺，磷脂酰丝氨酸，磷脂酰肌醇等。酰肌醇等。（2）鞘磷脂）鞘磷脂n结构：以鞘胺醇取代甘油，连接头部和尾部。结构：以鞘胺醇取代甘油，连接头部和尾部。n功能：鞘磷脂及其代谢功能：鞘磷脂及其代谢产物神经酰胺、鞘胺醇、产物神经酰胺、鞘胺醇、1-磷酸鞘胺醇参与细胞磷酸鞘胺醇参与细胞分化、凋亡、增殖等多分化、凋亡、增殖等多种活动。种活动。鞘胺醇为约18碳的长链氨基2醇，脂肪酸以酰胺键结合于鞘胺醇。2.2.胆固醇胆固醇结构：极性头部为羟基团，非极性尾部包括结构：极性头部为羟基团，非极性尾部包括固醇环和烃链。固醇环和烃链。定位：散布在磷脂分子间，极性与非极性部定位：散布在磷脂分

4、子间，极性与非极性部位与磷脂的对应。位与磷脂的对应。功能：调节膜的流动性，增强膜的稳定性。功能：调节膜的流动性，增强膜的稳定性。3.3.糖脂糖脂分布：动物细胞质膜分布：动物细胞质膜外表面外表面，约占质膜外层，约占质膜外层脂类的脂类的5%；具有很大的种属差异性和组织差；具有很大的种属差异性和组织差异性。异性。结构：由寡糖（极性头部）与脂类（非极性结构：由寡糖（极性头部）与脂类（非极性尾部）尾部）构成构成。功能：细胞表面受体，参与细胞识别与信号功能：细胞表面受体，参与细胞识别与信号转导。转导。Turn to Page 14&膜脂与水混合后的状态及脂质膜的特性膜脂与水混合后的状态及脂质膜的特性与水混

5、合可形成三种结构与水混合可形成三种结构:胶粒、双层膜囊和胶粒、双层膜囊和双分子层。双分子层。形成的膜具有自动封闭性形成的膜具有自动封闭性n在水中自动封闭成中空的稳定结构在水中自动封闭成中空的稳定结构脂质体脂质体（liposomeliposome）。）。n小的脂质体可融合成大的脂质体，大的脂质体破小的脂质体可融合成大的脂质体，大的脂质体破裂后可形成小的脂质体，自然状态下是裂后可形成小的脂质体，自然状态下是粘滞的二粘滞的二维流体维流体。（二）膜蛋白（二）膜蛋白膜蛋白的功能膜蛋白的功能n细胞内外物质运输（转运蛋白）细胞内外物质运输（转运蛋白）n细胞信号传导（受体蛋白）细胞信号传导（受体蛋白）n细胞之

6、间、细胞与细胞间质之间的相互作用细胞之间、细胞与细胞间质之间的相互作用（连接蛋白）（连接蛋白）n催化相关代谢反应（酶）催化相关代谢反应（酶）膜蛋白的含量膜蛋白的含量不同细胞差异很大，多在不同细胞差异很大，多在4050%。可低至。可低至25%，高至，高至75%，膜功能越复杂蛋白含量越，膜功能越复杂蛋白含量越高。高。1.内在蛋白内在蛋白螺旋疏水区跨膜螺旋疏水区跨膜1次至多次，次至多次，亲水部分位于膜亲水部分位于膜内外两侧；内外两侧；以共价键与胞质面脂层连接（以共价键与胞质面脂层连接（图图4-8,A-C）；）；为不溶性蛋白为不溶性蛋白2.外在蛋白：外在蛋白：膜内外侧均有分布；膜内外侧均有分布；以离子

7、键、氢键附着于膜脂极性头部或内在以离子键、氢键附着于膜脂极性头部或内在蛋白表面（蛋白表面（图图4-8,G,H）；）；为可溶性蛋白为可溶性蛋白3.脂锚定蛋白（原属外在蛋白）脂锚定蛋白（原属外在蛋白）膜两侧均有分布，不贯穿脂双层；膜两侧均有分布，不贯穿脂双层；以共价键直接与膜脂分子结合或通过寡糖链间以共价键直接与膜脂分子结合或通过寡糖链间接与膜脂分子链接（图接与膜脂分子链接（图4-8,D-F）；）；属可溶性蛋白属可溶性蛋白（三）膜糖类（三）膜糖类1.膜糖的种类：主要有半乳糖，半乳糖氨，葡膜糖的种类：主要有半乳糖，半乳糖氨，葡萄糖，葡萄糖氨，甘露糖，岩藻糖，唾液酸萄糖，葡萄糖氨，甘露糖，岩藻糖，唾液

8、酸（N-乙酰神经氨酸）。占膜物质的乙酰神经氨酸）。占膜物质的210%。2.膜糖存在形式：均以寡糖链与蛋白质或脂类膜糖存在形式：均以寡糖链与蛋白质或脂类结合；分布于动物细胞表面，构成结合；分布于动物细胞表面，构成 cell coat或或称称glycocalyx。3.膜糖功能：吸附水分，形成粘性表面，使细膜糖功能：吸附水分，形成粘性表面，使细胞免受机械损伤或化学损伤；直接参与细胞胞免受机械损伤或化学损伤；直接参与细胞识别、配体受体识别、细胞免疫和粘附作用。识别、配体受体识别、细胞免疫和粘附作用。二、细胞膜的分子结构模型二、细胞膜的分子结构模型（一）片层结构模型（一）片层结构模型1.细胞膜是细胞膜是

9、蛋白质蛋白质-磷脂磷脂-蛋白质蛋白质的三夹板样结构的三夹板样结构2.由由J Danielli&H Davson于于1935年年根据膜的物理根据膜的物理性质推理性质推理出。出。（二）单位膜模型（二）单位膜模型1.细胞膜呈细胞膜呈暗暗-明明-暗暗的三夹板样结构，暗层各的三夹板样结构，暗层各2 nm，明层明层3.5 nm，总厚度，总厚度7 nm2.由由D.H.Robertson于于1959年年根据电镜观察结果根据电镜观察结果提出，提出，表明了生物膜在形态结构上的共同点表明了生物膜在形态结构上的共同点什么是生物膜的分子结构模型？什么是生物膜的分子结构模型？（三）液态镶嵌模型（三）液态镶嵌模型1.1.脂

10、质分子排成双层构成膜的连续主体，既具有晶体脂质分子排成双层构成膜的连续主体，既具有晶体分子排列的有序性，又具有液体的流动性；蛋白子分子排列的有序性，又具有液体的流动性；蛋白子分子以多种形式与脂分子结合；强调膜的流动性和分子以多种形式与脂分子结合；强调膜的流动性和蛋白分布的不对称性蛋白分布的不对称性2.2.由由Singer&NilsonSinger&Nilson于于19721972年提出，较好地解释了生年提出，较好地解释了生物膜的功能特性物膜的功能特性（四）脂筏模型（四）脂筏模型1.定义：膜中富含胆固醇、鞘磷脂和一些特定蛋白定义：膜中富含胆固醇、鞘磷脂和一些特定蛋白质的区域称为脂筏。质的区域称为

11、脂筏。2.特点：厚度较大，流动性较低。特点：厚度较大，流动性较低。3.功能：参与信号转导、受体介导的胞吞作用，胆功能：参与信号转导、受体介导的胞吞作用，胆固醇代谢、运输固醇代谢、运输三、细胞膜的特性三、细胞膜的特性（一）细胞膜的不对称性（一）细胞膜的不对称性1.膜脂的膜脂的不对称性不对称性：如卵磷脂和鞘磷脂多分布在：如卵磷脂和鞘磷脂多分布在膜的外层；脑磷脂、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌膜的外层；脑磷脂、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇多分布在膜的内层。醇多分布在膜的内层。2.膜蛋白的不对称性：膜两面蛋白的数量、种类膜蛋白的不对称性：膜两面蛋白的数量、种类和基团种类与性质不同。和基团种类与性质不同。3.膜糖膜

12、糖的的不对称性不对称性：糖链均分布在非胞质面。：糖链均分布在非胞质面。膜两侧成分的不同决定了膜两侧功能的差异。膜两侧成分的不同决定了膜两侧功能的差异。（二）细胞膜的流动性（二）细胞膜的流动性1.膜脂双分子层是二维流体膜脂双分子层是二维流体膜的流动性是指膜脂和膜蛋白处于不断的运动膜的流动性是指膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态状态生理状态下，细胞膜处于生理状态下，细胞膜处于液晶态液晶态，分子既有排，分子既有排列的有序性，又有流动性，处于运动状态列的有序性，又有流动性，处于运动状态温度的改变使膜可以在液晶态和晶态之间转变，温度的改变使膜可以在液晶态和晶态之间转变，这种膜脂状态的改变称为这种膜脂状态的改

13、变称为相变相变，发生相变的，发生相变的临临界温度界温度称为膜的称为膜的相变温度相变温度2.膜脂分子的运动膜脂分子的运动侧向运动侧向运动 尾部摆动尾部摆动 伸缩震荡伸缩震荡翻转运动翻转运动 旋转运动旋转运动 烃链旋转异构运动烃链旋转异构运动3.影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素（1）脂肪酸链的饱和程度：饱和程度低流动性强；）脂肪酸链的饱和程度：饱和程度低流动性强；（2）脂肪酸链的长度：脂肪酸链短流动性强；）脂肪酸链的长度：脂肪酸链短流动性强；（3）胆固醇的含量：含量低流动性强；）胆固醇的含量：含量低流动性强；（4）卵磷脂与鞘磷脂的比值：前者比值高流动性）卵磷脂与鞘磷脂的比值：前者比值高流动

14、性强；强；（5）内在蛋白含量：含量低流动性强；）内在蛋白含量：含量低流动性强；（6）环境温度、）环境温度、pH值、离子强度、金属离子对膜值、离子强度、金属离子对膜的流动性均有一定影响的流动性均有一定影响4.膜蛋白分子的运动膜蛋白分子的运动侧向运动侧向运动旋转运动旋转运动生物膜的流动性是保生物膜的流动性是保证其正常功能的重证其正常功能的重要条件。要条件。&小分子物质跨膜运输的几条基本途径：小分子物质跨膜运输的几条基本途径：简单扩散简单扩散通道蛋白介导的易化扩散通道蛋白介导的易化扩散载体蛋白介导的易化扩散载体蛋白介导的易化扩散载体蛋白介导的主动运输载体蛋白介导的主动运输一、膜的选择通透性和简单扩散

15、一、膜的选择通透性和简单扩散（一）膜的选择通透性（一）膜的选择通透性1.定义：生物膜选择性地定义：生物膜选择性地让某些物质透过的功能让某些物质透过的功能特性称为半透性或选择特性称为半透性或选择通透性。通透性。2.影响物质扩散跨膜的影响物质扩散跨膜的因素因素（1）分子大小）分子大小（2）脂溶性）脂溶性（3）是否带电荷）是否带电荷3.选择通透性的意义选择通透性的意义（1）细胞能选择性地摄取和排出物质）细胞能选择性地摄取和排出物质（2）维持细胞质膜内外、细胞器膜内外的差异）维持细胞质膜内外、细胞器膜内外的差异（3）维持细胞内环境的稳定）维持细胞内环境的稳定（二）简单扩散（二）简单扩散（Simple

16、diffusion）1.特点特点（1）从高浓度侧向低浓度侧的物理扩散）从高浓度侧向低浓度侧的物理扩散（2）不消耗代谢能，消耗浓度差自身的势能）不消耗代谢能，消耗浓度差自身的势能（3）不需特殊蛋白协助）不需特殊蛋白协助（4）扩散速度取决于）扩散速度取决于分子大小、分子大小、带电荷情况、带电荷情况、极性极性和脂溶性强弱和脂溶性强弱2.条件：膜两侧存在浓度差，物质能透过膜。条件：膜两侧存在浓度差，物质能透过膜。二、膜转运蛋白介导的跨膜运输二、膜转运蛋白介导的跨膜运输膜转运蛋白膜转运蛋白(transport membrane protein)是膜上是膜上具有物质转运功能的跨膜蛋白，转运极性分子和具有物质转运功能的跨膜蛋白，转运极性分子和离子等不能经简单扩散跨膜的物质。离子等不能经简单扩散跨膜的物质。膜转运蛋白包括通道蛋白和载体蛋白。膜转运蛋白包括通道蛋白和载体蛋白。（一）离子通道介导的易化扩散（一）离子通道介导的易化扩散通道蛋白的功能：介导易化扩散通道蛋白的功能：介导易化扩散易化扩散：易化扩散：在转运蛋白介导下，极性分子和离子顺电在转运蛋白介导下，极性分子和离子顺电化学梯度跨膜转运称易化扩散。