生物膜和运输公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

生物膜和运送生物膜和运送Biomembrane and Transport第1页第1页生物膜构成与结构生物膜构成与结构细胞膜细胞膜任何细胞都以一层薄膜（厚任何细胞都以一层薄膜（厚4-7nm4-7nm）将其内含物）将其内含物与环境分开，这层膜称与环境分开，这层膜称细胞膜细胞膜(cell membrane)(cell membrane)。内膜系统内膜系统-构成含有各种特定功效亚细胞结构和构成含有各种特定功效亚细胞结构和细胞器所含有膜。细胞器所含有膜。生物膜生物膜-细胞结构基本形式，对细胞内诸多细胞结构基本形式，对细胞内诸多生物生物大分子有序反应大分子有序反应和整个和整个细胞区域化细胞区域化都提供了必需结构都提供了必需结构基础，使各个细胞器和亚细胞结构既各自含有恒定、基础，使各个细胞器和亚细胞结构既各自含有恒定、动态内环境，又互相联系互相制约，从而使整个细胞动态内环境，又互相联系互相制约，从而使整个细胞活动有条不紊，协调一致地进行。活动有条不紊，协调一致地进行。物质运送、能量转换、激素和药物作用、细胞辨物质运送、能量转换、激素和药物作用、细胞辨物质运送、能量转换、激素和药物作用、细胞辨物质运送、能量转换、激素和药物作用、细胞辨认、肿瘤发生、细胞重复认、肿瘤发生、细胞重复认、肿瘤发生、细胞重复认、肿瘤发生、细胞重复等都与生物膜相关。等都与生物膜相关。第2页第2页生物膜生物膜（Biomembrane）生生 物物 膜膜 包包 括括 细细 胞胞（外外）膜膜 (plasma membrance)及及细胞内膜细胞内膜(细胞器膜细胞器膜)。生生物物膜膜形形成成对对于于生生物物体体能能量量贮贮存存及及细细胞胞间间通通讯讯起起着着中中心心作作用用。膜膜生生物物活活性性来来自自于于膜膜本本身身明明显显特特性性：膜膜连连接接紧紧密密但但有有弹弹性性；膜膜自自我我封封闭闭，对对极极性性分分子子有有选选择择性性通通透透；膜膜弹弹性性允允许许膜膜在在细细胞胞生生长长和和运运动动中中改改变变形形状状；暂暂时时破破裂裂且且可可自自封封闭闭能力可确保两个细胞或两个膜状包裹物能力可确保两个细胞或两个膜状包裹物融合融合。第3页第3页各类膜电镜各类膜电镜横切面照片横切面照片细胞体细胞体纤毛纤毛线粒体线粒体消化泡消化泡内质网内质网分泌泡分泌泡第4页第4页生物膜基本功效生物膜基本功效(1)(1)生物膜是细胞独立空间生物膜是细胞独立空间界线界线，并，并有有选择性阻隔效果选择性阻隔效果；(2)(2)生物膜是特定生物功效生物膜是特定生物功效反应进行反应进行場所場所 ；(3)(3)生物膜可探测生物膜可探测传递电子信号及化传递电子信号及化学信号学信号；(4)(4)生物膜生物膜控制物质运送控制物质运送 ；(5)(5)生物膜为生物膜为细胞间联系细胞间联系媒介。媒介。第5页第5页膜生化特性膜生化特性 膜膜不不是是被被动动屏屏障障，膜膜上上含含有有一一系系列列特特化化蛋蛋白白质质启启动动或或催催化化一一定定分分子子事事件件；膜膜上上泵泵能能够够逆逆跨跨膜膜梯梯度度转转运运特特定定有有机机物物和和无无机机离离子子；能能量量转转化化器器能能够够把把一一个个形形式式能能量量转转化化为为另另一一个个形形式式能能量量；质质膜膜上上受受体体能能够够感感受受胞胞外外信信号号，并转化为细胞内分子事件。并转化为细胞内分子事件。第6页第6页膜分子构成膜分子构成生物膜几乎全部质量都由蛋白质和极性脂质组成，少许碳水化合物也是糖蛋白或糖脂一部分。蛋白质和脂类相对百分比因不同膜而不同，反应着膜生物学作用广泛性。如神经元髓鞘主要由脂类组成，表现为一个被动电子绝缘体；但细菌、线粒体、叶绿体膜上有许多酶催化代谢过程发生，含有蛋白质比脂类要多。第7页第7页生物膜基本构成生物膜基本构成膜脂质膜脂质:主要为三类，主要为三类，磷脂磷脂、糖脂糖脂及及固固醇类醇类 或甘油磷脂、鞘脂和固醇或甘油磷脂、鞘脂和固醇。蛋白质蛋白质:主要为三类，主要为三类，貫穿性貫穿性膜蛋白、膜蛋白、附附着性着性膜蛋白、膜蛋白、附脂质附脂质膜蛋白。膜蛋白。糖类糖类：糖类沒有单独以糖分子存在于生物：糖类沒有单独以糖分子存在于生物膜上，而是以膜上，而是以共价键结合于蛋白质或脂质共价键结合于蛋白质或脂质分子上分子上，以糖蛋白及糖脂出现于生物膜上。，以糖蛋白及糖脂出现于生物膜上。第8页第8页脂肪酸碳链长脂肪酸碳链长短及不饱和程短及不饱和程度与膜流动性度与膜流动性相关。相关。磷脂分子结构磷脂分子结构两性特性：两性特性：双分子层排列双分子层排列为脂（质）双为脂（质）双分子层。分子层。生物膜磷脂生物膜磷脂第9页第9页生物膜甘油磷脂结构生物膜甘油磷脂结构第10页第10页生物膜中胆固醇生物膜中胆固醇胆固醇胆固醇 动物动物 植物、质膜植物、质膜 细胞器膜细胞器膜胆固醇胆固醇两性特点两性特点:a.a.对膜中脂类对膜中脂类物理状态有调整作用物理状态有调整作用；b.b.在相变温度以上，阻挠脂分子脂酰链旋转和异构化在相变温度以上，阻挠脂分子脂酰链旋转和异构化运动，运动，减少膜流动性减少膜流动性；c.c.在相变温度下列，制止磷脂脂酰链有序排列，预防在相变温度下列，制止磷脂脂酰链有序排列，预防向凝胶态转化，向凝胶态转化，保持了膜流动性保持了膜流动性，减少其相变温度。，减少其相变温度。第11页第11页生物膜中胆固醇和鞘脂与磷脂作用生物膜中胆固醇和鞘脂与磷脂作用细菌细菌 甘油衍生物甘油衍生物植物植物/动物动物-是神经鞘氨醇衍生物是神经鞘氨醇衍生物磷脂分子插入胆固醇及磷脂分子插入胆固醇及互相作用互相作用极性头部极性头部受胆固醇受胆固醇影响，流影响，流动性减少动性减少可流动区域可流动区域含含“寡寡糖糖”极极性头部性头部脂双层脂双层疏水区疏水区第12页第12页膜脂不对称性及脂质多形性膜脂不对称性及脂质多形性脂质脂质分布不对称分布不对称膜两层电荷数量，流动性差别膜两层电荷数量，流动性差别与膜蛋白定向分布与功效相关系与膜蛋白定向分布与功效相关系具两性具两性 溶解度有限溶解度有限a a 磷脂加入水中，疏水部分表面积增大、在磷脂加入水中，疏水部分表面积增大、在水水-空气界面形成单分子层空气界面形成单分子层 极性极性-水中水中-“-“烃烃”-”-空气空气；b b 多量磷脂分子以多量磷脂分子以微团和双层存在微团和双层存在：1.1.极性极性-水接触；水接触；2.2.脂酰键靠近使疏水烃部分完全不与脂酰键靠近使疏水烃部分完全不与水相接触。水相接触。第13页第13页磷脂分子在水相介质中几种形式磷脂分子在水相介质中几种形式双层微囊双层微囊单体单体水水单层单层微团微团空气空气膜双分子层形成膜双分子层形成第14页第14页每种膜都有一个每种膜都有一个特性性脂质构成特性性脂质构成各种起源膜化学分析显示了一个共同特性，即膜脂组成因不同界、不同种、不同组织、特定细胞中不同细胞器而不同。细胞有一个清楚机制，能够准确控制膜脂合成种类和数量，以及定位到特定细胞器上。第15页第15页不同组织质膜主要成份髓鞘髓鞘草履虫草履虫谷甾醇谷甾醇麦角固醇麦角固醇豆甾醇豆甾醇第16页第16页鼠肝细胞膜及细胞鼠肝细胞膜及细胞器膜脂质类型器膜脂质类型第17页第17页磷脂不对称分布磷脂不对称分布-红细胞质膜内外单层膜红细胞质膜内外单层膜红细胞质膜内外单层膜红细胞质膜内外单层膜第18页第18页膜膜 蛋蛋 白白依与双层脂质之间立体结构位置，分三类依与双层脂质之间立体结构位置，分三类:貫穿性膜蛋白貫穿性膜蛋白(integral membrane protein)：以以-螺旋结构貫穿双层脂质螺旋结构貫穿双层脂质，双层脂质区可含，双层脂质区可含有有至至 个氨基酸；可由氨基酸序列预测此种个氨基酸；可由氨基酸序列预测此种-螺旋结构，比如钠钾泵。螺旋结构，比如钠钾泵。附着性膜蛋白（外周蛋白）附着性膜蛋白（外周蛋白）(peripheral membrane protein)：蛋白质以蛋白质以非共价非共价附于膜脂附于膜脂或貫穿性膜蛋白上。或貫穿性膜蛋白上。附脂性膜蛋白（抛锚蛋白附脂性膜蛋白（抛锚蛋白）(lipid-anchored proteins):):蛋白质以蛋白质以共价共价键连于膜脂质键连于膜脂质fatty acid 或或 prenyl group上。上。第19页第19页外周蛋白和内在蛋白外周蛋白和内在蛋白外周蛋白质外周蛋白质脂双层表面：脂双层表面：静电力、范德华引力静电力、范德华引力结合结合易分离，溶于水易分离，溶于水内在蛋白质内在蛋白质靠靠疏水效应疏水效应与膜脂结合与膜脂结合 蛋白质分子上非极性基团蛋白质分子上非极性基团AAAA侧链与脂双层疏水侧链与脂双层疏水部分与水疏远部分与水疏远疏水互相作用疏水互相作用-这些非极性基团之间存在一个这些非极性基团之间存在一个互相趋近作用。互相趋近作用。分布：埋与脂双层疏水区（水不溶性）、部分分布：埋与脂双层疏水区（水不溶性）、部分嵌在脂双层中、横跨全膜。嵌在脂双层中、横跨全膜。第20页第20页不同功效膜含有不同蛋白质不同起源膜蛋白质组成比其脂质组成改变更大，反应在膜功效特化上。如视网膜杆状细胞对于接受光为高度特化，90%以上膜蛋白是光吸取蛋白视紫红质；特化较低红细胞质膜约含20种显著蛋白及十几个较少蛋白，多数蛋白为运输载体，每一个蛋白运输一个跨膜溶质。有些膜蛋白还与一个或多个脂共价结合，后者可能形成一个疏水稳定体系以确保蛋白质存在于膜上。第21页第21页糖残基糖残基细胞质细胞质-螺旋螺旋细胞外细胞外细胞膜血型糖蛋白跨膜细胞膜血型糖蛋白跨膜嗜盐菌视紫质蛋白嗜盐菌视紫质蛋白：光能光能化学能，化学能，M M 2600026000，235235个个AAAA构成，每个跨膜分布构成，每个跨膜分布视紫质分子含有视紫质分子含有7 7条平行柱形多肽条平行柱形多肽-螺旋垂直于膜平面。螺旋垂直于膜平面。血型糖蛋白：血型糖蛋白：跨膜蛋白，跨膜蛋白，131131个个AAAA残基，残基，N-C-N-C-端较长亲水片段，端较长亲水片段，N-100N-100个糖残基个糖残基第22页第22页糖糖 类类与膜蛋白结合，分布不对称。与膜蛋白结合，分布不对称。糖脂和糖蛋白寡糖分布在非细胞质一侧，在内糖脂和糖蛋白寡糖分布在非细胞质一侧，在内膜上糖侧向膜系内腔。分布于质膜表面糖残基膜上糖侧向膜系内腔。分布于质膜表面糖残基形成一层多糖形成一层多糖-蛋白质复合物（又称：细胞外蛋白质复合物（又称：细胞外壳）壳）生物膜构成中生物膜构成中常见单糖常见单糖：半乳糖、甘露糖、岩：半乳糖、甘露糖、岩藻糖（葡萄糖藻糖（葡萄糖 ，唾液酸）、半乳糖胺。唾液酸）、半乳糖胺。功效：不清楚，功效：不清楚，推测与细胞表面行为相关推测与细胞表面行为相关。多糖多糖-细胞表面天线，在接受外界信息以及细细胞表面天线，在接受外界信息以及细胞间互相辨认方面有主要作用。胞间互相辨认方面有主要作用。第23页第23页细胞外壳（糖萼）示意图细胞外壳（糖萼）示意图细胞质细胞质吸附糖蛋白吸附糖蛋白跨膜糖跨膜糖蛋白蛋白双层脂双层脂细胞外细胞外壳（糖壳（糖萼）萼）糖残基糖残基糖脂糖脂第24页第24页膜超分子结构膜超分子结构所所有有生生物物膜膜拥拥有有共共同同基基本本特特性性：对对多多数数极极性性分分子子或或带带电电分分子子不不通通透透，允允许许非非极极性性分分子子通通透透；约约5-5-8 8 nmnm厚厚，横横切切电电镜镜照照片片近近似似三层结构三层结构。第25页第25页生物膜分子间作用力类型生物膜分子间作用力类型静电力：存在于一切极性和带电荷基团之间吸引或排斥。疏水力：维持膜结构主要作用力范德华引力：使膜中分子尽也许彼此靠近与疏水力相互补充。第26页第26页生物膜分子结构模型生物膜分子结构模型（一）（一）脂脂双层模型双层模型（a a）红细胞红细胞所有脂质都分布在膜上所有脂质都分布在膜上；（b b）丙酮将丙酮将所有脂质分子都从膜中抽出所有脂质分子都从膜中抽出；（c c）红细胞红细胞平均表面积估原则确平均表面积估原则确 ；（二）（二）Danielli Danielli与与DavsonDavson三夹板模型三夹板模型 ，在脂，在脂双层基础上提出，解释蛋白质定位问题。双层基础上提出，解释蛋白质定位问题。两层磷脂分子脂肪酸烃链伸向膜中心，极性两层磷脂分子脂肪酸烃链伸向膜中心，极性端面向膜两侧水相。端面向膜两侧水相。蛋白质分子以单层覆盖两侧，形成蛋白质蛋白质分子以单层覆盖两侧，形成蛋白质-脂质脂质-蛋白质蛋白质“三明治三明治”或或 三夹板三夹板 结构。结构。第27页第27页DaniellDanielli-Davson模型模型球蛋白球蛋白磷脂磷脂脂脂第28页第28页流动镶嵌模型流动镶嵌模型Fluid Mosaic Model 生生物物膜膜中中兼兼性性膜膜脂脂形形成成一一个个脂脂质质双双分分子子层层，非非极极性性部部分分相相对对构构成成双双分分子子层层关关键键，极极性性头头部部朝朝外外；脂脂质质双双分分子子层层结结构构中中，球球状状蛋蛋白白以以非非正正规规间间隔隔埋埋于于其其中中；另另一一些些蛋蛋白白则则伸伸出出（突突出出）膜膜一一面面或或另另一一面面；尚尚有有一一些些蛋蛋白白跨跨越越整整个个膜膜。蛋蛋白白质质在在脂脂双双分分子子层层中中方方向向是是不不对对称称，表表现现为为膜膜蛋蛋白白功功效效不不对对称称。脂脂质质与与蛋蛋白白质质之之间间构构成成一一个个流流动动镶镶嵌结构嵌结构。第29页第29页流动镶嵌模型流动镶嵌模型Fluid Mosaic Model第30页第30页脂双分子层是基本结构脂双分子层是基本结构脂脂类类与与水水相相共共存存时时会会快快速速形形成成一一个个脂脂双双分分子子层层结结构构而而避避开开水水作作用用，生生物物膜膜厚厚度度（电电镜镜测测定定为为5-8 5-8 nmnm）是是由由3 3 nmnm脂脂双双分分子子层层和和蛋蛋白白厚厚度度决决定定，所所有有证证据据都都支支持持生生物物膜膜由由脂双分子层构成脂双分子层构成。膜膜脂脂对对于于脂脂双双分分子子层层两两面面是是不不对对称称，但但尽尽管管不不对对称称，也也不不象象蛋蛋白白质质，膜膜脂脂不不对对称称不不是绝正确是绝正确。第31页第31页两性脂在水中形成汇集体两性脂在水中形成汇集体(Amphipathic Lipid Aggregates)第32页第32页膜脂在不断地流动膜脂在不断地流动即即使使脂脂双双层层结结构构本本身身是是稳稳定定，但但磷磷脂脂和和固固醇醇分分子子可可在在脂脂质质平平面面内内运运动动，它它们们横横向向运运动动不不久久，几几秒秒之之内内就就可可围围绕绕红红细细胞胞一一周周。双双分分子子层层内内部部也也是是流流动动，脂脂肪肪酸酸碳碳氢氢链链可可通通过过碳碳碳碳旋旋转转而而不不断断地地运运动动。另另外外一一个个运运动动就就是是跨跨双双分分子子层层运运动动，即即flip-flopflip-flop。膜膜流流动动程程度度依依赖赖于于膜膜脂脂构构成成及及温温度度，低低温温下下运运动动相相对对较较少少，脂脂双双分分子子层层几几乎乎呈呈晶晶态态 类类晶晶体体、半半晶晶体体 排排列列；温温度度升升到到一一定定高高度度时时，运运动动增增长长，膜由膜由晶态向液态晶态向液态转变。转变。第33页第33页膜膜运动运动性：膜脂、膜蛋白。性：膜脂、膜蛋白。磷脂磷脂:液晶态液晶态类晶态类晶态凝胶状态凝胶状态液晶态液晶态（生理条件）相变温（生理条件）相变温度度“溶解溶解”。1.1.磷脂磷脂烃链围绕烃链围绕C-CC-C键旋转键旋转而造而造成异构化运动；成异构化运动；2.2.磷脂分子围绕与磷脂分子围绕与膜平面相垂膜平面相垂直轴左右摆动直轴左右摆动,极性部分极性部分-快；甘油骨架快；甘油骨架-慢慢脂肪酸烃链脂肪酸烃链-较快较快3 3磷脂分子围绕与磷脂分子围绕与膜平面相垂膜平面相垂直轴作旋转运动直轴作旋转运动；4 4磷脂分子在磷脂分子在膜内作侧向扩散膜内作侧向扩散或侧向移动或侧向移动5.5.磷脂分子在脂双层中作磷脂分子在脂双层中作翻转翻转（flip-flopflip-flop）运动）运动.膜脂相变膜脂相变磷脂分子运动几种形式磷脂分子运动几种形式全反式全反式(trans)gauche(trans)gauche构型示意构型示意A:A:全反式全反式,B,B和和C:AC:A旋转旋转120120。构型。构型。g g+，顺时针旋转，顺时针旋转，g g-逆时针旋转逆时针旋转第34页第34页膜脂运动膜脂运动温度引起侧温度引起侧链热运动链热运动脂双层平脂双层平面扩散面扩散跨膜扩散：跨膜扩散：“翻跟头翻跟头”第35页第35页膜蛋白透过或跨过脂双分子层膜蛋白透过或跨过脂双分子层生物膜通过生物膜通过冰冻蚀刻技术处理，冰冻蚀刻技术处理，电镜下能够观测到一个蛋白或多蛋白电镜下能够观测到一个蛋白或多蛋白复合体分布情况，一些蛋白质仅存在复合体分布情况，一些蛋白质仅存在于膜于膜一面一面，另一些则横跨整个膜双分，另一些则横跨整个膜双分子层，有些子层，有些穿过膜另一表面穿过膜另一表面。膜蛋白在脂双分子层上可膜蛋白在脂双分子层上可侧向运侧向运动动。第36页第36页红细胞上血型红细胞上血型糖蛋白跨膜糖蛋白跨膜O-连接四糖：连接四糖：2Neu5Ac，Gal，GalNAcN-N-连接连接-螺旋螺旋第37页第37页 冰冻蚀刻冰冻蚀刻(freeze-etching)技术技术在在冰冻断裂冰冻断裂技术基础上发展起来技术基础上发展起来复复型技术型技术，将冰冻，将冰冻断裂断裂样品温度稍微升高，样品温度稍微升高，让样品中冰在真空中让样品中冰在真空中升华升华，而在表面上，而在表面上浮雕出细胞膜超微结构浮雕出细胞膜超微结构。当大量冰升华。当大量冰升华之后，对浮雕表面进行之后，对浮雕表面进行铂铂-碳复型碳复型，并，并在腐蚀性溶液中除去生物材料，在腐蚀性溶液中除去生物材料，复型复型经重蒸水多次清洗后，置于载网上进行经重蒸水多次清洗后，置于载网上进行电镜观测。电镜观测。第38页第38页冰冻蚀刻冰冻蚀刻（Freeze-fracture)撕开膜双层撕开膜双层第39页第39页冰冻断裂复型冰冻断裂复型(freeze-fracture replication)技术技术先将生物样品在先将生物样品在液氮液氮中快速中快速冷冻冷冻，以，以防形成冰晶。再将冷冻样品快速转移到冷防形成冰晶。再将冷冻样品快速转移到冷冻装置中快速抽成冻装置中快速抽成真空真空。在真空条件下，。在真空条件下，用用冰刀横切冰冻样品冰刀横切冰冻样品，使样品内层分开露，使样品内层分开露出两个表面。冰刀切开两个面分别称为出两个表面。冰刀切开两个面分别称为P P面面(protoplasmic)和和E E面面(exoplasmic)(exoplasmic)。可清楚地观测到可清楚地观测到镶嵌蛋白镶嵌蛋白。第40页第40页膜内膜内嵌入嵌入蛋白不溶于水蛋白不溶于水膜膜 蛋蛋 白白 可可 分分 为为 两两 类类，外外 周周 蛋蛋 白白peripheral proteins和和膜膜内内嵌嵌入入蛋蛋白白（integral proteins），前前者者与与膜膜结结合合松松散散，可可逆逆，很很容容易易释释放放，是是水水溶溶性性；后后者者与与膜膜结结合合紧紧密密，由由膜膜上上释释放放时时要要用用尤尤其其试试剂剂去去污污剂剂、有有机机溶溶剂剂、变变性性剂剂等等，即即使使嵌嵌入入蛋蛋白白由由膜膜上上释释放放出出来来，一一旦旦清清除除变变性性剂剂或或去去污污剂剂会会马马上上引引起起蛋蛋白白沉沉淀淀（不不溶溶聚聚积积物）析出。物）析出。第41页第41页外外周蛋白和膜内周蛋白和膜内嵌入嵌入蛋白蛋白外周蛋白外周蛋白嵌入（膜嵌入（膜内）蛋白内）蛋白去污剂去污剂糖蛋白糖蛋白pHpH改变、螯改变、螯合剂、尿素、合剂、尿素、碳酸盐可除碳酸盐可除去外周蛋白去外周蛋白第42页第42页外周蛋白与膜连接可逆外周蛋白与膜连接可逆许许多多外外周周蛋蛋白白通通过过与与嵌嵌入入蛋蛋白白亲亲水水区区域域或或膜膜脂脂极极性性头头部部以以静静电电作作用用或或氢氢键键结结合合到到膜膜上上，通通过过温温度度改改变变或或破破坏坏静静电电或或破破坏坏氢氢键键作作用用 如如加加入入螯螯合合剂剂、尿尿素素、碳碳酸酸盐盐或或改改变变pHpH可被释放出来。可被释放出来。这些外周蛋白可作为这些外周蛋白可作为膜结合酶调整因子膜结合酶调整因子、或作为或作为连接膜内蛋白与胞间结构连接膜内蛋白与胞间结构中介物、中介物、或一些或一些膜蛋白流动性膜蛋白流动性。第43页第43页膜内（嵌入）蛋白与膜脂膜内（嵌入）蛋白与膜脂通过通过疏水作用疏水作用维系在膜中维系在膜中 嵌嵌入入蛋蛋白白通通常常富富含含疏疏水水氨氨基基酸酸区区域域（可可在在中中间间段段，也也可可在在氨氨基基端端或或羧羧基基端端），有有些些可可有有多多个个疏疏水水序序列列，如如-螺旋螺旋，可横贯整个膜脂双分子层。，可横贯整个膜脂双分子层。第44页第44页膜内膜内嵌入嵌入蛋白蛋白（Integral Membrane Proteins)第45页第45页有些外周膜蛋白有些外周膜蛋白共价泊锚在膜脂上共价泊锚在膜脂上有些膜外周蛋白与膜脂有有些膜外周蛋白与膜脂有一个一个或多个共价结合位点或多个共价结合位点，如长链脂肪，如长链脂肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。连接脂提供了一个疏水锚以插入脂连接脂提供了一个疏水锚以插入脂双分子层。双分子层。第46页第46页脂连接膜蛋白脂连接膜蛋白磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇鞘糖脂鞘糖脂第47页第47页膜蛋白是不对称膜蛋白是不对称 糖蛋糖蛋白白分布不对称反应了功效不分布不对称反应了功效不对称对称；许多膜蛋白在双分子层上有一；许多膜蛋白在双分子层上有一定定取取向，很少发生翻转情况，及时有，向，很少发生翻转情况，及时有，flip-flopflip-flop也非常慢。蛋白质分布不也非常慢。蛋白质分布不对称往往还与构成膜上对称往往还与构成膜上泵泵相关。相关。第48页第48页膜蛋白运动性膜蛋白运动性膜蛋白膜蛋白侧向扩散侧向扩散;膜蛋白膜蛋白旋转扩散旋转扩散,膜蛋白围绕与膜平面膜蛋白围绕与膜平面相垂直轴进行旋转运动。相垂直轴进行旋转运动。膜蛋白膜蛋白旋转扩散慢于侧向扩散旋转扩散慢于侧向扩散。膜蛋。膜蛋白侧向扩散又明显白侧向扩散又明显慢于膜脂侧向扩散。慢于膜脂侧向扩散。膜脂适当流动性是膜蛋白正常功效表膜脂适当流动性是膜蛋白正常功效表现必要条件。现必要条件。第49页第49页膜蛋白扩散运动膜蛋白扩散运动第50页第50页红细胞氯红细胞氯-碳酸氢盐碳酸氢盐互换体局限运动互换体局限运动血影（幽灵）蛋白血影（幽灵）蛋白粘连素（蛋白）粘连素（蛋白）氯氯-碳酸氢碳酸氢盐互换蛋白盐互换蛋白连接复连接复合物合物(肌肌动蛋白动蛋白)第51页第51页细胞与细胞互相作用细胞与细胞互相作用-四种膜内蛋白作用类型四种膜内蛋白作用类型配体结合域配体结合域黏附域黏附域类免疫球类免疫球蛋白域蛋白域凝集素域凝集素域,结合碳水结合碳水化合物化合物第52页第52页膜融合是许多生物过程中心事件膜融合是许多生物过程中心事件生物膜一个明显特性是可与另一生物膜一个明显特性是可与另一个膜个膜融合而不失去其完整性融合而不失去其完整性。膜虽是。膜虽是稳定，但不是静止，稳定，但不是静止，内膜系统中膜状内膜系统中膜状结构不断地从高尔基复合体上分泌形结构不断地从高尔基复合体上分泌形成成；外吞外吞、内饮内饮、细胞分裂细胞分裂、精卵细精卵细胞融合胞融合、膜包裹、膜包裹病毒进入宿主病毒进入宿主细胞等细胞等都涉及膜重新形成，而它们最基本行都涉及膜重新形成，而它们最基本行为就是两个膜片段融合而不失去完整为就是两个膜片段融合而不失去完整性。性。第53页第53页膜融合膜融合（Membrrane Fusion)高尔基体分泌高尔基体分泌泡泡:胞吐作用胞吐作用内涵体和溶酶体内涵体和溶酶体融合融合:内吞作用内吞作用病毒感染病毒感染精卵细胞融合精卵细胞融合植物小液泡融合植物小液泡融合细胞分裂两质膜分开细胞分裂两质膜分开第54页第54页膜融合事件膜融合事件膜融合需要：膜相互识别、表面靠近并相对、双层结构部分破坏、两个双分子层融合为一个连续脂双分子层。受体调整内吞或分泌还需要融合发生在适当时间或者是对特异信号反应。融合蛋白(fusion protein)参加膜融合，引发特异识别和短暂、局部脂双层结构变形促使膜融合。融合蛋白可搭起膜融合桥，并带来融合区域脂双分子层暂时恢复。膜联蛋白(annexin)(一个Ca2+活化后可与膜磷脂结合蛋白)是一类紧挨质膜蛋白质，需要Ca2+，与脂双分子层磷脂结合，可经过交叉连接两个不同膜脂质分子。第55页第55页病毒进入宿主细胞膜融合病毒进入宿主细胞膜融合HIV外被蛋白外被蛋白gp120与宿与宿主淋巴细胞主淋巴细胞CD40作用作用细胞因子受体细胞因子受体CCR5与与CD40-gp120结合结合增进增进gp41氨基端是膜氨基端是膜融合而插入宿主质膜融合而插入宿主质膜gp41构象改变形构象改变形成发夹结构成发夹结构,两两者膜靠近者膜靠近HIV与宿主细胞膜融与宿主细胞膜融合合,RNA基因组和酶进基因组和酶进入宿主引起感染入宿主引起感染第56页第56页跨膜运送跨膜运送生物细胞都要从环境生物细胞都要从环境取得物质作取得物质作为为生物合成和能量消耗，还需生物合成和能量消耗，还需释放其代谢释放其代谢物物到环境中去。质膜能够辨认并允许细到环境中去。质膜能够辨认并允许细胞所需物如糖、氨基酸、无机离子等进胞所需物如糖、氨基酸、无机离子等进入细胞，有时这些成份进入细胞是入细胞，有时这些成份进入细胞是逆浓逆浓度梯度度梯度，即它们是被，即它们是被“泵泵”入细胞，同入细胞，同样一些分子是被样一些分子是被“泵泵”出细胞。小分子出细胞。小分子物质跨膜通过跨膜通道物质跨膜通过跨膜通道 channels、载、载体体 carriers 或泵或泵 pumps 进行。进行。第57页第57页渗入作用渗入作用(Osmosis Defined)1 1、渗入作用是在溶质、渗入作用是在溶质浓度梯度浓度梯度、或或压力梯度压力梯度、或在两者下任何、或在两者下任何差别性通透膜差别性通透膜水分子移动水分子移动。2 2、假设在袋內及袋外均裝蒸溜、假设在袋內及袋外均裝蒸溜水，溶质浓度內外相同，故水，溶质浓度內外相同，故无无水浓度梯度水浓度梯度-並且並且任何方向均任何方向均无净移动无净移动。第58页第58页溶质通过透过性膜移动溶质通过透过性膜移动不带电不带电带带 电电第59页第59页简朴扩散简朴扩散 特点：特点：顺浓度梯度顺浓度梯度(电化学梯度电化学梯度)方向扩方向扩散散(由高到低由高到低););不需能量不需能量;无膜蛋白帮助无膜蛋白帮助。含有极性水分子容易穿膜也许是含有极性水分子容易穿膜也许是因水分子小因水分子小?第60页第60页扩散作用扩散作用(Simple Diffusion)1.1.分子或离子分子或离子朝浓度较低处自由运动朝浓度较低处自由运动称为扩散作称为扩散作用。用。2.2.小分子扩散作用阐明物质通过细胞膜以达最大小分子扩散作用阐明物质通过细胞膜以达最大体积。体积。3.3.物质物质扩散方向取决于其本身浓度梯度扩散方向取决于其本身浓度梯度，与其它，与其它物质无关。物质无关。4.4.每种物质每种物质扩散是独立扩散是独立，与其它物质是否存在并，与其它物质是否存在并无关系。无关系。5.5.当当沒有浓度梯度时，任何方向之净移动为零沒有浓度梯度时，任何方向之净移动为零。6.6.扩散作用为物质扩散作用为物质进出细胞短距离运送进出细胞短距离运送方式。方式。第61页第61页帮助扩散帮助扩散 特点：特点：顺浓度梯度顺浓度梯度扩散；扩散；不需不需细胞提供细胞提供能量能量 ；需特异需特异膜蛋白膜蛋白帮助转运，以加快运送速率。帮助转运，以加快运送速率。转运膜蛋白转运膜蛋白.载体蛋白亦称通透酶载体蛋白亦称通透酶(permease)(permease).通道蛋白通道蛋白(chnnel protein)(chnnel protein)。载体蛋白载体蛋白运送特点运送特点：比自由扩散转运比自由扩散转运速率高。速率高。存在存在最大转运速率最大转运速率;一定程度内运送速率同物一定程度内运送速率同物质浓度成正比。超出一定程度，浓度增长也不增长运质浓度成正比。超出一定程度，浓度增长也不增长运送速率送速率,因膜上载体蛋白结合位点已饱和。因膜上载体蛋白结合位点已饱和。有有特异性特异性，即与特定溶质分子相结合。即与特定溶质分子相结合。第62页第62页被动运送是由膜蛋白增进被动运送是由膜蛋白增进顺浓度梯度顺浓度梯度扩散扩散简简朴朴扩扩散散因因膜膜把把胞胞内内和和胞胞外外环环境境隔隔开开所所制制止止，膜膜是是一一个个选选择择性性通通透透屏屏障障，要要通通过过脂脂双双分分子子层层，极极性性分分子子或或带带电电溶溶质质必必需需解解除除水水化化膜膜水水作作用用，然然后后透透过过约约3nm 3nm 介质（膜）。介质（膜）。水水是是一一个个例例外外，可可不不久久透透过过生生物物膜膜，机机制制尚尚不不清清楚楚，膜膜两两侧侧溶溶质质浓浓度度差差别别大大时时，渗渗入入压压不不平平衡衡引引起起膜膜两两侧侧水流动，直至两侧渗入压相等。水流动，直至两侧渗入压相等。极性溶质或离子过膜运送由极性溶质或离子过膜运送由膜上蛋白减少活化能而膜上蛋白减少活化能而对特异物质提供过膜路径而过膜双分子层，引起增进对特异物质提供过膜路径而过膜双分子层，引起增进扩散扩散。第63页第63页亲水溶质通过生物膜亲水溶质通过生物膜脂双层能量改变脂双层能量改变除去水化膜除去水化膜简朴扩散简朴扩散跨膜蛋白减少溶跨膜蛋白减少溶质跨膜运送活化质跨膜运送活化能能第64页第64页红细胞葡萄糖渗入酶红细胞葡萄糖渗入酶（Glucose Permease）调控被动运送调控被动运送 红红细细胞胞中中能能量量产产生生代代谢谢依依赖赖于于葡葡萄萄糖糖不不断断地地由由血血浆浆中中进进入入红红细细胞胞，葡葡萄萄糖糖通通过过渗渗入入酶酶由由增增进进扩扩散散进进入入细细胞胞，这这一一膜膜蛋蛋白白有有1212个个疏疏水水区区域域（Mr=45000Mr=45000），也也许许跨跨膜膜1212次次，可可使使葡葡萄萄糖糖进进入入细细胞胞内内速速度度不不小小于于没没有时有时5000050000倍倍。第65页第65页通透酶通透酶(Permease)与特定溶质分子相结合;如葡萄糖通透酶只与D-Glc结合（亦可与D半乳糖、D甘露糖等结合),但不能和LGlc等L型异构体结合。通透酶与酶不同:被运输物质不改变构型，而运输蛋白本身将发生构象可逆改变。第66页第66页葡萄糖运送进葡萄糖运送进入红细胞模型入红细胞模型D-GlcD-Glc与与T T1 1特异结合，特异结合，减少构象改减少构象改变活化能变活化能T T1 1转变为转变为T T2 2，影响影响GlcGlc跨膜通道跨膜通道GlcGlc由由T T2 2释释放到胞质放到胞质T T2 2构象变构象变回回T T1 1第67页第67页氯化物和碳酸氢盐跨红细胞氯化物和碳酸氢盐跨红细胞膜运送为膜运送为协同运送协同运送（Cotransport）红红细细胞胞存存在在另另一一个个增增进进扩扩散散系系统统阴阴离离子子互互换换体体，对对于于肌肌肉肉及及肝肝脏脏中中COCO2 2回回到到肺肺中中运运送送是是必必需需。COCO2 2由由血血浆浆进进入入红红细细胞胞转转化化为为HCOHCO3 3-，HCOHCO3 3-重重新新回回到到血血浆浆中中被被运运送送到到肺肺组组织织。因因HCOHCO3 3-比比COCO2 2溶溶解解度度大大，这这种种改改变变增增长长了了由由组组织织到到肺肺COCO2 2运运送送血血容容量量，在在肺肺中中HCOHCO3 3-重重回回红红细细胞胞被被转转化化为为COCO2 2，被被缓缓慢慢呼呼出。出。氯化物氯化物-碳酸氢盐互换体也被称为阴离子互换蛋碳酸氢盐互换体也被称为阴离子互换蛋白，可增长白，可增长HCOHCO3 3-对红细胞膜透过，这一系统也对红细胞膜透过，这一系统也被称为被称为协同运送系统协同运送系统。第68页第68页红细胞膜膜上氯红细胞膜膜上氯-碳酸氢盐互换体碳酸氢盐互换体第69页第69页积极运送积极运送(Active Transport)能量推动导致改变蛋白质推动溶质快速通过膜。通常由ATP供应蛋白质能量。一种积极运送系统钠一钾泵(sodium potassium pump)有助于维持细胞内高浓度钾及低浓度钠。钙泵(calcium pump)有助于使细胞内钙浓度至少比细胞外低一千倍。积极运送中，离子、带电分子、大分子逆着浓度梯度运送过细胞膜。负责积极运送系统者为横跨双层脂质运送蛋白质。有高度选择能力，选择运送离子及分子种类。7.当特殊溶质连接于适当位置，蛋白质则开始作用并接受能量推动。第70页第70页积极运送积极运送（Active Transport）引起物引起物质质逆浓度梯度逆浓度梯度运送运送 积极运送是积极运送是逆浓度梯度逆浓度梯度运送，运送，引起物质积引起物质积累累。积极运送。积极运送直接或间接直接或间接地依赖于一些地依赖于一些放能过放能过程程，非热力学自动发生，往往伴随有，非热力学自动发生，往往伴随有光吸取、光吸取、氧化作用、氧化作用、ATPATP水解或其它顺浓度梯度运送水解或其它顺浓度梯度运送。在。在初级积极运送中，物质积累直接与放能反应初级积极运送中，物质积累直接与放能反应（如（如ATPATPADP+PiADP+Pi）相连接；次级积极运送发生）相连接；次级积极运送发生于由初级积极运送引起逆浓度积累顺浓度梯度于由初级积极运送引起逆浓度积累顺浓度梯度运送。运送。特点：特点：逆浓度梯度、逆浓度梯度、需能需能 、都有载体蛋白。都有载体蛋白。第71页第71页三类主要运送系统三类主要运送系统单传递单传递同向传递同向传递对输对输第72页第72页ATPATP供能积极运送供能积极运送 I II I、NaNa+K K+泵泵:维持维持低低NaNa+高高K K+细胞内环境。细胞内环境。结构：结构：2 2大亚基大亚基2 2小亚基四聚体、。每一小亚基四聚体、。每一循环消耗一个循环消耗一个ATPATP，运出，运出3Na3Na+，运进，运进2K2K+。Mg2Mg2+和少许膜脂有助于其活性提升。和少许膜脂有助于其活性提升。意义意义:a.:a.维持细胞维持细胞渗入压渗入压。b.b.造成造成膜电位膜电位可提供肌肉和神经细胞传导电冲动。可提供肌肉和神经细胞传导电冲动。c.c.可提供糖、可提供糖、AAAA等水溶性小分子间接等水溶性小分子间接积极积极运送能源运送能源。第73页第73页ATPATP供能积极运送供能积极运送 IIIIIIII、CaCa2+2+ATPaseATPase(钙离子泵钙离子泵):):将将CaCa2+2+泵出细胞或泵至泵出细胞或泵至内质网中内质网中,分解分解1 1个个ATPATP分子，泵出分子，泵出2 2个个CaCa2+2+。IIIIII、质子泵质子泵：P Ptypetype:载体蛋白暂时与载体蛋白暂时与ATPATP磷酸基磷酸基团结合团结合,位于动物细胞内吞体、溶酶体、高尔基位于动物细胞内吞体、溶酶体、高尔基 体囊体囊泡膜上和植物液泡膜上。泡膜上和植物液泡膜上。V Vtypetype:直接利用直接利用ATP,ATP,但不但不与磷酸基团结合，与磷酸基团结合，位于真核细胞质膜上。位于真核细胞质膜上。H H+-ATPaseATPase:相反方式发挥生理功效相反方式发挥生理功效,位于线粒体和叶绿体位于线粒体和叶绿体上，上，H H沿浓度梯度运动，将所释放能量沿浓度梯度运动，将所释放能量与与ATPATP合成偶联合成偶联起来，如在线粒体中氧化磷酸化作用和叶绿体中光合起来，如在线粒体中氧化磷酸化作用和叶绿体中光合作用磷酸化作用，称为作用磷酸化作用，称为H H-ATP-ATP酶更适当。酶更适当。第74页第74页两种类型积极运送两种类型积极运送第75页第75页有三种形式运送有三种形式运送ATPases NaNa+K K+-ATPase-ATPase是一个运送蛋白典型形是一个运送蛋白典型形式式（Prototype）被称为被称为P-type ATPase（能（能够可逆磷酸化）；另一类为够可逆磷酸化）；另一类为V-type V-type ATPaseProton pumps(V-vacuole)