第五章生物膜的結(jié)構(gòu)與功能

1、第五章第五章 生物膜的結(jié)構(gòu)與功能生物膜的結(jié)構(gòu)與功能 目的與要求：通過本章學(xué)習(xí)，要求掌握生目的與要求：通過本章學(xué)習(xí)，要求掌握生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能。生物膜在生命活動(dòng)中物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能。生物膜在生命活動(dòng)中的功能是多方面的，其主要功能是：物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁嵌喾矫娴?，其主要功能是：物質(zhì)運(yùn)輸功能，能量轉(zhuǎn)換功能和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能功能，能量轉(zhuǎn)換功能和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。生物膜的結(jié)構(gòu)與功能生物膜的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)第一節(jié) 生物膜的生物膜的組成和性質(zhì)組成和性質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 生物膜的生物膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)第三節(jié) 生物膜的生物膜的功能功能第一節(jié)第一節(jié) 生物膜的組成和性質(zhì)生物膜的組成和性質(zhì)一、膜脂一、膜脂 種類：種

2、類：磷脂磷脂、膽固醇膽固醇、糖脂糖脂 特點(diǎn)：特點(diǎn)：多態(tài)性多態(tài)性（polymorphism）二、二、膜蛋白膜蛋白 外周蛋白、內(nèi)在蛋白外周蛋白、內(nèi)在蛋白三、三、糖類糖類 細(xì)胞表面天線細(xì)胞表面天線第二節(jié)第二節(jié) 生物膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)生物膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)一、生物膜中分子間的作用力一、生物膜中分子間的作用力 靜電力、疏水作用、范德華引力靜電力、疏水作用、范德華引力二、生物膜結(jié)構(gòu)的主要特征二、生物膜結(jié)構(gòu)的主要特征 膜組分的膜組分的不對稱分布不對稱分布、膜脂和膜蛋白的、膜脂和膜蛋白的流動(dòng)性流動(dòng)性三、生物膜分子結(jié)構(gòu)模型三、生物膜分子結(jié)構(gòu)模型 “流體鑲嵌流體鑲嵌”模型模型第三節(jié)第三節(jié) 生物膜的功能生物膜的功能一、生物

3、膜與一、生物膜與物質(zhì)運(yùn)送物質(zhì)運(yùn)送二、生物膜與能量轉(zhuǎn)換二、生物膜與能量轉(zhuǎn)換三、生物膜與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)三、生物膜與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)-x甘油甘油磷脂結(jié)構(gòu)磷脂結(jié)構(gòu)磷脂酰甘油磷脂酰甘油(phosphatidylglycerol )x=磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine )x=磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿(phosphatidylchiine )x=磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol )x=雙磷脂酰甘油雙磷脂酰甘油(diphosphatidylglycerol )磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine )x=x=神經(jīng)酰胺神經(jīng)酰胺(cer

4、amide )脂肪酸脂肪酸部分部分鞘氨醇、神經(jīng)磷脂和鞘氨醇、神經(jīng)磷脂和鞘鞘磷脂結(jié)構(gòu)磷脂結(jié)構(gòu)鞘氨醇鞘氨醇(sphingosine )鞘磷脂鞘磷脂(sphingomyelin )磷磷酸酸膽膽堿堿神經(jīng)酰胺神經(jīng)酰胺部分部分膽固醇結(jié)構(gòu)膽固醇結(jié)構(gòu)膽固醇膽固醇(cholesterol )神經(jīng)節(jié)苷脂的結(jié)構(gòu)神經(jīng)節(jié)苷脂的結(jié)構(gòu)d-半乳糖半乳糖gm1gm2gm3n-乙酰乙酰-d-半乳糖半乳糖d-半乳糖半乳糖d-葡萄糖葡萄糖n-乙酰神經(jīng)氨酸乙酰神經(jīng)氨酸硬脂酸硬脂酸鞘氨醇鞘氨醇磷脂分子在水溶液中存在的幾種結(jié)構(gòu)形式磷脂分子在水溶液中存在的幾種結(jié)構(gòu)形式雙層微囊雙層微囊水水空氣空氣微團(tuán)微團(tuán)單體單體單層單層磷脂類的雙層結(jié)構(gòu)和六角

5、形相磷脂類的雙層結(jié)構(gòu)和六角形相h1、h2雙層結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)（bilyer）六角形相六角形相(hexagonal )h2h1六角形相六角形相(hexagonal )生物膜膜周邊蛋白、膜內(nèi)在蛋白示意圖生物膜膜周邊蛋白、膜內(nèi)在蛋白示意圖膜周邊蛋白膜周邊蛋白 ， 膜內(nèi)在蛋白膜內(nèi)在蛋白膜蛋白與膜脂雙脂層結(jié)合的主要形式膜蛋白與膜脂雙脂層結(jié)合的主要形式血影蛋白血影蛋白(sectrin)膜脂雙層膜脂雙層膜脂雙層膜脂雙層紅細(xì)胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列紅細(xì)胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列紅細(xì)胞膜骨架各組分與質(zhì)膜連接示意圖紅細(xì)胞膜骨架各組分與質(zhì)膜連接示意圖肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白 (actin)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)4.1 (pro

6、tein4.1)血影蛋白血影蛋白(sectrin)帶帶3蛋白蛋白(band 3)糖蛋白糖蛋白 (ankyrin)血型蛋白血型蛋白(glycophorin)糖鏈糖鏈低聚寡糖鏈低聚寡糖鏈跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白脂雙層脂雙層糖被糖被糖殘基糖殘基唾液酸唾液酸糖脂糖脂細(xì)胞外殼（糖萼）示意圖細(xì)胞外殼（糖萼）示意圖膜脂（磷脂、膜脂（磷脂、糖脂、膽固醇）糖脂、膽固醇） singer&nicolson流體鑲嵌模型流體鑲嵌模型人紅細(xì)胞膜主要磷脂在膜內(nèi)、外兩層的分布人紅細(xì)胞膜主要磷脂在膜內(nèi)、外兩層的分布膜脂的相變膜脂的相變磷脂分子運(yùn)動(dòng)的幾種方式磷脂分子運(yùn)動(dòng)的幾種方式側(cè)向移動(dòng)側(cè)向移動(dòng)全反式、偏轉(zhuǎn)構(gòu)型全反式、偏轉(zhuǎn)構(gòu)型旋轉(zhuǎn)異

7、構(gòu)化運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng) 、扭動(dòng)、扭動(dòng)發(fā)紅光鹼性蕊香發(fā)紅光鹼性蕊香紅標(biāo)記的人細(xì)胞紅標(biāo)記的人細(xì)胞膜蛋白抗體膜蛋白抗體發(fā)綠光熒光素發(fā)綠光熒光素標(biāo)記的小鼠細(xì)標(biāo)記的小鼠細(xì)胞膜蛋白抗體胞膜蛋白抗體通過細(xì)胞膜融合證明膜蛋白運(yùn)動(dòng)示意圖通過細(xì)胞膜融合證明膜蛋白運(yùn)動(dòng)示意圖na+-k+- atpase的體外重建的體外重建 生物膜與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸生物膜與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸1、被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸2、小分子物質(zhì)的運(yùn)送小分子物質(zhì)的運(yùn)送 3、生物大分子的跨膜運(yùn)送生物大分子的跨膜運(yùn)送 4、跨膜運(yùn)送的分子機(jī)制跨膜運(yùn)送的分子機(jī)制2小分子物質(zhì)的運(yùn)送小分子物質(zhì)的運(yùn)送（1）陽離子運(yùn)送（例：）陽離子運(yùn)送（

8、例：na+ . k+ - atpase） k.whittam及其同事的及其同事的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn) nanana+ + + . k . k . k+ + + - atpase - atpase - atpase的的的的的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和和和和和作用的機(jī)理作用的機(jī)理作用的機(jī)理作用的機(jī)理作用的機(jī)理作用的機(jī)理 （2）糖和氨基酸的運(yùn)送）糖和氨基酸的運(yùn)送 協(xié)同運(yùn)送協(xié)同運(yùn)送協(xié)同運(yùn)送協(xié)同運(yùn)送協(xié)同運(yùn)送協(xié)同運(yùn)送（co-transport） 基團(tuán)運(yùn)送基團(tuán)運(yùn)送基團(tuán)運(yùn)送基團(tuán)運(yùn)送基團(tuán)運(yùn)送基團(tuán)運(yùn)送（group transport)3、生物大分子的跨膜運(yùn)送、生物大分子的跨膜運(yùn)送

9、（1）胞吐胞吐和內(nèi)吞作用和內(nèi)吞作用（2）新生蛋白質(zhì)的跨膜定向運(yùn)送）新生蛋白質(zhì)的跨膜定向運(yùn)送 蛋白質(zhì)通過信號(hào)肽引導(dǎo)到目的地蛋白質(zhì)通過信號(hào)肽引導(dǎo)到目的地 信號(hào)肽信號(hào)肽(signal sequence) 信號(hào)肽假說信號(hào)肽假說(signal hypothesis) 線粒體及葉綠體蛋白質(zhì)的翻譯后跨膜運(yùn)送線粒體及葉綠體蛋白質(zhì)的翻譯后跨膜運(yùn)送 線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送圖例圖例4、跨膜運(yùn)送的分子機(jī)制、跨膜運(yùn)送的分子機(jī)制1、移動(dòng)性載體模型、移動(dòng)性載體模型2、孔道或、孔道或通道通道模型模型 3、構(gòu)象變化假說、構(gòu)象變化假說移動(dòng)性載體模型移動(dòng)性載體模型孔道或通道模型孔道或通道模型構(gòu)象變化假說構(gòu)象變

10、化假說兩兩種種類類型型門門控控離離子子通通道道被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸示意圖被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸示意圖被動(dòng)運(yùn)送（被動(dòng)運(yùn)送（passive transport） 物質(zhì)從高濃度一側(cè)通過膜運(yùn)送到低濃度一側(cè)，即物質(zhì)從高濃度一側(cè)通過膜運(yùn)送到低濃度一側(cè)，即順濃度梯度的方向跨膜運(yùn)送的過程稱被動(dòng)運(yùn)輸順濃度梯度的方向跨膜運(yùn)送的過程稱被動(dòng)運(yùn)輸 。在。在該過程中該過程中g(shù)0主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)：主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)： 專一性；飽和性；方向性；可被選擇性抑制；需提專一性；飽和性；方向性；可被選擇性抑制；需提供能量供能量k.whittam的實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 制備紅細(xì)胞血影（制備紅細(xì)胞血影（ghost），觀察），觀察atp水解

11、情況和膜內(nèi)水解情況和膜內(nèi)外外k+，na+濃度的關(guān)系。濃度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果： a紅細(xì)胞內(nèi)紅細(xì)胞內(nèi)atp水解的同時(shí)，水解的同時(shí)，k+、na+都按預(yù)定方向跨越細(xì)都按預(yù)定方向跨越細(xì)胞膜（胞膜（2k+進(jìn)，進(jìn)，3 na+出）；出）； b如果膜內(nèi)外僅有如果膜內(nèi)外僅有k+或或na+，則，則atp水解極少；水解極少； c紅細(xì)胞血影只能利用膜內(nèi)紅細(xì)胞血影只能利用膜內(nèi)atp，而不能利用膜外，而不能利用膜外atp； dk+可被其它正一價(jià)離子（如可被其它正一價(jià)離子（如nh4+）取代，而）取代，而na+則不能被則不能被取代。取代。na+.k+-atpase的亞基的亞基結(jié)構(gòu)及其在膜上定位結(jié)構(gòu)及其在膜上定位na+- k+- atpase的作用模型的作用模型脂雙層脂雙層細(xì)胞外細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞