生物膜和細(xì)胞表面修改

生物膜和細(xì)胞表面修改第一頁，共八十五頁，2022年，8月28日總綱3.0介紹3.1生物膜成分和結(jié)構(gòu)

3.2質(zhì)膜3.3跨膜運輸3.4細(xì)胞連接和粘連分子3.5胞外基質(zhì)和細(xì)胞壁第二頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.0介紹所有細(xì)胞都由一層膜所包圍。在真核細(xì)胞中,膜將細(xì)胞區(qū)室化成一些小亞區(qū)室從而形成細(xì)胞器。在原核細(xì)胞中,不存在亞區(qū)室第三頁，共八十五頁，2022年，8月28日真核細(xì)胞和原核細(xì)胞

(參見第一章)第四頁，共八十五頁，2022年，8月28日真核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中由膜包圍的細(xì)胞器由雙層膜(一層內(nèi)膜和一層外膜)包裹的細(xì)胞器;在細(xì)胞呼吸中起到重要作用;合成ATP作為各種生命活動的能量原料。線粒體由雙層膜(一層內(nèi)膜和一層外膜)包裹的細(xì)胞器;葉綠體吸收太陽光，通過光合作用合成糖類。葉綠體由膜囊包圍，在真核細(xì)胞中具有多種功能，貯存物質(zhì)等。液泡由單層膜包裹，包含真核細(xì)胞中消化食物和廢物的酶。溶酶體膜囊堆疊，包含特異性酶修飾、貯存產(chǎn)物和將產(chǎn)物從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸?shù)郊?xì)胞膜或真核細(xì)胞的其它部位。高爾基體相互連接的膜小管形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，包含特異性酶；光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面沒有核糖體，是合成脂質(zhì)的重要場所；糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體共同合成蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)最大、最重要的細(xì)胞器，由雙層膜包圍，包括染色質(zhì)、核仁、核纖層、核基質(zhì)和一些RNA。核由細(xì)胞膜包圍的半液體基質(zhì)，所有細(xì)胞器漂浮在其中。細(xì)胞質(zhì)*描述細(xì)胞器*細(xì)胞質(zhì)不作為獨立的細(xì)胞器，不僅僅在真核細(xì)胞中，其它細(xì)胞亦然。

第五頁，共八十五頁，2022年，8月28日真核細(xì)胞中主要功能發(fā)生場所主要功能細(xì)胞學(xué)區(qū)域定位和組織質(zhì)膜和細(xì)胞器組分運輸調(diào)控質(zhì)膜信號檢測和傳輸質(zhì)膜和核膜DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄*核膜細(xì)胞內(nèi)互作質(zhì)膜能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)合成和運輸糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體脂質(zhì)合成和運輸光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碳水化合物合成和運輸細(xì)胞質(zhì)和線粒體等耐受和沉積作用植物液泡*真核細(xì)胞細(xì)胞膜上DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄發(fā)生的地方

第六頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁細(xì)胞壁和細(xì)胞外基質(zhì)第七頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.1生物膜成分和結(jié)構(gòu)基本成分脂質(zhì)蛋白質(zhì)

糖類第八頁，共八十五頁，2022年，8月28日一些生物膜的基本成分

膜蛋白質(zhì)(%)脂質(zhì)(%)糖類(%)質(zhì)膜紅細(xì)胞49438髓鞘膜18793

肝臟細(xì)胞543610核膜66322高爾基體642610內(nèi)質(zhì)網(wǎng)622710線粒體外膜5545trace內(nèi)膜7822-葉綠體7030-第九頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.1.1生物膜脂質(zhì)

磷酸甘油酯鞘脂類固醇兩性分子

疏水性尾部基團極性頭部基團第十頁，共八十五頁，2022年，8月28日磷酸甘油酯XPC:卵磷脂X=膽堿PE:磷脂酰乙醇胺X=乙醇胺PS:磷脂酰絲氨酸X=絲氨酸第十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日卵磷脂第十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日鞘磷脂(SM)其它鞘脂類葡糖腦苷脂第十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日鞘脂類分類第十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日膽固醇第十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日一些生物膜的脂質(zhì)成分

來源/物種組分(mol%)PCPE+PSSMCholesterol質(zhì)膜(人紅血球)21292126鞘脂膜(人神經(jīng)元)16371334質(zhì)膜(大腸桿菌)08500內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜(小鼠)542657高爾基體膜(小鼠)45201313線粒體內(nèi)膜(小鼠)454527線粒體外膜(小鼠)3446211Primaryleafletlocation外胞漿基質(zhì)外胞漿外胞漿和基質(zhì)第十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日磷脂組成生物膜的基本框架結(jié)構(gòu)

第十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.1.2生物膜中的蛋白質(zhì)

三種形式的膜蛋白

整合蛋白(跨膜蛋白)脂質(zhì)錨定膜蛋白外周膜蛋白結(jié)構(gòu)蛋白酶第十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日脂質(zhì)雙層膜中的蛋白第十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日整合蛋白基質(zhì)區(qū)外胞漿區(qū)跨膜區(qū)親水表層鑲嵌在膜上與水溶液互作與磷酸脂質(zhì)雙層疏水性尾部互作與其它分子或離子結(jié)合錨定細(xì)胞骨架蛋白激發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號同路形成通道和孔蛋白質(zhì)糖基化定位在胞漿區(qū)域第二十頁，共八十五頁，2022年，8月28日脂質(zhì)錨定膜蛋白共價結(jié)合于磷酸脂質(zhì)雙層中的脂質(zhì)分子多肽鏈不進入磷酸脂質(zhì)雙層外周膜蛋白通過于整合蛋白互作間接結(jié)合在膜上或通過與脂質(zhì)親水性頭部組分互作直接結(jié)合在膜上定位在基質(zhì)或質(zhì)膜外胞漿表面第二十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)可分為:通道蛋白:

小分子物質(zhì)和離子通過孔道自由跨膜運輸；轉(zhuǎn)運蛋白:

促進小分子物質(zhì)和離子的協(xié)助擴散和主動運輸；細(xì)胞識別蛋白:

識別特殊細(xì)胞;受體蛋白:

特異性結(jié)合荷爾蒙、細(xì)胞因子等；酶蛋白:

催化特異性化學(xué)反應(yīng)。第二十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.1.3膜上的糖根據(jù)細(xì)胞類型不同膜上的含量約為2%～10%與膜蛋白共價結(jié)合形成糖蛋白所有膜糖類都分布在質(zhì)膜外側(cè)面(E面)第二十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日膜糖的種類

D-葡萄糖D-半乳糖D-甘露糖L-果糖N-乙酰-D-半乳糖胺N-乙酰-葡糖胺矽酸

第二十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日膜糖的功能增強膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強蛋白酶的穩(wěn)定性幫助膜蛋白形成正確的三維膜構(gòu)像細(xì)胞信號識別,細(xì)胞黏附和細(xì)胞接合新生成蛋白轉(zhuǎn)運的正確定位凝集素,保護細(xì)胞何種子血型決定第二十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.1.4膜流體性膜功能的本質(zhì)是膜流體性:允許分子快速擴散；細(xì)胞運動、生長、分配、和分泌等LarryFrye和Michael于1970年首次論證限制性的膜蛋白移動

SPT

脂質(zhì)提供整合蛋白與之結(jié)合的部位，因此脂質(zhì)的物理狀態(tài)對于決定整合蛋白的機動性是非常重要的。第二十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日兩種不同類型的細(xì)胞可以被融合成具有普通胞質(zhì)和單一、連續(xù)質(zhì)膜的一個細(xì)胞。這一事實看來似乎表明膜整合蛋白能夠自由地移動。第二十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日然而，利用FRAP進一步的研究表明：膜蛋白的移動是具有限制性的。熒光恢復(fù)的速率第二十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日SPT:個別的膜蛋白分子被標(biāo)記這樣被標(biāo)記的膜蛋白分子的運動就能被檢測實驗結(jié)果表明：大部分膜蛋白分子隨機運動速率類似于自由擴散(擴散系數(shù)大約為5×10-9cm2/sec)；運動距離在零點幾微米以內(nèi)；進行長距離擴散時運動速度較慢；在某些情況下,特定的蛋白以高速(非隨機性)直接向細(xì)胞某一部分或另一部分運動；有些膜蛋白幾乎不運動被視為固定不動的蛋白。第二十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日運動形式：擴散和旋轉(zhuǎn)比“翻轉(zhuǎn)運動”頻繁；單個脂質(zhì)分子沿著軸心快速自旋(30,000rpm)；磷酸脂質(zhì)在1～2秒內(nèi)從一端擴散到另一端；磷酸脂質(zhì)從一單層運動到另一單層要花幾小時甚至幾天；“翻轉(zhuǎn)運動”

(一種脂質(zhì)分子從一單層的一半運動到同一單層的另一半)是十分受限制的。第三十頁，共八十五頁，2022年，8月28日膜中磷脂雙層可能的運動形式第三十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.1.5膜不對稱性脂質(zhì)雙層的兩邊經(jīng)常包括不同類型的磷脂或糖脂脂質(zhì)雙層的內(nèi)在蛋白具有特定的方向性第三十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日膜的不對稱性是利用脂質(zhì)消化酶發(fā)現(xiàn)的。因為脂質(zhì)消化酶不能滲透質(zhì)膜卻可以消化脂質(zhì)雙層中的外層。第三十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日真核生物中，脂質(zhì)的不對稱是由于不斷產(chǎn)生新脂質(zhì)而造成的。第三十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.2質(zhì)膜(細(xì)胞膜)

所有細(xì)胞都被質(zhì)膜所包圍abc第三十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.2.1.質(zhì)膜概述

細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)胞液面外胞漿面第三十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)和糖蛋白第三十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日植物細(xì)胞壁和質(zhì)膜

第三十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)菌細(xì)胞壁和質(zhì)膜第三十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日質(zhì)膜是半透性的磷脂雙層

第四十頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.2.2質(zhì)膜的一般功能作為一種滲透屏障

密切參與細(xì)胞壁的組裝形成細(xì)胞間特異性的結(jié)合胞外基質(zhì)的錨定成分與信號分子特異結(jié)合的受體蛋白參與細(xì)胞的區(qū)域化作用能量轉(zhuǎn)換第四十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.3跨膜運輸

質(zhì)膜:在所有細(xì)胞中質(zhì)膜是最重要的跨膜運輸結(jié)構(gòu)質(zhì)膜的選擇性滲透性使細(xì)胞得以維持一個穩(wěn)定的內(nèi)在環(huán)境(出、入細(xì)胞或留在細(xì)胞中)不同種類細(xì)胞的質(zhì)膜擁有一系列特異性的轉(zhuǎn)運蛋白運輸特異性的分子和離子大部分分子和所有離子的運動是通過磷脂雙層中有選擇性的跨膜運輸?shù)鞍讓崿F(xiàn)的。第四十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.3.1跨膜運輸?shù)母攀鎏匦员粍訑U散協(xié)助擴散主動運輸協(xié)同運輸*特異性運輸?shù)鞍撞恍枰枰枰枰苜|(zhì)逆濃度梯度轉(zhuǎn)運否否是是與ATP水解偶聯(lián)否否是否依靠離子濃度梯度降低產(chǎn)生驅(qū)動力否是否是舉例O2,CO2,類固醇荷爾蒙，有些藥物葡萄糖和氨基酸(單一載體);離子和水(通道)離子,小親水性分子,脂質(zhì)(ATP-驅(qū)動泵)葡萄糖和氨基酸(協(xié)同運輸);各種離子和蔗糖(反向運輸)第四十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.3.2被動擴散(簡單擴散)提示這類分子可以不需要轉(zhuǎn)運蛋白而擴散通過細(xì)胞膜O2,CO2

尿素和乙醇類固醇荷爾蒙，藥物能夠擴散通過人工膜在整個過程中，不消耗能量，不需要特異性轉(zhuǎn)運蛋白，分子沿著濃度下降的方向擴散。第四十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日被動擴散依靠熱力學(xué)運動驅(qū)動決定擴散速率的因素:跨膜濃度梯度疏水性大小跨膜電位第四十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.3.3協(xié)同擴散協(xié)同擴散概述極性分子,離子和水,在協(xié)同作用下實現(xiàn)跨膜運輸與被動擴散的區(qū)別:擴散速率比被動擴散快與分配系數(shù)K不相關(guān)通過有限個數(shù)的單一載體分子實現(xiàn)轉(zhuǎn)運特異性轉(zhuǎn)運

第四十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日膜蛋白介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運

轉(zhuǎn)運蛋白通道蛋白轉(zhuǎn)運體第四十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日通道蛋白水,離子和親水小分子順濃度梯度或電化學(xué)梯度幫助擴散形成跨膜親水通道非門控通道:多數(shù)時間是開放的門控通道:僅在響應(yīng)特異性化學(xué)或電信號時開放第四十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日一些離子通道的舉例

通道場所功能K+

滲漏通道大多數(shù)動物細(xì)胞的質(zhì)膜維持靜息膜電位電壓門Na+

通道神經(jīng)細(xì)胞軸突的質(zhì)膜介導(dǎo)產(chǎn)生動作電位電壓門K+

通道神經(jīng)細(xì)胞軸突的質(zhì)膜起始動作電位后使膜恢復(fù)靜息電位電壓門Ca2+通道神經(jīng)終末的質(zhì)膜刺激神經(jīng)遞質(zhì)釋放乙酰膽堿受體(乙酰膽堿門Na+andCa2+

通道)肌肉細(xì)胞的質(zhì)膜(神經(jīng)-肌肉接頭處)興奮性突觸信號傳遞(在靶細(xì)胞將化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號)GABA受體(GABA-門Cl-通道)許多神經(jīng)元的質(zhì)膜(突觸處)抑制性突觸信號傳遞壓力激活的陽離子通道內(nèi)耳聽覺毛細(xì)胞檢測聲音震動第四十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)運蛋白(載體)分子或離子通過轉(zhuǎn)運體得以運輸，每種類型的轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)運特異性的溶質(zhì)分子；改變自身構(gòu)造三種類型:單一轉(zhuǎn)運體,反向轉(zhuǎn)運體和協(xié)同轉(zhuǎn)運體第五十頁，共八十五頁，2022年，8月28日一個典型的例子----GLUT1第五十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日葡萄糖通過GLUT1轉(zhuǎn)運至紅血球的模型第五十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日伴隨能量的轉(zhuǎn)換，親水性溶質(zhì)通過脂質(zhì)雙層膜第五十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.3.4主動運輸由特異性膜蛋白介導(dǎo)逆濃度梯度需要能量供給LightelectrochemicalgradientLightpoweredpump第五十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日(1)ATP-驅(qū)動的泵

分4種類型:P-型,V-型,F-型和ABC-型能量供給與ATP水解偶聯(lián)Simplypumps第五十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日列舉4種ATP泵類型舉例P-型植物、真菌和細(xì)菌的質(zhì)膜(H+泵),高等真核生物質(zhì)膜(Na+/K+泵),哺乳動物胃部質(zhì)膜頂部(H+/K+泵),所有真核細(xì)胞質(zhì)膜(Ca2+泵),肌肉細(xì)胞中的肌漿網(wǎng)狀膜(Ca2+泵)。V-型植物、酵母、其它真菌的液泡膜，動物細(xì)胞的胞內(nèi)體和溶酶體膜,破骨細(xì)胞質(zhì)膜，和一些腎小管細(xì)胞。F-型細(xì)菌質(zhì)膜,線粒體內(nèi)膜,葉綠體類囊體膜。ABC-型細(xì)菌質(zhì)膜(氨基酸,糖,和肽透性酶),哺乳動物質(zhì)膜(磷酸脂質(zhì)轉(zhuǎn)運體,小親水性藥物,膽固醇,其它小分子物質(zhì))。第五十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日(2)協(xié)同運輸兩種類型:共運輸和反向運輸與提供能量的反應(yīng)偶聯(lián)利用電化學(xué)梯度形成的能量維持這種電化學(xué)梯度次級活化運輸.第五十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日兩種類型的轉(zhuǎn)運體使消化道上皮細(xì)胞將葡萄糖和氨基酸轉(zhuǎn)運通過消化道被覆第五十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日動物和植物細(xì)胞中共轉(zhuǎn)運比較第五十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.3.5離子泵產(chǎn)生和維持跨細(xì)胞膜的離子梯度Ca2+

離子從基質(zhì)進入肌漿網(wǎng)維持動物細(xì)胞中胞內(nèi)Na+離子和K+離子濃度質(zhì)子泵跨膜并酸化內(nèi)腔細(xì)菌透性酶是一種ABC型蛋白轉(zhuǎn)運各種營養(yǎng)物質(zhì)哺乳動物中ABC小分子泵水的運輸

第六十頁，共八十五頁，2022年，8月28日產(chǎn)生和維持跨細(xì)胞膜的離子梯度基質(zhì)和胞外液體的離子成分離子泵存在和其功能的早期證據(jù)離子泵現(xiàn)在被認(rèn)為主要負(fù)責(zé)建立和維持跨膜和細(xì)胞內(nèi)膜的正常離子梯度第六十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日典型的胞內(nèi)和胞外離子濃度

離子細(xì)胞(mM)血液(mM)魷魚軸突(無脊椎動物)*

K＋40020Na＋50440Cl40–150560Ca2+0.000310X-**300–4005–10哺乳動物(脊椎動物)

K+1394Na+12145Cl-4116HCO3-1229X1389Mg2+0.81.5Ca2+0.00021.8第六十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日Ca2+

離子從基質(zhì)進入肌漿網(wǎng)第六十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日肌肉Ca2+離子ATP酶催化性α亞單位的結(jié)構(gòu)第六十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日維持動物細(xì)胞中胞內(nèi)Na+離子和K+離子濃度第六十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日第六十六頁，共八十五頁，2022年，8月28日質(zhì)子泵跨膜并酸化內(nèi)腔ba第六十七頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)菌透性酶是一種ABC型蛋白轉(zhuǎn)運各種營養(yǎng)物質(zhì)第六十八頁，共八十五頁，2022年，8月28日哺乳動物中ABC小分子泵第六十九頁，共八十五頁，2022年，8月28日水的運輸滲透性(滲透流量)和滲透壓低滲、高滲溶液和等壓介質(zhì)動物細(xì)胞如何維持它們的細(xì)胞體積？第七十頁，共八十五頁，2022年，8月28日第七十一頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.4細(xì)胞連接和粘連分子

細(xì)胞連接:緊密連接錨定連接間隙連接胞間連絲細(xì)胞粘連:鈣粘素整聯(lián)蛋白選擇素免疫球蛋白鈣粘素通常介導(dǎo)穩(wěn)定的細(xì)胞結(jié)合第七十二頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞粘連分子家族配體識別穩(wěn)定的細(xì)胞連接鈣粘素同嗜性互作粘著連接和橋粒整聯(lián)蛋白胞外基質(zhì)粘著斑和半橋粒免疫球蛋白超家族成員否選擇素碳水化合物否免疫球蛋白整聯(lián)蛋白否超家族同嗜性互作否第七十三頁，共八十五頁，2022年，8月28日細(xì)胞粘著分子主要家族(CAM)

第七十四頁，共八十五頁，2022年，8月28日連接粘連和非連接粘連的機制概述第七十五頁，共八十五頁，2022年，8月28日3.4.1緊密連接

緊密連接的現(xiàn)行模型

第七十六頁，