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1、关于细胞和生物膜第1页，讲稿共53张，创作于星期三第二章 细胞和生物膜2.1 细胞是生物体的基本结构单元细胞是生物体的基本结构单元 2.1.1 细胞的分类和结构细胞的分类和结构 2.1.2 细胞是生物分子发生化学变化的场所细胞是生物分子发生化学变化的场所2.2 生物膜生物膜 2.2.1 生物膜的组成和结构生物膜的组成和结构 2.2.2 生物膜的功能生物膜的功能 2.2.3 生物膜的模拟生物膜的模拟人工膜人工膜第2页，讲稿共53张，创作于星期三2.2 生物膜v细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。v生物膜是一个具有特殊结构和功能的生物膜是一个具有特殊结构
2、和功能的选择性通透膜选择性通透膜。v生物膜生物膜将细胞将细胞/细胞器与环境分隔，维持内部结构与成分稳定细胞器与环境分隔，维持内部结构与成分稳定v生物膜本身具有重要的生物功能：生物膜本身具有重要的生物功能：蛋白质蛋白质/酶的定位：酶的定位：膜上含有一系列的特化蛋白质启动或催化一膜上含有一系列的特化蛋白质启动或催化一定的分子事件定的分子事件物质运输：物质运输：膜上的泵可以逆跨膜梯度移动（运送）特定的有机膜上的泵可以逆跨膜梯度移动（运送）特定的有机物和无机离子物和无机离子能量转换能量转换:能量转化器可以把一种形式的能量转化为另一种形式能量转化器可以把一种形式的能量转化为另一种形式的能量的能量信息传递
3、信息传递:质膜上的受体能够感受胞外信号，并转化为细胞内的质膜上的受体能够感受胞外信号，并转化为细胞内的分子事件分子事件 第3页，讲稿共53张，创作于星期三2.2.1 生物膜的组成和结构组成：组成：脂质，蛋白质，糖类脂质，蛋白质，糖类，水，金属离子，水，金属离子第4页，讲稿共53张，创作于星期三脂质 lipid脂质是构成生物膜最基本的结构物质脂质是构成生物膜最基本的结构物质 脂质是生物体的一大类重要的有机化物，脂类包脂质是生物体的一大类重要的有机化物，脂类包括的范围很广，这些物质不但化学成份和化学结构有括的范围很广，这些物质不但化学成份和化学结构有很大差异，而且具有不同的生物学功能。很大差异，而
4、且具有不同的生物学功能。v磷脂（主要成分）磷脂（主要成分）v胆固醇胆固醇v糖脂糖脂第5页，讲稿共53张，创作于星期三磷脂根据磷脂的主链结构（醇基）的不同，可将磷脂分成两大类：根据磷脂的主链结构（醇基）的不同，可将磷脂分成两大类：甘油磷脂：甘油、脂肪酸、磷酸。甘油磷脂：甘油、脂肪酸、磷酸。鞘氨醇磷脂：以鞘氨醇代替了甘油。鞘氨醇磷脂：以鞘氨醇代替了甘油。甘油磷脂甘油磷脂鞘氨醇磷脂鞘氨醇磷脂两亲分子两亲分子第6页，讲稿共53张，创作于星期三甘油磷脂第7页，讲稿共53张，创作于星期三鞘氨醇磷脂第8页，讲稿共53张，创作于星期三磷脂的特点磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性的脂肪酸链，是磷脂分子中含有
5、亲水性的磷酸酯基和亲脂性的脂肪酸链，是优良的优良的两亲分子两亲分子。磷脂分子在水溶液中，能够形成磷脂分子在水溶液中，能够形成双层脂膜结构双层脂膜结构或或微团结构微团结构。甘油磷脂甘油磷脂鞘氨醇磷脂鞘氨醇磷脂第9页，讲稿共53张，创作于星期三第10页，讲稿共53张，创作于星期三胆固醇 Cholesterol胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的物胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂类的物理状态有一定的调节作用，理状态有一定的调节作用，有利于保持膜的稳定性和降低相变温度有利于保持膜的稳定性和降低相变温度。第11页，讲稿共53张，创作于星期三固醇衍生物胆汁酸是脂肪消化的
6、乳化剂胆汁中，胆酸多与甘氨酸或胆汁酸是脂肪消化的乳化剂胆汁中，胆酸多与甘氨酸或牛磺酸结合成牛磺酸结合成甘氨胆酸甘氨胆酸或或牛磺胆酸胆汁酸牛磺胆酸胆汁酸，常成钠盐胆，常成钠盐胆汁酸盐，是表面活性剂，乳化肠道中的脂肪、胆固醇和汁酸盐，是表面活性剂，乳化肠道中的脂肪、胆固醇和Vit（脂溶性），促进肠壁细胞对脂肪的吸收，还可激活脂肪酶，（脂溶性），促进肠壁细胞对脂肪的吸收，还可激活脂肪酶，对脂肪的消化和吸收具有重要的生理意义。对脂肪的消化和吸收具有重要的生理意义。第12页，讲稿共53张，创作于星期三糖脂 Glycosphingolipids 糖糖脂脂也也是是构构成成双双层层脂脂膜膜的的结结构构物物质质
7、。糖糖脂脂主主要要分分布布在在细细胞膜外侧的单分子层中。胞膜外侧的单分子层中。甘油醇糖脂甘油醇糖脂 主要是具有植物和细菌界特征的糖脂，有单（主要是具有植物和细菌界特征的糖脂，有单（mono）及二半乳糖苷甘油二酯等。及二半乳糖苷甘油二酯等。鞘氨醇糖脂鞘氨醇糖脂 主要是具有动物特征的糖脂，代表有半乳糖脑苷脂、葡主要是具有动物特征的糖脂，代表有半乳糖脑苷脂、葡糖脑苷脂和红细胞糖苷脂（糖脑苷脂和红细胞糖苷脂（globoside）等中性的神经鞘氨醇）等中性的神经鞘氨醇糖和脂神经节苷脂（糖和脂神经节苷脂（ganglioside）等酸性神经鞘氨醇糖脂。）等酸性神经鞘氨醇糖脂。第13页，讲稿共53张，创作于星
8、期三甘油醇糖脂叶绿体和微生物的质膜里含有大量的甘油糖脂。叶绿体和微生物的质膜里含有大量的甘油糖脂。第14页，讲稿共53张，创作于星期三鞘氨醇糖脂单糖、双糖或寡糖通过糖苷键连接神经酰胺形成单糖、双糖或寡糖通过糖苷键连接神经酰胺形成鞘氨醇糖脂。鞘氨醇糖脂。脑苷脂：脑苷脂：半乳糖苷神经酰胺、葡萄糖苷神经酰胺半乳糖苷神经酰胺、葡萄糖苷神经酰胺 不仅是血型抗原，而且与组织和器官的特异性，即细胞不仅是血型抗原，而且与组织和器官的特异性，即细胞细胞识别有关。细胞识别有关。神经节苷脂：神经节苷脂：寡糖链寡糖链(带有一个或多个带有一个或多个唾液酸唾液酸残基残基)与神经酰胺形成的鞘糖与神经酰胺形成的鞘糖脂。脂。在
9、神经末梢中含量丰富，种类很多。在神经末梢中含量丰富，种类很多。在神经冲动传递中其重要作用。在神经冲动传递中其重要作用。许多遗传疾病涉及特异糖鞘脂的积累。许多遗传疾病涉及特异糖鞘脂的积累。第15页，讲稿共53张，创作于星期三鞘氨醇糖脂二十四酸二十四酸二十四烯酸二十四烯酸-羟二十四酸羟二十四酸第16页，讲稿共53张，创作于星期三糖脂的生物学功能（1）细胞结构的刚性）细胞结构的刚性（2）抗原的化学标记）抗原的化学标记 血型、抗原血型、抗原（3）调节细胞的正常生长）调节细胞的正常生长（4）细胞间识别）细胞间识别第17页，讲稿共53张，创作于星期三v磷脂（主要成分）磷脂（主要成分）v胆固醇胆固醇v糖脂糖
10、脂第18页，讲稿共53张，创作于星期三膜蛋白生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白膜蛋白。膜蛋白具有重要的生物功能，是膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所生物膜实施功能的基本场所。根据它们在膜上的定位情况，可以分为根据它们在膜上的定位情况，可以分为外周蛋白外周蛋白和和内在蛋白内在蛋白。外周蛋白外周蛋白受体受体内在蛋白内在蛋白酶、通道酶、通道 第19页，讲稿共53张，创作于星期三膜蛋白的作用 1.物质运输物质运输:作为作为“载体载体”将物质带入或带出细胞；将物质带入或带出细胞；2.外界信息的接受与传递外界信息的接受与传递:有些膜蛋白是激
11、素或其他化学物有些膜蛋白是激素或其他化学物质的特异受体质的特异受体;3.作为各种酶作为各种酶(蛋白质蛋白质)，使特异的化学反应能在膜上进行，使特异的化学反应能在膜上进行;4.细胞的识别细胞的识别5.维持细胞结构维持细胞结构第20页，讲稿共53张，创作于星期三第21页，讲稿共53张，创作于星期三第22页，讲稿共53张，创作于星期三第23页，讲稿共53张，创作于星期三第24页，讲稿共53张，创作于星期三糖类生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。少数与膜脂结合。糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。糖类在
12、膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用。要作用。糖蛋白：糖蛋白：O-糖苷键糖苷键 N-糖苷键糖苷键糖脂：糖脂：O-糖苷键糖苷键第25页，讲稿共53张，创作于星期三第26页，讲稿共53张，创作于星期三第27页，讲稿共53张，创作于星期三生物膜的结构生物膜分子间作用力生物膜分子间作用力 静电力静电力 疏水力疏水力 范德华引力范德华引力 生物
13、膜结构的主要特征生物膜结构的主要特征 （1）膜组分的不对称分布）膜组分的不对称分布 （2）生物膜的流动性）生物膜的流动性流体镶嵌模型流体镶嵌模型 第28页，讲稿共53张，创作于星期三第29页，讲稿共53张，创作于星期三温度引起侧链热运动脂双层平面内的扩散跨膜扩散：“翻跟头”第30页，讲稿共53张，创作于星期三生物膜的流体镶嵌模型 1.膜的基质为极性脂质双分子层；膜的基质为极性脂质双分子层；2.具有流动性（脂肪酸）具有流动性（脂肪酸）3.内嵌蛋白的疏水氨基酸使之溶解于双分子层的疏水部分；内嵌蛋白的疏水氨基酸使之溶解于双分子层的疏水部分；4.外周蛋白通过静电吸引或范氏力与双分子层的极性头部相连；外
14、周蛋白通过静电吸引或范氏力与双分子层的极性头部相连；5.无共价结合；无共价结合；6.膜蛋白可做横向移动。膜蛋白可做横向移动。第31页，讲稿共53张，创作于星期三2.2.2 生物膜的功能保护功能保护功能转运功能转运功能能量转换功能能量转换功能信息传递信息传递运动功能运动功能免疫功能免疫功能第32页，讲稿共53张，创作于星期三保护功能在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将其内含物在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将其内含物质与外界环境分隔开来，使之成为具有特殊功能的质与外界环境分隔开来，使之成为具有特殊功能的独立个独立个体体。生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改生物膜能够保
15、护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改变的影响，保持它们原有的变的影响，保持它们原有的形状和完整结构形状和完整结构。第33页，讲稿共53张，创作于星期三转运功能细细胞胞或或细细胞胞器器需需要要经经常常与与外外界界进进行行物物质质交交换换以以维维持持其其正正常常的的功能。功能。生生物物膜膜具具有有高高度度选选择择性性的的半半透透性性阻阻障障作作用用，膜膜上上含含有有专专一一性性的的分分子子泵泵和和门门，细细胞胞或或细细胞胞器器通通过过生生物物膜膜，从从膜膜外外选选择择性性地地吸吸收收所所需需要要的的养养料料，同同时时也也要要排排出出不不需需要要的的物物质。质。在在各各种种物物质质跨跨膜膜转转运运
16、过过程程中中，细胞膜起着重要的调控作用。细胞膜起着重要的调控作用。被动转运被动转运主动转运主动转运第34页，讲稿共53张，创作于星期三被动转运在浓度梯度的驱动下，向平衡态进行的跨膜扩散运动。在浓度梯度的驱动下，向平衡态进行的跨膜扩散运动。简单扩散简单扩散 物质从浓度高的一侧到浓度低的一侧，不需能量，不需膜物质从浓度高的一侧到浓度低的一侧，不需能量，不需膜蛋白协助，依赖于物质种类、分子大小、两侧的浓度差。蛋白协助，依赖于物质种类、分子大小、两侧的浓度差。促进扩散促进扩散 顺浓度梯度，不需能量，需特异的膜膜蛋白促进转运，增顺浓度梯度，不需能量，需特异的膜膜蛋白促进转运，增加速率和特异性。如载体蛋白
17、、通道蛋白。加速率和特异性。如载体蛋白、通道蛋白。第35页，讲稿共53张，创作于星期三第36页，讲稿共53张，创作于星期三主动转运主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。主主动动转转运运的的物物质质，可可以以是是离离子子、小小分分子子化化合合物物，也也可可以以是是复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。复杂的大分子物质，如某些蛋白或酶等。需要载体蛋白的参与。需要载体蛋白的参与。主主动动运运输输具具有有专专一一性性、饱饱和和性性、方方向向性性、选选择择性性抑抑制制和和需需提供能量提供能量等特点。等特点。第37页，讲稿共53张，创作于星期三钠
18、、钾离子泵钠、钾离子泵实际钠、钾离子泵实际上就是膜结构中的一种上就是膜结构中的一种特殊蛋白质特殊蛋白质Na+-K+ATP酶酶，它本身具有，它本身具有催化催化ATP水解的活性，水解的活性，可以把可以把ATP分子中的高分子中的高能键切断而释放能量，能键切断而释放能量，并利用此能量进行并利用此能量进行Na+，K+的主动运送。因此钠的主动运送。因此钠泵就是这种被称为泵就是这种被称为Na+-K+依赖式依赖式ATP酶的蛋白酶的蛋白质。质。第38页，讲稿共53张，创作于星期三钙离子泵 第39页，讲稿共53张，创作于星期三能量转换 氧氧化化磷磷酸酸化化：通通过过生生物物氧氧化化作作用用，将将食食物物分分子子中
19、中存存储储的的化化学学能能转转变变成成生生物物能能，即即将将化化学学能能转转换换成成ATPATP分分子子的的高高能能磷磷酸酸键键。然然后后再再通通过过ATPATP分分子子磷磷酸酸键键的的分分解解释释放放能能量量，为为生生物体提供所需的能量。物体提供所需的能量。光光合合磷磷酸酸化化：通通过过光光合合作作用用，将将光光能能（主主要要是是太太阳阳能能）转转换成换成ATPATP的高能磷酸键。再利用的高能磷酸键。再利用ATPATP的能量合成糖类物质。的能量合成糖类物质。真核细胞真核细胞的氧化磷酸化主要在的氧化磷酸化主要在线粒体膜线粒体膜上进行。上进行。原核细胞原核细胞的氧化磷酸化则是在的氧化磷酸化则是在
20、细胞质膜细胞质膜上进行。上进行。光合磷酸化光合磷酸化主要在主要在叶绿体膜叶绿体膜上进行。上进行。第40页，讲稿共53张，创作于星期三信息传递生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导和遗传生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导和遗传信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，这些受体能识别细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，这些受体能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢、控制遗传和其它的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢
21、、控制遗传和其它生理活动。生理活动。第41页，讲稿共53张，创作于星期三运动功能许多原生动物及单细胞动物主要是通过其细胞膜表面的纤许多原生动物及单细胞动物主要是通过其细胞膜表面的纤毛或鞭毛的摆动而移动。毛或鞭毛的摆动而移动。第42页，讲稿共53张，创作于星期三运动功能淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用质膜内折叠将外源物淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用质膜内折叠将外源物质包围入细胞的作用等都是靠细胞膜的运动实现的。质包围入细胞的作用等都是靠细胞膜的运动实现的。第43页，讲稿共53张，创作于星期三免疫功能细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受体，细胞的免疫性主要是由于细胞膜上有专一性的抗原受
22、体，当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。当抗原受体被抗原激活后，即产生相应的抗体。抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并吞噬消灭。结合并吞噬消灭。另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。物质吞噬消灭。第44页，讲稿共53张，创作于星期三2.2.3 生物膜的模拟人工膜是是指指由由双双亲亲性性分分子子高高度度有有序序排排列列形形成成的的体体系系.是是
23、指指由由双双亲亲性性分分子子高高度度有有序序排排列列形形成成的的体体系系，如如胶胶束束、微微团团、单单分分子子层膜、双分子层膜和脂质体等。层膜、双分子层膜和脂质体等。人人工工膜膜具具有有生生物物膜膜的的基基本本结结构构特特点点和和某某些些理理化化性性质质，是是研研究生物膜结构与功能关系的基本模型。究生物膜结构与功能关系的基本模型。最最能能代代表表生生物物膜膜结结构构特特性性的的人人工工膜膜是是单单分分子子层层膜膜、双双分分子子层膜和脂质体。层膜和脂质体。第45页，讲稿共53张，创作于星期三模拟生物膜功能（1）分离：）分离：模拟物质的运送和调控，用于分离、提取和浓缩所需物质，如污水处理，海水浓缩
24、所模拟物质的运送和调控，用于分离、提取和浓缩所需物质，如污水处理，海水浓缩所需物质，海水淡化。需物质，海水淡化。（2）靶向给药和可控缓释给药：）靶向给药和可控缓释给药：用脂质体对药物和疫苗进行包结，在体内可控释放、延长和增强药效。包结药品的脂用脂质体对药物和疫苗进行包结，在体内可控释放、延长和增强药效。包结药品的脂质体表面连接上抗体，可实现靶向给药，抗体在体内寻找抗原，结合后药物定点释放。质体表面连接上抗体，可实现靶向给药，抗体在体内寻找抗原，结合后药物定点释放。（3）模拟膜上的化学反应：）模拟膜上的化学反应：利用膜分子排列有序，使反应按一定方向有序进行，膜提供的微环境如有机溶剂，利用膜分子排
25、列有序，使反应按一定方向有序进行，膜提供的微环境如有机溶剂，可加速反应进行，为一些酶促反应提供场所。可加速反应进行，为一些酶促反应提供场所。（4）生物传感器：）生物传感器：模拟叶绿素体膜、类囊体膜，将太阳能转化成电能或化学能，模拟视觉和嗅觉。模拟叶绿素体膜、类囊体膜，将太阳能转化成电能或化学能，模拟视觉和嗅觉。（5）制备纳米材料：）制备纳米材料：用超声法制备单层小泡囊（体积用超声法制备单层小泡囊（体积2050nm）包结制备纳米材料。）包结制备纳米材料。第46页，讲稿共53张，创作于星期三单分子层膜 单分子层膜是由高度有序排列的双亲性分子形成的单分子单分子层膜是由高度有序排列的双亲性分子形成的单
26、分子层膜结构。单分子层可以在气层膜结构。单分子层可以在气-液、气液、气-固、液固、液-液和固液和固-液液等界面形成，其中，空气等界面形成，其中，空气-水界面形成的单层膜最重要。水界面形成的单层膜最重要。LBLB膜技术是制备单分子层膜的主要方法。膜技术是制备单分子层膜的主要方法。LBLB膜技术是由膜技术是由Langmuir Langmuir 和和BlodgettBlodgett发明的膜制备技术，所以称为发明的膜制备技术，所以称为LBLB膜膜技术。技术。第47页，讲稿共53张，创作于星期三第48页，讲稿共53张，创作于星期三Surface pressure-Area isotherms第49页，讲
27、稿共53张，创作于星期三第50页，讲稿共53张，创作于星期三双层类脂膜这类膜是指具有双分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄类这类膜是指具有双分子厚度，能有效分隔水溶液的超薄类脂膜。双层类脂膜的厚度小于脂膜。双层类脂膜的厚度小于10 nm10 nm，具有两个界面，不，具有两个界面，不透光。双层类脂膜可以将溶液分隔成两个部分，是模拟细透光。双层类脂膜可以将溶液分隔成两个部分，是模拟细胞膜内、外环境的理想模型，在生物化学体系研究中具有胞膜内、外环境的理想模型，在生物化学体系研究中具有重要意义。重要意义。第51页，讲稿共53张，创作于星期三脂质体是指由磷脂形成的封闭的双分子层球形或椭圆形的囊泡结构。是指由磷脂形成的封闭的双分子层球形或椭圆形的囊泡结构。由于脂质体在结构上与细胞相似，因此，是研究细胞膜的结构由于脂质体在结构上与细胞相似，因此，是研究细胞膜的结构与功能的理想模型。与功能的理想模型。已用于表面识别反应：药物载体，靶向给药；酸性药物的去除；已用于表面识别反应：药物载体，靶向给药；酸性药物的去除；人工肾（包结脲酶）；物质分离；液膜反应器等人工肾（包结脲酶）；物质分离；液膜反应器等 第52页，讲稿共53张，创作于星期三感感谢谢大大家家观观看看第53页，讲稿共53张，创作于星期三