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1、细胞的结构第1页/共54页所有生物膜几乎都是由所有生物膜几乎都是由脂类脂类和和蛋白质蛋白质两大物质组成，两大物质组成，尚含有尚含有少量糖、金属离子少量糖、金属离子和和水水。脂质脂质:双分子层为基架双分子层为基架,膜具流动性膜具流动性 镶嵌蛋白质：镶嵌蛋白质：-螺旋或球形结构、螺旋或球形结构、构型不同、功能不同构型不同、功能不同 糖类在表面糖类在表面：与脂质或蛋白结合成与脂质或蛋白结合成 糖脂、糖蛋白。糖脂、糖蛋白。一、生物膜的化学组成和分子结构第2页/共54页 甘油磷脂 磷脂 鞘磷脂 糖脂 胆固醇 （一）.膜脂第3页/共54页 甘油：C2羟基一定在左边，称为立体专一编号，用sn表示，写在化合物
2、名称的前面。123Sn-甘油-3-磷酸 (磷酸甘油)1、磷脂第4页/共54页1）甘油磷脂（glycerophospholipid）X基团是可变的。如果X=H，则为最简单的甘油磷脂磷脂酸。甘油磷脂的结构通式第5页/共54页第6页/共54页CHCH3 3(CH(CH2 2)1212-CH=CH-CH-CH-CH-CH=CH-CH-CH-CH2 2OHOH OH NHOH NH2 2 鞘氨醇鞘氨醇 O O HO HO HN-C-RHN-C-R O O CHCH3 3CHCH3 3(CH(CH2 2)1212-CH=CH-CH-CH-CH-CH=CH-CH-CH-CH2 2-O-P-OO-P-O-CH
3、-CH2 2CHCH2 2N N+CHCH3 3 CHCH3 3 O O-磷酸胆碱神经鞘磷脂2 2）.鞘磷脂鞘磷脂以神经鞘氨醇为基础形成以神经鞘氨醇为基础形成神经酰胺OH NH2 第7页/共54页神经酰胺胆碱鞘磷脂葡萄糖苷神经酰胺乳糖苷神经酰胺神经节苷脂胆碱鞘磷脂第8页/共54页亲水亲水头部头部疏疏水水尾尾部部头部头部尾部尾部第9页/共54页2.糖 脂3.胆固醇鞘胺醇鞘胺醇糖脂分子半乳糖苷脂与鞘磷脂相似，鞘氨醇的衍生物。极性头部平面甾环结构非极性尾部第10页/共54页天然固醇的通式 是环戊烷多氢菲的衍生物 固醇（sterol）：也称甾醇 胆固醇 CholesterolCholesterol第1
4、1页/共54页 微团微团双分子层双分子层 脂质体脂质体膜的基本结构脂质双层（Lipid bilayerLipid bilayer）waterwater在水相中磷脂分子能自发组装成团粒或片状分子层。在水相中磷脂分子能自发组装成团粒或片状分子层。第12页/共54页质膜结构第13页/共54页（二）（二）膜蛋白膜蛋白细胞膜功能的主要承担者，约占细胞总蛋白量的25%Z 外周蛋白（peripheral proteinperipheral protein）分布于双层脂膜的外表层。与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。外周蛋白比较亲水，能溶解于水。Z 内在蛋白（integral proteinintegra
5、l protein）蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。溶于水，且不容易从膜中分离出来。主要以 -螺旋形式存在。是受体，酶，抗原，通道和骨架蛋白等第14页/共54页1 1、镶嵌蛋白、镶嵌蛋白 镶嵌蛋白是既亲水又疏水的双亲媒性分子。镶嵌蛋白中有些蛋白质横跨脂膜全层，两端暴露于细胞膜的内外环境，称为跨膜蛋白。第15页/共54页 2 2、外周蛋白、外周蛋白 主要分布于细胞膜的内表面，靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合。外周蛋白具有肌动蛋白与肌球蛋白的性质，能产生收缩作用 第16页/共54页3 3、脂锚定蛋白、脂锚定蛋白又称脂连接蛋白，通过共价键的方式同脂分子结合，位
6、于脂双层的外侧。结合方式：a 蛋白质直接结合于 脂双分子层 b 蛋白质通过一个糖 分子间接同脂结合 第17页/共54页膜内（嵌入）蛋白膜内蛋白的嵌入方式膜内蛋白的嵌入方式 富含疏水氨基酸区域（可在肽链的中间段，或氨基端（）或羧基端（）或多个疏水序列的 -螺旋()，横贯整个 膜脂双分子层。第18页/共54页（三）膜糖类(Membrane Carbohydrates）主要形式 以糖脂和糖蛋白的形式伸向细胞膜的外表面约占细胞膜总重量的210%硫酸脑苷脂功能:起保护作用；细胞间的识别；维持膜的不对称。糖脂第19页/共54页糖蛋白结构连接方式连接方式 a、N-糖苷键连接（天冬酰胺连接）糖链 b、O-糖苷
7、键连接（丝氨酸或苏氨酸连接）糖链第20页/共54页第21页/共54页（四）水和无机盐水:电荷分布不对称，电荷分布不对称，既可以同蛋白质中的既可以同蛋白质中的正电荷结合，也可以同负正电荷结合，也可以同负电荷结合。电荷结合。蛋白质中每一个氨基蛋白质中每一个氨基酸平均可结合酸平均可结合2.62.6个水分个水分子子。第22页/共54页生物膜的作用膜连接紧密但有弹性；允许膜在细胞生长和运动中改变形状膜自我封闭，对极性分子有选择性通透；暂时破裂、且可自封闭的能力，以保证两个细胞或两个膜状包裹物的融合。膜是被动的屏障；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；膜上的泵；可以逆跨膜梯度移动（运送）特
8、定的有机物和无机离子；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；膜上受体能够感受胞外信号，并转化为细胞内的分子事件。第23页/共54页2.生物膜的性质与结构特点生物膜的性质与结构特点2.1 2.1 生物膜的运动膜脂分子：分子摆动、旋转运动、侧向运动等。膜蛋白：扩散运动 、旋转运动。胆固醇参与膜脂流动性的调节。第24页/共54页脂质双分子层特点特点：液态（同层横向移动的流动性）稳定性意义：细胞可以承受相当大的张力和外形改 变而不破裂；即使膜结构发生一些较小的断裂，也可 自动融合修复，仍保持膜的完整性。第25页/共54页 膜蛋白分布的不对称 结构不对称 膜脂分布的不对称 膜的内外两层
9、在结构和功能上的差异：膜的内外两层在结构和功能上的差异：功能不对称 数量、种类不对称，具有方向性 磷脂、胆固醇、糖脂分布不对称有些功能只发生在膜外层、有的在膜内层第26页/共54页第27页/共54页功能功能 维持细胞的容积、形态、渗透压、电解质 浓度，为细胞的生理活动提供适宜的环境.从环境摄取营养物质，向环境排出代谢废物方式方式 小分子:被动转运 主动转运 大分子、物质团块：胞纳、胞吐单纯扩散单纯扩散 促进扩散促进扩散二、膜的物质转运功能第28页/共54页顺浓度梯度（或电化学梯度）扩散跨膜运输方式。不需要能量也不需要膜蛋白参与。转运物质：O2、CO2、NO、NH3、脂肪酸等。（一）被动转运1.
10、单纯扩散影响因素：膜两侧分子 的浓度差 膜对物质的通透性 第29页/共54页第30页/共54页 是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下 顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。特点：转运速率高；有膜转运蛋白参与，有特异性。饱和性饱和性2.促进扩促进扩散散第31页/共54页1）.离子载体（ionophore）疏水性小分子，可溶于双脂层 分为：可动离子载体 通道离子载体如缬氨霉素能转运K+可动离子载体；第32页/共54页可动离子载体可动离子载体:第33页/共54页短杆菌肽A:15个疏水氨基酸构成，2分子形成一跨膜通道，有选择的使单价阳离子如H+、Na+、K+按化学梯度通过。Gramicidin Aa
11、n antibiotic that acts as an ion pore.通道离子载体（ionophore）第34页/共54页2）通道蛋白（channel protein）跨膜亲水性通道，允许特定离子顺浓度梯度通过，又称离子通道。有些通道长期开放，如钾泄漏通道；有些通道平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，称为门通道（电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道）。第35页/共54页-or-or-Ion Channels第36页/共54页配体门通道(ligand gated channel)特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道构象改 变，“门”打开，又称离子通道型受体。分为 阳离子
12、通道：乙酰胆碱（Ach）受体；阴离子通道：氨基丁酸受体。Ach受体由4种亚单位（2）组成：第37页/共54页Three conformation of the acetylcholine receptor第38页/共54页A.电压门通道B.配体门通道C.压力激活通道第39页/共54页 细胞膜上存在水孔蛋白aquaporin，因此，水分子除以单纯扩散方式通过膜，还可经water channel 进行跨膜流动。目前已克隆和鉴定的aquaporin有10种，分布在不同的组织中。水通道（water channel)第40页/共54页2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道
13、，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。Peter AgreRoderick MacKinnon 第41页/共54页由载体蛋白介导的某种分子或离子作逆浓度差或 逆电位差的转运跨膜运输方式。特点：运输方向；膜转运蛋白；消耗能量。主动运输所需能量的来源主要有：1.ATP直接提供能量2.ATP间接提供能量3.光能驱动（二）主动运输（active transport）第42页/共54页偶联转运蛋白 ATP驱动泵 光驱动泵电化学梯度主动运输的方式主动运输的方式第43页/共54页作用：维持细胞的渗透性，保持细胞 的体积；维持低NaNa+高K K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。钠钾泵（Na+-K+-A
14、TP酶）分解ATP，逆浓度差 主动地把细胞内的Na+移出膜外，同时把细胞外的K+移入膜内。第44页/共54页寡糖钠钾泵的结构广泛存在于动物细胞膜上的离子运载体，为蛋白二聚体第45页/共54页钠钾泵两种构型：E EI I型：亲钠排钾，脱磷酸形式 E EIIII型：亲钾排钠，磷酸化的形式 构型互变一次 ：转出 3 3个Na+，输入 2 2个K+，消耗 1 1个ATPATP。第46页/共54页继发性主动转运（协同转运）：钠泵形成的势能是某些非离子物质进行跨膜主动转运的能量来源，因而把这种类型的转运称为继发性主动转运。小肠上皮、肾小管上皮等对葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收就是继发性主动转运过程。第47
15、页/共54页细胞膜上的离子运输方式第48页/共54页三、大分子物质的过膜转运胞吞：物质以囊泡包裹的形式通过细胞膜，从细胞外进入细胞内的过程。如果进入的是固态物质，称为吞噬；如果进入的是液态物质，称为胞饮。胞吐：物质以囊泡的形式通过细胞膜，从细胞内排到细胞外的过程。第49页/共54页细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用细胞吞入液体或极小的颗粒物质。第50页/共54页包含内容物的囊泡移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外。外排作用外排作用第51页/共54页各种细胞分泌活动，如 内分泌腺/激素 外分泌腺/酶原颗粒 神经末梢/递质分泌过程常受某些激素成分或分泌细胞自身膜电位等调控胞吐胞吐 指物质由细胞排出的过程第52页/共54页第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页