细胞膜注解打好了课件

第四章 细胞膜,生物医学研究中心 黄雪霜 联系方式: 13874499111 0745-2380023 QQ523069796,构成细胞的三大要素,复习,biological membrane =plasma membrane+ intracellular membrane 生物膜 = 质膜 + 细胞内膜,生物膜 biological membrane,1、E. Overton 1895 质壁分离实验，表明细胞膜的存在。 脂溶性物质比水更容易进入细胞，推测细胞膜由连续的脂类物质组成。,一、细胞膜结构的研究历史,为什么说红细胞是研究膜结构的最好材料？ 成熟的红细胞没有细胞器，质膜是它的惟一结构，并且易于提纯和分离。,2、E. Gorter & F. Grendel 1925 测出红细胞膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，推测细胞膜由双层脂分子组成脂分子组成。,血影(ghost),3、J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。,4、J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，并将这样的膜结构称之为“单位膜”,biological membrane plasma membrane+ intracellular membrane 生物膜 = 质膜 + 细胞内膜,膜的功能：界膜 1、膜内外之间的屏障 2、功能区室化 3、信号的检测与传递（受体） 4、细胞间的相互作用：细胞识别、细胞粘着、细胞连接,二、细胞膜的化学组成,14-24C,（一）脂类 1、组成：磷脂、胆固醇和糖脂,兼性分子（双亲性分子）：极性头部（亲水）和 非极性尾部（疏水）,纯磷脂在水中的形式：分子团、脂质体,2、各种脂类在细胞膜上的分布,（脑磷脂）,（二）膜蛋白,1、类型：内在蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白,注：有的穿插一条，有的穿插多条,蛋白质链旋转中间形成管道,蛋白质穿插多个并靠近形 成中心管道,（三）膜糖类,细胞外被 （糖萼）,三、细胞膜的特性,1、不对称性： 膜脂分布、膜蛋白分布、膜糖分布 2、流动性： 膜脂的运动、膜蛋白的运动,脂双层中各种脂类分布的不对称性,+,-,膜蛋白在脂双层中分布的不对称性,膜蛋白在脂双层中分布的不对称性,小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻,样品经冰冻断裂处理后，形成的各断面： EF，细胞外断面；PF，原生质断面,敲开后可以用于观察各个膜表面蛋白质的分布不同的情况,膜糖分布的不对称性,脂双层的流动性,一个脂质分子在1s内扩散约2um,膜蛋白的流动性,方式：随机移动、定向移动、局部扩散,3、影响膜流动性的因素,胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。 脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。 脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。 卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。 膜蛋白：与膜蛋白的数量及与脂双层结合的紧密程度成反比。 其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。,4、膜流动性的生理意义 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。,小 结,1、生物膜的化学组成及其结构 脂类：脂双层 蛋白质：镶嵌或附着于脂双层 糖类：细胞外被 2、解释并区别： 单位膜 生物膜 胞内膜 / 内膜系统 细胞表面 细胞外被,关于“膜”的几个概念：,生物膜：细胞中所有的膜结构统称生物膜。 生物膜=细胞膜+胞内膜 胞内膜：细胞内所有的膜结构。 膜相结构：具有膜的一切细胞结构。 内膜系统：在结构、功能及发生上有一定联系的膜 性结构。 单位膜：生物膜的结构单位,电镜下为“两暗一明” 的三层结构,内膜系统包括： 膜相结构包括： 胞内膜包括： 内质网 内质网 内质网膜 高尔基复合体 高尔基复合体 高尔基复合体膜 溶酶体 溶酶体 溶酶体膜 过氧化酶体 过氧化酶体 过氧化酶体膜 核膜 核膜 核膜 小泡、液泡等 小泡、液泡等 小泡、液泡膜等 线粒体 线粒体 膜 细胞膜,细胞进行物质运输的三个范畴：,细胞运输(cellular transport) ：细胞与环境间的物质交换; 胞内运输(intracellular transport) ：真核生物细胞内细胞器膜与细胞内环境进行的物质交换; 转细胞运输(transcellular transport) ：物质穿越细胞的运输。,四、细胞膜的物质转运功能,人工膜对各类物质的通透率,水可以穿膜：体积小； G、AA、ATP不能穿膜；,分子量小的气体分子容易通过膜：O2，N2；,脂溶性强的分子容易穿膜：乙醇 尿素 甘油,脂双层膜对所有带电荷的离子高度不通透。,脂双层对各类物质的通透性,跨膜运输的机制：主动运输和被动运输,耗能,穿膜运输 （气体、离子、小分子）,跨膜运输的两种方式,膜泡运输 （大分子、颗粒物质）,（一）穿膜运输 （transmembrane transport）,气体、离子、小分子的运输方式,大部分需借助于膜上的镶嵌蛋白质,耗能或不耗能,1、穿膜运输的特点,苯、醇、甾类激素,O2，H2O， CO2，N2,葡萄糖、氨基酸,H Na+,人 工 脂 双 层,葡萄糖、带电荷的离子（ H、 Na+、K+ Ca2+等）怎样穿膜？,2、穿膜工具：转运蛋白,通道蛋白 （channel protein） 水通道、离子通道,3、穿膜运输的方式,（1）简单扩散 simple diffusion （2）易化扩散 facilitated diffusion （3）离子泵 ion pump （4）偶联运输 coupled-transport,（1）简单扩散：simple diffusion,举例 脂溶性物质、气体物质、水,特点 不耗能、不需膜蛋白、依靠物质浓度差。,举例 非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸进入红细胞。,（2）易化扩散（帮助扩散） facilitated diffusion,特点 需转运蛋白（载体蛋白和通道蛋白） 不耗能（依靠物质浓度差） 高度特异性 饱和性,G进入红细胞,G结合到 载体上,G释放至 细胞内,载体变构,载体变构,1,2,4,3,通道蛋白（channel protein）的运输,通道蛋白模式图,通道蛋白肽链以螺旋7次穿膜，中间形成亲水通道,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、离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,特点 需载体蛋白，具有两种离子的结合位点和ATP酶活性。 分解ATP，造成载体与离子亲和力的变化。,（3）离子泵 ion pump,举例 Na+-K+泵，Ca2泵，H泵等,Na+-K+泵的结构,细胞内,细胞外,ATP酶去磷酸化,ATP酶磷酸化,Na+释放至膜外ATP酶构象变化（亲K+构象）,K + 与ATP酶结合,K释放至膜内ATP酶构象变化（亲Na +构象）,Na+-K+泵作用过程,Na +与ATP酶结合,Na+-K+泵作用过程,特点 需载体蛋白，不直接利用ATP，利用Na+ 跨膜梯度驱动。,（4）偶联运输（coupled-transport）,举例 小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。,小肠上皮对葡萄糖的吸收,Na+-G同向转运载体,G-转运载体,小肠腔中的G,小肠上皮细胞,毛细血管 或细胞间隙,Summary,simple diffusion facilitated diffusion,ion pump Coupled-transport,1、穿膜运输方式,大分子（蛋白质、核酸、多糖）颗粒运输方式；,（二）膜泡运输 transport by vesicle formation,伴随膜本身结构的融合、重组和移位；,耗能,膜泡运输的两种方式,吞噬作用 胞饮作用 受体介导的内吞作用,吞噬作用,胞饮作用,1、胞吞作用,膜上糖蛋白或糖脂识别 与膜接触 膜内陷包围物质 膜融合去封口 囊泡 进入细胞,吞噬作用示意图,变形虫伸出伪足正在吞噬细菌,巨噬细胞正在接近并吞噬细菌,巨噬细胞正在吞噬红细胞,（1）吞噬作用,电镜照片,阿米巴体内胞饮作用渠道,阿米巴体内胞饮小泡,（2）胞饮作用,（3）受体介导内吞,胆固醇复合体-低密度脂蛋白（LDL）颗粒,胆固醇,载脂蛋白B,载脂蛋白B,LDL受体介导的内吞过程,有被小窝（泡）,脱衣被,无被小泡,与膜内体融合,H离子泵入，pH下降至56，受体与LDL解离,HH+,LDL转运入溶酶体,溶酶体,水解酶,游离胆固醇,受体泡,受体再循环,受体汇集,内体,能分选与配体结合的受体，让它们再循环到细胞质膜表面。,酸性环境,家族性高胆固醇血症,大量的胆固醇在组织中沉积形成黄色瘤，过早出现冠心病,患者产生乙酰胆碱受体的抗体，与肌细胞膜上的乙酰胆碱受体结合。早期出现睁眼吃力，随后发展为多数肌肉委缩，说话和吞咽困难，最后呼吸损害而死亡。,重症肌无力,2、胞吐作用,exocytosis,变形虫通过胞吞作用摄取食物，消化后将残渣通过胞吐作用排出胞外,物 质 进 出 细 胞 膜方式,穿膜 运输 膜泡 运输,被动运输 主动运输,胞吞作用 胞吐作用,简单扩散 易化扩散,离子泵 偶联运输,吞噬作用 胞饮作用 受体介导的胞吞,小 结,思考题,1.解释并区别下列名词： 主动运输/被动运输 胞吞作用/胞吐作用 吞噬/胞饮 载体蛋白/通道蛋白 2.比较被动运输、主动运输、胞吞和胞吐作用的功能特点,THANK YOU,THANK YOU,1、帮助扩散 膜转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白两种,载体蛋白:,构型改变,通道蛋白（channel protein）,问题4,重症肌无力疾病中，人体错误地对其自身乙酰胆碱受体分子产生抗体，这些抗体与肌细胞膜上的乙酰胆碱受体结合并使之失活。该疾病导致患者破坏性和进行性的衰弱。如早期可能难以张开眼睑，随着疾病的发展，多数肌肉委缩，病人说话和吞咽困难，最后呼吸损害而死亡。请解释肌肉功能中的哪一步受到了影响？,主动运输的分类： ATP驱动泵、协同运输,问题5,细胞内Ca2+浓度升高引起肌细胞收缩。像心肌这样快速而有节律交替收缩的肌细胞，除ATP驱动的Ca2+泵外，还有以Ca2+交换胞外Na+的跨膜反向运输蛋白。收缩期间，已进入胞内的大部分Ca2+被反向运输蛋白迅速泵回到细胞外，因此细胞得以松弛。 乌本苷和毛地黄是治疗心脏病患者的重要药物，因为它们使心肌更强烈地收缩。这两种药的作用是部分抑制心肌细胞膜中Na+-K+泵。 你能解释这些药物在患者体内的作用吗？一旦其中一种药物用量过大，将会发生什么后果？,协同运输,两种物质同时相向转运，称反向协同运输 如 Na+H+ Cl-HCl3- 两种物质同时同向转运，称同向协同运输 如 Na+-G Na+-aa 浓度差+电位差电化学梯度 动物细胞中，Na+ 的电化学梯度通常是驱动另一种分子主运输的能量，如Na+ 梯度驱动G、aa,问题6,下列哪种状况是对的？请解释 1.质膜对所有带电荷的分子是高度不通透的 2.通道蛋白必须首先与溶质分子结合。然后才能选择它们允许通过的溶质分子 3.没有能量的连续输入，细胞将破裂 4.载体蛋白（1 000 000个溶质分子/s）允许溶质穿过膜的速率比通道蛋白（1 000个溶质分子/s）快得多,同向运输载体利用Na+ 跨膜梯度驱动葡萄糖的转运,