王金发细胞生物学课件 第3章A.ppt

CHAPTER 3 Plasma Membrane and Transport Across Membranes 1 OUTLINEOUTLINE3.1 THE ERYTHROCYTE MEMBRANE SKELETON3.2 THE CHEMICAL COMPOSITION OF MEMBRANES3.3 MOLECULAR STRUCTURE OF THE PLASMA MEMBRANE3.4 PASSIVE TRANSPPORT OF SUBSTANCES3.5 ACTIVE TRANSPPORT OF SUBSTANCES2Typical plasma Membrane 3 细胞质膜细胞质膜 (Plasma Membrane) 内膜系统内膜系统 （Endomembrane System) 生物膜生物膜( (BiomembraneBiomembrane) )4细细胞胞的的生生物物膜膜体体系系53.1 The Erythrocyte Membrane Skeleton Red Red Blood Blood CellsCells是是结结构构最最简简单单的的细细胞胞: :成熟的红细胞没有细胞器；成熟的红细胞没有细胞器；质膜是红细胞惟一的膜结构；质膜是红细胞惟一的膜结构；红细胞质膜易于提纯和分离；红细胞质膜易于提纯和分离；人们对膜结构的认识，大多来自于对人们对膜结构的认识，大多来自于对 红细胞膜结构的研究红细胞膜结构的研究。

6Erythrocyte Membrane Skeleton73.1.1 Erythrocyte Biology红细胞的基本性质红细胞的基本性质成成熟熟的的红红细细胞胞呈呈双双面面凹凹或或单单面面凹凹陷陷的的盘盘状状，直直径径约为约为7 7m,m,厚度厚度1.71.7m,m,表面积为表面积为145145mm2 2； ？红红细细胞胞的的主主要要功功能能是是携携带带O O2 2和和运运输输COCO2 2，红红细细胞胞的的寿命约为寿命约为120120天，一生中要行走天，一生中要行走500500，000000米 ？8电镜下的红细胞电镜下的红细胞9 红细胞膜脂双层结构的研究红细胞膜脂双层结构的研究 19251925年两位荷兰科学家年两位荷兰科学家E.E.GorterGorter和和F.F.GrendelGrendel根据对红细胞质膜的研究首根据对红细胞质膜的研究首次提出质膜的基本结构是脂双层次提出质膜的基本结构是脂双层( (lipid lipid bilayerbilayer) ) 实验结果证明实验结果证明红细胞膜脂与表面红细胞膜脂与表面积之比约为积之比约为1.81.82.212.2110推测双脂层的实验推测双脂层的实验113.1.2 3.1.2 Erythrocyte Membrane Skeleton 问题提出的依据问题提出的依据 行程行程500,000500,000米米 要多次穿过小于自身直径一半的微小通要多次穿过小于自身直径一半的微小通 道道; ; 要在脾脏内经受少氧、要在脾脏内经受少氧、低低pHpH值的不利条值的不利条 件件; ; 又要经过心脏内瓣膜涡流冲击，但始终又要经过心脏内瓣膜涡流冲击，但始终 保持结构的完整。

保持结构的完整 ？ 12 Erythrocyte Ghost One can place the cells in a dilute (hypotonic) salt solution. The cells respond to this osmotic shock by taking up water and swelling, a phenomenon termed hemolysis. As the surface area of each cell increases, the cell becomes leaky and the contents, composed almost totally of dissolved hemoglobin, flow out of the cell leaving behind a plasma membrane “ghost 13红细胞血影红细胞血影14 Major Proteins of Erythrocyte Membrane 红细胞膜红细胞膜( (含膜骨架部分含膜骨架部分) )大约有大约有1515种种 主要的蛋白带主要的蛋白带: : 其中有三种主要的蛋白其中有三种主要的蛋白: : 血影蛋白血影蛋白( (SpectrinSpectrin) )、血型糖蛋白血型糖蛋白( (GlycophorinGlycophorin) )、 带带3 3蛋白蛋白(Band 3 protein)(Band 3 protein)。

15红红细细胞胞膜膜蛋蛋白白？16Band 3 Protein带带3 3蛋白约为红细胞膜蛋白的蛋白约为红细胞膜蛋白的25%;25%;Band 3 protein serves as a channel for the passive exchange of anions across the membrane. H20 + CO2 H2CO3 HCO-3 + H+Band 3 protein is present as a dimer composed of two identical subunits; Each subunit spans the membrane at least a dozen times ;and contains a relatively small amount of carbohydrate (6-8 percent of the molecules weight). 17带带3蛋蛋白白的的功功能能18Glycophorin AGlycophorin A was the first membrane protein to have its amino acid sequence determined（由由131个氨基酸组成）；个氨基酸组成）； Other related glycophorins, B, C, D, and E, are also present in the membrane at much lower concentrations. Glycophorin A spans the membrane only once, And it contains an extensive carbohydrate portion consisting of 16 oligosaccharide chains （其亲水的氨基其亲水的氨基 端露在膜的外侧端露在膜的外侧, 结合结合16个低聚糖侧链）。

个低聚糖侧链）19Glycophorin20 Erythrocyte Membrane Skeleton Proteins The peripheral proteins of the erythrocyte plasma membrane are located on its internal surface and constitute a fibrillar membrane skeleton;膜骨架蛋白的主要成分包括膜骨架蛋白的主要成分包括: : 血影蛋白、肌动蛋白、锚定蛋白、血影蛋白、肌动蛋白、锚定蛋白、 带带4.14.1蛋白等，这些都是外周蛋白蛋白等，这些都是外周蛋白21血影蛋白血影蛋白( (SpectrinSpectrin) )又又称称收收缩缩蛋蛋白白，有有两两条条相相似似的的亚亚基基亚亚基基（相相对对分子质量：分子质量：220 000)220 000)，亚基亚基( (相对分子质量：相对分子质量： 200 000)200 000)；链链和和链链反反向向平平行行排排列列, , 扭扭曲曲成成麻麻花花状状，形形成成异异二聚体；二聚体；两个异二聚体头两个异二聚体头- -头连接成头连接成200200nmnm长的四聚体；长的四聚体；五五个个或或六六个个四四聚聚体体的的尾尾端端一一起起连连接接于于短短的的肌肌动动蛋蛋白白纤纤维维和和另另一一种种蛋蛋白白质质( (带带4.14.1蛋蛋白白), ), 形形成成“连连接接复复合物合物”；这这些些血血影影蛋蛋白白在在整整个个细细胞胞膜膜的的细细胞胞质质面面下下面面形形成成韧韧性的网架结构。

性的网架结构22血血影蛋白、肌动蛋白、带影蛋白、肌动蛋白、带4.14.1蛋白连接方式蛋白连接方式23 Actin and tropomyosin 肌动蛋白纤维链长约肌动蛋白纤维链长约3535nmnm（结合有原肌球蛋白），结合有原肌球蛋白）， 在肌动蛋白纤维上有多个在肌动蛋白纤维上有多个( (一般为一般为5 5个左右个左右) )与血与血 影蛋白结合的位点影蛋白结合的位点, ,通过与血影蛋白游离端相连，通过与血影蛋白游离端相连， 参与膜骨架结构的形成；参与膜骨架结构的形成； Ankyrin 又称又称2.12.1蛋白锚定蛋白一方面与血影蛋白相连蛋白锚定蛋白一方面与血影蛋白相连, , 另一方面与跨膜的带另一方面与跨膜的带3 3蛋白的细胞质区域相连蛋白的细胞质区域相连, ,这这 样，锚定蛋白借助于带样，锚定蛋白借助于带3 3蛋白将血影蛋白连接到蛋白将血影蛋白连接到 细胞膜上，也就将骨架固定到质膜上细胞膜上，也就将骨架固定到质膜上24带带4.14.1蛋白蛋白(Band 4.1 Protein) 由两个亚基组成的球状蛋白由两个亚基组成的球状蛋白; ; 在膜骨架中的作用是通过同血影蛋白结合，促使血在膜骨架中的作用是通过同血影蛋白结合，促使血 影蛋白同肌动蛋白结合影蛋白同肌动蛋白结合; ; 4.1 4.1蛋白本身不同肌动蛋白相连，因为它没有与肌动蛋蛋白本身不同肌动蛋白相连，因为它没有与肌动蛋 白连接的位点。

白连接的位点内收蛋白内收蛋白(Adducin) 是由两个亚基组成的二聚体，形态似不规则的盘状物，是由两个亚基组成的二聚体，形态似不规则的盘状物， 高高5.45.4nm,nm,直径直径12.412.4nm;nm; 内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白复合体结合，并且内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白复合体结合，并且 通过通过caca2+2+和钙调蛋白的作用影响骨架蛋白的稳定性，和钙调蛋白的作用影响骨架蛋白的稳定性， 从而影响红细胞的形态从而影响红细胞的形态25红细胞膜骨架组织红细胞膜骨架组织263.2 3.2 THE CHEMICAL COMPOSITION OF MEMBRANESTHE CHEMICAL COMPOSITION OF MEMBRANES3.2.1 Membrane Lipids Membranes contain a wide diversity of lipids, all of which are amphipathic; that is, they contain both hydrophilic and hydrophobic regions. There are three main types of membrane lipids: Phosphoglycerides(磷酸甘油酯磷酸甘油酯）；）； Sphingolipids（鞘脂）鞘脂）； Cholesterol。

27 main types of membrane lipids磷脂磷脂( (phospholipidsphospholipids) ) Because most membrane phospholipids are built on a glycerol backbone, they are called phosphoglycerides 动、植物细胞膜上都有磷脂动、植物细胞膜上都有磷脂, ,约占膜脂的约占膜脂的50%50%以上以上；磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部；磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部；磷磷脂脂分分子子的的疏疏水水端端是是两两条条长长短短不不一一。