第1页：第十章 生物膜
- 第十章生物膜
- ◆第一节生物膜的组成和结构
- ◆第二节生物膜的功能
第2页：生物膜的概念
生物膜是细胞及细胞器的屏障
第3页：生物膜的组成和结构一、生物膜的组成主要
第一节、生物膜的组成和结构一、生物膜的组成主要由脂质（主要是磷脂和胆固醇）、蛋白质（包括酶）和多糖类组成，水和金属离子等。生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。
第4页：脂质(Lipid
- （1）脂质(Lipid)
- 脂质是构成生物膜最基本的结构物质
- 脂质包括磷脂（甘油磷脂、鞘氨醇磷脂）、胆固醇和糖脂等，其中以磷脂为主要成分。1、构成生物膜的主要物质
第5页：磷脂甘油磷脂(
- 磷脂甘油磷脂(phosphoglyceride)鞘磷脂(sphingolipid)
- 结构特点：亲水头部(hydrophilic head)：由磷酸相连的取代基团(含氨碱或醇类)构成疏水尾部(hydrophobic tail)：由脂肪酸链构成的。
- 在生物膜中磷脂的亲水头位于膜表面，而疏水尾位于膜内侧
第6页：卵磷脂和鞘磷脂的结构式卵磷脂
卵磷脂和鞘磷脂的结构式卵磷脂鞘磷脂
第7页：甘油磷脂
甘油磷脂
第8页：一些重要的甘油磷脂
- 一些重要的甘油磷脂
- 胆碱(choline) + 磷脂酸——→ 磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)又称卵磷脂(lecithin)
- 乙醇胺(ethanolamine) + 磷脂酸——→磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)又称脑磷脂(cephain)
- 丝氨酸(serine) + 磷脂酸——→ 磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)
- 甘油(glycerol) + 磷脂酸——→磷脂酰甘油
- (phosphatidylglycerol)
- 肌醇(inositol) + 磷脂酸——→磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol）
第9页：鞘磷脂(sphingolipid
- 鞘磷脂(sphingolipid )
- 不含甘油而含鞘氨醇(sphingosine )
- X为磷酸胆碱称为鞘磷脂(sphingmyelin)
- X为糖基称为鞘糖脂(glycosphingolipid)
第10页：磷脂分子可以形成的结构微囊脂双层双
磷脂分子可以形成的结构微囊脂双层双层微囊
第11页：糖脂（glycolipid
- 糖脂（glycolipid）
- 糖脂是糖和脂质的复合体。
- 糖脂的含量占膜脂总量的5%以下，在神经细胞质膜上糖脂含量较高，占到5%～10%。
- 可分为两类：糖鞘氨酯和糖甘油酯。
- 糖鞘氨酯是由鞘氨醇、脂肪酸及糖类组成，分布较广，几乎所有动物细胞膜都有，特别是神经细胞含量丰富。
第12页：糖脂的结构
糖脂的结构
第13页：固醇（sterol
- 固醇（sterol）
- 又称甾醇，也是膜脂的组分。
- 动物膜的固醇主要是胆固醇（cholesterol）
- 植物细胞膜系统中胆固醇含量很低，常见的固醇是豆固醇（stigmasterol）和谷固醇（sitosterol）。
- 许多真菌和酵母菌的膜固醇以麦角固醇（ergosterol）为主
第14页：几种固醇的结构
几种固醇的结构
第15页：膜蛋白质
- （2）、膜蛋白质
- 根据它们在膜上的定位情况，可以分为外周蛋白和内在蛋白。
- 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。
第16页：外周蛋白和膜内（嵌入）蛋白外周蛋白嵌入（
外周蛋白和膜内（嵌入）蛋白外周蛋白嵌入（膜内）蛋白去污剂糖蛋白pH改变、螯合剂、尿素、碳酸盐可除去外周蛋白
第17页：外周蛋白peripheral
- 外周蛋白peripheral protein
- 这类蛋白约占膜蛋白的20－30%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。
- 外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。
- 外周蛋白能溶解于水。
第18页：有些外周膜蛋白共价泊锚在膜脂上（脂
有些外周膜蛋白共价泊锚在膜脂上（脂锚定膜蛋白）有些膜外周蛋白与膜脂有一个或多个共价结合位点，如长链脂肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。连接的脂提供了一个疏水的锚以插入脂双分子层。
第19页：脂锚定膜蛋白磷脂酰肌醇
脂锚定膜蛋白磷脂酰肌醇鞘糖脂
第20页：内在蛋白integral protein
- 内在蛋白integral protein
- 内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。
- 这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。
- 它们主要以-螺旋和-折叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。
第21页：内在蛋白
内在蛋白
第22页：膜内（嵌入）蛋白（Integral
膜内（嵌入）蛋白（Integral MembraneProteins)
第23页：膜蛋白是不对称的糖蛋白分布的不对称反
膜蛋白是不对称的糖蛋白分布的不对称反映了功能的不对称；许多膜蛋白在双分子层上有一定的取向，很少发生翻转的情况。
第24页：膜蛋白是不对称的配体结合域黏附域类免
膜蛋白是不对称的配体结合域黏附域类免疫球蛋白域
第25页：糖类
- （3）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，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。
- 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。
第26页：膜蛋白中的糖类
膜蛋白中的糖类
第27页：生物膜的结构
二、生物膜的结构•生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主构成的双层脂膜
第28页：生物膜的结构（续）
生物膜的结构
第29页：流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性
流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性•流动性:膜的流动性由两个方面分子运动组成:膜脂蛋白质
第30页：膜脂分子的运动1.侧向扩散
- 膜脂分子的运动1.侧向扩散
- 同一平面上相邻的脂分子交换位置（图4-15）。2.旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。3.摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。4.伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。5.翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶（flippase）的催化下完成。6.旋转异构：脂肪酸链围绕C-C键旋转，导致异构化运动。图4-15 膜脂的分子运动
第31页：单个磷脂分子的运动
单个磷脂分子的运动
第32页：影响膜流动的因素1.胆固醇
- 影响膜流动的因素1.胆固醇
- 胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。2.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。3.脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。4.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。5.其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。
第33页：膜蛋白的分子运动
膜蛋白的分子运动•主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。可用光脱色恢复技术（fluorescence recovery after photobleaching，FRAP）和细胞融合技术检测侧向扩散。
第34页：膜的流动性是保证其正常功能的必要条件
膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。
第35页：膜的不对称性
膜的不对称性•质膜的内外两层的组分和功能有明显的差异，称为膜的不对称性。膜脂、膜蛋白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两层的流动性不同，使物质传递有一定方向，信号的接受和传递也有一定方向等。
第36页：膜脂的不对称性
- 膜脂的不对称性
- 脂分子在脂双层中呈不均匀分布，质膜的内外两侧分布的磷脂的含量比例也不同。膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域——脂筏。
第37页：脂筏（lipid raft
脂筏（lipid raft）是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（microdomain）。大小约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquid-ordered）。脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。
第38页：膜的融合（Membrrane图示
第39页：膜的融合（Membrrane示意图
第40页：膜的融合（Membrrane
膜的融合（Membrrane Fusion)生物膜的一个明显的特征是可与另一个膜融合而不失去其完整性。膜虽是稳定的，但不是静止的，内膜系统中膜状结构不断地从高尔基复合体上分泌形成；外吞、内饮、细胞分裂、精卵细胞融合、膜包裹病毒进入宿主细胞等都涉及膜的重新形成，而它们最基本的行为就是两个膜片段的融合而不失去完整性。
第41页：膜蛋白的不对称性膜蛋白的
膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性和分布的区域性。各种膜蛋白在膜上都有特定的分布区域。
第42页：复合糖的不对称性无论在任何情
复合糖的不对称性无论在任何情况下，糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，这些成分可能是细胞表面受体，并且与细胞的抗原性有关。
第43页：生物膜的功能生物膜具有
- 第二节生物膜的功能生物膜具有
- 1、保护2、转运3、能量转换4、信息传递5、运动6、免疫生物功能。
第44页：转运功能
- 1．转运功能
- 细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。
- 细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。
- 在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。
第45页：生物膜和运输Biological
生物膜和运输Biological Membrane and Transport
第46页：被动转运
- （1）被动转运
- 即顺着浓度梯度的方向跨膜转运的过程。
- 自发过程。
- 需要蛋白载体帮助。
第47页：转运通道
转运通道
第48页：被动转运的实验
被动转运的实验
第49页：主动转运
- （2）主动转运
- 特定的载体
- 选择性
- 方向性
- 耗能性
- 可被抑制剂抑制。
第50页：三类主要运输系统
三类主要运输系统
第51页：链霉的K+通道（Ion Channel
链霉的K+通道（Ion Channel)
第52页：Na+K+AT Pase
Na+K+ATPase
第53页：细胞表面受体与跨膜信号
- 2细胞表面受体与跨膜信号转换
- 1、离子通道型（门控）受体
- 2、G蛋白偶联型受体
- 3、具有酶活性的受体
第54页：膜上的受体及其信号传导
膜上的受体及其信号传导通路
第55页：离子通道型受体
（A）离子通道型受体
第56页：离子通道型受体共同特点
- 1、离子通道型受体共同特点是
- 具有多亚基组成受体/离子通道复合体，除本身有信号接受部位外，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤，反应快，一般只需几毫秒（1）配体（非电压）依赖性复合体（2）电压依赖性复合体（3）胁迫控制的复合体
第57页：蛋白偶联型受体结构图
第58页：蛋白偶联型受体G蛋白
- 2、G蛋白偶联型受体G蛋白
- G-蛋白(G-protein)是一种鸟苷酸结合蛋白，是由α、β和γ三个亚基组成的异三聚体。G蛋白偶联的受体：受体的典型结构：一个单肽链，形成7个α螺旋的跨膜结构
第59页：蛋白偶联的受体
G蛋白偶联的受体：
第60页：Adenylate Cyclase（AC
Adenylate Cyclase（AC）
第61页：细胞内信使（intracellular
- 细胞内信使（intracellular messenger）
- cAMP
- cGMP
- IP3和DAG
- Ca2+
- NO
第62页：细胞内信使流程图
第63页：和DAGOPO-OH 2 CCHH 2
IP3和DAGOPO-OH2CCHH2COCR1OOCOR2OHHOPO32-HHOPO32-HOHHOHOH165432PIP2phosphatidylinositol-4,5-bisphosphatecleavage by Phospholipase CDAG
第64页：Diacylglycerol（DG
Diacylglycerol（DG）, with Ca++, activates Protein Kinase C, which catalyzes phosphorylation of several cellular proteins, altering their activity.IP3activates Ca++-release channels in ER membranes
第65页：具有酶活性的受体模式图
第66页：具有酶活性的受体图解
第67页：具有酶活性的受体受体酶（磷酸化）一个
3、具有酶活性的受体受体酶（磷酸化）一个二聚体蛋白质
第68页：本章重点图谱
第69页：本章重点构型图
第70页：本章重点关系图
第71页：本章重点对照图
第72页：本章重点简图
第73页：本章重点原理图
第74页：本章重点
- 本章重点
- 生物膜的组成
- 生物膜的结构特点（流动性、不对称性）
- 膜受体的类型及各自特征
- G蛋白的主要特点
- 第二信使的概念及主要类型
