第 6 章 生物膜与物质运输 biomembranes and cellular transportation
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第第 66 章 生物膜与物质运输章 生物膜与物质运输Biomembranes and cellular transportatiBiomembranes and cellular transportati
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本章主要内容:
生物膜的化学组成
生物膜的性质和结构
物质的跨膜运输
生物膜( Bio-membrane )是指细胞的膜系统。原核生物只有质膜,而真核生物除了质膜,还有细胞器的膜,如核膜、线粒体膜、内质网膜等。
几乎所有的生理活动都与生物膜相关,例如物质运输、能量转换、信息传递、细胞的分裂、运动、相互识别和通讯,以至肿瘤的发生等。
一个动物的上皮细胞及其膜系统
1. 生物膜的化学组成
所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成,尚含有少量糖、金属离子和水。
1.1 膜脂 磷脂(甘油磷脂、鞘磷脂) 糖脂 胆固醇
以甘油为基础形成的甘油磷脂( glycerophospholipid )
以神经鞘氨醇为基础还可以形成鞘磷脂( sphingophospholipid )
OOH
H
O
HH
OHH
OH
CH2OH
H
H2C CH
HN
CH
C R
O
OH
CH
CH
CH2CH2 CH312
(神经鞘氨醇)
半乳糖脑苷脂 胆固醇的分子结构
糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中,糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中,动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。
膜脂分子的特点和结构
双亲性
卵磷脂
亲水的极性的头部
疏水的非极性的尾
部
微团 双分子层 脂质体
膜的基本结构——脂质双层( Lipid bilayer )
waterwater
1.2 膜蛋白
膜蛋白具有重要的生物功能,是生物膜实施功能的场所。可以分
为外周蛋白和内在蛋白。它们是受体,酶,抗原,通道和骨架蛋白等。 外周蛋白( peripheral 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。 内在蛋白( integral protein ) 蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。 难溶于水,且不容易从膜中分离出来。 主要以 - 螺旋形式存在。
跨膜蛋白( transmembrane protein)
1.3 膜糖
生物膜中的寡糖链在信息传递和细胞的相互识别方面有重要作用。
糖蛋白上的寡糖链总是指向细胞的外面
生物膜上各种化学组成之间的关系
2. 生物膜的性质与结构特点
2.1 生物膜的运动
膜脂分子:分子摆动、旋转运动、侧向运动、翻转运动等。膜蛋白:扩散运动 、旋转运动。
2.2 膜的相变温度及其影响因素
相变温度( Tm)是膜脂物理状态互相转变的临界温度。高于相变温度时,膜呈流动的液态,低于相变温度时,膜呈凝固的胶态。 相变温度受膜脂中脂肪酸的组成影响。烃链短的脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量较高时,膜脂的相变温度较低,膜呈现较好的流动性。
胆固醇参与膜脂流动性的调节。
2.3 流动镶嵌模型( Mosaic fluid model )
要点 :
生物膜的基本结构是脂质双层 ,蛋白质或镶嵌在膜上或结合在膜的表面 ,膜上的寡糖链总是指向膜的胞外一侧。
膜上的成分是运动的 ,随温度变化 ,脂质双层呈液晶态或凝胶态 .膜的相变温度与膜上脂肪酸烃链的长度和饱和程度有关。
脂质双层的组成成分呈不对称分布。
3. 物质的过膜转运
3.1 物质运输的功能
维持细胞的容积、形态、渗透压、电解质的浓度,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
3.2 小分子物质和离子的过膜转运 简单扩散( simple diffusion)
顺浓度梯度
不需要供应能量 促进扩散( facilitated diffusion )
顺浓度梯度
不需要供应能量
需要通道蛋白或载体蛋白介导 主动转运( active transport)
逆浓度梯度
消耗能量 ( 如 ATP)
需要转运载体
简单扩散 促进扩散 主动运输
物质的电化学梯度
简单扩散——顺浓度梯度注意电荷、极性与大小的影响
促进扩散——顺浓度梯度 注意需要载体或通道协助
通道 载体
以钠钾泵,又称 Na+ K+ ATP酶( Na+ K+ ATP ase )为例。 它是广泛存在于动物细胞膜上的离子运载体,为蛋白二聚体。其功能是保持细胞内高钾低钠,细胞外高钠低钾的浓度梯度,转运过程消耗 ATP 。
钠钾泵有两种构型:
EI 型:亲钠排钾,脱磷酸的形式EII 型:亲钾排钠,磷酸化的形式两种构型发生一次互变,转运出 3个 Na+ ,输入 2 个 K+ ,消耗一分子 ATP 。
主动运输
3.3 大分子物质的过膜转运
胞吞与胞吐
受体介导的内吞作用 (receptor-mediated endocytosis )
免疫球蛋白
低密度脂蛋白( LDL,血浆中的胆固醇转运蛋白)
分泌蛋白的胞内转运过程
信号肽学说( signal peptide hypothesis )
受体介导的细胞内吞作用
受体
内吞泡
配体
溶酶体
内体
信号肽假说( Signal peptide hypothesis )
核糖体
信号肽受体蛋白
信号肽
新生肽链
信号肽酶SRP 受体
内质网腔
胞液
合成的蛋白质
本章结束
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