生物末的结构与功能2 ppt课件

1、Function and structure of bioomembranes本章主要内容本章主要内容生物膜的化学组成生物膜的化学组成生物膜的构造生物膜的构造物质的过膜运输物质的过膜运输信号的跨膜传导信号的跨膜传导A A 细胞膜细胞膜B B 腔膜腔膜C C 线粒体膜线粒体膜D D 消化泡次级溶酶体消化泡次级溶酶体E E 内质网膜内质网膜F F 分泌泡分泌泡 一切生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。一切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、金属离子和水尚含有少量糖、金属离子和水15%-20%磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称，其中以磷脂为主要成分磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称，其

2、中以磷脂为主要成分化学组成化学组成 磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链，是优良的两亲性分子脂肪酸链，是优良的两亲性分子(CH3)3N+CH2CH2OPO-OOCH2CHCH2OOCCOOR1R2极性端非极性端极性端非极性端极性端脂双层构造模型 糖脂也是构成双层脂膜的构造物质。主要分布糖脂也是构成双层脂膜的构造物质。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。脂主要是脑苷脂。 构造为构造为OOHCH2OHOOHOHCH2CHNHCHCH=CHOH(CH2)12CH3神经鞘氨醇半乳

3、糖 根据在膜上的定位情况：根据在膜上的定位情况： 外周蛋白外周蛋白 内在蛋白内在蛋白 膜蛋白是生物膜实施功能的根本场所。膜蛋白是生物膜实施功能的根本场所。旋和旋和- -折叠方式存在，其中又以折叠方式存在，其中又以- -螺旋螺旋更普遍。更普遍。跨膜蛋白跨膜蛋白三、膜糖三、膜糖(1)磷脂分子的运动：在膜内作侧向分散或侧向挪动；围绕磷脂分子的运动：在膜内作侧向分散或侧向挪动；围绕与膜平面垂直的轴作旋转运动；围绕与膜平面垂直的轴左右与膜平面垂直的轴作旋转运动；围绕与膜平面垂直的轴左右摆动；膜脂沿纵轴的上下振动；在脂双层中作翻转运动；摆动；膜脂沿纵轴的上下振动；在脂双层中作翻转运动；烃链围绕烃链围绕C-

4、C键旋转而导致的异构化运动键旋转而导致的异构化运动 1970年Frye和Edidin所做的细胞交融实验。它们用细胞交融技术将小鼠细胞和人体细胞进展交融，并同时用不同的荧光抗体标志各自细胞外表的蛋白质。当两种细胞交融构成杂核细胞后，各自特定的蛋白质分布在各自膜外表。一段时间后发现不同的蛋白质已均匀的分布在杂核细胞膜上。 流动镶嵌模型流动镶嵌模型脂双分子层是细胞膜的主要构造支架；膜蛋白为球蛋白，分布于脂双层外表或嵌入脂分子中，有的甚至横跨整个脂双层；细胞膜具有流动性；组成细胞膜的各种成分在膜中的分布是不均匀的，即具有不对称性。第三节第三节 物质的过膜运输物质的过膜运输单向转运单向转运同向、异向同向

5、、异向协同转运协同转运根本方式根本方式一、小分子与离子的过膜转运一、小分子与离子的过膜转运顺浓度梯度顺浓度梯度不需求能量不需求能量 1)1)由高浓度向低浓度由高浓度向低浓度2 2不需求能量不需求能量3 3需通道蛋白或载体蛋白介导需通道蛋白或载体蛋白介导三自动运输三自动运输active transport1 1转运载体转运载体2 2耗费能量耗费能量3 3逆浓度梯度逆浓度梯度如：质子泵、钠如：质子泵、钠-钾泵、钙泵等钾泵、钙泵等自动转运举例：自动转运举例： Na+-K+ ATPase Na+-K+ ATPase 是膜上的载体蛋白，称为是膜上的载体蛋白，称为Na-KNa-K泵或泵或 Na-K-ATP

6、 Na-K-ATP酶酶由由2222四个亚基组成四个亚基组成Na-K-ATPNa-K-ATP酶有两种不同的构型酶有两种不同的构型二、大分子物质的过膜转运二、大分子物质的过膜转运吞噬作用吞噬作用phagocytosis细胞内吞噬较细胞内吞噬较大的固体颗粒大的固体颗粒或分子复合物或分子复合物如微生物、细如微生物、细胞碎片等的过胞碎片等的过程。程。可饱和性可饱和性受体的特点受体的特点专注性专注性 可逆性高亲和性高亲和性特定的作用方式特定的作用方式二、二、G G蛋白偶联型受体系统蛋白偶联型受体系统两种构象：两种构象：非活化型：非活化型： GDP活化型：活化型：GTP分布极广，参与细胞物质代谢的调理和基因

7、转录的调控分布极广，参与细胞物质代谢的调理和基因转录的调控G G蛋白相偶联的受体：一条肽链构成的过膜蛋白，有蛋白相偶联的受体：一条肽链构成的过膜蛋白，有7 7个跨膜个跨膜-螺旋肽段往返于质膜的脂质双层中螺旋肽段往返于质膜的脂质双层中1.受体受体-G蛋白蛋白-AC腺苷酸环化酶途径腺苷酸环化酶途径 ： 以靶细胞内以靶细胞内cAMP浓度改动和激活蛋白激酶浓度改动和激活蛋白激酶Aprotein kinase A,PKA为主要特征，是激素调理物为主要特征，是激素调理物质代谢的主要途径质代谢的主要途径功能：功能： 调理物质代谢调理物质代谢 调控基因表达调控基因表达( (二二) G) G蛋白偶联受体信号转导

8、的主要途径蛋白偶联受体信号转导的主要途径 配体与受体结合配体与受体结合交换交换GTP/GDPGTP/GDPG G蛋白活化蛋白活化结合并激活结合并激活ACAC腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶生成生成cAMPcAMP第二信使第二信使 激活激活PKAPKA 发扬作用发扬作用2.2.受体受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC磷脂酶磷脂酶C C途径途径 当激素与受体结合后经当激素与受体结合后经G G蛋白转导，激活磷脂酶蛋白转导，激活磷脂酶C C，由磷脂，由磷脂酶酶C C将质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸将质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)(PIP2)水解成三磷酸肌醇水解成三磷酸肌醇(IP3)(IP3)和和DGDG。 脂

9、溶性的DG在膜上累积并使严密结合在膜上的无活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰岛素、-肾上腺素等激素和神经递质在细胞膜上的受体，还有糖原合成酶，DNA甲基转移酶，Na-KATP酶和转铁蛋白等)的丝氨酸或苏氨酸的羟基磷酸化。引起细胞内的生理效应。三、酶偶联受体介导的信号转导系统三、酶偶联受体介导的信号转导系统酶偶联受体具有和G蛋白偶联受体完全不同的分子构造和特性，其胞质侧本身具有酶的活性，或者可直接结合并激活胞质中的酶而不需求G蛋白的参与。知的六类酶偶联型受体有：受体酪氨酸激酶、受体鸟苷酸环化酶、受体酪氨酸磷脂酶、受体丝氨酸/苏氨酸激酶酪氨酸激酶衔接的受体、组氨酸激酶衔接的受体与细

10、菌的趋化性有关。下面主要引见受体酪氨酸激酶和受体鸟苷酸环化酶。 受体酪氨酸激酶receptor protein tyrosine kinases，RPTKs是最大的一类酶偶联受体。RPTKs都由三部分组成：细胞外构造域、单次跨膜的疏水螺旋区、细胞内构造域。受体酪氨酸激酶的胞外区是结合配体构造域，配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位点。 Rasrat sarcoma是原癌基因c-ras表达的产物， 是单体GTP结合蛋白，具有弱的 GTP酶活性。经过与GTP或GDP的结合调理其活性。 受体鸟苷酸环化酶receptor

11、guanylate cyclase是单次跨膜蛋白受体，胞外段是配体结合部位，胞内段为鸟苷酸环化酶催化构造域。受体的配体如心房排钠肽ANPs和脑排钠肽BNPs。当血压升高时，心房肌细胞分泌ANPs，促进肾细胞排水、排钠，同时导致血管平滑肌细胞松弛，结果使血压下降。介导ANP反响的受体分布在肾和血管平滑肌细胞外表。ANPs与受体结合直接激活胞内段鸟苷酸环化酶的活性，使GTP转化为cGMP，cGMP作为第二信使结合并激活依赖cGMP的蛋白激酶GPKG，导致靶蛋白的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化而活化，从而引起细胞反响。四、离子通道受体介导的信号转导四、离子通道受体介导的信号转导离子通道型受体是一类本身为离

12、子通道的受体，离子通道的开放和封锁，称为门控(gating)。根据门控机制的不同，将离子通道主要分为三大类：(1) 化学门控通道，(2)电压门控通道，(3)机械门控通道，这3种通道蛋白质使不同细胞对外界相应的刺激起反响,完成跨膜信号转导。离子通道受体介导的信号转导的特点：不需求产生其它的细胞内信使分子，信号转导的速度快，对外界作用出现反响的位点较局限。一化学门控通道一化学门控通道化学门控通道chemically-gated ion channel又称配体门控性离子通道: 由某些化学物质控制其开或关的通道称，以递质受体命名，如乙酰胆碱受体通道、谷氨酸受体通道、门冬氨酸受体通道等。N2型Ach受体阳离子通道是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质，构成一种构造为2的梅花状通道样构造；每个亚单位的肽链都要反复贯穿膜4次；在5个亚单位中，Ach的结合位点在亚单位上，结合后可引起通道构造的开放，然后靠相应离子的易化分散而完成跨膜信号转导 二电压门控通道二电压门控通道 电压门控通道又称电压依赖性或电压敏感性离子通道:因膜电位变化而开启和封锁，以最容易经过的离子命名，如K+、Na+