chapter2细胞和生物膜

1、第第2章章 细胞和生物膜细胞和生物膜2.1 2.1 细胞是细胞是生物体的基本结构单元生物体的基本结构单元 v细胞是组成生物体的基本结构单元细胞是组成生物体的基本结构单元, ,是生是生物体进行代谢、能量转换、遗传、以及其物体进行代谢、能量转换、遗传、以及其它生理活动的它生理活动的基本场所基本场所。v细胞内存在着各种各样的生物化学体系细胞内存在着各种各样的生物化学体系，生物体内发生的大多数化学反应过程都是生物体内发生的大多数化学反应过程都是在细胞内进行的。在细胞内进行的。v恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、达尔文进化论一起誉之为达尔文进化论一起誉之为191

2、9世纪世纪自然科学自然科学的三大发现。的三大发现。v所有的生物都是由细胞组成的，只是不同的生物体所有的生物都是由细胞组成的，只是不同的生物体细胞的大小和形状有所不同。细胞的大小和形状有所不同。v有的细胞人的眼睛可以看得见，如鸟类的蛋，最大有的细胞人的眼睛可以看得见，如鸟类的蛋，最大的直径近的直径近1010厘米（鸵鸟蛋）。厘米（鸵鸟蛋）。v有的细胞直径只有有的细胞直径只有0.10.1微米，要用高倍显微镜才能微米，要用高倍显微镜才能看到，如原始的细菌。大多数细胞的直径是看到，如原始的细菌。大多数细胞的直径是10-10010-100微米，用低倍显微镜就能看到。微米，用低倍显微镜就能看到。v细胞的大小

3、，即使在同一生物体的相同组织中也不细胞的大小，即使在同一生物体的相同组织中也不一样。同一个细胞，处在不同发育阶段，它的大小一样。同一个细胞，处在不同发育阶段，它的大小也是会改变的。也是会改变的。2.1.1 2.1.1 细胞的分类和结构细胞的分类和结构v根据生物的进化程度，细胞可以分为两大根据生物的进化程度，细胞可以分为两大类：类：原核细胞原核细胞(Prokaryote cell)和和真核细真核细胞胞(Eukaryote cell)。v区别：区别：原核细胞和真核细胞最大的区别在原核细胞和真核细胞最大的区别在于于二者体积的不同。二者体积的不同。细胞的分类细胞的分类u外层：细胞壁和细胞外层：细胞壁和

4、细胞膜膜u内部：细胞质，无明内部：细胞质，无明显的细胞器，只有原显的细胞器，只有原始的细胞核（无核膜始的细胞核（无核膜和核仁）和其它一些和核仁）和其它一些核糖核蛋白体等。核糖核蛋白体等。u如：细菌如：细菌(Bacteria)和蓝藻和蓝藻(blue-green algae)等等1.1.原核细胞原核细胞间体间体核糖体核糖体类核类核细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜2. 真核细胞真核细胞v真核细胞是高等植物和动物的基本结构单元。真核细胞是高等植物和动物的基本结构单元。v外层：细胞膜（植物还有细胞壁）外层：细胞膜（植物还有细胞壁）v内部：细胞质，含有细胞器：细胞核、线粒内部：细胞质，含有细胞器：细胞核、线粒体、

5、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶体等；体、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶体等；植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。v各个细胞器具有不同的生物功能，它们之间各个细胞器具有不同的生物功能，它们之间的协调运作，使细胞内的代谢和各种生理活的协调运作，使细胞内的代谢和各种生理活动能够有条不紊地进行。动能够有条不紊地进行。v主要细胞器：主要细胞器：细胞核、线粒体、细胞核、线粒体、核糖核蛋白体、核糖核蛋白体、高尔基体和溶酶高尔基体和溶酶体等。体等。v细胞的细胞的细胞膜、细胞质和细胞器是细胞的细胞膜、细胞质和细胞器是细胞的功能机构功能机构。v生命现象中的许多重要过程，例如细胞

6、的生命现象中的许多重要过程，例如细胞的进化，遗传信息的传递，生物的生殖、发进化，遗传信息的传递，生物的生殖、发育和衰老，生物代谢和调节，能量的产生育和衰老，生物代谢和调节，能量的产生和转换，激素的作用机制，神经信息的传和转换，激素的作用机制，神经信息的传递等，都与生物膜和细胞器功能密切相关。递等，都与生物膜和细胞器功能密切相关。1.1.细胞膜细胞膜 Cell membraneCell membranev是真核细胞表层的一层薄膜，是活细胞的是真核细胞表层的一层薄膜，是活细胞的重要组成部分。厚度只有重要组成部分。厚度只有4-5 nm4-5 nm。v功能功能：保护细胞、进行物质交换、传递信：保护细胞

7、、进行物质交换、传递信息、能量转换、运动和免疫等生理功能。息、能量转换、运动和免疫等生理功能。2.2.细胞质细胞质 cell plasma v细胞质是非常复杂的生物细胞质是非常复杂的生物胶体。胶体。v细胞质所含的有形物质为细胞质所含的有形物质为各种细胞器，细胞器之间各种细胞器，细胞器之间为胞液。为胞液。v细胞胞液主要由酶、激素、细胞胞液主要由酶、激素、脂类、糖类以及多种无机脂类、糖类以及多种无机盐和水组成。盐和水组成。v胞液是细胞内各种细胞器胞液是细胞内各种细胞器之间相互联系的之间相互联系的介质介质。v细胞质内含有一些具细胞质内含有一些具有独立形态的结构，有独立形态的结构，称为细胞器。称为细胞

8、器。v细胞器通过膜（细胞细胞器通过膜（细胞内膜）与周围环境分内膜）与周围环境分开，具有特定的生理开，具有特定的生理功能。功能。3. 细胞器细胞器v原核细胞的原始核无核原核细胞的原始核无核膜和核仁，没有固定的膜和核仁，没有固定的形状，只有一个含有形状，只有一个含有DNA遗传信息的区域。遗传信息的区域。v真核细胞含有固定形状真核细胞含有固定形状的细胞核，有的细胞核，有核膜、核核膜、核仁和组蛋白等，主要成仁和组蛋白等，主要成分是：分是：DNADNA、RNARNA和有关和有关的合成酶。的合成酶。（1）细胞核（）细胞核（Nucleus）v功能功能：遗传信息的存储、复制和转录，影响细胞：遗传信息的存储、复

9、制和转录，影响细胞的代谢活动。的代谢活动。3.3.细胞器细胞器v细胞核液里是细胞核液里是DNADNA分子与组分子与组蛋白形成的染色体纤维。蛋白形成的染色体纤维。vDNADNA分子是分子是遗传信息的携带遗传信息的携带者。者。v很长一段时间染色体上的很长一段时间染色体上的蛋白质组分被认为是蛋白质组分被认为是遗传遗传信息的携带者。信息的携带者。3.3.细胞器细胞器 v原核细胞不含线粒体，大多数动植物真核细胞都原核细胞不含线粒体，大多数动植物真核细胞都含有线粒体。含有线粒体。v线粒体为棒状小粒，由内、外膜和基质组成。线粒体为棒状小粒，由内、外膜和基质组成。（2 2）线粒体）线粒体 Mitochondr

10、ionMitochondrion3.3.细胞器细胞器脊脊基质基质外膜外膜内膜内膜v外膜包围着内膜，内膜部分曲折伸入基质使内外外膜包围着内膜，内膜部分曲折伸入基质使内外膜之间形成孔穴，即膜间空穴。膜之间形成孔穴，即膜间空穴。v内膜为半透膜，只有部分小分子物质可以通过。内膜为半透膜，只有部分小分子物质可以通过。外膜通透性较大，分子量小于一万的分子都可以外膜通透性较大，分子量小于一万的分子都可以通过。通过。内膜内膜外膜外膜脊脊基质基质膜间空穴膜间空穴线粒体功能线粒体功能v线粒体含有多种酶系：主要是呼吸链电线粒体含有多种酶系：主要是呼吸链电子传递酶系、糖类分解氧化酶系、脂肪子传递酶系、糖类分解氧化酶系

11、、脂肪酸的氧化酶系、氧化磷酸化酶系、核酸酸的氧化酶系、氧化磷酸化酶系、核酸合成酶系和蛋白质合成酶系等。合成酶系和蛋白质合成酶系等。v线粒体是进行生物代谢和能量转换最重线粒体是进行生物代谢和能量转换最重要的场所。要的场所。3.3.细胞器细胞器（3 3）核糖核蛋白体）核糖核蛋白体 ribosomesribosomesv相对比较小的细胞器，直径只有相对比较小的细胞器，直径只有20 nm20 nmv成分：核糖核酸与多种结合蛋白构成成分：核糖核酸与多种结合蛋白构成v功能：蛋白质生物合成的主要场所功能：蛋白质生物合成的主要场所v含有两个不规则形状的亚基，在合成蛋白质时结合在一块。含有两个不规则形状的亚基，

12、在合成蛋白质时结合在一块。核糖体在体内的数量和分布决定于代谢活动和已合成的蛋核糖体在体内的数量和分布决定于代谢活动和已合成的蛋白质数量。白质数量。3.3.细胞器细胞器（4）内质网）内质网（ endoplasmic reticulum）滑面内质网（滑面内质网（表面无表面无核糖体核糖体）SERSER粗面内质网（表面附粗面内质网（表面附有核糖体有核糖体 ）RERv由细胞膜引申形成的小管和小胞构成的网状结由细胞膜引申形成的小管和小胞构成的网状结构，构，占细胞总膜的占细胞总膜的5050以上。以上。包括：包括： 3.3.细胞器细胞器内腔内腔功功 能能v内质网上含有多种重要酶系，参与蛋白质、内质网上含有多种

13、重要酶系，参与蛋白质、甘油酯和磷脂的合成及解毒等。甘油酯和磷脂的合成及解毒等。vRER与膜蛋白和运输蛋白的合成有关。与膜蛋白和运输蛋白的合成有关。vSER与脂的合成、生物转移过程（水不溶与脂的合成、生物转移过程（水不溶性有机分子的排泄）有关。性有机分子的排泄）有关。3.3.细胞器细胞器（5 5）高尔基体）高尔基体(Golgi)(Golgi) v高尔基体是真核高尔基体是真核细胞内一种由网细胞内一种由网状小管或泡组成状小管或泡组成的复杂结构。的复杂结构。v功能：可能与细功能：可能与细胞内物质的转运胞内物质的转运和细胞膜更新有和细胞膜更新有关。关。3.3.细胞器细胞器（6 6）溶酶体）溶酶体(Lys

14、osomes)(Lysosomes)：由：由30-4030-40种水解种水解酶和膜基质组成。酶和膜基质组成。v主要含有主要含有：RNARNA水解酶、水解酶、DNADNA水解酶、蛋白酶、水解酶、蛋白酶、酸性糖苷酶、酸性磷酸酯酶、和磷脂酶等。内酸性糖苷酶、酸性磷酸酯酶、和磷脂酶等。内质网和高尔基体都有与溶酶体的形成有关。质网和高尔基体都有与溶酶体的形成有关。3.3.细胞器细胞器v功能功能：细胞内：细胞内代谢物质的分代谢物质的分解、清除的主解、清除的主要场所。要场所。（7 7）叶绿体）叶绿体(Plastids):(Plastids): 存在于绿色植物和存在于绿色植物和藻类的细胞中。藻类的细胞中。v结

15、构与线粒体结构与线粒体相似。外膜是相似。外膜是通透的；内膜通透的；内膜是半透膜。是半透膜。v成分：叶绿素成分：叶绿素v功能：进行光合功能：进行光合作用的场所，将作用的场所，将光能转变成化学光能转变成化学能。类囊体膜的能。类囊体膜的叶绿素分子能捕叶绿素分子能捕捉光。光能被用捉光。光能被用来驱动来驱动COCO2 2合成糖合成糖类。类。3.3.细胞器细胞器类囊体类囊体叶绿体基粒叶绿体基粒基质基质2.2 生物膜生物膜细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。细胞膜以及各种细胞器的外膜通称为生物膜。例如，例如，线粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶绿体等。线粒体、细胞核、内质网、溶酶体和叶绿体等。 o生物膜结

16、构是细胞结构的基本形式，对细胞内生物膜结构是细胞结构的基本形式，对细胞内很多生物大分子的有序反应和整个细胞的很多生物大分子的有序反应和整个细胞的区区域化域化都提供了必需的结构基础，从而使各个都提供了必需的结构基础，从而使各个细胞器和亚细胞结构既具有恒定、动态的内环细胞器和亚细胞结构既具有恒定、动态的内环境，又相互联系、相互制约。从而使整个细胞境，又相互联系、相互制约。从而使整个细胞活动有条不紊、协调一致地进行。活动有条不紊、协调一致地进行。 o生物功能生物功能：生命过程中的许多重要现象，例如：生命过程中的许多重要现象，例如：物质运送、能量转换、细胞识别、免疫、神经物质运送、能量转换、细胞识别、

17、免疫、神经传导、代谢调控、激素和药物作用等，都与生传导、代谢调控、激素和药物作用等，都与生物膜有关。物膜有关。o前景前景：由于生物膜具有选择性的通透性，在工：由于生物膜具有选择性的通透性，在工业、农业和医药等方面也有广阔的应用前景。业、农业和医药等方面也有广阔的应用前景。2.2.1 生物膜的组成和结构生物膜的组成和结构 磷脂磷脂: :甘油磷脂甘油磷脂和鞘磷脂和鞘磷脂脂质脂质 胆固醇胆固醇 糖脂糖脂 外周蛋白外周蛋白 内在蛋白内在蛋白糖类糖类: :水和金属离子水和金属离子1.1.生物膜的组成生物膜的组成蛋白质蛋白质( (包括酶包括酶) )l生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的生物膜的组成，因膜

18、的种类不同而有很大的差别。差别。l例如神经髓鞘，蛋白质只占例如神经髓鞘，蛋白质只占18%，脂质约占，脂质约占79%，而线粒体内膜和细菌质膜，蛋白质占，而线粒体内膜和细菌质膜，蛋白质占75%左右，脂质仅占左右，脂质仅占25%。l一般讲，功能复杂或多样的膜，蛋白质的比一般讲，功能复杂或多样的膜，蛋白质的比例较大。相反，膜功能愈简单，其膜蛋白的例较大。相反，膜功能愈简单，其膜蛋白的种类和含量愈少。种类和含量愈少。(1) (1) 脂质脂质 LipidLipidv脂质是构成生物膜最基本的结构物质脂质是构成生物膜最基本的结构物质 磷脂磷脂: :甘油磷脂甘油磷脂和鞘磷脂和鞘磷脂v脂质脂质 胆固醇胆固醇 糖脂

19、糖脂2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质 磷脂磷脂:GlycerophospholipidsGlycerophospholipidsv有有甘油磷脂甘油磷脂和鞘磷脂和鞘磷脂v主要是主要是磷酸甘油二脂磷酸甘油二脂。甘油中第甘油中第1,21,2位碳原子位碳原子与脂肪酸酯基（主要是与脂肪酸酯基（主要是含含1616碳的软脂酸和碳的软脂酸和1818碳碳的油酸）相连，第的油酸）相连，第3 3位位碳原子则与磷酸酯基相碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。酸酯基组成也不相同。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质 Lipid甘油磷脂的结

20、构：甘油磷脂的结构：v磷脂酸的磷脂酸的含量虽不含量虽不多，但它多，但它是其它甘是其它甘油磷酸酯油磷酸酯 合成的前合成的前体。体。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质 LipidR1COCH2CHOH2CR2OPO-XO磷磷脂脂X=OCH2CH2N(CH3)3OCH2CHCOO-NH3OH2CHCCH2OHO POO-CH2CHCH2O COR4磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱( (卵卵磷磷脂脂) )磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸二二磷磷脂脂酰酰甘甘油油酯酯( (心心磷磷脂脂) )磷磷脂脂酸酸O COR3OHOCO123磷脂酰胆碱（卵磷脂）的结构磷脂酰胆碱（卵磷脂）的结构2. 构成生物膜

21、的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质 Lipid胆碱胆碱脂肪酸脂肪酸v饱和脂肪酸饱和脂肪酸：硬脂酸（：硬脂酸（1818碳脂肪酸）、软脂酸碳脂肪酸）、软脂酸（1616碳脂肪酸）、花生酸（二十碳酸）等。碳脂肪酸）、花生酸（二十碳酸）等。v不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸：油酸（：油酸（1818碳一烯酸碳一烯酸99）、亚）、亚油酸（油酸（1818碳二烯酸碳二烯酸99，1212）、亚麻酸（）、亚麻酸（1818碳碳三烯酸三烯酸99，1212，1515或或6 6，9 9，1212）、花生四烯）、花生四烯酸（二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十二酸（二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。碳六烯酸。v

22、天然脂肪酸骨架的碳原子数目几乎都是偶数。天然脂肪酸骨架的碳原子数目几乎都是偶数。v天然存在的不饱和脂肪酸的双键为顺式构型，天然存在的不饱和脂肪酸的双键为顺式构型，因此分子的因此分子的柔韧性不好。柔韧性不好。COOHCOOH2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质R1COCH2CHOH2CR2OPO-XOOCO123磷脂的特点磷脂的特点v磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂性的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。的脂肪酸链，是优良的两亲性分子。v磷脂分子在水溶液中，由于水分子的作用，磷脂分子在水溶

23、液中，由于水分子的作用，能够形成双层脂膜结构或微团结构。能够形成双层脂膜结构或微团结构。v磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂膜。膜。v磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双磷脂的这种性质，使它具有形成生物膜（双层脂膜）的特性。层脂膜）的特性。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质R1COCH2CHOH2CR2OPO-XOOCO123v磷脂分子中含有磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基亲水性的磷酸酯基和和亲脂的脂亲脂的脂肪酸链肪酸链，是优良的两亲性分子，是优良的两亲性分子磷脂的两亲性（磷脂的

24、两亲性（amphipathic）结构）结构(CH3)3N+CH2CH2OPO-OOCH2CHCH2OOCCOOR1R2极性端非极性端2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质v磷脂分子结构的两性特征决定了它们在生物膜中磷脂分子结构的两性特征决定了它们在生物膜中的双分子层排列的双分子层排列( (脂双层脂双层) )及其与各种蛋白质相结及其与各种蛋白质相结合的特性。合的特性。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质v胆固醇是一种类脂化合物胆固醇是一种类脂化合物, ,在

25、生物膜中含量较多。在生物膜中含量较多。v以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中以中性脂的形式分布在双层脂膜内，对生物膜中脂质的物理状态有一定的调节作用，有利于保持脂质的物理状态有一定的调节作用，有利于保持膜的流动性和降低相变温度。膜的流动性和降低相变温度。v一般动物细胞胆固醇的含量较植物细胞高，细菌一般动物细胞胆固醇的含量较植物细胞高，细菌里还没发现。里还没发现。 胆固醇胆固醇 Sterols2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质v糖脂也是构成双层脂膜的结构物质，主要分糖脂也是构成双层脂膜的结构物质，主要分布在细胞膜外侧

26、的单分子层中。布在细胞膜外侧的单分子层中。 糖脂糖脂 GlycosphingolipidsGlycosphingolipids2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质R2COH2CHCOCH2R1OCOOOHHOHHOHHOHCH2OHH单单半半乳乳糖糖基基二二酰酰甘甘油油v细菌和植物的细胞细菌和植物的细胞膜中糖脂含量较多。膜中糖脂含量较多。这类糖脂结构比较这类糖脂结构比较复杂，主要为复杂，主要为甘油甘油的衍生物的衍生物。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(1) 脂质脂质v脑苷脂中所含的高级脂肪酸有脑苷脂中所含的高级脂肪酸有：二十四酸、二十四：二十四酸、二十四

27、烯酸和烯酸和 - -羟基二十四酸等。这些脂肪酸以酰胺键形羟基二十四酸等。这些脂肪酸以酰胺键形式与神经鞘氨醇中的氨基相连。式与神经鞘氨醇中的氨基相连。HOHOHHOHOCH2OHHCH2CHNHCHCOHCHCHOR(CH2)12CH3OHH( (半半乳乳糖糖) )( (脂脂肪肪酸酸) )( (神神经经鞘鞘氨氨醇醇) )脑脑苷苷脂脂v动物细胞膜：糖脂几乎都是神经鞘氨醇的衍动物细胞膜：糖脂几乎都是神经鞘氨醇的衍生物，如：半乳糖脑苷酯生物，如：半乳糖脑苷酯(2) (2) 膜蛋白膜蛋白v细胞中约细胞中约20-25%20-25%的蛋白的蛋白质与膜结构相连系的。质与膜结构相连系的。v生物膜中含有多种不同生

28、物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜的蛋白质，通常称为膜蛋白。蛋白。v根据它们在膜上的定位根据它们在膜上的定位情况，可以分为情况，可以分为外周蛋外周蛋白和内在蛋白白和内在蛋白。v膜蛋白具有重要的生物膜蛋白具有重要的生物功能，功能，是生物膜实施功是生物膜实施功能的基本场所。能的基本场所。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(2) 膜蛋白膜蛋白外周蛋白外周蛋白内在蛋白内在蛋白外周蛋白质（外周蛋白质（peripheral peripheral protein protein ）v约占膜蛋白的约占膜蛋白的20-30%20-30%，分布分布于膜的脂双层表面。于膜的脂双层表面。v通过通过静电引

29、力静电引力或或范德华力范德华力与与其它膜蛋白相互作用连接在其它膜蛋白相互作用连接在膜上。如：支撑红细胞外形膜上。如：支撑红细胞外形的膜骨架的主要组分的膜骨架的主要组分血影血影蛋白通过其他蛋白与膜连接。蛋白通过其他蛋白与膜连接。v特点特点：都能溶于水；易于分：都能溶于水；易于分离，离，可在不破坏膜结构的情可在不破坏膜结构的情况下，通过温和方法（高离况下，通过温和方法（高离子强度、高子强度、高pH）分离提取。）分离提取。2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(2) 膜蛋白膜蛋白外周蛋白外周蛋白内在蛋白内在蛋白v内在蛋白约占膜蛋白的内在蛋白约占膜蛋白的70-80%70-80%，蛋白的部分或，

30、蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏全部嵌在双层脂膜的疏水层中。水层中。v内在蛋白内在蛋白靠疏水效应与靠疏水效应与膜脂相结合：膜脂相结合：蛋白质分蛋白质分子上非极性基团的氨基子上非极性基团的氨基酸侧链与脂双层的疏水酸侧链与脂双层的疏水部分都与水疏远，这些部分都与水疏远，这些非极性基团之间存在疏非极性基团之间存在疏水缔合作用。水缔合作用。内在蛋白质（内在蛋白质（ integral protein ） 2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(2) 膜蛋白膜蛋白内在蛋白内在蛋白外周蛋白外周蛋白2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(2) 膜蛋白膜蛋白v特点特点：不溶于水；：不溶于水；不容

31、易从膜中分不容易从膜中分离。离。v膜被机械破坏后，膜被机械破坏后，洗涤剂就和内在洗涤剂就和内在蛋白的亲脂性部蛋白的亲脂性部分、膜脂重新形分、膜脂重新形成新的复合物。成新的复合物。内在蛋白质（内在蛋白质（ integral protein ） 以单一以单一 螺旋跨膜螺旋跨膜2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质(2) 膜蛋白膜蛋白v内在蛋白质与脂双内在蛋白质与脂双层疏水区相接触的层疏水区相接触的部分，由于水分子部分，由于水分子的排除，多肽链内的排除，多肽链内形成氢键的趋向大形成氢键的趋向大大增加，因此，它大增加，因此，它们主要以们主要以 - -螺旋或螺旋或 - -折叠形式存在，折叠形式存

32、在，其中以前者更为普其中以前者更为普遍。遍。以单一以单一 螺旋跨膜螺旋跨膜以多段以多段 螺旋跨膜螺旋跨膜(3) 糖类糖类2. 构成生物膜的主要物质构成生物膜的主要物质v生物膜中含有一定的寡糖类物质，生物膜中含有一定的寡糖类物质，大多与膜蛋白大多与膜蛋白结合，少量与膜脂结合。结合，少量与膜脂结合。v糖类在膜上的分布是不对称的，全部糖类在膜上的分布是不对称的，全部分布在非细分布在非细胞质的一侧。胞质的一侧。v生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。v功能功能：细胞表面的天线，在接受外界信息，

33、：细胞表面的天线，在接受外界信息，以及细胞间相互识别方面具有重要作用。以及细胞间相互识别方面具有重要作用。“流体镶嵌流体镶嵌”模型模型: :v19721972年美国年美国SingerSinger和和NicolsonNicolson提出，认为生物提出，认为生物膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的脂质双分膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的海洋中。流动脂质的海洋中。v与过去模型的主要差别与过去模型的主要差别 突出了膜的流动性突出了膜的流动性 显示了膜蛋白分布的不对称性显示了膜蛋白分布的不对称性3. 生物膜的结

34、构生物膜的结构3. 生物膜的结构生物膜的结构2.2.2 生物膜的功能生物膜的功能v保护功能保护功能v转运功能转运功能v能量转换能量转换v信息传递信息传递v运动功能运动功能v免疫功能免疫功能v在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将在细胞或细胞器中，生物膜第一个重要作用是将其内含物质与外界环境分隔开来，使之成为具有其内含物质与外界环境分隔开来，使之成为具有特殊功能的独立个体。特殊功能的独立个体。v生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环生物膜能够保护细胞或细胞器不受或少受外界环境因素改变的影响，保持它们原有的形状和完整境因素改变的影响，保持它们原有的形状和完整结构结构。1. 1. 保护功能保

35、护功能 2. 2.转运功能转运功能v细胞或细胞器需要细胞或细胞器需要经常与外界进行物经常与外界进行物质交换以维持其正质交换以维持其正常的功能。常的功能。v细胞或细胞器通过细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选生物膜，从膜外选择性地吸收所需要择性地吸收所需要的养料，同时也要的养料，同时也要排出不需要的物质。排出不需要的物质。v在各种物质跨膜转在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜运过程中，细胞膜起着重要的调控作起着重要的调控作用。用。人工脂双层膜对不同类型分子的相对透性人工脂双层膜对不同类型分子的相对透性按照转运过程是否需要能量分为：按照转运过程是否需要能量分为：v被动转运被动转运 简单扩散（简单扩散（Di

36、ffusion） 协助扩散（协助扩散（Facilitated transport）v主动转运主动转运 一级主动转运一级主动转运 (Primary active transport) 二级主动转运二级主动转运 (Secondry active transport)2. 2. 转运功能转运功能（1）被动转运）被动转运2. 转运功能转运功能v物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低物质从高浓度的一侧，通过膜转运到低浓度的另一侧，即浓度的另一侧，即沿着浓度梯度沿着浓度梯度（膜两（膜两边的浓度差）边的浓度差）的方向跨膜转运的过程的方向跨膜转运的过程。v这类转运是通过被转运物质本身的扩散这类转运是通过被转运物质

37、本身的扩散作用进行的，浓度梯度越大，扩散速度作用进行的，浓度梯度越大，扩散速度越大。越大。是一个不需要外加能量的自发过是一个不需要外加能量的自发过程。程。（1）被动转运）被动转运v简单扩散：简单扩散：物质从高浓度到低物质从高浓度到低浓度的单纯的扩散作用，不需浓度的单纯的扩散作用，不需借助载体，不消耗能量。只有借助载体，不消耗能量。只有小分子量的不带电或疏水分子小分子量的不带电或疏水分子（H H2 2O O、O O2 2、COCO2 2、尿素、乙醇）、尿素、乙醇）以此方式过膜。有机分子的扩以此方式过膜。有机分子的扩散依赖于分子量和脂溶性。为散依赖于分子量和脂溶性。为一级反应动力学过程。一级反应动

38、力学过程。v协助扩散：协助扩散：物质从高浓度到低物质从高浓度到低浓度（顺浓度梯度），需借助浓度（顺浓度梯度），需借助特殊的孔道蛋白或特殊的孔道蛋白或载体蛋白的载体蛋白的物质运输。包括亲水性分子如物质运输。包括亲水性分子如糖、氨基酸等的运输。糖、氨基酸等的运输。显示的显示的是米氏反应动力学。是米氏反应动力学。2. 转运功能转运功能（2 2）主动转运）主动转运v主动转运是在外加主动转运是在外加能量驱动下进行的能量驱动下进行的物质跨膜转运过程。物质跨膜转运过程。溶质的移动方向是溶质的移动方向是逆浓度梯度逆浓度梯度或或电化电化学梯度学梯度的。的。v主动转运的物质，主动转运的物质，可以是离子、小分可以是

39、离子、小分子化合物，也可以子化合物，也可以是复杂的大分子物是复杂的大分子物质，如某些蛋白或质，如某些蛋白或酶等。酶等。v这一过程一般都与这一过程一般都与ATPATP的释能反应相的释能反应相偶联。偶联。2. 转运功能转运功能 G = 2.3 RTlg(C2/C1) + ZF VG 变化为：变化为：主动转运的特点：主动转运的特点： 膜的专一性膜的专一性：有的细胞膜能主动运输某些氨基酸，：有的细胞膜能主动运输某些氨基酸，但不能运输葡萄糖，有的则相反。哺乳细胞的红但不能运输葡萄糖，有的则相反。哺乳细胞的红细胞能迅速摄取细胞能迅速摄取D-D-葡萄糖，但运输葡萄糖，但运输D-D-果糖的速度果糖的速度则很慢

40、，则很慢， 载体蛋白载体蛋白：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。：物质的主动转运需要载体蛋白的参与。载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转载体蛋白具有专一性，一种载体蛋白一般只能转运一种或一类物质。运一种或一类物质。 方向性方向性：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行：物质可以逆浓度梯度或电化学梯度进行转运。如细胞为了保持膜内、外的转运。如细胞为了保持膜内、外的K K+ +和和NaNa+ +离子的离子的浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过浓度梯度以维持正常的生理活动需要，细胞通过主动转运方式，向内泵入主动转运方式，向内泵入K K+ +，而向外泵出，而向外泵出 NaNa+ +。2. 转运

41、功能转运功能主动转运的特点：主动转运的特点： 选择性抑制选择性抑制。主动转运过程可以被某些抑制剂抑。主动转运过程可以被某些抑制剂抑制。例如，乌本苷专一性地抑制制。例如，乌本苷专一性地抑制NaNa+ +向细胞外的运向细胞外的运输。输。 需要提供能量需要提供能量。主动转运所需的能量一般由糖酵。主动转运所需的能量一般由糖酵解产生的解产生的ATPATP提供，如果加入糖酵解过程的抑制剂，提供，如果加入糖酵解过程的抑制剂，如氟化物，则运输不能进行。如氟化物，则运输不能进行。3. 能量转换能量转换v氧化磷酸化氧化磷酸化: 通过生物氧化作用，将食物分子中通过生物氧化作用，将食物分子中存储的化学能转变成生物能，

42、即将化学能转换成存储的化学能转变成生物能，即将化学能转换成ATPATP分子的高能磷酸键。然后再通过分子的高能磷酸键。然后再通过ATPATP分子磷酸分子磷酸键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。键的分解释放能量，为生物体提供所需的能量。v光合磷酸化光合磷酸化: 通过光合作用，将光能（主要是太通过光合作用，将光能（主要是太阳能）转换成阳能）转换成ATPATP的高能磷酸键。再利用的高能磷酸键。再利用ATPATP的能的能量合成糖类物质。量合成糖类物质。v真核细胞的氧化磷酸化主要在真核细胞的氧化磷酸化主要在线粒体膜线粒体膜上进行。上进行。v原核细胞的氧化磷酸化是在原核细胞的氧化磷酸化是在细胞质膜细胞质膜上进行。上进行。v光合磷酸化主要在光合磷酸化主要在叶绿体膜叶绿体膜上进行。上进行。4. 信息传递信息传递v生物体内的信息传递，如：激素的刺激、生物体内的信息传递，如：激素的刺激、神经的传导等，主要是在细胞膜上进行。神经的传导等，主要是在细胞膜上进行。v细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，这些受体能识别和接受各种特殊信息，这些受体能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关的靶然后将不同的信息分别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢、控细胞并产生相应的效应以调节代谢、控制遗传和其它生理活动。制遗传和其它生理活动。5.5.