第五章生物膜的结构与功能

第五章生物膜的结构与功能

目的与要求：通过本章学习，要求掌握生物膜的结构特点和功能。生物膜在生命活动中的功能是多方面的，其主要功能是：物质运输功能，能量转换功能和信号转导功能。返回本文档共36页；当前第1页；编辑于星期三\12点37分生物膜的结构与功能第一节生物膜的组成和性质第二节生物膜的结构和特点第三节生物膜的功能本文档共36页；当前第2页；编辑于星期三\12点37分第一节生物膜的组成和性质一、膜脂

种类：磷脂、胆固醇、糖脂

特点：多态性（polymorphism）二、膜蛋白外周蛋白、内在蛋白三、糖类—细胞表面天线本文档共36页；当前第3页；编辑于星期三\12点37分第二节生物膜的结构和特点一、生物膜中分子间的作用力

静电力、疏水作用、范德华引力二、生物膜结构的主要特征

膜组分的不对称分布、膜脂和膜蛋白的流动性三、生物膜分子结构模型“流体镶嵌”模型本文档共36页；当前第4页；编辑于星期三\12点37分第三节生物膜的功能一、生物膜与物质运送二、生物膜与能量转换三、生物膜与信号转导本文档共36页；当前第5页；编辑于星期三\12点37分-X甘油磷脂结构磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol)X=磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine)X=磷脂酰胆碱(Phosphatidylchiine)X=磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol)X=双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol)磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine)X=X=本文档共36页；当前第6页；编辑于星期三\12点37分神经酰胺(Ceramide)脂肪酸部分鞘氨醇、神经磷脂和鞘磷脂结构鞘氨醇(Sphingosine)鞘磷脂(Sphingomyelin)磷酸胆碱神经酰胺部分本文档共36页；当前第7页；编辑于星期三\12点37分胆固醇结构胆固醇(Cholesterol)本文档共36页；当前第8页；编辑于星期三\12点37分神经节苷脂的结构D-半乳糖GM1GM2GM3N-乙酰-D-半乳糖D-半乳糖D-葡萄糖N-乙酰神经氨酸硬脂酸鞘氨醇本文档共36页；当前第9页；编辑于星期三\12点37分磷脂分子在水溶液中存在的几种结构形式双层微囊水空气微团单体单层本文档共36页；当前第10页；编辑于星期三\12点37分磷脂类的双层结构和六角形相H1、H2双层结构（Bilyer）六角形相(Hexagonal)H2H1六角形相(Hexagonal)本文档共36页；当前第11页；编辑于星期三\12点37分生物膜膜周边蛋白、膜内在蛋白示意图a.b.c.—膜周边蛋白，d.e.—膜内在蛋白本文档共36页；当前第12页；编辑于星期三\12点37分膜蛋白与膜脂双脂层结合的主要形式血影蛋白(Sectrin)膜脂双层膜脂双层本文档共36页；当前第13页；编辑于星期三\12点37分红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列

本文档共36页；当前第14页；编辑于星期三\12点37分红细胞膜骨架各组分与质膜连接示意图肌动蛋白(Actin)蛋白质4.1(Protein4.1)血影蛋白(Sectrin)带3蛋白(Band3)糖蛋白(Ankyrin)血型蛋白(Glycophorin)糖链本文档共36页；当前第15页；编辑于星期三\12点37分低聚寡糖链跨膜糖蛋白脂双层糖被糖残基唾液酸糖脂细胞外壳（糖萼）示意图膜脂（磷脂、糖脂、胆固醇）本文档共36页；当前第16页；编辑于星期三\12点37分

Singer&Nicolson流体镶嵌模型

本文档共36页；当前第17页；编辑于星期三\12点37分人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层的分布占总量的百分比50255025外层内层膜脂总量鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺本文档共36页；当前第18页；编辑于星期三\12点37分膜脂的相变变相温度（Tc）凝胶态液晶态T<TcT>Tc本文档共36页；当前第19页；编辑于星期三\12点37分磷脂分子运动的几种方式

侧向移动全反式、偏转构型旋转异构化运动翻转运动摆动、扭动本文档共36页；当前第20页；编辑于星期三\12点37分发红光硷性蕊香红标记的人细胞膜蛋白抗体发绿光荧光素标记的小鼠细胞膜蛋白抗体通过细胞膜融合证明膜蛋白运动示意图

本文档共36页；当前第21页；编辑于星期三\12点37分Na+-K+-ATPase的体外重建Na+-K+-ATPase去污剂微囊脂-去污剂微囊增溶的膜蛋白去污剂微囊外加的磷脂透析纯化的膜蛋白Na+-K+-ATPase在脂质体上重建纯化本文档共36页；当前第22页；编辑于星期三\12点37分生物膜与物质跨膜运输

1、被动运输与主动运输2、小分子物质的运送3、生物大分子的跨膜运送4、跨膜运送的分子机制本文档共36页；当前第23页；编辑于星期三\12点37分2．小分子物质的运送（1）阳离子运送（例：Na+.K+-ATPase）

K.whittam及其同事的经典实验

Na+.K+-ATPase的结构和作用的机理（2）糖和氨基酸的运送

协同运送（co-transport）

基团运送（grouptransport)本文档共36页；当前第24页；编辑于星期三\12点37分3、生物大分子的跨膜运送

（1）胞吐和内吞作用（2）新生蛋白质的跨膜定向运送

蛋白质通过信号肽引导到目的地

信号肽(signalsequence)

信号肽假说(signalhypothesis)

线粒体及叶绿体蛋白质的翻译后跨膜运送

线粒体蛋白质的跨膜运送图例本文档共36页；当前第25页；编辑于星期三\12点37分4、跨膜运送的分子机制

1、移动性载体模型2、孔道或通道模型3、构象变化假说移动性载体模型孔道或通道模型构象变化假说本文档共36页；当前第26页；编辑于星期三\12点37分两种类型门控离子通道本文档共36页；当前第27页；编辑于星期三\12点37分被动运输和主动运输示意图（G<0）（

G>0）本文档共36页；当前第28页；编辑于星期三\12点37分被动运送（Passivetransport）

物质从高浓度一侧通过膜运送到低浓度一侧，即顺浓度梯度的方向跨膜运送的过程称被动运输。在该过程中△G<0。

主动运送（Actictransport）

凡物质逆浓度梯度的运送称主动运送，这一过程进行需供给能量。△G=2.3RTlog(C2/C1)+ZF△V>0主动运输的特点：

专一性；饱和性；方向性；可被选择性抑制；需提供能量本文档共36页；当前第29页；编辑于星期三\12点37分K.Whittam的实验

实验设计：

制备红细胞血影（ghost），观察ATP水解情况和膜内外K+，Na+浓度的关系。实验结果：

a．红细胞内ATP水解的同时，K+、Na+都按预定方向跨越细胞膜（2K+进，3Na+出）；b．如果膜内外仅有K+或Na+，则ATP水解极少；c．红细胞血影只能利用膜内ATP，而不能利用膜外ATP；d．K+可被其它正一价离子（如NH4+）取代，而Na+则不能被取代。本文档共36页；当前第30页；编辑于星期三\12点37分Na+.K+-ATPase的亚基结构及其在膜上定位本文档共36页；当前第31页；编辑于星期三\12点37分Na+-K+-ATPase的作用模型ATPADP细胞外细胞质125436本文档共36页；当前第32页；编辑于星期三\12点37分脂双层细胞外细胞内葡萄糖的协同运送系统本文档共36页；当前第33页；编辑于星期三\12点37分细胞