第四章细胞膜与物质的穿膜运输

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cell Biology
一、片层结构模型
1935年,由J.Danielli&H.Davson提出
细胞膜是蛋白质-磷脂-蛋白质的三层夹
板样结构
二、单位膜模型 1959年,由J.D.Robertson提出
cell Biology
细胞膜在电子显微镜下呈现“暗-明-暗”
三层结构。两层暗线各厚2nm,中间明
磷脂
膜脂 胆固醇 糖脂
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1、磷脂是膜脂的主要成分 磷脂酰胆碱(PC) 磷脂酰乙醇胺(PE) 甘油磷脂 磷脂酰丝氨酸(PS) 磷脂酰肌醇(PI) 鞘磷脂
磷脂
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甘油磷脂的化学结构
两亲性性分子
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疏水性基团
亲水性基团
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两亲性分子(兼性分子、双亲性分子): 像磷脂分子这样,既具有亲水性基团,
学活性。
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第二篇 细胞的结构与功能 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
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细胞膜(cell membrane):是包围在细胞 质表面的一层界膜,又称质膜。 内膜系统(endomembrane system):真核
cell Biology
· 外周蛋白为水溶性蛋白
· 外周蛋白与膜结合较弱,较易从膜上分离
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3、脂锚定蛋白(脂连接蛋白)
位于膜的两侧,通过共价键与脂双层结合
结合方式:
①胞质侧蛋白→与脂双层中的碳氢链结合
②非胞质侧蛋白→与磷脂酰肌醇连接的寡糖链结合
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晶格镶嵌模型
板块镶嵌模型
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五、脂筏模型
1988年,由Simon提出
脂双层不是一个完全均匀的二位流体,内
部存在富含胆固醇和鞘磷脂以及特定膜蛋
白的微区,称为脂筏。
特点:脂筏区域比膜的其他部分厚,更有 秩序且流行性小。其周围是流动性较高的 液态区。
又具有疏水性基团的分子,被称为两亲性
分子。
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磷脂酰乙醇胺
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磷脂酰胆碱
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2、胆固醇
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胆固醇在脂双层中的位置
膜蛋白的运动性
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脂质双分子层既具有固体所具有的分子 排列的有序性,又具有液体的流动性。这种 居于晶态和液态之间的状态,即液晶态是细 胞膜极为重要的特性。
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生理条件下,膜大多数呈液晶态。当温 度下降到某一点时,它可以从流动的液晶态 转变为晶态;温度上升时又可以熔融为液晶 态。这一临界温度称为膜的相变温度(Tm)。 温度的变化导致膜状态的改变称为相变。
·跨膜域一般为疏水性氨基酸 ·亲水的极性部分位于膜的内外两侧
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2、膜外在蛋白(周边蛋白、外周蛋白)
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· 占膜蛋白总量的20%~30%
· 位于脂双层的内、外表面,通过非共价键
间接与膜结合,又称外周蛋白
红细胞的血影蛋白和 锚蛋白为外周蛋白。
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2、脂肪酸链的长短 脂肪酸链短的相变温度低,流动性大。
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3、胆固醇的双重调节作用
当温度在相变温度以上时,胆固醇能够
限制膜的流动性,起到稳定质膜的作用;当 温度在相变温度以下时,胆固醇能防止脂肪 酸链相互凝聚,干扰晶态形成。
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胆固醇的功能
胆固醇在脂双层中的位置
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肽键
氨基端 (N端)
羧基端 (C端)
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蛋白质的结构
一级结构:多肽链中氨基酸的排列顺序
二级结构:靠主链氨基酸残基之间氢键形成, 有α-螺旋和β-片层两种形式。
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三级结构:由不同侧链间通过氢键、离子键 和疏水键的相互作用形成,具有 生物学活性。 四级结构:由多个亚单位(三级结构)通过 氢键等非共价键组成,具有生物
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细胞膜蛋白的分离
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外在膜蛋白为水溶性蛋白,一般用一些温 和的方法,如改变溶液的离子强度或pH,即可 将它们从膜上分离下来,不需要破坏膜的基本 结构。 脂锚定蛋白通过共价键与脂质双层连接, 内在膜蛋白是双亲性分子,常用去垢剂分离。
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十二烷基磺酸钠(SDS)为常用的离子型 去垢剂,能引起蛋白质变性,得到的蛋白没有 活性。 Triton X-100是非离子型去垢剂,对蛋白 质的作用比较温和。
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胆固醇的特点:
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3、糖脂 定位:位于膜的非胞质面; 组成:脂类和寡糖; 结构:双亲性分子,极性基团为糖残基部
分,疏水部分为脂肪酸链或长烃链;
功能:作为某些分子的受体,与细胞识别
及信号转导相关。
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(三)膜糖类覆盖细胞膜表面
含量:约占细胞膜重量的2%-10%
存在形式:
糖脂=膜脂+糖链
膜糖类
糖蛋白=膜蛋白+糖链
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复习回顾 1、细胞膜的化学组成。 2、两亲性分子。
磷脂 膜脂 胆固醇 糖脂 内在膜蛋白 细胞膜 膜蛋白 外在膜蛋白 脂锚定蛋白 膜糖类 糖脂
显厚约3.5nm,膜的总厚度约为7.5nm。
三、流动镶嵌模型 1972年,由Singer和Nilson提出
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脂双层构成膜的连贯主体,它具有晶体分
子排列的有序性,又具有液体的流动性。
膜中蛋白质以不同形式与脂双层结合。
流动镶嵌模型的优缺点:
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优点:强调了膜的流动性和不对称性,较好 的解释了生物膜的功能特点,是目前被普遍 接受的膜结构模型。 缺点:不能说明具有流动性的质膜在变化过 程中怎样保持膜的相对完整性和稳定性,忽 视了膜的各部分流动性的不均匀性等。
5、膜蛋白的影响
膜上嵌入的蛋白越多,膜脂的流动性就越小。
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复习回顾 1、细胞膜的化学组成。 2、两亲性分子。
磷脂 膜脂 胆固醇 糖脂 内在膜蛋白 细胞膜 膜蛋白 外在膜蛋白 脂锚定蛋白 膜糖类 糖脂
糖蛋白
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3、细胞膜的生物学特性。
4、膜脂的运动方式。
5、影响膜脂流动性的因素。
不对称性
细胞膜生物学特性 流动性
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膜蛋白的运动性
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膜蛋白的运动方式是侧向扩散和旋转运动。
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三、细胞膜的分子结构模型
主要的膜结构模型:
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1935年,片层结构模型
1959年,单位膜模型 1972年,流动镶嵌模型 1975年,晶格镶嵌模型 1977年,板块镶嵌模型 1997年,脂筏模型
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核苷酸是核酸的基本组成单位。
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核苷酸的分子结构:
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酯键
糖 苷 键
核 苷
单核苷酸
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核酸的分子结构:

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功能
mRNA
rRNA tRNA
作为蛋白质合成的模板
参与形成核糖体,核糖体 是蛋白质合成的机器 转运特定氨基酸,参与蛋 白质合成
膜脂分子的运动方式
(1)侧向扩散运动 (2)旋转运动 (3)翻转运动 (4)弯曲运动 (5)伸缩、震荡运动
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影响膜脂流动性的因素
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1、脂肪酸链的饱和程度
脂双分子层中含不饱和脂肪酸越多,相
变温度越低,其流动性也越大。
①温度在相变温度以上 时,起到稳定质膜的 作用; ②温度在相变温度以下 时,能有效防止低温 时膜流动性的突然降 低。
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4、卵磷脂与鞘磷脂的比值
卵磷脂的脂肪链不饱和程度高,相变温度低;
鞘磷脂的脂肪链的饱和程度高,相变温度高。
卵磷脂与鞘磷脂的比值越大,膜的流动性越高;
卵磷脂与鞘磷脂的比值越小,膜的流动性越低。
细胞内除质膜外其它所有的膜结构,构成内
膜系统。
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生物膜:细胞质膜和细胞内膜系统称为生物
膜。
单位膜(unit membrane):电镜下,生物 膜呈现的“暗-明-暗”的三层结构,叫单位 膜 ,是一切生物膜所具有的共同特性。
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单位膜
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脂双层具有作为生物膜理想结构的特点: 构成分隔两个水溶性环境的屏障,具有选 择通透性; 脂双层具有连续性,受损时可自我修复; 脂双层柔韧可变性,可完成细胞运动、分 裂、分泌等生理功能。
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(二)膜蛋白 ——执行细胞膜的多种重要功能
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1、膜脂的不对称性
• 磷脂和胆固醇分布为相对不对称,仅为数
量上的差异;
• 糖脂的分布为绝对不对称,只在膜的非胞
质面;
• 不同膜性细胞器中脂类组成成分不同。
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2、膜蛋白的不对称性
• 膜蛋白分布是绝对不对称; • 各种膜蛋白在质膜中都有一定的位置; • 膜蛋白均具有一定的方向性。
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膜蛋白的不对称性
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3、膜糖类的不对称性
• 膜糖类的分布是绝对不对称的;
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• 糖脂、糖蛋白的寡糖链只分布于质膜外表面;
• 内膜系统中,寡糖链分布于膜腔的内侧面。
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(二)膜的流动性—膜功能活动的保证
膜的流动性主要是指:膜脂的流动性
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第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性
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第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性
一、细胞膜的化学组成 脂类——膜脂
细胞膜 蛋白质——膜蛋白
糖类——膜糖类
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(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架 细胞膜上的脂类称为膜脂,他是细胞的 基本结构成分,形成细胞膜的基本骨架。
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1、以脂质及蛋白质成分为基础的膜相结构体系 2、以核酸蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系 ——遗传信息表达体系;
3、由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系
——细胞骨架体系;
4、核糖体和细胞质溶胶。
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无机化合物:水、无机盐
生物小分子 细胞内 的分子 生物大分子 有机小分子:单糖、脂肪酸、 氨基酸、核苷酸 核酸 蛋白质 多糖
复习
一、细胞是生命活动的基本单位
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细胞是指有膜包围的,能独立生存和繁殖的 最小原生质团,是有机体结构和功能的基本 单位。 构成细胞的三大要素:膜 一套遗传信息 一套完整的代谢系统
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真细菌 原核细胞 细胞 真核细胞 古核细胞 细胞
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古细菌
原核细胞 真核细胞
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膜脂在水溶液中的存在形式: 球状分子团 双分子层,自动闭合形成脂质体
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脂质体:当两性分子如磷脂和鞘脂分散于水相时,分子 的疏水尾部倾向于聚集在一起,避开水相,而亲水头部 暴露在水相,形成具有双分子层结构的的封闭囊泡,称 为脂质体。
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二、原核细胞
特点:
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(1)结构简单
DNA为裸露的环状分子,无核膜,形成拟核
细胞质中无膜性细胞器,含有核糖体
(2)体积小:直径约为1到数个微米 主要代表:支原体、细菌、蓝藻等
3
支原体
支原体是最小的原核生物。
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真核细胞的结构特点: ——生物膜系统;
根据膜蛋白和脂双层结合的方式不同, 膜蛋白可分为三种基本类型:
1、膜内在蛋白(整合膜蛋白)
2、膜外在蛋白(外周蛋白)
3、脂锚定蛋白
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1、膜内在蛋白(整合膜蛋白、穿膜蛋白)
• 占膜蛋白总量的70%~80%
• 多以α-螺旋构象穿越脂双层 • 与脂双层结合紧密
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内在膜蛋白是双亲性分子
糖蛋白
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二、细胞膜的生物学特性
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细胞膜的主要特性是膜的不对称性和流 动性,这是由于组成膜的各种化学组分的不 对称性和流动性所导致的。
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(一)膜的不对称性——决定膜功能的方向性 膜脂的不对称性 膜蛋白的不对称性 膜糖类的不对称性
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