生物化学生物膜与物质运输
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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 （plasma membrane），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。
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. 物质的跨膜转运
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
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。
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）
water
water
微团
双分子层
脂质体
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。
简单扩散
易化扩散
物 质 的 电 化 学 梯 度 主动运输
1、简单扩散——顺浓度梯度
注意电荷、极性与大小的影响
通道
载体
2、易化扩散——顺浓度梯度 注意需要载体或通道协助
3、主动运输
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。
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）
CH2OH
H2
OH
O OC
H
OH H
H
H
H OH
O HN C R
CH
OH
CC HH
C H
CH2CH2 12 CH3
(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，
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
疏
水
的
非
极
卵磷脂
性
的
尾
部
亲水的极性的头部
双亲性
膜的基本结构——脂质双层（Lipid bilayer）
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。
红色荧光标记抗体
绿色荧光标记抗体
证明膜蛋白可以在脂质双层中进行自由侧向运动
2.2 膜的相变温度及其影响因素
相变温度（Tc）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。
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
易化扩散（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
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
分泌蛋白的胞内转运过程 信号肽学说（signal peptide hypothesis）
Байду номын сангаас受体
配体
溶酶体
内体 受体介导的细胞内吞作用
内吞泡
新生肽链
核糖体
胞液
信号肽受体蛋白
合成的蛋白质
SRP受体 信号肽
信号肽酶 内质网腔
信号肽假说（Signal peptide hypothesis）
本章结束
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）
生物膜结构要点:
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。
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 （plasma membrane），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。
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. 物质的跨膜转运
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
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。
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）
water
water
微团
双分子层
脂质体
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。
简单扩散
易化扩散
物 质 的 电 化 学 梯 度 主动运输
1、简单扩散——顺浓度梯度
注意电荷、极性与大小的影响
通道
载体
2、易化扩散——顺浓度梯度 注意需要载体或通道协助
3、主动运输
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。
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）
CH2OH
H2
OH
O OC
H
OH H
H
H
H OH
O HN C R
CH
OH
CC HH
C H
CH2CH2 12 CH3
(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，
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
疏
水
的
非
极
卵磷脂
性
的
尾
部
亲水的极性的头部
双亲性
膜的基本结构——脂质双层（Lipid bilayer）
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。
红色荧光标记抗体
绿色荧光标记抗体
证明膜蛋白可以在脂质双层中进行自由侧向运动
2.2 膜的相变温度及其影响因素
相变温度（Tc）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。
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
易化扩散（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
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
分泌蛋白的胞内转运过程 信号肽学说（signal peptide hypothesis）
Байду номын сангаас受体
配体
溶酶体
内体 受体介导的细胞内吞作用
内吞泡
新生肽链
核糖体
胞液
信号肽受体蛋白
合成的蛋白质
SRP受体 信号肽
信号肽酶 内质网腔
信号肽假说（Signal peptide hypothesis）
本章结束
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）
生物膜结构要点:
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。