生物膜与细胞器

不耗能转运（被动转运）：凭被转运物质 自身的扩散作用转运而不需要从外面加入 能量。
– 单纯扩散：简单扩散，利用转运物质自身在膜 两边的浓度差（浓度梯度） – 易化扩散：促进扩散，需载体蛋白帮助，又叫 需要载体蛋白的扩散。
易化扩散的两种设想： – ①细胞膜含有大量的专一性转运蛋白，能加速被转运 物质的扩散。 – ②这种转运蛋白对被转运物有识别力和特异亲和力， 结合被转运物质后其构象发生改变。 易化扩散的情况： – 离子载体：细胞膜上的内在蛋白能自身形成横贯细胞 膜脂质双层的通道，让一定的离子通过进入膜的另一 边。 – 特异性载体蛋白：细胞膜上的特异性载体蛋白在膜外 表面上与被转运的代谢物结合，结合后的复合物经扩 散、转动、摆动或其他运动向膜内转运。
细胞核（nucleus）
原核细胞：无核，只有一个含遗传信息的 DNA圆形区称为核质体。 真核细胞：有核，核的主要成分是DNA， 贮存遗传信息。核仁无膜，含有富于RNA 的粒状体，是核糖核蛋白体的前体。
内质网（endoplasmic reticulum）
细胞膜引伸形成的小管同小 泡构成的网状结构。原核细 胞无内质网，所有真核细胞 都有。 内质网是一种复杂的内膜结 构，从细胞膜伸出，围绕着 细胞核和线粒体，直接与高 尔基体相连。由单层膜围成 的扁平囊状的腔或管，这些 管腔彼此之间以及与核被膜 之间是相连通的。内质网按 功能分为糙面内质网 （smooth ER）和光面内质 网（rough ER）两类。
信息传递
高等动物神经信息的传导和生物遗传信息的传递都需要通过 细胞膜完成。
能量转换
最主要形式是氧化磷酸化产生高能磷酸键。真核细胞的氧化 磷酸化主要在线粒体膜上进行。原核细胞则主要在细胞质膜上 进行。
免疫功能
细胞的免疫功能是由于细胞膜对外来物有很强的亲和力，能 识别外来物并利用自身的蛋白质的运动性将外来物吞噬。
耗能转运 （主动运输）：细胞膜的重要功 用之一。 特点：
– 转运载体 – 消耗能量 – 逆浓度梯度
耗能转运机制：
– 依靠ATP的转运 – 依赖离子流的转运——协同转运 – 依赖质子流驱动的转运 – 依靠烯醇丙酮酸磷酸高能键的基团转运作用 – 依赖膜运动的转运——胞饮与胞吐作用
①依靠ATP的转运作用
8.2 细胞壁、荚壁、套膜及细胞膜的结构和功能
8.2.1 细胞壁 除支原状菌属外，所有原核细胞和植物真核细胞都有 细胞壁，动物细胞没有。 形成：位于细胞膜外，由细胞分泌物形成，厚而坚韧。 植物真核细胞：
– 初生壁：薄，一切植物细胞都有，基本成分为纤维素、 半纤维素，还有果胶质、木质素 – 次生壁：厚，部分植物细胞有，基本成分为纤维素和 半纤维素 – 胞间层：两细胞壁共有成分，果胶质
– 吞噬作用：是细胞从外界摄取大分子物质以及细胞碎片等的手段。 – 胞饮作用：从外界摄取的物质为含小分子或离子的微滴状液体。 – 受体介导胞饮作用：指被转运物需先同细胞表面上的受体或配体 结合，引起细胞膜内陷形成囊泡，然后将被运物包围起来带入细 胞。
胞吐作用：细胞内的被排出物先被液泡裹入形成分泌泡， 然后与细胞质膜接触、融合、开口并向细胞外释放被排出 物。
N
+
(CH3)3
CH2 CH2 O O P O CH2 CH O C R1 CH2 O OC R2 O O
-
极性端
中间由甘油醇 或鞘氨醇连接
非极性端
（二）膜脂质的双亲性
膜脂分子的亲水端朝向膜的外面，疏水端朝向膜的中央，自动形成双分子层
微团
双分子层
脂质体
疏水端之间的连接力为疏水力及范德华力，亲水端与水由氢键和静电吸引
根据细胞膜内存在有ATP和专一性的ATP酶， 这种ATP酶有对被转运物亲和力不同的两种 构象，每种构象都有各自被转运物的结合 位点。
钠泵转运Na+、K+的作用 钙泵转运Ca2+的作用
钠泵转运Na+、K+的作用
– 膜上的载体蛋白，称为 Na-K泵或 Na-K-ATP酶。 – 活细胞内，K+浓度都比细 胞外的高。 – 钠泵的作用：将细胞膜外 的K+转运到细胞内，并将 细胞内的Na+压出细胞外， 使细胞内K+维持较高浓度。
高尔基体（Golgi apparatus）
动植物细胞都有。 由一系列扁平小囊和小泡所组成，分泌旺 盛的细胞，较发达。在电镜下得到确认的 高尔基体是由单层膜围成的扁平囊和小泡， 成堆的囊并不像内质网那样相互连接。在 一个细胞中高尔基体只有少数几堆，至多 不过上百。
细胞壁功用：
– 保持细胞的形状和坚韧性，维持细胞质的正常 渗透压使不受外界环境渗透压变化的影响。 – 对细胞起保护作用，减少水分蒸发，防止虫害 和机械损伤。 – 细胞的细胞壁表面有抗原和噬菌体受体，可能 与细胞的免疫性和感染性有关。 – 植物细胞壁主要成分为纤维素，对人类大有用 处。
8.2.2细胞的荚膜、鞘膜和套膜
8.2.3 细胞膜（质膜）
又称质膜或原生质膜，半透膜，质薄而软。 一切细胞都有细胞膜，能选择性的吸收所 需的营养物质和排出不需的废物和毒素， 细胞的许多代谢活动都是通过细胞膜进行 的，没有细胞膜细胞就不能生存。
8.2.3.1 细胞膜的结构
薄层状，厚度6-10nm，质软，具有筛孔，
小分子可以通过大分子不能通过
原核细胞壁外和动物细胞膜外，细胞的分泌物构 成。 细菌细胞的荚膜—成分为多糖、脂蛋白和糖蛋白， 功用为防御吞噬细胞的侵害。 蓝藻细胞的鞘膜—成分为果胶质，功用为保护细胞 不受外围渗透压改变的影响。 动物细胞的套膜—成分与荚膜相似还有酶、抗原和 激素等，功用为保护细胞，与细胞的免疫性、运 输功能、其他生理功能有关 植物细胞只有细胞壁无其他膜
运动功能
某些细胞和生物的运动与细胞膜有密切的关系。
8.3 细胞质
生物溶胶，含有各种细胞器，组成细胞质 的化学物质有糖类、脂类、蛋白质、核酸、 无机物、水、酶、激素等
8.4 细胞器及其功能
细胞质内所含的一些有机结构称为细胞器。 不是所有细胞都含有这些细胞器。细胞器 的膜称为细胞内膜。 包括：细胞核、内质网、微粒体、微体、 线粒体、核糖体、高尔基体、溶酶体、叶 绿体等。
海藻类无纤维素，被木聚糖和甘露糖代替，若干植物 细胞壁还含有蜡质、角质和木栓质
原核细胞（细菌和蓝藻）：
– 较厚，复杂。主要成分为肽聚糖和磷壁酸。
细菌成分：
– G-较G+更复杂，肽聚糖，脂蛋白，脂 多糖，基本上不含磷壁酸。主要成分为脂多糖。
蓝藻成分：
– 多层结构，与G-相近，肽聚糖、脂多糖、脂蛋 白。
Na+-K+-ATP酶体系维持浓度的作用：
–①细胞内丙酮酸激酶的活性需要K+来维持，活 性丙酮酸激酶是糖解作用和蛋白质生物合成所 必需的酶 –②维持膜内外的电位差利于神经冲动通过细胞 膜。
②依赖离子流的转运——协同转运
指细胞靠Na+浓度梯度的势能促使被转运物 进入细胞的一种转运方式，即被转运物随 Na+流一同进入细胞的转运作用，又称为协 同转运。 特点：
⑤依赖膜运动的转运 ——胞饮与胞吐作用
膜运动转运：借助细胞膜的活动而将被转 运物吞入或排出细胞的转运。 分为：胞饮和胞吐作用。两种转运方式中， 脂质双层发生形状变化，属于需能的主动 转运。
胞饮作用：细胞利用质膜活动从外界摄取物质的作用。 过程是用质膜内凹将外物包围形成囊泡并从质膜脱下，留 在细胞内。
细胞壁 套膜 荚膜 鞘
2.细胞器 一切细胞的细胞质内都含有或多或少的 显微结构，这些结构称为细胞器。
原核细胞：原始核（中央体或核体）、无核膜和核 仁、有核糖体、色质体等 真核细胞：细胞核、线粒体、核糖体、内质 网、微粒体、高尔基体等 植物真核细胞还含有质体、叶绿体、液泡等
蓝藻细胞模式图
3 细 胞 的 结 构 模 式
细胞膜的结构
8.2.3.3 细胞膜的功能
保护功能 转运功能 信息传递 能量转换 免疫功能 运动功能
保护功能
保存细胞原有的形状和完整性 使细胞保持特定环境 避免细胞内物质快速降解 有鞘神经的细胞膜还有绝缘作用
转运功能
不耗能转运
– 单纯扩散 – 易化扩散
耗能转运
– 依靠ATP的转运 – 依赖离子流的转运——协同转运 – 依赖质子流驱动的转运 – 依靠烯醇丙酮酸磷酸高能键的基团转运作用 – 依赖膜运动的转运——胞饮与胞吐作用
二、膜蛋白
生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称 为膜蛋白；以糖蛋白为主，脂蛋白次之。
根据它们在膜上的定位情况可以分为： 表在（外周）蛋白和内在蛋白 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施 功能的基本场所。
表在蛋白
内在蛋白
跨膜蛋白
表在蛋白（peripheral protein）
外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离 出来。外周蛋白能溶解于水。 这类蛋白约占膜蛋白的 20 － 30% ，分布于双层脂 膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜 结合。
第八章
生物膜与细胞器
Biomembranes and Organelles
8.1 模式细胞的微观结构
1.细胞膜和细胞壁 原核细胞(procaryotic cell)：细菌、蓝藻
细胞
真核细胞(eucaryotic cell)：其他动植物
相同：都有细胞质和细胞膜 不同：原核细胞与植物真核细胞
动物真核细胞 细菌 蓝藻
脂质双层结构：脂质和蛋白质，磷脂是构
成细胞膜的基本物质，由脂质分子排列成 双层薄膜；蛋白质分子镶嵌在双层内外； 糖蛋白和糖脂的糖基支链一般伸出脂质双 层的外表面；组成膜组分的脂质、蛋白质 和糖类在膜两侧的分布是不对称的。
膜的流动性（流动镶嵌模型） • 包括膜蛋白和膜脂的运动状态 • 转相温度：膜的脂质双层通常为液态溶胶，在 一定温度范围内膜的溶胶、凝胶两态可互变， 这个温度范围称为转相温度。
一、膜脂（lipid）
磷脂和糖脂是大多数细胞膜的共有成分，磷脂占主要地位。 （一）膜脂的种类
1、磷脂：磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、鞘 磷脂 2、糖脂：脑苷脂 3、胆固醇（真核细胞） 植物细胞膜大部分为糖脂；真 核细胞膜还含有胆固醇；红细 胞和肝细胞膜含胆固醇较高； 原核细胞膜不含胆固醇。
膜的运动性
流Fra Baidu bibliotek镶嵌模型：
•突出了膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向移动。 •膜蛋白的不对称性，球形蛋白质有的镶嵌在膜的 内或外表面，有的嵌入或横跨脂双分子层。
8.2.3.2
细胞膜的化学组成
所有生物膜几乎都是由蛋白质（膜蛋白）和脂类（膜脂） 两大物质组成。尚含有少量糖、金属离子和水（15%-20%）
– 需要专一性的转运蛋白 – 转运能量来自Na+梯度的贮能 – 有同向转运和反向转运
协同同向转运和协同反向转运
③依赖质子流驱动的转动
物质转运依赖质子流的能量完成。 质子流：呼吸链中的电子传递体系产生的 质子梯度。 高电位质子流产生的能量可驱使被转运物 质跨过细胞质膜。 例如：大肠杆菌转运乳糖.
④依靠烯醇丙酮酸磷酸高能键 的集团转运作用 物质转运是通过转磷酸酶系将底物的高能 键磷酸根转移给细胞外的糖成为磷酸糖， 磷酸糖在底物的代谢能推动下进入细胞内。
内在蛋白（integral protein）：细胞膜的主 要蛋白
蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。
这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键 与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。
三、膜糖
生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多 与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。
糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于 细胞膜的外侧。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。 生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识 别方面具有重要作用。
甘油磷脂（Glycerophospholipids）
主要是磷酸甘油二脂。 甘油中第 1 ， 2 位碳原子与脂 肪酸酯基（主要是含 16 碳的 软脂酸和 18 碳的油酸）相连， 第 3 位碳原子则与磷酸酯基 相连。不同的磷脂，其磷酸 酯基组成也不相同。
磷脂分子中含有亲水性的磷酰碱基极性端和 亲脂的脂肪酸链非极性端，是优良的两亲性分子
糙面内质网上所附着的颗粒是核糖体，它是蛋白 质合成的场所。因此糙面内质网最主要的功能是 合成分泌性蛋白质。所合成蛋白质的糖基化修饰 及其折叠与装配也都发生在内质网中。其次是参 与制造更多的膜。 光面内质网上没有核糖体，但是在膜上却镶嵌着 许多具有活性的酶。光面内质网最主要的功能是 合成脂类，包括脂肪、磷脂和甾醇等。