第七章 生物膜

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糖类化合物: 异头物、重要单糖、双糖结构 单糖化学性质、糖脎的概念 多糖(淀粉和纤维素的结构特点) 脂类化合物 几种重要的脂肪酸(如必需脂肪酸) 脂肪酸的结构特点 酸价、皂化价、碘值等涵义 蛋白质 氨基酸的基本结构、性质 蛋白质二级结构主要类型;球状蛋白质三维结构的特 征;蛋白质溶液的稳定因素和实验室沉淀蛋白质的常用 方法;蛋白质的变性、常用的蛋白质分离技术的基本原 理(如凝胶过滤)
膜内在蛋白质与膜结合的主要形式: 1、以单一α螺旋跨膜 如人红细胞的血型糖蛋白。 2、以多段α螺旋跨膜 如细菌视紫红质蛋白
穿 膜 蛋 白 ( Monotopic 蛋白)
一般具有跨 膜的多肽区的 内在膜蛋白称 之穿膜蛋白, 这是参与跨膜 转运和信号传 递的蛋白质所 必须具备的特 征。受体蛋白 一般都属于这 类蛋白。
可以分为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
外周蛋白(peripheral protein)
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。 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。
2、膜蛋白的运动性 (1)膜蛋白的侧向扩散 (2)膜蛋白的旋转扩散 膜蛋白的旋转扩散一般慢于侧向扩 散,而膜蛋白的侧向扩散又显著慢于膜脂 的侧向扩散。
流动镶嵌模型 (Fluid-mosaic model) 1972年S.Jonathan Singer和 Garth L.Nicolson根据免疫荧光技术、 冰冻蚀刻技术的研究结果,提出了 “流动镶嵌模型”。
(二)膜脂质的双亲性
微团
双分子层
脂质体
膜脂的多态性 1、形成脂双层 由磷脂和糖脂组装成一个脂 双层。由于磷脂和糖脂含有两条 烃链的尾巴,不能很好地包装成 微团,却可以精巧地组装成脂双 层。
2、形成微团或双层微囊 由胆固醇组装。
二、百度文库蛋白
生物膜中含有多种不同的蛋白质,通常称为膜蛋白
根据它们在膜上的定位情况:
5、膜的功能特点:选择透过性 6、细胞膜外表,有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结 合形成的糖蛋白,叫做糖被。(糖被与细胞识别、胞 间信息交流等有密切联系)
流动镶嵌模型
物质的过膜运输
1、被动转运 物质从高浓度的一侧,通过膜转运到低浓度 的另一侧,即沿着浓度梯度(膜两边的浓度差) 的方向跨膜转运的过程。 特点: (1)这类转运是通过被转运物质本身的扩散作用 进行的,是一个不需要外加能量的自发过程。 (2)许多物质的被动转运过程需要特殊的蛋白载 体帮助。
内在蛋白(integral protein)
内在蛋白约占膜蛋白的 70-80% ,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。 内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分,由于 没有水分子的影响,多肽链内形成氢键趋向大大 增加,因此,它们主要以α-螺旋和β-折叠形式存 在,其中又以α-螺旋更普遍。
脂双层是动态结构 侧向扩散,即 在双层中的每层平 面内的脂运动是非 常快的。 横向扩散(也 称之翻转),即双 层中的某一层内的 脂过渡到另一层是 非常慢的。
膜脂分子的运动
侧向 扩散
异构 化运 动
左右 摆动
翻转运动
旋转 运动
影响磷脂流动性的因素:
(1)磷脂脂酰链的不饱和的程度和链长 (2)胆固醇、鞘磷脂的含量 (3)膜蛋白 (4)温度、pH、离子强度、金属离子等
流动镶嵌模型的基本内容
问题:①细胞膜的组成成分? ②细胞膜的基本支架? ③蛋白质分子在磷脂双分子层上如何排布 的? ④细胞膜的结构特点和功能特点?
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1、膜是由蛋白质和脂质组成的。(还有少量多糖) 2、膜的基本支架: 磷脂双分子层(亲水头部朝外,疏水尾部朝内) 3、蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面,有 的部分或全部嵌入磷脂双分子层中,有的横跨 整个磷脂双分子层 4、膜的结构特点:具有流动性(磷脂和大部分的 蛋白质分子都是可以运动的)
是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统 称。细胞的外周膜和内膜系统称为生物膜。 称。
A 细胞膜 B 腔膜 C 线粒体膜 D 消化泡(次级溶酶体) E 内质网膜 F 分泌泡
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(15%-20%)
一、膜脂(lipid)
磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称,其中以磷脂为主要成分 (一)膜脂的种类
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。
分布于质膜表面的糖残基形成一层多糖—蛋白质 复合物(glycocalyx)或称细胞外壳(cell coat)
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。
细菌视紫红 质蛋白 (Polytopic膜 蛋白) 有7个跨膜的 α-螺旋片 段,每个片 段大约含有 25个氨基酸 残基.
3、以蛋白质分子末端片段插膜 4、通过共价键结合的脂插膜
锚脂膜蛋白:通过共价键被“栓”在一
个脂分子上。最简单的一类锚脂膜蛋白是通 过蛋白中的一个氨基酸残基与膜中的脂肪酸 残基,形成酰胺键或酯键固定在膜上的, 这类蛋白质通常出现在病毒和真核细胞中。
生物膜的结构与功能
本章教学目的要求:
掌握生物膜的功能,生物膜的组成和性 质,生物膜的分子结构。
重点、难点:
生物膜的性质,生物膜的分子结构模型。
概述
模式细胞的微观结构
植物细胞 真核细胞 动物细胞 真 菌 蓝 藻 原核细胞 细 菌 放线菌 原核生物 真核生物
细胞
细菌模式图
细胞壁 细胞膜 DNA
鞭毛 纤毛 核糖体
• 核酸 • DNA的一级结构、碱基组成、DNA双螺旋结构 模型 • 核酸紫外吸收热变性(变性、熔解度、增色效应、 减色效应) • tRNA的二级结构 • 维生素 • 脂溶性维生素种类 • 水溶性维生素种类及辅酶
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酶 酶催化作用的特点; 米氏方程的应用; 酶促反应动力学 各类抑制剂对酶催化作用的影响; 酶活性部位 生物膜 流动镶嵌模型
2、主动转运 主动转运是在外加能量驱动下进行的物质跨 膜转运过程。 特点: (1)膜的专一性; (2)载体蛋白,物质的主动转运需要载体蛋白 的参与; (3)方向性,物质可以逆浓度梯度或电化学梯 度进行转运; (4)主动转运过程可以被某些抑制剂抑制; (5)主动转运所需的能量一般由ATP提供。
题型:
是 生物膜的主要成分, 膜 中最丰富,这类脂都 含有甘油骨架。
磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链, 是优良的两亲性分子
N
+
(CH 3 )3
CH 2 CH 2 O O P O CH 2 CH O C R1 CH 2 O OC R2 O O-
极性端
非极性端
(2)鞘磷脂(sphingomyelins) 鞘磷脂是由连接在神经酰胺C1 羟基上 的磷酰胆碱组成的。可以看出,鞘磷脂是 个两性分子,与磷脂酰胆碱很相似,因为 二者都含有胆碱、磷酸和两个长的疏水尾 巴。鞘磷脂存在于大多数哺乳动物细胞的 质膜内,是包围着某些神经细胞的髓鞘的 主要成分。
举例: (1)葡萄糖从血液转运进入红细胞内 (2)人红细胞膜的阴离子交换蛋白
形式有两种: (1)简单扩散 (自由扩散 free diffusion) 特点: ①沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散; ②不需要提供能量; ③没有膜蛋白的协助。
(2)协助扩散 (促进扩散facilitated diffusion) 特点: ①比自由扩散转运速率高; ②特异性,饱和性。 载体:离子载体和通道蛋白两种类型。
植物细胞模式图
动物细胞模式图
溶酶体
细胞质(略) 细胞器及其功能
细胞核 内质网 微粒体和微体 线粒体 核糖体 高尔基体 溶酶体 叶绿体
核被膜结构
内 质 网
单层膜形成的囊状、泡状和管状结构 内质网中的糙面内质网膜与蛋白 质合成及运输有关; 光面内质网则与脂肪、胆固醇代 谢、糖原分解、脂溶性毒素的解 毒有关
糖脂(Glycosphingolipids)
糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。主要分布在细胞膜 外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。
结构为
CH2OH OH OH OH O O
NH CH2 CH CH CH=CH OH 神经鞘氨醇 (CH2)12 CH3
半乳糖
(1)脑苷脂(cerebrosides) 脑苷脂是含有一个单糖残基的糖鞘 脂,该单糖通过β-糖苷键与神经酰胺连接。 半乳糖脑苷脂,也称之半乳糖神经酰 胺,是一个极性头部为β-D-半乳糖残基的 脑苷脂。
1、甘油磷脂 2、鞘磷脂 3、糖脂 4、胆固醇
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。
二、生物膜结构的几个主要特征 (一)膜组分的不对称分布
构成膜组分的脂质、蛋白质 和糖类在膜两侧的分布都是不对 称的。
(二)生物膜的流动性
1、膜脂的流动性 (1)磷脂分子在膜内作侧向扩散或侧向移动 (2)磷脂分子在脂双层中作翻转运动 (3)磷脂烃链围绕C—C键旋转而导致异构化运 动 (4)磷脂分子围绕于膜平面相垂直的轴左右摆 动 (5)磷脂分子围绕于膜平面相垂直的轴作旋转 运动
线粒体
mitochondrial
核糖体显微照片
高尔基体 The Golgi Apparatus 高尔基体膜的主要功能 是为细胞提供一个内部 的运输系统
溶酶体和高尔基体
溶酶体的各种代谢类型
膜系统 核膜 细胞膜 内质网 线粒体 叶绿体 高尔基体 溶酶体
膜结构 双层膜 双层膜 单层膜 双层膜 双层膜 单层膜 单层膜
生物膜的功能
一、保护功能 二、转运功能 (一)细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交 换以维持其正常的功能。 (二)细胞或细胞器通过生物膜,从膜外选择性 地吸收所需要的养料,同时也要排出不需要的物 质。 (三)在各种物质跨膜转运过程中,细胞膜起着 重要的调控作用。
生物膜的化学组成 生物膜:(biomembranes)
(2)神经节苷脂(gangliosides) 神经节苷脂是最复杂的糖鞘脂, 分子中含有的N-乙酰神经氨酸的寡糖 链连接在神经酰胺上。 分子中带有数目不等糖残基的神 经酰胺。
• 动物细胞胆固醇的含量比植物细胞高, 而质膜的胆固醇含量又比胞内膜要高。 胆固醇的存在对生物膜中脂类的物理状 态有一定的调节作用,主要在于调节其 流动性
生物膜的结构
生物膜的结构特点
一、生物膜中分子间作用力 1、静电力 存在于分子的一切极性和带电荷基团之间。 2、疏水作用 对维持膜结构起主要作用。依赖于水的存在。 疏水相互作用:蛋白质分子上非极性基团的氨基 酸侧链和膜脂的疏水部分都与水疏远,它们之间存在一 种相互趋近的作用。 3、范德华力 倾向于使膜中分子尽可能彼此靠近,和疏水作用有 相互补充的作用
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