生物膜的结构与功能

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细胞膜特性：不对称性和流动性 （1）细胞膜的不对称性
脂质双分子层中各层所含的磷脂种类有明显不同。 非胞质侧： 头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂 酰胆碱、鞘磷脂）。
细胞膜
末端含有氨基的磷脂分子（磷脂 胞 质 侧： 酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。
糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂质分子中。
（2）膜蛋白的不对称性
小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、
蔗糖、氨基酸等则很难透过；
带电荷的离子是高度不通透的。
+
+
钠 浓 度 梯 度 13 倍
小 亚 基
大 亚 基
钾 浓 度 梯 度 30 倍
[
[ ]
]
ATP
ADP+Pi
细胞质
+
+
Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
钠 浓 度 梯 度 13 倍
RNA：染色质中含有少量RNA来源与功能尚有 争论。
（2）染色质的超微结构与组装
基本结构单位：核小体
核小体基本结构
球状组蛋白核心
核 小 体
H3
H2B
10nm
H4
DNA双螺旋(140-160bp、1.75圈） 核
组 蛋 白：八聚体
H2A
H2A H2B
H3
H1
H4
连接DNA （50-60bp）
心
H3 H4
糖 (Gal) 3 CH
CH3 CH3 N CH2 CH2 O P O O 神经 酰胺
CH3 糖 CH3 N (Gal) CH2 糖 2 CH (Gal) O O
糖 O P (Gal) O
O
鞘 磷 脂
鞘 胺 醇
半 鞘 乳 磷 脂 糖 苷 脂
神经 酰胺
糖 鞘 磷 脂 脂 分 子
一、膜的化学组成
（二） 膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。
细胞膜的分子结构：液态镶嵌模型
（1）脂质双分子层构成膜的基本骨架。 （2） 球形的膜蛋白镶嵌在脂质双分子层中。 （3）膜的两侧结构是不对称的。 （4）膜脂和膜蛋白具有流动性。 寡糖链
极性头部 脂质双分子层 疏水尾部
镶嵌蛋白 外周蛋白
水 水
水
磷脂分子团 磷脂双层 磷脂脂质体
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糖类+膜蛋白
细胞外被(糖萼)
膜糖类主要分布在细胞膜的外表面，是细胞相 互识别、粘着、信号接收、通讯联络、免疫应答等 的分子基础，在膜与外界环
境相互作用过程中担负着许
多重要的功能。
细胞外被 细胞表面 细胞膜 （主体结构） 胞质溶胶
(cell surface)
二、膜的分子结构模型
（一）液态镶嵌模型(fluid mosaic model) （二）晶格镶嵌模型 （三）板块镶嵌模型
4.翻转运动
液态镶嵌模型的缺点：
没有说明流动的细胞膜在变化中是怎样保持膜的相对
完整和稳定性。
晶格镶嵌模型和板块镶嵌模型对此进行了补充。
晶格镶嵌模型认为：只有部分类脂是流动的，而镶嵌
蛋白及周边的类脂分子呈晶态分布，不能流动。
板块镶嵌模型认为：在流动的脂双分子层中存在许多
大小不同、刚性较大的能独立移动的有序的类脂板块，
20种氨基酸其结构共同特点：含有氨基的有机酸 两 性 电 解 质
碱性的氨基 侧 链
两 性或 化 酸性的羧基 合 物
蛋白质的四个结构水平
维持蛋白质构象的作用力
肽键 共价键 二硫键 一级结构
化学键
氢键 二硫键 次级键 疏水键
盐键
二级结构
三、四级结构
范德华力
一、膜的化学组成
（三）膜糖类
糖类+膜脂
膜糖类 共价键 糖 脂 共价键 糖蛋白
Na+
Na+
Na+ Na+
Na+ Na+
K+
K+
Na+
钾结合部位
大大 大 大 大 大 亚 亚亚 亚 亚 亚 基基 基 基 基 基
Na+
钾 浓 度 梯 度 30 倍
[
[ ]
]
K+ K+
钠结合部位
Na+ Na+
Mg+ Pi
Pi
K+
K+ K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+ K+
ATP
ADP+Pi
K+
细胞质
胞液
蛋白质：80% RNA：10%~11% DNA：8% 少量脂类
（2）核仁的形态结构
① 纤维成分：主要为RNA和蛋白质，构成核仁的
海绵状网架，位于内部。
② 颗粒成分：由rRNA和蛋白质组成的核糖体
的前体物——大小亚单位，位于
纤维成分周围。
核仁周边染色质
③ 核仁区染色质 核仁内染色质（rDNA为核仁组织区）
生物膜
细胞内膜：除了细胞膜以外的细胞 内的膜性结构。
一、膜的化学组成
细胞膜具有各种复杂而重要的功能，其基
础在于它的化学组成和结构。在各种不同类型
的细胞中，细胞膜的化学组成相同，即主要由
脂类、蛋白质及糖类组成。
脂
类：50%
蛋白质：40%~50%
糖
类：1%~10%
一、膜的化学组成
（一）膜脂
p17
第三节 生物膜的结构与功能
细 胞 膜
概念
细胞膜又称质膜(plasma membrane)是 指包围在细胞表面的一层极薄的膜， 主要由膜脂和膜蛋白组成。
作用
•维护细胞内微环境的相对稳定； •参与同外界环境进行物质交换、能量和信 息传递； •在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重 要作用。
细胞膜
核纤层 染色质（纤维）
镶
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内
膜膜
蛋
白
体
2．核仁(nucleolus)
核仁是真核细胞间期核中最显著的结
构，是细胞内rRNA合成、加工和核糖体
亚单位装配的场所。在细胞增殖周期中，
核仁又是一个高度动态的结构，表现出周
期性消失与重建，其功能状态与细胞内蛋
白质合成密切相关。
（1）核仁的化学组成
这些有序板块被流动的类脂区分开，这两者之间处于
一种连续动态平衡中。
三、膜功能
1 2 3 4 界膜和细胞区域化 调节运输
功能定位与组织化
信号转导 参与细胞间的相互作用
5
6
能量转换
三、膜功能
（一）界膜和细胞区域化

细胞区域化
(delineation and compartmentalization)
并与其相通故为粗面的内质网一部分，膜可与胞
质中的某些微管、微丝相连起固定核位置的作用。
隙宽：20-40nm；看不到有形物质，充满液态 物质，为各种蛋白质和酶此间隙与内质网有临时通道， 可进行核—质物质交换。
核膜上的圆形小孔，
由内外两层核膜融合形成，
是核—质的直接通道， 孔径：50～70nm， 不与核周隙相通。
膜蛋白
外周蛋白（外在蛋白）： 主要在膜的内表面， 为水溶性，非共价与 （20~30%） 膜脂或内在蛋白相连。
镶嵌蛋白（内在蛋白）： 不同程度镶嵌在脂类 （70~80%） 双层的内部。

运输蛋白 酶 连接蛋白 信号转导受体
蛋白质 protein 蛋白质的基本单位 氨基酸
（主要元素： C H O N ；少量的S）
H2A、H2B、H3、H4各两个
H2B H2A
H1
H2A
H4
H2B
H3
核 小 体
部 连 接 部
DNA分子：146147bp、1.75圈 组 蛋 白：H1
DNA分子：60bp
染色质组装：
串珠模型： 一级结构 —— 核小体（组成串珠链）
二级结构—— 螺线管
三级结构—— 超螺线管 四级结构—— 染色单体
一、蛋白质合成细胞器
蛋白质合成 细胞器
细 胞 核
核 糖 体
（一）细胞核（nucleus）
电镜下显示细胞核、核仁
核孔 核 膜
核 仁
染色质 核基质
（1）核 膜（核被膜）nuclear membrane
核膜是由两层单位膜构成
其内表面有一层电子密度高的蛋白质细
丝附着（纤维蛋白层），称为核纤层。
核外膜表面附着核糖体，形似粗面内质网，
细胞膜的“液态镶嵌模型”的基本要点是什么？
第四节 真核细胞的细胞器
生命的基本单位——细胞
原核生物向真核生物进化的一个重要变化 就是细胞内部结构的复杂化，即出现了许多结 构和功能都不同的细胞器。

蛋白质合成细胞器 内膜结构系统细胞器 细胞形态与运动相关细胞器 能量转换的细胞器 细胞表面结构与运动的细胞器
一级结构 —— 核小体串珠链
11nm

三、膜功能
（六）能量转换(energy transduction)


叶绿体
线粒体
三、膜功能
1 2 3 4 界膜和细胞区域化 调节运输
功能定位与组织化
信号转导 参与细胞间的相互作用
5
6
能量转换
思考题
细胞膜的化学组成是什么？它有哪些功能？ 简述蛋白质的组成单位、蛋白质的分子结构、
蛋白质的功能。
④ 核仁基质：无定形的液态物，与核基质类似。
核仁组织区（NOR）：深入到核仁内的染色质，上面
载有大量rRNA基因（又称rDNA），此段 DNA 是组织形 成核仁的部位，称为核仁组织区。
人类的NOR位于5对有随体的染色体 （13、14、15、21、 22号染色体）副缢痕部位，参与核仁的形成。
核仁 核膜
（2）核孔复合体
8对
8个
1个
核孔功能：（1）允许水溶性物质运输。
（2）选择性运输大分子物质。
（3）核纤层（nuclear lamina）
位于内层核膜内侧由纤维蛋白组成的纤维网 络结构，分A、B、C三种，均为酸性蛋白。
是一种高度动态结构，与核膜的解体和重建有关。
膜 核
外
周 嵌
蛋 腔
膜
白
复 合
核 孔


磷脂
胆固醇

糖脂
磷 脂
磷酸化醇
X ︳ O O P—O O
磷酸 甘油
磷酸甘油酯
脂 脂 肪 肪 脂 酸 酸
CH— CH—CH2
O
C
O
O C O
神经鞘磷脂
肪
酸
非 极 （性 疏尾 水部 ）基 团
胆固醇
极性头部
平 面 甾 环 结 构
非 极 性 尾 部
糖脂
CH3
糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。
CH3 CH3 CH3 N CH2 CH 糖 2 O (Gal) O P O O 神经 酰胺
两者是同一种物质在细胞间期和分裂期的不同表现形式
（1）染色质化学组成
DNA
染色质 化学组成
组蛋白 RNA
非组蛋白
DNA： 染色质的主要成分，为遗传物质的分子基础。遗传 信息的携带者，遗传信息就蕴藏在DNA分子的核苷
酸序列中。
人体细胞DNA序列中含有2-2.5万个基因。
真核细胞DNA分类 ：
①单一顺序
细胞核 线粒体 内质网 高尔基体 溶酶体 胞内体 细胞表面 分泌囊泡 过氧化物体 质体
细胞内蛋白质的运输路线
孔门运输 跨膜运输 囊泡运输
三、膜功能
（三）功能定位与组织化

细胞器
三、膜功能
（四）信号转导

受体蛋白信号传递
三、膜功能
（五）参与细胞间的相互作用


细胞识别
细胞黏着


细胞连接
细胞间通讯
②重复顺序（高度重复顺序、中度重复顺序）
组蛋白：是一类碱性蛋白
有H1、H2A、H2B、H3、H4 五类
组蛋白 : DNA≈1:1 功能：参与染色体的构建； 维持染色体结构； 抑制 DNA的复制和转录。
非组蛋白：是一类酸性蛋白，种类多，功能 各异，有特异性。
功能：① 参与染色体的构建
② 调控基因转录
A、 跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性。
B、 糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。
C、 膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。
膜分子结构的不对称性决定了膜内表面功能的不对称性
细胞膜的流动性
脂类和蛋白质都有流动性，生理状态下，膜 脂双分子层处于液晶态（流动性和有序性结合）， 温度低变为晶态，温度上升恢复为液晶态。 1.侧向运动 2.转动 3.左右摆动
含有rDNA的间期 10条染色质以袢环 形式进入核仁
（3） 核仁周期：核仁随细胞周期的进行而呈现
周期性变化（形成和消失）。
间 期 分 裂 期 细胞分裂末期
细胞有 1~2个 或多个 核仁。
染色质浓缩、 rRNA 合 成 停 止 ， rDNA 袢 环逐渐缩回到 染色体，核仁 缩小继而消失。 核仁（消失）
核仁组织者染色体 解旋，rDNA伸展成 袢样，重新转录 rRNA，经积累和包 装rDNA袢环周围又 组建成新的核仁。 核仁（再现）
核仁（有）
核仁的功能：
合成rRNA、装配核糖体亚单位， 与细胞内蛋白质合成密切相关。
3. 核基质
在核液中存在着一个主要由非组蛋白纤维组成 的网络状结构，被命名为核基质。由于它的形态与 胞质骨架很相似，相互之间又有一定的联系，也被
三、膜功能
（二）调节和运输


某些物质可以“自由通透”
某些物质出入细胞的障碍
通透性特点：
脂溶性或者疏水性（如，苯、乙醚、氯仿、甾醇类激素
等）越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；
非极性分子（如，O2、H2、CO2等）比极性分子（如，
NO、CO、SO2 ）容易透过，极性不带电荷小分子如
H2O、乙醇等可以透过脂双分子层，但速度较慢；
称为核骨架。
功能：在真核细胞DNA复制、基因表达中起 作用， 参与染色体DNA有序包装和构建。
4.染色质与染色体
染色质 染色体
染色质是由DNA、组 蛋白、非组蛋白和少量 RNA组成的线性复合 结构，是遗传物质在间 期细胞的存在形式，常 呈网状不规则的结构。
染色体是指细胞在有
丝分裂或减数分裂过
程中，由染色质聚缩 而成的棒状结构。