细胞生物学细胞膜.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞生物学细胞膜,细胞膜得分子组成与分子结构,一、细胞膜得化学组成,二、细胞膜得特性,三、细胞膜得结构模型,细胞,膜得化学组成,组成,膜,脂,膜蛋白,膜糖类,磷脂,(,phospholipid,),胆固醇,(,cholesterol,),构成膜主体,糖脂,(,glycolipid,),膜得流动性,(fluidity),两个特性,膜得不对称性,(asymmetry),生物膜得特性,(一)片层结构模型,(lamella structure model),细胞膜就是蛋白质,-,磷脂,-,蛋白质三层夹板式结构。,细胞膜得结构模型,(二)单位膜模型,(,unit membrane model,),细胞膜都呈现清晰得两暗夹一明得三层结构。,(三)流动镶嵌模型,(,fluid mosaic mode,),流动得脂类双分子层构成了细胞膜得连续主体,蛋白质分子无规则地分散在脂类得海洋中。强调了膜得流动性及不对称性,较好解释了生物膜得功能特点。,(四)脂筏模型,(,lipid raft model,),生物膜上胆固醇和鞘磷脂富集而形成有序脂相,如同脂筏一样载着各种蛋白,就是一种动态结构。,第二节 细胞膜与细胞内外物质转运,本节重点,1、,物质跨膜运输得各个相关概念,2、,掌握物质跨膜运输得类型,特点,代谢废物,细胞内容物,有害分子、,微生物 等,营养成分,营养物质分子,选择通透,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,膜内外物质得运输,膜内外物质得运输,小分子运输,大分子运输,被 动 运 输,主动 运 输,胞吐作用,胞吞作用,穿膜运输,膜泡运输,小分子物质得跨膜运输,帮助扩散,被动运输,主动运输,(一)被动运输(,passive transport,),就是指物质顺浓度梯度,由浓度高得一侧通过膜运输到浓度低得一侧得穿膜扩散,不消耗代谢能得运输方式。,被动运输,单纯扩散,通道扩散,载体扩散,转运蛋白不同,1、,单纯扩散,(,simple diffusion,),帮助扩散,被动运输,主动运输,1、,单纯扩散,(,simple diffusion,),一些物质不需要膜蛋白得帮助,能顺浓度梯度自由扩散,通过膜得脂双层,如苯、醇、类固醇类激素以及,O,2,、,N,2,等就就是通过这种方式。,双层膜对不同分子得相对透性,气体,疏水分子,小极性分子,大极性分子,带电分子或离子,疏水,(,脂溶性,),得小分子,不带电得极性小分子,自由通透,:,强,单纯扩散得特点,不需要膜蛋白得帮助,不消耗,ATP,细胞膜两侧有一定得浓度差,(一)被动运输(,passive transport,),被动运输,单纯扩散,通道扩散,载体扩散,膜转运蛋白(,transport protein,):就是指细胞膜上负责转运不能通过单纯扩散穿膜得物质得蛋白质。如负责转运各种离子、葡萄糖、氨基酸及各种代谢产物得载体蛋白和通道蛋白。,通道蛋白(,channel protein,):在膜形成亲水孔道,贯穿脂双层,介导特定离子转运。,载体蛋白(,carrier protein,):与特定溶质分子结合,通过构象改变进行物质转运。,(二)通道扩散(,channel diffusion,),帮助扩散,被动运输,主动运输,通道扩散,通道蛋白介导,适当大小及带电荷得物质穿越细胞膜。,水通道,(water channel),闸门通道,(gated channel),电压闸门通道(,voltage-gated channel,),配体闸门通道(,ligand-gated channel,),channel,水通道,(water channels),1991,年,Peter Agre,发现第一个水通道蛋白,CHIP28,她将,CHIP28,得,mRNA,注入非洲爪蟾得卵母细胞中,在低渗溶液中,卵母细胞迅速膨胀,5,分钟内破裂。,目前在人类细胞中已发现得此类蛋白至少有,11,种,被命名为水通道蛋白,(Aquaporin,AQP),。,水得跨膜运输,1、,穿越膜质双分子层简单扩散,2、,水通道介导转运,2003,年,美国科学家彼得,阿格雷和罗德里克,麦金农,分别因对细胞膜水通道,离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,闸门通道,(gated channel):,绝大多数跨膜通道蛋白具有闸门作用,仅在特定刺激发生反应得瞬间打开称闸门通道。,电压闸门通道,(,voltage-gated channel,),:,膜电位发生变化可刺激闸门开放得闸门通道。,配体闸门通道,(,ligand-gated channel,),:,细胞内外得配体与细胞表面得受体结合,引起通道蛋白构象改变使闸门开放称为配体闸门通道。,通道蛋白,配体,高浓度,低浓度,电化学梯度,通道在神经元与肌细胞得冲动传递过程中起重要作用。,Eg:,含羞草得闭叶反应,草履虫得快速转向运动,内耳听觉得感应。,通道蛋白转运得主要特性,运输得速度快 就是载体蛋白效率得,1000,倍。,不耗能 即通道均属被动运输。,不就是持续开放得 有,“,闸门,”,控制,在受到膜电位或化学信号刺激,后短暂开放。,单纯扩散,不需要膜蛋白得帮助,不消耗,ATP,靠膜两侧保持一定得浓度差运输物质。,通道扩散,需要通道蛋白的帮助,(三)载体扩散,载体扩散,借助于细胞膜上载体蛋白得构象变化而顺浓度梯度得物质运输方式。,载体蛋白,(carrier protein),:,一类跨膜蛋白,与特定物质结合,可通过自身构象得改变使物质穿越细胞膜。,载体蛋白介导得被动运输,载体蛋白在胞外结合葡萄糖分子构象变化结合位点转至胞内侧释放葡萄糖分子构象恢复。,载体蛋白介导运输,得特点,(,1,)载体蛋白具有高度得特异性。,(,2,)通过载体易位机制转运,不耗能。,(,3,)载体蛋白得饱和性。,单纯扩散,不需要膜蛋白得帮助,不消耗,ATP,靠膜两侧保持一定得浓度差运输物质。,载体扩散,需要载体蛋白的帮助,小分子物质得跨膜运输,帮助扩散,被动运输,主动运输,主动运输,(,active transport,),在载体蛋白得帮助下,细胞膜利用能量来驱动物质得逆浓度梯度方向得运输方式,离子泵,(,ion pump,),伴随运输,(,co-transport,),离子泵 具有载体和酶得双重作用,具有专一性,如钠钾泵、钙泵、质子泵等。,能量来源:,ATP,离子泵,Na,+,-K,+,泵:(,Na,+,-K,+,-ATP,酶),Na,+,-K,+,pump,Na,+,-K,+,ATPase,细胞质,Na,+,Na,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,K,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,小,亚,基,大亚基,大亚基,ATP,ADP+Pi,钾浓度梯度,30,倍,钠浓度梯度,13,倍,小,亚,基,大亚基,大亚基,小,亚,基,大亚基,大亚基,Pi,钠结合部位,钾结合部位,Na,+,Na,+,Na,+,Na,+,K,+,K,Na,+,+,泵,Mg+,Pi,Pi,K,+,K,+,K,+,大亚基,小,亚,基,大亚基,大亚基,小,亚,基,大亚基,大亚基,每消耗,1,分子,ATP,泵出,3,个,Na,+,泵入,2,个,K,+,一般动物细胞要消耗,1/3,总,ATP,来维持细胞内低,Na,+,高,K,+,得离子环境,以维持细胞正常得生命活动,结构,:,由大、小两个亚基组成,大亚基为一多次穿膜跨膜蛋白,大亚基得胞质胞质侧有一个,ATP,结合位点和三个,Na,+,结合位点,在膜得外侧面大亚基上有,2,个,K,+,结合位点和,1,个,ouabain(,乌本苷,能抑制,ATP,酶,),结合位点;,小亚基为一糖蛋白,其作用仍不甚清楚,Na,+,-K,+,泵:(,Na,+,-K,+,-ATP,酶),Na,+,-K,+,pump,Na,+,-K,+,ATPase,Na,K,泵运输,Na,、,K,得意义,:,直接效应,维持胞内低钠高钾得离子梯度。,间接效应,调节细胞容积,维持胞内外渗透压平衡。用乌本苷处理细胞,细胞很快涨破。,产生得,Na,浓度差就是某些物质如葡萄糖和一些氨基酸运输得电化学势能保障。,胞内高浓度,K,为蛋白质合成及糖酵解所需得重要酶活动提供了重要条件。,参与形成膜电位。,Ca,2+,泵:(,Ca,2+,-ATP,酶),Ca,2+,pump,Ca,2+,ATPase,肌浆网,Ca,2+,细胞质,Ca,2+,(肌细胞收缩),Ca,2+,从细,胞质泵入肌浆网(肌细胞舒张),激活,Ca,2+,-ATP,酶,顺浓度差释放到肌细胞质,结构:,分子量为,10,万得跨膜蛋白,工作过程:,水解一分子,ATP,运转两个,Ca,2+,反向运转一个,Mg,2+,意义:,1,、维持细胞内低,Ca,状态,2,、调节肌细胞得收缩与舒张,位置:,细胞膜(植物细胞、真菌及细菌)和细胞器得膜,意义:,1,、参与,ADP,合成,ATP,(线粒体,叶绿体),2,、维持高酸性环境(溶酶体、胃内及植物液泡),3,、维持细胞质内恒定得,PH7、0,值,H,+,-ATP,酶(质子泵),2,、,离子梯度驱动得主动运输,伴随运输,主动运输,(,active transport,),1、,离子泵,载体蛋白介导得协同运输,协同运输:一种物质得运输依赖于第二种物质得同时运输。,分类:,协同运输根据物质运输得方向又分为:,同向协同运输:两种伴物质运输方向相同。,逆向协同运输:两种伴随物质运输方向相反。,单运输:与协同运输相对,单一运输一种物质。,单向运转,同向运转,逆向运转,协同运输,单运输,同向协同运输,逆向协同运输,伴随运输就是与离子梯度相偶联得主动运输过程,具体地讲,这种过程就是由膜上得,Na,+,-K,+,泵和特异性得载体蛋白共同协作完成得。,分类:同向运输、逆向运输。,协同运输举例,例,1、,Na,+,驱动葡萄糖得,同向协同,运输(离子梯度驱动得主动运输),细胞外,Na,+,浓度,-,膜内外,电化学梯度,Na,+,载体扩散细胞内,-,葡萄糖同时入胞,Na,+,、,葡萄糖与载体蛋白脱离,Na,+,被泵出细胞外葡萄糖在细胞底部载体扩散到细胞外液中。,Na,+,势能,小肠上皮细胞转运葡萄糖入血,2,个钠离子,运输一分子葡萄糖,例,2,:逆向协同运输,(,离子梯度驱动得对向运输,),如动物细胞得,Na,+,-H,+,对向运输。质膜上有,Na,+,-H,+,交换载体,Na,+,进入驱动,H,+,流出,清除代谢产生得过多得,H,+,调节细胞内得,pH,值。,Na,+,-H,+,对向运输,小分子物质得跨膜运输,帮助扩散,被动运输,主动运输,膜内外物质得运输,膜内外物质得运输,小分子运输,大分子运输,被 动 运 输,主动 运 输,胞吐作用,胞吞作用,穿膜运输,膜泡运输,总结 小分子物质得运输形式:,单纯扩散,-,被动运输,膜蛋白介导得运输:,载体蛋白,主动运输,被动运输,(,载体扩散,):,葡萄糖载体蛋白,通道蛋白:全部被动。闸门通道:配体闸门通道,电压闸门通道,离子泵:,ATP,供能,协同运输,(,离子梯度驱动得主动,运输,),:电位势能,Na,+,-K,+,-ATP,酶,Ca,2+,-ATP,酶,H,+,-ATP,酶,葡萄糖,-,Na,+,Na,+,-Ca,2+,Na,+,-H,+,名词,被动运输,单纯扩散,配体,/,电压闸门通道,载体扩散,主动运输,伴随运输,复习题,1、,小肠上皮细胞转运葡萄糖入血得方式？,2、,简述,Na,+,-K,+,-ATP,酶得工作原理。,一、生物膜得化学组成和分子结构,二、小分子物质得跨膜运输,三、大分子和颗粒物质得跨膜运输,四、质膜得特化结构合功能,大分子和颗粒物质得跨膜运输,膜泡运输(,membrane-vesicle transport,):大分子和颗粒物质在细胞内得转运就是由膜包围形成小泡进行运输。,膜泡运输特点:,伴随着膜得运动,主要就是膜本身结构得融合、重组和移位。,与主动运输一样,也需要能量得供应。,胞吞作用,(endocytosis),胞吐作用,(exocytosis),膜泡运输:,胞吞作用和胞吐作用,外吐作用,吞噬作用,吞噬体,phagosome,胞饮作用,吞饮体,pinosome,膜泡运输,外吐作用,吞噬作用,胞饮作用,内吞和外吐得过程,(1),膜泡形成:大分子物质包裹在膜泡内,不与其她大分子或细胞器相混杂。,(2),膜融合:膜泡与特定部位得膜,(,靶膜,),相接触并融合。,(3),膜循环:,内吞：质膜面积减小；,外吐：质膜面积增大。,一、内吞作用,(endocytosis),1,、概念:细胞通过质膜得变形运动将细胞外物质转运入细胞内得过程。,2,、类型:根据内吞泡大小和内容不同,吞噬作用,(,phagocytosis),吞饮作用,(,pinocytosis),受体介导得内吞作用,(receptor-mediated endocytosis),分三类,(一)吞噬作用,1、,吞噬作用:摄入颗粒物质得过程,吞噬泡,1,m,。,2、,吞噬作用由吞噬细胞完成。,3、,吞噬作用得触发:被吞噬物与吞噬细胞表面结合,激活细胞表面受体,触发吞噬活动。,吞入较大得固体颗粒和大分子复合物,形成吞噬体或吞噬泡,250nm,吞噬作用,(phagocytosis),