考研科目动物生物化学生物膜和物质转运省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第6章章 生物膜与物质运输生物膜与物质运输Biomembranes and cellular transportation第1页本章主要内容本章主要内容1 1 生物膜化学组成生物膜化学组成2 2 生物膜性质和结构生物膜性质和结构3 3 物质跨膜运输物质跨膜运输第2页 重点与难点：重点与难点：生物膜性质和结构生物膜性质和结构 物质跨膜运输物质跨膜运输 第3页第一节第一节 生物膜组成生物膜组成 生物膜（生物膜（biomembranes）:是指细胞膜是指细胞膜系统。系统。生物膜主要由生物膜主要由蛋白质和脂类蛋白质和脂类两大物质两大物质组成，含有少许组成，含有少许糖、金属离子和水。糖、金属离子和水。第4页一、膜脂一、膜脂(lipid)(lipid)膜脂膜脂 磷脂磷脂 糖脂糖脂 胆固醇胆固醇1、膜脂种类膜脂种类甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂第5页甘油中第甘油中第1 1，2 2位位碳原子与碳原子与脂肪酸脂肪酸酯酯基相连，第基相连，第3 3位位碳原子则与碳原子则与磷酸磷酸酯基酯基相连。相连。（1）甘油磷脂（）甘油磷脂（Glycerophospholipids）第6页（2）鞘磷脂）鞘磷脂半乳糖半乳糖 鞘磷脂鞘磷脂第7页（3）糖脂：糖脂：鞘糖脂鞘糖脂（4）胆固醇）胆固醇第8页2 2、膜脂质双亲性、膜脂质双亲性 亲水头部亲水头部(磷酰磷酰X)，疏水尾部（脂，疏水尾部（脂肪链），形成脂质双分子层。肪链），形成脂质双分子层。磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）极性端极性端非极性端非极性端第9页第10页二二 膜蛋白膜蛋白 生物膜中含有蛋白质通常称为膜蛋生物膜中含有蛋白质通常称为膜蛋白。依据在膜上定位，膜蛋白可分为白。依据在膜上定位，膜蛋白可分为外外周蛋白质和内部蛋白质。周蛋白质和内部蛋白质。它们是受体，酶，抗原，通道和骨它们是受体，酶，抗原，通道和骨架蛋白等。架蛋白等。第11页 分布于双层脂膜外分布于双层脂膜外表层。表层。与膜结合比较疏与膜结合比较疏松，轻易从膜上分离出来。松，轻易从膜上分离出来。外周蛋白比较亲水，外周蛋白比较亲水，能溶解于水。能溶解于水。外在蛋白（外在蛋白（peripheral protein）第12页 蛋白部分或全部蛋白部分或全部嵌在双层脂膜疏水层嵌在双层脂膜疏水层中。中。溶于水，且不轻易溶于水，且不轻易从膜中分离出来。从膜中分离出来。主要以主要以-螺旋形式螺旋形式存在。存在。内在蛋白（内在蛋白（integral protein）第13页 生物膜中含有一定寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。生物膜中糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有主要作用。三三、膜糖膜糖第14页O-糖肽键连接糖肽键连接N-糖肽键连接糖肽键连接N乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺 N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺第15页生物膜生物膜上各种化学组成之间关系上各种化学组成之间关系第16页一、膜运动性一、膜运动性 1 1 磷脂分子运动：分子摆动、旋转运磷脂分子运动：分子摆动、旋转运动、侧向运动、垮膜翻转等。动、侧向运动、垮膜翻转等。第二节第二节 生物膜结构特点生物膜结构特点第17页2 膜蛋白运动膜蛋白运动膜蛋白运动膜蛋白运动:侧向扩散侧向扩散 旋转扩散旋转扩散第18页 膜流动性有利于蛋白质运动；膜流动性有利于蛋白质运动；使膜含有韧性；使膜含有韧性；细胞自由变形相对运动较慢。细胞自由变形相对运动较慢。3 膜运动意义膜运动意义第19页 相变温度是膜脂物理状态相互转变相变温度是膜脂物理状态相互转变临界温度。高于相变温度时，膜呈流动液临界温度。高于相变温度时，膜呈流动液态，低于相变温度时，膜呈凝固胶态。态，低于相变温度时，膜呈凝固胶态。二、膜流动性与相变二、膜流动性与相变第20页 相变温度受膜脂中脂肪酸组成影响。相变温度受膜脂中脂肪酸组成影响。烃链短脂肪酸和不饱和脂肪酸含量较烃链短脂肪酸和不饱和脂肪酸含量较高时，膜脂相变温度较低，膜展现很好高时，膜脂相变温度较低，膜展现很好流动性。流动性。胆固醇参加膜脂流动性调整。胆固醇参加膜脂流动性调整。第21页三、膜蛋白与膜脂质相互作用三、膜蛋白与膜脂质相互作用1 1 膜上许多内在蛋白才能维持其构象膜上许多内在蛋白才能维持其构象 和表现出活性。和表现出活性。2 2 一些膜上蛋白与各种脂肪酸相连，一些膜上蛋白与各种脂肪酸相连，后者插入脂双层中，组成含膜脂蛋白。后者插入脂双层中，组成含膜脂蛋白。第22页四四 膜蛋白分布不对称膜蛋白分布不对称脂质双层脂质双层镶嵌蛋白镶嵌蛋白跨膜跨膜蛋白蛋白膜表面膜表面蛋白蛋白第23页五五、流动镶嵌模型流动镶嵌模型第24页1 组成成份：磷脂、蛋白质、糖类组成成份：磷脂、蛋白质、糖类 2 基本支架：磷脂双分子层基本支架：磷脂双分子层 3 蛋白质分布：覆盖、镶嵌、贯通蛋白质分布：覆盖、镶嵌、贯通 4 结构特点：含有一定流动性结构特点：含有一定流动性 5 功效特点：选择透过性功效特点：选择透过性要要 点点 第25页 生物膜功效生物膜功效 1 1 保护功效保护功效:保持细胞或细胞器形状和完整保持细胞或细胞器形状和完整结构。结构。2 2 转运功效：经常与外界进行物质交换以转运功效：经常与外界进行物质交换以维持其正常功效。维持其正常功效。3 3 能量转换：呼吸链在线粒体内膜上。能量转换：呼吸链在线粒体内膜上。4 4 信息传递信息传递:含有受体和信息传递路径。含有受体和信息传递路径。5 5 运动功效运动功效:吞噬作用。吞噬作用。第26页 维持细胞容积、形态、渗透压、电解维持细胞容积、形态、渗透压、电解质浓度，为细胞生理活动提供适宜环境。质浓度，为细胞生理活动提供适宜环境。从环境摄取营养物质，向环境排出代从环境摄取营养物质，向环境排出代谢废物。谢废物。第三节第三节 物质过膜运输物质过膜运输第27页 物质过膜运输不一样方式物质过膜运输不一样方式单向转运单向转运同向转运同向转运第28页1 简单扩散（简单扩散（simple diffusion)小分子与离子由高浓度向穿越小分子与离子由高浓度向穿越细胞膜自由扩散过程。细胞膜自由扩散过程。特点：特点：由高浓度向低浓度由高浓度向低浓度 不需要能量不需要能量 一一、小分子和离子过膜运输小分子和离子过膜运输第29页第30页 在膜蛋白帮助下物质从高浓度侧在膜蛋白帮助下物质从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运。向低浓度侧跨膜转运。特点：由高浓度向低浓度特点：由高浓度向低浓度 不需要能量不需要能量 需需通道蛋白通道蛋白或载体蛋白介导或载体蛋白介导2 促进扩散（促进扩散（facilitated diffusion）第31页通道蛋白特点：通道蛋白特点：处于开放、关闭等不一样功效状处于开放、关闭等不一样功效状态，其通透性改变快。态，其通透性改变快。通道开放类型通道开放类型第32页转运通道：转运通道：载体蛋白和通道蛋白载体蛋白和通道蛋白第33页3 主动运输（主动运输（active transport）是物质依赖转运载体、消耗能量是物质依赖转运载体、消耗能量而且能够逆浓度梯度进行过膜转运方而且能够逆浓度梯度进行过膜转运方式。式。第34页特点：特点：转运载体转运载体消耗能量消耗能量ATPATP能逆浓度梯度能逆浓度梯度第35页 钠钾泵：依赖于钠钾泵：依赖于Na+-K+ATPase转转运体系运体系，保持细胞内髙钾低钠，细胞外，保持细胞内髙钾低钠，细胞外髙钠低钾。髙钠低钾。第36页Na+-K+ATPase作用机制：构象改变假说作用机制：构象改变假说第37页第38页简单扩散、促进扩散、主动运输简单扩散、促进扩散、主动运输第39页原因原因方向方向能量能量载体载体简单扩散简单扩散 浓度差浓度差高向低高向低 势能势能无无促进扩散促进扩散 浓度差浓度差高向低高向低 势能势能通道、通道、载体蛋载体蛋白白主动转运主动转运 逆浓度差逆浓度差 低向高低向高 供能供能泵泵简单扩散、促进扩散、主动运输差异简单扩散、促进扩散、主动运输差异物质转运第40页（一）内吞作用：细胞从外界摄入大分子（一）内吞作用：细胞从外界摄入大分子颗粒，逐步被质膜一小部分包裹，然后颗粒，逐步被质膜一小部分包裹，然后内陷，脱落，形成囊泡过程。内陷，脱落，形成囊泡过程。吞噬：细胞摄入不溶颗粒吞噬：细胞摄入不溶颗粒 胞饮：细胞摄入可溶颗粒胞饮：细胞摄入可溶颗粒二二 大分子物质过膜转运大分子物质过膜转运第41页第42页内吞意图内吞意图第43页（二）外排作用（分泌囊泡）（二）外排作用（分泌囊泡）细胞内物质形成份泌囊泡，细胞内物质形成份泌囊泡，向细胞质膜迁移，与其接触融合，向细胞质膜迁移，与其接触融合，然后向外释放过程。然后向外释放过程。第44页第45页出胞示意图出胞示意图第46页出泡出泡第47页(三三)分泌蛋白经过内质网转运分泌蛋白经过内质网转运第48页一一 信号分子及其受体信号分子及其受体1 1 细胞信号分类：细胞信号分类：细胞信号分类：细胞信号分类：（1 1）生物大分子：）生物大分子：）生物大分子：）生物大分子：蛋白质、糖、核酸结蛋白质、糖、核酸结蛋白质、糖、核酸结蛋白质、糖、核酸结 构信息构信息构信息构信息 （2 2）物理信号：）物理信号：）物理信号：）物理信号：电、光、磁电、光、磁电、光、磁电、光、磁 （3 3）化学信号：）化学信号：）化学信号：）化学信号：细胞间通讯信号分子：激素、神细胞间通讯信号分子：激素、神细胞间通讯信号分子：激素、神细胞间通讯信号分子：激素、神 经递质与神经肽、抗体、淋经递质与神经肽、抗体、淋经递质与神经肽、抗体、淋经递质与神经肽、抗体、淋 巴因子。巴因子。巴因子。巴因子。细胞内通讯信号分子细胞内通讯信号分子细胞内通讯信号分子细胞内通讯信号分子 ：cAMP,cAMP,cGMP,Ca cGMP,Ca2+2+、IPIP3 3、DGDG、NONO。第四节第四节 信号过膜传导信号过膜传导第49页 是指细胞膜上或细胞内能识别生物活是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素等）并与性分子（激素、神经递质、毒素等）并与之结合生物大分子。之结合生物大分子。2 受体受体 其特点：其特点：专一性与配体结合。专一性与配体结合。与配体存在高亲和力。与配体存在高亲和力。与配体结合后，可经过第二信使引与配体结合后，可经过第二信使引发生理效应。发生理效应。（1）受体概念）受体概念第50页型为型为DNADNA转录调整型转录调整型（2）受体分类）受体分类I型为配体门通道型：乙酰胆碱受体型为配体门通道型：乙酰胆碱受体型为型为G-蛋白偶联型：肾上腺素受体蛋白偶联型：肾上腺素受体型为酪氨酸激酶型型为酪氨酸激酶型:生长因子受体生长因子受体第51页3 信号转导信号转导 信号转导（信号转导（signal transduction）细胞外信号经过与细胞表面受体相细胞外信号经过与细胞表面受体相互作用转变为胞内信号互作用转变为胞内信号,并在细胞内传递并在细胞内传递过程称为信号转导。过程称为信号转导。第52页二、二、G G蛋白偶联型受体系统蛋白偶联型受体系统 （一）（一）G G蛋白蛋白：是一类和：是一类和GTPGTP或或GDPGDP相结合细胞膜相结合细胞膜 外周蛋白。由外周蛋白。由三个亚基组成。三个亚基组成。第53页(1)定义定义 G-蛋白是蛋白是GTP结合蛋白简称，结合蛋白简称，由由、三个亚基组成三个亚基组成。(2)分类分类 兴奋（兴奋（Gs、Go）型和抑制（）型和抑制（Gi）型。）型。二、二、G G蛋白介导信号转导系统蛋白介导信号转导系统第54页（二）信号转导（二）信号转导 信号转导信号转导:signal transduction:signal transduction 细胞外信号经过与细胞表面受体细胞外信号经过与细胞表面受体相互作用转变为胞内信号相互作用转变为胞内信号,并在细胞内并在细胞内传递过程称为信号转导。传递过程称为信号转导。第55页（三）信号转导中蛋白激酶和蛋白磷（三）信号转导中蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶酸酯酶 蛋蛋白白激激酶酶(Protein(Protein kinasekinase，PK)PK)：催催化化蛋蛋白白质质含含羟羟基基氨氨基基酸酸(丝丝苏苏和和酪酪)侧链羟基与侧链羟基与ATPATP分子分子磷酸基团磷酸基团形成形成磷酸酯。磷酸酯。第56页 蛋蛋 白白 质质 磷磷 酸酸 酯酯 酶酶(Protein phosphatase，PPase)催催化化磷磷酸酸蛋蛋白白磷磷酸酸酯键酯键水解而水解而去磷酸化去磷酸化。细细胞胞内内任任何何一一个个蛋蛋白白质质磷磷酸酸化化状状态态是是由由蛋蛋白白激激酶酶和和蛋蛋白白磷磷酸酸酯酯酶酶两两种种相相反反酶活性之间平衡决定。酶活性之间平衡决定。第57页（四）几个蛋白激酶（四）几个蛋白激酶 （一）丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（一）丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（一）丝氨酸苏氨酸蛋白激酶（一）丝氨酸苏氨酸蛋白激酶(Ser(SerThr PK)Thr PK)是是是是一一一一大大大大类类类类特特特特异异异异地地地地催催催催化化化化蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质丝丝丝丝氨氨氨氨酸酸酸酸和和和和苏苏苏苏氨氨氨氨酸酸酸酸残基磷酸化残基磷酸化残基磷酸化残基磷酸化激酶家族，参加各种信号转导过程。激酶家族，参加各种信号转导过程。激酶家族，参加各种信号转导过程。激酶家族，参加各种信号转导过程。(二二二二)酪酪酪酪氨氨氨氨酸酸酸酸蛋蛋蛋蛋白白白白激激激激酶酶酶酶（Tyrosine Tyrosine protein protein kinasekinase，TPK)TPK)特异地催化蛋白质特异地催化蛋白质特异地催化蛋白质特异地催化蛋白质酪氨酸残基磷酸化。酪氨酸残基磷酸化。酪氨酸残基磷酸化。酪氨酸残基磷酸化。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质酪酪酪酪氨氨氨氨酸酸酸酸磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化在在在在细细细细胞胞胞胞生生生生长长长长，分分分分化化化化和和和和转转转转化调整中起主要作用。化调整中起主要作用。化调整中起主要作用。化调整中起主要作用。第58页PKAPKA：cAMPcAMP依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶PKCPKC：Ca2+Ca2+激活磷脂依赖性蛋白激酶激活磷脂依赖性蛋白激酶CaM-PKCaM-PK：钙调蛋白依赖性蛋白激酶：钙调蛋白依赖性蛋白激酶PKGPKG：cGMPcGMP依赖蛋白激酶依赖蛋白激酶DNA-PKDNA-PK：DNADNA依赖蛋白激酶依赖蛋白激酶MAPK MAPK：丝裂原激活蛋白激酶：丝裂原激活蛋白激酶第59页（五）（五）G蛋白介导几个主要信号通路蛋白介导几个主要信号通路路径路径1 1 蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)路径路径2 2 蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)C(PKC)路径路径3 IP3 IP3 3-Ca-Ca2 2/钙调蛋白激酶路径钙调蛋白激酶路径第60页 四四个个亚亚基基组组成成寡寡聚聚体体。其其中中有有两两个个亚亚基基为为催催化化亚亚基基，另另两两个个亚亚基基为为调调整整亚亚基基。当当调调整整亚亚基基与与cAMPcAMP结结合合后后发发生生变变构构（每每一一调调整整亚亚基基可可结结合合两两分分子子cAMPcAMP），与与催催化化亚亚基解聚，从而激活催化亚基。基解聚，从而激活催化亚基。1 1 蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)A(PKA)路径路径RRCC第61页配体与受体结合配体与受体结合交换交换GTP/GDP（G蛋白活化）蛋白活化）结合并激活结合并激活AC（腺苷酸环化酶）腺苷酸环化酶）生成生成cAMP（第二信使）第二信使）激活激活PKA发挥生理作用发挥生理作用第62页第63页第64页GsACATPcAMPCCRRCC 底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化RR 2cAMP2cAMPCREBNPi Pi Pi 转录活化域转录活化域DNADNA结合域结合域细胞膜细胞膜核核 膜膜cAMP-cAMP-蛋白激酶蛋白激酶A A信息转导过程信息转导过程第65页 cAMP不不停停地地产产生生，同同时时不不停停地地去去除除，可可被被磷磷酸酸二二酯酯酶酶（PDE）降降解为解为AMP而失活。而失活。PPiATPACMg2+cAMP5-AMP 磷酸二酯酶磷酸二酯酶H2OMg2+第66页2 2 蛋白激酶蛋白激酶C(PKC)C(PKC)路径路径甘油二酯：甘油二酯：是该路径第二信使。当激素与是该路径第二信使。当激素与受体结合后经受体结合后经G G蛋白转导蛋白转导，激活磷脂酶，激活磷脂酶C C，由由磷脂酶磷脂酶C C将质膜上磷脂酰肌醇二磷酸将质膜上磷脂酰肌醇二磷酸(PIP(PIP2 2)水解成三磷酸肌醇水解成三磷酸肌醇(IP(IP3 3)和和DGDG。PKC路径：路径：甘油二酯甘油二酯(DG)-蛋白激酶蛋白激酶C路径路径第67页PIP2甘油二酯甘油二酯IP3第68页DG积累积累PKC活化活化底物蛋白丝氨酸底物蛋白丝氨酸和苏氨酸羟基磷和苏氨酸羟基磷酸化酸化细胞内生细胞内生理效应理效应短暂短暂PKC活化活化内外分泌腺内外分泌腺分泌、代谢分泌、代谢改变改变第69页卵磷脂卵磷脂磷脂酶磷脂酶D磷脂酸磷脂酸磷脂酸磷脂酸磷酸酶磷酸酶DG持久持久PKC活活化化Ca2+细胞增值、细胞增值、分化分化DG激酶磷酸化生成磷脂酸激酶磷酸化生成磷脂酸DG脂酶水解为单酰甘油脂酶水解为单酰甘油在脂酰在脂酰CoACoA转移酶作用下，转移酶作用下，DGDG与其它脂与其它脂肪酸合成甘油三脂。肪酸合成甘油三脂。终止终止第70页3 IP3 IP3 3-Ca-Ca2 2/钙调蛋白激酶路径钙调蛋白激酶路径 IP3和和Ca2+都是它第二信使。都是它第二信使。IP3是水溶性，在是水溶性，在膜上水解生成后进入胞液内与内质网上膜上水解生成后进入胞液内与内质网上Ca2+门控门控通道结合通道结合，促使内质网中，促使内质网中Ca2+释人胞液中，胞内释人胞液中，胞内Ca2+水平升高水平升高，使，使Ca2+钙调蛋白依赖性蛋白激钙调蛋白依赖性蛋白激酶酶(CaM酶酶)激活，而激活，而CaM酶酶再激活腺苷酸环化酶、再激活腺苷酸环化酶、Ca2+Mg2+ATP酶等，酶等，产生各种生理效应。产生各种生理效应。IP3能够被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以终能够被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以终止其第二信使作用。止其第二信使作用。第71页内质网内质网第72页钙调整蛋白钙调整蛋白第73页 CaCa2+2+依赖性信息转导过程依赖性信息转导过程酶蛋白磷酸化酶蛋白磷酸化物质代谢改变物质代谢改变离子通道蛋白磷酸化离子通道蛋白磷酸化膜通透性改变膜通透性改变信息转导蛋白磷酸化信息转导蛋白磷酸化信息传递改变信息传递改变转录因子磷酸化转录因子磷酸化基因表示改变基因表示改变H+RGpPLCPIP2DAGIP3PKC内质网内质网IP3受体受体胞液胞液Ca2+CaMCaMPK靶酶靶酶/蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化生理效应生理效应TPK磷磷酸化酸化PS第74页三、酪氨酸蛋白激酶型受体系统三、酪氨酸蛋白激酶型受体系统 酪氨酸蛋白激酶型受体：酪氨酸蛋白激酶型受体：本身是本身是一个含有跨膜结构酶蛋白，其胞外域一个含有跨膜结构酶蛋白，其胞外域与配体结合而被激活，经过胞内侧激与配体结合而被激活，经过胞内侧激酶反应将胞外信号传至胞内。酶反应将胞外信号传至胞内。第75页 包含胰岛素、生长激素、细胞包含胰岛素、生长激素、细胞因子等多肽类激素和生长因子，经因子等多肽类激素和生长因子，经过酪氨酸蛋白激酶型受体系统进行过酪氨酸蛋白激酶型受体系统进行信号传递。信号传递。第76页 分为分为三个区域三个区域1胞外区：受体识别胞外区：受体识别 和配体结合。和配体结合。2跨膜区：高度疏水跨膜区：高度疏水 -跨膜螺旋。跨膜螺旋。3胞内区：酪氨酸激胞内区：酪氨酸激 酶催化区域。酶催化区域。第77页第78页酪氨酸蛋白激酶路径酪氨酸蛋白激酶路径第79页四、四、DNADNA转录调整型受体系统转录调整型受体系统 又称类固醇激素受体又称类固醇激素受体,脂溶性类固脂溶性类固醇自由经过细胞膜，与胞内或核类受体醇自由经过细胞膜，与胞内或核类受体发生作用。发生作用。多为反式作用因子，与多为反式作用因子，与DNADNA顺式作顺式作用元件结合，调整基因转录。用元件结合，调整基因转录。第80页第81页思索题思索题1 1 生物膜结构特点。生物膜结构特点。2 2 小分子转运特点与方式。小分子转运特点与方式。3 3 什么是钠钾泵？什么是钠钾泵？4 4 受体和信号转导概念。受体和信号转导概念。5 G5 G蛋白介导信号转导路径。蛋白介导信号转导路径。第82页