生物膜的组成与结构省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一节第一节 生物膜组成和结构生物膜组成和结构一、一、概念概念 生物膜是组成细胞膜系统总称，包含生物膜是组成细胞膜系统总称，包含围在细胞质外围围在细胞质外围质膜质膜和细胞器和细胞器内膜系内膜系统统。膜结构使细胞生命活动与代谢过程有膜结构使细胞生命活动与代谢过程有序进行序进行许多生理许多生理/病理过程，包括到膜结构病理过程，包括到膜结构/功效改变功效改变n外周膜外周膜n内膜系统内膜系统第1页二、二、化化 学学 组组 成成n膜膜 脂脂n膜膜 蛋蛋 白白n糖糖 类类n无无 机机 盐盐n金金 属属 离离 子子n水水第2页1.膜膜 脂脂磷磷 脂（主要）脂（主要）糖糖 脂脂 甾甾 醇醇第3页n脂分类与功效脂分类与功效单纯脂复合脂（含有非脂成份）（含有非脂成份）（脂肪酸脂肪酸+醇醇）甘油三酯衍生脂质蜡（长链脂肪酸+长链醇或固醇）磷脂糖脂鞘脂第4页n2.体表脂类保护作用；体表脂类保护作用；n提问：脂类有哪些功效？提问：脂类有哪些功效？n1.1.能量物质能量物质n三酰甘油脂又称油脂，每克发烧值比同质量糖、蛋白质高2.3倍，而而且且不不溶溶于于水水，在在细细胞胞内内易易于于聚聚集集，储储存存，故而被普遍作为细胞能量贮备物质。皮下脂肪细胞（黄、白色）细胞核细胞质脂肪滴脂肪滴n3.脂类是细胞膜主要成份；脂类是细胞膜主要成份；n4.简单脂是组成一些维生素与激素成份简单脂是组成一些维生素与激素成份；包含维生素包含维生素A A、D D、E E、K K、性激素、前列腺素等等。性激素、前列腺素等等。细胞膜第5页 磷磷 脂脂 甘油磷脂甘油磷脂(主要主要)鞘磷脂鞘磷脂第6页R1 C CH2 CH R2 C CHPCH2P_X X=H 磷脂酸磷脂酸 X=CH2 CH2 N+(CH3)3 X=CH2 CH2 NH2 X=CH2 CHCOOH NH2 磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）甘油磷脂甘油磷脂 甘油磷脂是甘油磷脂是两性分子两性分子，分子中现有亲水部分又有疏水，分子中现有亲水部分又有疏水部分。磷酸化头部呈亲水性，两条较长碳氢脂酰链为部分。磷酸化头部呈亲水性，两条较长碳氢脂酰链为尾尾部部，呈疏水性。，呈疏水性。磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸v甘油为骨架甘油为骨架第7页磷脂酰甘油（磷脂）磷脂酰甘油（磷脂）X非极非极性，不易溶于水性，不易溶于水称称非极性尾非极性尾极极性性，易易溶溶于于水水称称极性头极性头第8页 鞘磷脂鞘磷脂 H H O CHH H O CH3 3H H3 3C-(CHC-(CH2 2)1212-C C-C-C-CH-C C-C-C-CH2 2-O-P-O-CH-O-P-O-CH2 2-CH-CH2 2-N-N+-CH-CH3 3 H OH N-H O H OH N-H O-CH CH3 3 O CO C R1 R1鞘氨醇鞘氨醇v鞘氨醇作骨架鞘氨醇作骨架v分子中有亲水磷酸化头部（胆碱或乙醇胺）和疏水分子中有亲水磷酸化头部（胆碱或乙醇胺）和疏水两个碳氢链，其中一条来自鞘氨醇，另一条来自脂两个碳氢链，其中一条来自鞘氨醇，另一条来自脂肪酸。脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。肪酸。脂肪酸以酰胺键连在鞘氨醇上。胆碱鞘磷脂胆碱鞘磷脂第9页由磷脂形成双层脂膜示意图由磷脂形成双层脂膜示意图v在水溶液中两性磷脂分子为防止疏水部分接触在水溶液中两性磷脂分子为防止疏水部分接触水分子而定向排列，形成脂双层结构。脂双层中，水分子而定向排列，形成脂双层结构。脂双层中，磷脂分子疏水基团在内部而亲水头部在表面。磷脂分子疏水基团在内部而亲水头部在表面。第10页第11页（2）糖脂）糖脂n是糖经过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成是糖经过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成化合物。化合物。n膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂 H H H H H H3 3C-(CHC-(CH2 2)1212-C C-C-C-CH-C C-C-C-CH2 2-O-O-半乳糖半乳糖 H OH N-H H OH N-H O CO C R1 R1鞘氨醇鞘氨醇半乳糖脑苷脂半乳糖脑苷脂（鞘糖脂）（鞘糖脂）第12页（3 3）甾甾 醇醇又名固醇，动物膜甾醇主要是胆固醇，植又名固醇，动物膜甾醇主要是胆固醇，植物膜甾醇含量较动物少，主要有谷甾醇、豆物膜甾醇含量较动物少，主要有谷甾醇、豆甾醇等。甾醇等。第13页2.2.膜蛋白膜蛋白内内 在在 蛋蛋 白白外外 周周 蛋蛋 白白第14页有全部埋于脂双层疏水区，有部分嵌在脂双层中，有有全部埋于脂双层疏水区，有部分嵌在脂双层中，有横跨全膜横跨全膜.主要靠主要靠疏水作用疏水作用经过一些非极性氨基酸残基经过一些非极性氨基酸残基与膜脂疏水部分相结合。与膜脂疏水部分相结合。这类蛋白被紧密连在膜上，而且不易溶于水。只有用破这类蛋白被紧密连在膜上，而且不易溶于水。只有用破坏膜结构试剂如有机溶剂（氯仿）或去污剂（坏膜结构试剂如有机溶剂（氯仿）或去污剂（TritonX-100）才能把它们从膜中提取出来。才能把它们从膜中提取出来。（1）内在蛋白）内在蛋白第15页第16页 膜锚蛋白膜锚蛋白n有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，他们以共价键有些膜内在蛋白本身并没有进入膜内，他们以共价键与脂质、脂酰链、异戊烯基团相结合并经过他们疏水与脂质、脂酰链、异戊烯基团相结合并经过他们疏水部分插入到膜内，这种形式内在蛋白称为部分插入到膜内，这种形式内在蛋白称为膜锚蛋白膜锚蛋白。第17页 （2）外外 周周 蛋蛋 白白分布于膜脂双层内外表面，经过极性氨基酸残基以分布于膜脂双层内外表面，经过极性氨基酸残基以离子键、氢键、范德华力等次级键与膜脂极性头部或离子键、氢键、范德华力等次级键与膜脂极性头部或与内在蛋白亲水部分结合。与内在蛋白亲水部分结合。比较易于分离，大都能溶于水，可在不破坏膜结构情比较易于分离，大都能溶于水，可在不破坏膜结构情况下，经过温和方法（高离子强度、高况下，经过温和方法（高离子强度、高pHpH、）、）分离提取。分离提取。第18页外周蛋白和膜内外周蛋白和膜内（嵌入）蛋白（嵌入）蛋白外周蛋白嵌入（膜内）蛋白去污剂糖蛋白pH改变、螯合剂、尿素、碳酸盐可除去外周蛋白第19页3.3.糖类糖类n生物膜中糖类大多与膜蛋白结合生物膜中糖类大多与膜蛋白结合 糖蛋糖蛋白（信息识别）白（信息识别）n少数与膜脂结合少数与膜脂结合 糖脂糖脂第20页糖类在膜上分布糖类在膜上分布n非对称，全部分布在膜非对称，全部分布在膜非细胞质一侧非细胞质一侧。质膜上糖质膜上糖细胞内膜糖细胞内膜糖第21页第22页糖蛋白，糖脂第23页第24页三三 生物膜分子结构模型生物膜分子结构模型n流体镶嵌模型流体镶嵌模型 1972 1972年美国年美国SingerSinger和和NicolsonNicolson提出，认为生物提出，认为生物膜是一个流动、嵌有各种蛋白质脂质双分子层结膜是一个流动、嵌有各种蛋白质脂质双分子层结构，其中蛋白质如同一座座冰山漂移在流动脂质构，其中蛋白质如同一座座冰山漂移在流动脂质海洋中。海洋中。n与过去模型主要差异与过去模型主要差异 突出了膜流动性突出了膜流动性 显示了膜蛋白分布不对称性显示了膜蛋白分布不对称性第25页四、四、生生 物物 膜膜 特特 性性 膜分子结构不对称性膜分子结构不对称性 膜分子结构流动性膜分子结构流动性第26页 膜分子结构不对称性膜分子结构不对称性1、膜脂分布不对称，即膜脂双分子层内外两侧、膜脂分布不对称，即膜脂双分子层内外两侧脂种类、含量不一样，如人红细胞质膜：脂种类、含量不一样，如人红细胞质膜：v膜外层卵磷脂、鞘磷脂较多膜外层卵磷脂、鞘磷脂较多v膜内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多膜内层脑磷脂、磷脂酰丝氨酸较多2 2、膜蛋白分布不对称、膜蛋白分布不对称 如线粒体内膜中如线粒体内膜中NADHNADH电子传递链各组分：电子传递链各组分：nCytCyt氧化酶氧化酶 、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧、琥珀酸脱氢酶在线粒体内膜内侧nCytcCytc在线粒体内膜外侧在线粒体内膜外侧3 3、糖蛋白和糖脂中多糖只分布在、糖蛋白和糖脂中多糖只分布在膜非细胞质一侧膜非细胞质一侧线粒体线粒体内内外外第27页（二）膜分子结构流动性（二）膜分子结构流动性n膜流动性主要是指膜流动性主要是指膜膜脂及膜蛋白流动性脂及膜蛋白流动性。n适当流动性对生物膜适当流动性对生物膜表现其正常功效十分表现其正常功效十分主要主要.第28页 膜脂流动性膜脂流动性n膜脂流动性主要决定于磷脂分子膜脂流动性主要决定于磷脂分子.n在生理条件下在生理条件下,磷脂大多呈流动液晶态磷脂大多呈流动液晶态,磷脂在磷脂在膜内可作旋转运动膜内可作旋转运动,翻转运动翻转运动,侧向运动等侧向运动等.当当温度降至一定值时温度降至一定值时,膜脂从流动液晶态转变为膜脂从流动液晶态转变为类似晶体凝胶态类似晶体凝胶态,这个温度称为这个温度称为相变温度相变温度.凝胶凝胶状态也可再熔解为液晶态。各种膜脂因为组分状态也可再熔解为液晶态。各种膜脂因为组分不一样而含有各自相变温度。不一样而含有各自相变温度。第29页温度引发侧链热运动脂双层平面扩散跨膜扩散：“翻跟头”膜脂运动膜脂运动第30页n膜脂流动性大小与膜脂流动性大小与磷脂分子中脂肪酸链长短及磷脂分子中脂肪酸链长短及不饱和程度不饱和程度亲密相关亲密相关.链越短链越短,不饱和程度越高不饱和程度越高,流动性越大流动性越大.n哺乳动物中哺乳动物中胆固醇对膜脂流动性也有一定调控胆固醇对膜脂流动性也有一定调控作用作用,在生理条件下增加胆固醇含量会降低膜在生理条件下增加胆固醇含量会降低膜流动性，因为胆固醇闭合环状结构干扰了脂肪流动性，因为胆固醇闭合环状结构干扰了脂肪酸侧向运动。酸侧向运动。n膜脂流动性是不均匀膜脂流动性是不均匀,在一定温度下在一定温度下,有膜脂处有膜脂处于凝胶态于凝胶态,有则呈液晶态有则呈液晶态,处于液晶态各膜脂流处于液晶态各膜脂流动性也不完全相同动性也不完全相同.第31页 膜蛋白流动性膜蛋白流动性n膜蛋白能做侧向扩散和旋转扩散膜蛋白能做侧向扩散和旋转扩散,其其速度平均比膜脂小速度平均比膜脂小10-10010-100倍倍.第32页膜蛋白扩散运动膜蛋白扩散运动第33页膜融合膜融合生物膜一个显著特征是可与另一个膜融合而不失去其完整性。膜虽是稳定，但不是静止，内膜系统中膜状结构不停地从高尔基复合体上分泌形成；外吞、内饮、细胞分裂、精卵细胞融合、膜包裹病毒进入宿主细胞等都包括膜重新形成，而它们最基本行为就是两个膜片段融合而不失去完整性。第34页膜融合（膜融合（Membrrane Fusion)第35页