称为膜的不对称性化学与材料工程学院市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第十三章第十三章 细胞和细胞器细胞和细胞器第1页n 我我们们所所处处于于地地球球充充满满着着无无数数生生物物，从从最最简简单单病病毒毒、类类病病毒毒到到菌菌藻藻树树草草，从从鱼鱼虫虫鸟鸟兽兽到到最最复复杂杂人人类类，处处处处都都能能够够发发觉觉它它们们踪踪迹迹，觉觉察察到到生生命命活活动动。地地球球上上生生物物形形形形色色色色，千千姿姿百百态态。不不一一样样生生物物，其其形形态态、生生理理特特征征和和对对环环境境适适应应能能力力各各不不相相同同，都都经经历历着着生生长长、发发育育、衰衰老老、死死亡改变，都含有繁殖后代能力。亡改变，都含有繁殖后代能力。n除除了了病病毒毒、类类病病毒毒等等是是非非细细胞胞生生命命体体以以外外，其其它生命有机体结构和功效单位都是细胞它生命有机体结构和功效单位都是细胞。第2页n病毒即使也是生命体，但它却不含有细胞结构，不能在病毒即使也是生命体，但它却不含有细胞结构，不能在体外独立生活。病毒结构简单，主要由蛋白质外壳和遗体外独立生活。病毒结构简单，主要由蛋白质外壳和遗传物质核组成。传物质核组成。n病毒遗传物质能够是病毒遗传物质能够是DNADNA，也可是，也可是RNARNA，前者称为，前者称为DNADNA病毒，病毒，后者称为后者称为RNARNA病毒。病毒。n病毒形态各异，有正二十面体、有柱形、也有丝状。病毒形态各异，有正二十面体、有柱形、也有丝状。第3页n病毒不但没有细胞病毒不但没有细胞结构，而且也不能结构，而且也不能独立生存，只能在独立生存，只能在活细胞中进行增殖。活细胞中进行增殖。n病毒在细胞外以成病毒在细胞外以成熟病毒粒子形式存熟病毒粒子形式存在；侵入宿主细胞在；侵入宿主细胞后在其内进行繁殖，后在其内进行繁殖，结果能够破坏宿主结果能够破坏宿主细胞，也能够使宿细胞，也能够使宿主细胞转化，引发主细胞转化，引发机体疾病发生。机体疾病发生。第4页n自从1898年Beijerinck首次提出病毒概念以来，病毒种类由原来几十种发展到今天n多数流行性传染病由病毒感染所引发，它严重危害人类健康和生命，如肝炎病毒（乙型肝炎病毒全球3.5亿人感染）所致急慢性肝炎；人疱疹病毒引发视网膜炎，间质性肺炎，脑炎，角膜炎，生殖器疱疹，带状疱疹和唇疱疹等；呼吸道病毒所致支气管炎、肺炎、麻疹、腮腺炎和脊髓灰质炎等；甲、乙型流感病毒所致流感。以及人免疫缺点病毒（HIV）所致爱滋病（全球近6000万人感染，间已经有2500万人死亡）、禽流感病毒所致流感、SARS病毒所致非经典肺炎。第5页n即使疫苗在控制病毒疾病（如天花、脊髓灰质即使疫苗在控制病毒疾病（如天花、脊髓灰质炎、乙型肝炎）方面发挥了巨大作用，不过有炎、乙型肝炎）方面发挥了巨大作用，不过有许多疾病（如爱滋病、流感等）因为病毒很轻许多疾病（如爱滋病、流感等）因为病毒很轻易发生变异，给疫苗研究带来了很大困难。有易发生变异，给疫苗研究带来了很大困难。有众多患者依然需要药品治疗。众多患者依然需要药品治疗。n近近5050年来，筛选了数百万计抗病毒活性物质，年来，筛选了数百万计抗病毒活性物质，不过临床上安全有效药品为数极少，当前被各不过临床上安全有效药品为数极少，当前被各国同意抗病毒药品有国同意抗病毒药品有4040各种。因为这些药品本各种。因为这些药品本身不足，远远不能满足临床要求。所以，寻找、身不足，远远不能满足临床要求。所以，寻找、开发新药任务非常艰巨。开发新药任务非常艰巨。第6页n在20世纪1中,化学与化工取得了空前辉煌成就。化学合成和分离了2285万种新化合物、新药品、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展需要。n伴随工业化社会发展，人类在生活和生产过程中可能接触到外源化学物日益增多。n现今预计外源化学物已到达十多万种，其中已进入社会约有6-8万种。为我们生活及生命提供了丰富多彩物质。n那么？哪些化学物质对人体有影响呢？怎样影响呢？第7页 化学物质对生命影响化学物质对生命影响n在在生生命命发发育育、生生长长、繁繁殖殖等等过过程程中中，经经常常接接触触到到许许许许多多多多化化学学物物质质。它它们们主主要要是是一一些些人人工工合合成成或或天天然然存存在在，但但对对生生物物体体内内发发生生生生物物化化学学过过程程有有着着主要影响。主要影响。n这这些些化化学学物物质质有有食食物物、药药品品、农农药药和和有有毒毒物物质质、污染物等。污染物等。食物食物药品药品污染物污染物有毒物质有毒物质材料材料化工原料化工原料第8页 化学与生物学融合化学与生物学融合n在在1919世纪初，人工尿素合成揭示了生物体反应一样世纪初，人工尿素合成揭示了生物体反应一样是遵照物理和化学规律，化学理论和方法才开始被是遵照物理和化学规律，化学理论和方法才开始被全方面引进生物学研究之中。全方面引进生物学研究之中。n就在此时，在就在此时，在40405050年代或更早从事蛋白质、多肽年代或更早从事蛋白质、多肽和核酸化学家以后组建了生物化学学科。和核酸化学家以后组建了生物化学学科。n随即生物化学、细胞生物学和遗传学交织在一起，随即生物化学、细胞生物学和遗传学交织在一起，成为一个不可分割整体，从而诞生了一个新学科领成为一个不可分割整体，从而诞生了一个新学科领域域-分子生物学。分子生物学。n进入进入2020世纪世纪7070年代之后，那些没有脱离化学社会化年代之后，那些没有脱离化学社会化学家应用有机化学、无机化学、分析化学理论和方学家应用有机化学、无机化学、分析化学理论和方法在分子水平上硕士命现象化学本质形成了生物化法在分子水平上硕士命现象化学本质形成了生物化学分支学分支-生物有机化学、生物分析化学、生物无机生物有机化学、生物分析化学、生物无机化学。化学。第9页n传统生物学硕士命过程路径往往是用基因突变方法，利用天传统生物学硕士命过程路径往往是用基因突变方法，利用天然存在变种或无序引入突变或定点突变干扰正常生命过程，然存在变种或无序引入突变或定点突变干扰正常生命过程，再用对照比较方法搞清楚这些过程内在联络和相互关系。再用对照比较方法搞清楚这些过程内在联络和相互关系。n化学与生物学深入融合就产生了用化学小分子来干扰生命过化学与生物学深入融合就产生了用化学小分子来干扰生命过程，从而来分析这些改变新研究路径。化学与生物学有机结程，从而来分析这些改变新研究路径。化学与生物学有机结合，同时用化学和生物学技术、工具、理论来系统硕士命体合，同时用化学和生物学技术、工具、理论来系统硕士命体系，开创了化学生物学研究新领域。系，开创了化学生物学研究新领域。第10页化学生物学概念以及化学生物学概念以及与生物化学、分子生与生物化学、分子生物学区分物学区分 第11页 生物化学概念生物化学概念 n生物化学是在分子水平上硕士命科学一门学科，生物化学是在分子水平上硕士命科学一门学科，是生命科学主要基础学科之一。是生命科学主要基础学科之一。n生物化学主要是应用化学理论和方法来硕士命现生物化学主要是应用化学理论和方法来硕士命现象，说明生命现象化学本质。象，说明生命现象化学本质。n生物化学基本内容包含：发觉和说明组成生命物生物化学基本内容包含：发觉和说明组成生命物体分子基础体分子基础生物分子化学组成、结构和性质；生物分子化学组成、结构和性质；生物分子结构、功效与生命现象关系；生物分子生物分子结构、功效与生命现象关系；生物分子在生物机体中相互作用及其改变规律。在生物机体中相互作用及其改变规律。第12页细胞生物学细胞生物学生物化学生物化学第13页分子生物学概念分子生物学概念n分子生物学是从分子水平硕士命本质为目标一分子生物学是从分子水平硕士命本质为目标一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子结构及其在遗传信息和细胞信息传递中作分子结构及其在遗传信息和细胞信息传递中作用为研究对象。用为研究对象。n说明遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征说明遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征分子机理，从而为利用和改造生物奠定理论基分子机理，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新伎俩。础和提供新伎俩。n说明携带遗传信息核酸和在遗传信息传递及细说明携带遗传信息核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着主要作用蛋白胞内、细胞间通讯过程中发挥着主要作用蛋白质等生物大分子结构。质等生物大分子结构。第14页 分子生物学分子生物学 第15页 化学生物学概念化学生物学概念 n化学生物学所发觉和合成化学生物学所发觉和合成新奇生物活性物质新奇生物活性物质将为医学和生命将为医学和生命科学研究提供主要研究工具；科学研究提供主要研究工具；n这些物质可用来开发新奇药品、临床诊疗试剂，为疾病治疗这些物质可用来开发新奇药品、临床诊疗试剂，为疾病治疗提供新路径，有些物质可直接作为研制新奇药品或农药先导提供新路径，有些物质可直接作为研制新奇药品或农药先导化合物，从而为医药、农业和环境等方面高新技术发展提供化合物，从而为医药、农业和环境等方面高新技术发展提供资源。资源。n在美国加利福尼亚大学药学院网站对化学生物学定义为在美国加利福尼亚大学药学院网站对化学生物学定义为“composition,structure,properties,and“composition,structure,properties,and interactions of chemicals within living organisms”interactions of chemicals within living organisms”，这个定义比较简单、明确，能够被不一样学科人员了解，也这个定义比较简单、明确，能够被不一样学科人员了解，也与生物化学定义有显著区分，同时从与生物化学定义有显著区分，同时从“Chemical biology”“Chemical biology”字面上也比较轻易了解。字面上也比较轻易了解。第16页从化学角度了解化学生物学从化学角度了解化学生物学n我认为化学生物学关键内容是怎样利用化学合成我认为化学生物学关键内容是怎样利用化学合成当代技术、化合物分离伎俩和化学分子结构解析当代技术、化合物分离伎俩和化学分子结构解析技术取得各种各样化学物质（包含无机、有机和技术取得各种各样化学物质（包含无机、有机和高分子物质）；高分子物质）；n以及这些化学物质怎样与生物大分子、细胞相互以及这些化学物质怎样与生物大分子、细胞相互作用及分子识别。按照这么了解，作用及分子识别。按照这么了解，n从化学观点看，能够了解为化学生物学是研究化从化学观点看，能够了解为化学生物学是研究化学物质生物化学功效、生物学功效和医学作用一学物质生物化学功效、生物学功效和医学作用一门科学。门科学。第17页化学生物学内涵化学生物学内涵无机无机有机有机高分子高分子物质物质生物大分子生物大分子合成合成分离分离纯化纯化分析分析化化学学物物质质相相互互作作用用细胞细胞动植物动植物蛋白质蛋白质酶酶核酸核酸细胞膜细胞膜信号转导信号转导细胞凋亡细胞凋亡细胞周期细胞周期细胞分化细胞分化药品代谢药品代谢毒理学毒理学生物化生物化学功效学功效生生物物转转化化生物生物学功效学功效医药学医药学学作用学作用第18页生生命命基基本本构构成成第19页第一节第一节 细胞细胞n细胞是组成生物体基本结构单元细胞是组成生物体基本结构单元，是生物体进行代，是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动谢、能量转换、遗传以及其它生理活动基本场所基本场所。n细细胞胞内内存存在在着着各各种种各各样样生生物物化化学学体体系系，生生物物体体内内发发生大多数化学反应过程都是在细胞内进行。生大多数化学反应过程都是在细胞内进行。n细胞能够以一分为二分裂方式进行自我增殖和遗传，细胞能够以一分为二分裂方式进行自我增殖和遗传，动植物细胞、细菌细胞都是如此。动植物细胞、细菌细胞都是如此。第20页1 1原核细胞原核细胞n原核细胞是一类进化程度低，结构最简单一类细原核细胞是一类进化程度低，结构最简单一类细胞。属于原核细胞有细菌胞。属于原核细胞有细菌(Bacteria)(Bacteria)和蓝藻和蓝藻(blue-green algae)(blue-green algae)等。等。n原核细胞外层是细胞壁和细胞膜（质膜），内部原核细胞外层是细胞壁和细胞膜（质膜），内部为细胞质。为细胞质。n细胞质结构非常简单，没有显著细胞器（由封闭细胞质结构非常简单，没有显著细胞器（由封闭生物膜包裹固体质粒），只有原始细胞核（无核生物膜包裹固体质粒），只有原始细胞核（无核膜和核仁）和其它一些核糖核蛋白体等。膜和核仁）和其它一些核糖核蛋白体等。一、细胞分类和结构一、细胞分类和结构 第21页n细菌质膜外面还有强固细胞细胞壁。革兰氏阴性细菌质膜外面还有强固细胞细胞壁。革兰氏阴性菌，如大肠杆菌含有两层膜：内膜即质膜，是物菌，如大肠杆菌含有两层膜：内膜即质膜，是物质通透屏障；外膜能够允许分子量大于质通透屏障；外膜能够允许分子量大于10001000物质物质经过，两层膜之间是由蛋白质和寡聚糖组成复合经过，两层膜之间是由蛋白质和寡聚糖组成复合物细胞壁和细胞分泌物质空间部位周质空间。革物细胞壁和细胞分泌物质空间部位周质空间。革兰氏阳性菌只有一层质膜和细胞壁。兰氏阳性菌只有一层质膜和细胞壁。n大肠杆菌是经典原核细胞，因为它结构简单，含大肠杆菌是经典原核细胞，因为它结构简单，含有优良遗传信息复制、转录和表示能力，而且轻有优良遗传信息复制、转录和表示能力，而且轻易培养和繁殖，已经成为生物化学和分子生物学易培养和繁殖，已经成为生物化学和分子生物学研究中最好试验工具。研究中最好试验工具。第22页大肠杆菌大肠杆菌结构结构第23页2 2真核细胞真核细胞n真真核核细细胞胞外外层层为为细细胞胞膜膜（植植物物细细胞胞还还有有一一层层细细胞壁），内部为细胞质。胞壁），内部为细胞质。n细细胞胞质质结结构构非非常常复复杂杂，含含有有许许多多细细胞胞器器，主主要要有有：细细胞胞核核、线线粒粒体体、核核糖糖核核蛋蛋白白体体、高高尔尔基基体和溶酶体等。体和溶酶体等。n植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。植物细胞中还含有质体、叶绿体和液泡等。n各各个个细细胞胞器器含含有有不不一一样样生生物物功功效效，它它们们之之间间协协调调运运作作，使使细细胞胞内内代代谢谢和和各各种种生生理理活活动动能能够够有有条不紊地进行。条不紊地进行。第24页真真核核细细胞胞结结构构第25页二、真核细胞与原核细胞比较二、真核细胞与原核细胞比较 原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞细胞大小细胞大小较小（较小（1 11010 m m）较大（较大（1010100100 m m）细胞核细胞核无核膜及核仁（拟核）无核膜及核仁（拟核）有核膜及核仁（真核）有核膜及核仁（真核）DNADNA环状环状DNADNA，不与组蛋白结合，不与组蛋白结合线线性性DNADNA，与与组组蛋蛋白白结结合合成成染染色色质质细胞质细胞质含含有有70S70S核核糖糖体体，没没有有膜膜性性细细胞胞器器，无无细细胞胞骨骨架架和和中中心粒心粒含含有有80S80S核核糖糖体体，内内质质网网、线线粒粒体体等等膜膜性性细细胞胞器器，有有细细胞胞骨骨架架和和中心粒中心粒细胞壁细胞壁主要成份为肽聚糖主要成份为肽聚糖主要成份为纤维素（植物）主要成份为纤维素（植物）运动器官运动器官鞭毛或纤毛，结构简单鞭毛或纤毛，结构简单由由微微管管组组成成鞭鞭毛毛或或纤纤毛毛，结结构复杂构复杂RNARNA与与蛋蛋白白质质合成合成在在同同一一部部位位合合成成RNARNA和和蛋蛋白质白质核核内内合合成成RNARNA，在在细细胞胞质质内内合合成蛋白质成蛋白质细胞分裂细胞分裂无丝分裂无丝分裂有丝分裂或减数分裂有丝分裂或减数分裂第26页n细胞也能够按照细胞形态等进行分类：如微生物、细胞也能够按照细胞形态等进行分类：如微生物、动物和植物细胞。动物和植物细胞。n利用微生物能够生产生物活性物质，主要是指微利用微生物能够生产生物活性物质，主要是指微生物起源抗生素生物起源抗生素(包含抗细菌抗生素、抗真菌抗生包含抗细菌抗生素、抗真菌抗生索、抗肿瘤抗生家以及抗病毒抗生家等索、抗肿瘤抗生家以及抗病毒抗生家等)以及含有以及含有各种各样药用生理活性物质。其中一些已经发展各种各样药用生理活性物质。其中一些已经发展成为药品，但大部分只有药品先导化合物功效或成为药品，但大部分只有药品先导化合物功效或者能够作为生化试剂，但它们对于新药发展和认者能够作为生化试剂，但它们对于新药发展和认识生命过程是非常有益。识生命过程是非常有益。n微生物起源生理活性物质依据其作用靶分子种类微生物起源生理活性物质依据其作用靶分子种类及其作用方式而分为酶抑制剂、受体拮抗剂、细及其作用方式而分为酶抑制剂、受体拮抗剂、细胞信号转导调整剂和免疫调整剂等。胞信号转导调整剂和免疫调整剂等。第27页n微生物广泛存在于我们周围，与人们生活有着亲密联络。微生物广泛存在于我们周围，与人们生活有着亲密联络。依据其不一样进化水平和性状上显著差异可分为原核微生依据其不一样进化水平和性状上显著差异可分为原核微生物、真核微生物和非细胞微生物三大类群。其中原核微生物、真核微生物和非细胞微生物三大类群。其中原核微生物主要有六类，即物主要有六类，即细菌、放线菌细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。次氏体和衣原体。n在人们还没有认识细菌时，在人们还没有认识细菌时，细菌细菌中少数病原菌曾猖獗一时，中少数病原菌曾猖獗一时，夺走无数生命；不少腐败菌也经常引发食物和工农业产品夺走无数生命；不少腐败菌也经常引发食物和工农业产品腐烂变质。伴随微生物学发展，当前，由细菌引发一些传腐烂变质。伴随微生物学发展，当前，由细菌引发一些传染病基本上都得到了控制。染病基本上都得到了控制。n放线菌与人类关系比较亲密，在人们发觉抗生素中，除了放线菌与人类关系比较亲密，在人们发觉抗生素中，除了青霉素和头孢霉素类外，大多数由各种放线菌产生，只有青霉素和头孢霉素类外，大多数由各种放线菌产生，只有少部分放线菌对人类组成危害。少部分放线菌对人类组成危害。第28页n在真菌中，主要以酵母菌、霉菌和蕈菌。千百年在真菌中，主要以酵母菌、霉菌和蕈菌。千百年来，酵母菌及其发酵产品大大改进和丰富了人类来，酵母菌及其发酵产品大大改进和丰富了人类生活，比如酒类酿造，面包制造，甘油发酵，石生活，比如酒类酿造，面包制造，甘油发酵，石油产品脱蜡，食用、药用和饲料用蛋白生产，许油产品脱蜡，食用、药用和饲料用蛋白生产，许多化工产品发酵生产（维生素、辅酶）等。多化工产品发酵生产（维生素、辅酶）等。n少数酵母菌也能够引发人或其它动物疾病，最常少数酵母菌也能够引发人或其它动物疾病，最常见是白色念珠菌（白假丝酵母），可造成人体一见是白色念珠菌（白假丝酵母），可造成人体一些表层（皮肤、粘膜）或深层（各内脏、器官）些表层（皮肤、粘膜）或深层（各内脏、器官）疾病，如鹅口疮、阴道炎、轻度肺炎、慢性脑膜疾病，如鹅口疮、阴道炎、轻度肺炎、慢性脑膜炎等。炎等。第29页n霉菌是丝状真菌一个通俗名称。往往在潮湿气候下霉菌是丝状真菌一个通俗名称。往往在潮湿气候下大量生长繁殖，长出肉眼可见丝状、绒状或蛛网状大量生长繁殖，长出肉眼可见丝状、绒状或蛛网状菌丝体。它种类和数量惊人多，在自然条件下，经菌丝体。它种类和数量惊人多，在自然条件下，经常引发食物、工农业产品霉变和植物病害。常引发食物、工农业产品霉变和植物病害。n大量霉菌不但能够促使各种有机物，尤其是大量纤大量霉菌不但能够促使各种有机物，尤其是大量纤维素、木质素分解，也广泛地应用于工农业生产、维素、木质素分解，也广泛地应用于工农业生产、医药、环境保护等领域。如柠檬酸、葡萄糖酸等有医药、环境保护等领域。如柠檬酸、葡萄糖酸等有机酸，青霉素和头孢霉素等抗生素、核黄素等维生机酸，青霉素和头孢霉素等抗生素、核黄素等维生素发酵生产。也是酿制酱、酱油、干酪等食物主要素发酵生产。也是酿制酱、酱油、干酪等食物主要用菌。用菌。n霉菌也能够引发许多植物病害，引发动物疾病，如霉菌也能够引发许多植物病害，引发动物疾病，如植物稻瘟病，人体皮肤癣菌引发各种癣症等。当前植物稻瘟病，人体皮肤癣菌引发各种癣症等。当前被国际上确认致病菌有二百各种。被国际上确认致病菌有二百各种。第30页动植物细胞培养生产化学物质动植物细胞培养生产化学物质 n地球上大医生长植物是人类赖以少存宝贵资源。人类对植物地球上大医生长植物是人类赖以少存宝贵资源。人类对植物小初生和次生代谢产物利用能够追溯到远古时代，现在仍在小初生和次生代谢产物利用能够追溯到远古时代，现在仍在人类生活小占有主要地值。但从天然植物中提取方式受到了人类生活小占有主要地值。但从天然植物中提取方式受到了挑战。主要是：一是天然植物产量低，不能满足需要；二是挑战。主要是：一是天然植物产量低，不能满足需要；二是许多野生植物正趋于濒危；三是引种驯化困难；四是受自然许多野生植物正趋于濒危；三是引种驯化困难；四是受自然环境和耕地影响。栽培中产量和质量难以控制。另外，用化环境和耕地影响。栽培中产量和质量难以控制。另外，用化学合成方法，因为工艺复杂、成本高、污染大，也受到了限学合成方法，因为工艺复杂、成本高、污染大，也受到了限制。制。n19831983年日本利用紫草细胞培养生产紫草宁年日本利用紫草细胞培养生产紫草宁(Shikonin)(Shikonin)取得成取得成功。当前利用于植物组织培养生产次生代谢产物已达百种以功。当前利用于植物组织培养生产次生代谢产物已达百种以上，生产次生代谢产物已达上，生产次生代谢产物已达5050种以上。主要集中在制药工业种以上。主要集中在制药工业中一些价格高、产量低、需求大化合物上中一些价格高、产量低、需求大化合物上(如紫杉醇、长春如紫杉醇、长春碱等碱等)；其次是油料；其次是油料(如小豆蔻油等如小豆蔻油等)、食用添加剂、食用添加剂(如如110110香香子兰等子兰等)、调味剂、调味剂(如留兰香等如留兰香等)。植物细胞培养生产有用代。植物细胞培养生产有用代谢产物成为继用微生物生产有用代谢产物又谢产物成为继用微生物生产有用代谢产物又主要发展领域。主要发展领域。吸引了许多国家科学家重视。吸引了许多国家科学家重视。第31页第二节第二节 细胞膜细胞膜n全部细胞都以一层薄膜将它内含物与外界环境分全部细胞都以一层薄膜将它内含物与外界环境分开，其内含物普通称为细胞质，这层薄膜就称为开，其内含物普通称为细胞质，这层薄膜就称为质膜。质膜。n因因为为质质膜膜（plasma plasma membranemembrane）包包在在细细胞胞外外面面所所以以又又称称细细胞胞膜膜。围围绕绕各各种种细细胞胞器器膜膜，称称为为细细胞胞内内膜。膜。n质质膜膜和和内内膜膜在在起起源源、结结构构和和化化学学组组成成等等方方面面含含有有相相同同性性，故故总总称称为为生生物物膜膜（biomembranebiomembrane）。生生物膜是细胞进行生命活动主要物质基础。物膜是细胞进行生命活动主要物质基础。第32页一、细胞膜化学组成一、细胞膜化学组成n细细胞胞膜膜主主要要由由膜膜脂脂和和膜膜蛋蛋白白组组成成，另另外外还还有有少少许许糖糖，主要以糖脂和糖蛋白形式存在。主要以糖脂和糖蛋白形式存在。n膜膜脂脂是是膜膜基基本本骨骨架架，膜膜蛋蛋白白是是膜膜功功效效主主要要表表达达者者。动物细胞膜通常含有等量脂类和蛋白质。动物细胞膜通常含有等量脂类和蛋白质。n细胞膜上还含有少许细胞膜上还含有少许水和金属离子等。水和金属离子等。n生物膜组成，因膜种类不一样而有很大差异。生物膜组成，因膜种类不一样而有很大差异。第33页1、膜脂、膜脂n膜脂主要包含磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。膜脂主要包含磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。n（1 1）、磷脂）、磷脂n是是组组成成膜膜脂脂基基本本成成份份，约约占占整整个个膜膜脂脂5050以以上上。磷磷脂脂分分子子主要特征是：主要特征是：1.1.含含有有一一个个极极性性头头和和两两个个非非极极性性尾尾（脂脂肪肪酸酸链链），线线粒粒体体内内膜上心磷脂含有膜上心磷脂含有4 4个非极性局部。个非极性局部。2.2.脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由1616，1818或或2020个碳原子组成。个碳原子组成。3.3.常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。第34页 磷脂磷脂 Glycerophospholipids Glycerophospholipidsn主主要要是是磷磷酸酸甘甘油油二二脂脂。甘甘油油中中第第1 1，2 2位位碳碳原原子子与与脂脂肪肪酸酸酯酯基基（主主要要是是含含1616碳碳软软脂脂酸酸和和1818碳碳油油酸酸）相相连连，第第3 3位位碳碳原原子子则则与与磷磷酸酸酯酯基基相相连连。不不一一样样磷磷脂脂，其其磷酸酯基组成也不相同。磷酸酯基组成也不相同。第35页磷磷脂脂结结构构类类型型第36页脂肪酸脂肪酸n饱和脂肪酸：硬脂酸（18碳脂肪酸）、软脂酸（16碳脂肪酸）、花生酸（二十碳酸）等。n不饱和脂肪酸：油酸（18碳一烯酸9）、亚油酸（18碳二烯酸9，12）、亚麻酸（18碳三烯酸9，12，15或6，9，12）、花生四烯酸（二十碳四烯酸）、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。n必需脂肪酸：维持生长所需，体内又不能合成脂肪酸n脂肪酸链长短以及饱和度与膜流动性有关，短链脂肪酸能降低脂肪酸链尾部相互作用，在相变温度以下不易凝集，不饱和脂肪酸链双键处易弯曲，熔点低，可使脂肪酸链尾部不易相互靠近，增加膜流动性。所以，一些含高不饱和脂肪酸油脂经常用作治疗心血管疾病辅助药品。第37页磷脂特点磷脂特点n磷脂分子中含有亲水性磷酸酯基和亲脂性脂肪酸链，是优磷脂分子中含有亲水性磷酸酯基和亲脂性脂肪酸链，是优良两亲性分子。良两亲性分子。n磷脂分子在水溶液中，因为水分子作用，能够形成双层脂磷脂分子在水溶液中，因为水分子作用，能够形成双层脂膜结构或微团结构。膜结构或微团结构。n磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂膜。磷酸甘油二脂在水溶液中主要是形成双层脂膜。n磷脂这种性质，使它含有形成生物膜（双层脂膜）特征。磷脂这种性质，使它含有形成生物膜（双层脂膜）特征。第38页磷脂形成微团结构磷脂形成微团结构第39页鞘磷脂鞘磷脂n鞘鞘磷磷脂脂（sphingomyelinsphingomyelin，SMSM）在在脑脑和和神神经经细细胞胞膜膜中中尤尤其其丰丰富富。以以鞘鞘胺胺醇醇（sphingoinesphingoine）为为骨骨架架，与与一一条条脂脂肪肪酸酸链链组组成成疏疏水水尾尾部部，亲亲水水头头部部也也含含胆胆碱碱与与磷磷酸酸结结合合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。第40页（2 2）胆固醇胆固醇n胆固醇是一个类脂化胆固醇是一个类脂化合物合物,主要存在真核细主要存在真核细胞膜上，含量普通不胞膜上，含量普通不超出膜脂超出膜脂1/31/3，植物细，植物细胞膜中含量较少胞膜中含量较少。其功效是提升双脂层力学稳其功效是提升双脂层力学稳定性，调整双脂层流动性，降定性，调整双脂层流动性，降低水溶性物质通透性。低水溶性物质通透性。第41页（二）、糖脂（二）、糖脂是是含含糖糖而而不不含含磷磷酸酸脂脂类类，含含量量约约占占脂脂总总量量5 5以以下下，在在神神经经细胞膜上糖脂含量较高，约占细胞膜上糖脂含量较高，约占5-105-10。糖糖脂脂也也是是两两性性分分子子，其其结结构构与与SMSM很很相相同同，只只是是由由一一个个或或多多个个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇羟基结合。糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇羟基结合。最最简简单单糖糖脂脂是是半半乳乳糖糖脑脑苷苷脂脂，在在髓髓鞘鞘多多层层膜膜中中含含量量丰丰富富；改改变变最最多多、最最复复杂杂糖糖脂脂是是神神经经节节苷苷脂脂，其其头头部部包包含含一一个个或或几几个个唾唾液液酸酸和和糖糖残残基基。神神经经节节苷苷脂脂是是神神经经元元质质膜膜中中含含有有特特征征性性成成份。份。（3 3）糖脂糖脂第42页半乳糖脑苷脂半乳糖脑苷脂第43页2 2，膜蛋白质，膜蛋白质n是膜功效主要表达者。据预计核基因组编码蛋白是膜功效主要表达者。据预计核基因组编码蛋白质中质中30%30%左右为膜蛋白。依据膜蛋白与脂分子结合左右为膜蛋白。依据膜蛋白与脂分子结合方式，可分为：方式，可分为：n内在蛋白（内在蛋白（integral proteinintegral protein）n外周蛋白（外周蛋白（peripheral proteinperipheral protein）n脂锚定蛋白（脂锚定蛋白（lipid-anchored proteinlipid-anchored protein）。）。第44页膜蛋白质膜蛋白质 第45页外周蛋白外周蛋白n外外周周蛋蛋白白靠靠离离子子键键或或其其它它较较弱弱键键与与膜膜表表面面蛋蛋白白质质分分子子或或脂脂分分子子亲亲水水部部分分结结合合，所所以以只只要要改改变变溶溶液液离离子子强强度度甚甚至至提提升升温温度度就就能能够从膜上分离下来。够从膜上分离下来。n这这类类蛋蛋白白约约占占膜膜蛋蛋白白202030%30%，分分布布于于双双层层脂膜表层。外周蛋白能溶解于水。脂膜表层。外周蛋白能溶解于水。第46页内在蛋白内在蛋白n内内在在蛋蛋白白约约占占膜膜蛋蛋白白70-80%70-80%，蛋蛋白白部部分分或或全全部部嵌嵌在双层脂膜疏水层中。在双层脂膜疏水层中。n这这类类蛋蛋白白特特征征是是不不溶溶于于水水，主主要要靠靠疏疏水水键键与与膜膜脂脂相结合，而且不轻易从膜中分离出来。相结合，而且不轻易从膜中分离出来。n内内在在蛋蛋白白与与双双层层脂脂膜膜疏疏水水区区接接触触部部分分，因因为为没没有有水水分分子子影影响响，多多肽肽链链内内形形成成氢氢键键趋趋向向大大大大增增加加，所所以以，它它们们主主要要以以-螺螺旋旋和和-折折叠叠形形式式存存在在，其其中又以中又以-螺旋更普遍。螺旋更普遍。第47页内在蛋白内在蛋白第48页n脂锚定蛋白（脂锚定蛋白（lipid-anchored proteinlipid-anchored protein）能够分为两类：）能够分为两类：n糖磷脂酰肌醇糖磷脂酰肌醇(glycophosphatidylinositol(glycophosphatidylinositol，GPI)GPI)连接蛋连接蛋白，白，GPIGPI位于细胞膜外小叶，用磷脂酶位于细胞膜外小叶，用磷脂酶C C（能识别含肌醇磷（能识别含肌醇磷脂）处理细胞，能释放出结合蛋白。许多细胞表面受体、脂）处理细胞，能释放出结合蛋白。许多细胞表面受体、酶、细胞粘附分子和引发羊瘙痒病酶、细胞粘附分子和引发羊瘙痒病PrPPrPC C都是这类蛋白。都是这类蛋白。n另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶长碳氢链结合。另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶长碳氢链结合。第49页,integral protein；,peripheral protein；,lipid-anchored protein第50页二、生物膜结构二、生物膜结构 n生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主组成双层脂生物膜是以磷脂、胆固醇和糖脂为主组成双层脂膜。膜脂分子亲水端都朝向膜外面，疏水端则朝膜。膜脂分子亲水端都朝向膜外面，疏水端则朝向膜中央，所以能够自动形成双脂层向膜中央，所以能够自动形成双脂层。第51页S.J.Singer&G.Nicolson 1972S.J.Singer&G.Nicolson 1972依据免疫荧光技术、冰冻蚀刻依据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术研究结果，提出了技术研究结果，提出了“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”。第52页1，流动镶嵌模型，流动镶嵌模型1.细胞膜由流动双脂层和嵌在其中蛋白质组成。细胞膜由流动双脂层和嵌在其中蛋白质组成。2.磷磷脂脂分分子子以以疏疏水水性性尾尾部部相相对对，极极性性头头部部朝朝向向水水相组成生物膜骨架；相组成生物膜骨架；3.蛋蛋白白质质或或嵌嵌在在双双脂脂层层表表面面，或或嵌嵌在在其其内内部部，或或横跨整个双脂层，表现出分布不对称性。横跨整个双脂层，表现出分布不对称性。第53页2 2、影响膜脂流动性原因、影响膜脂流动性原因胆固醇：胆固醇含量增加会降低膜流动性。胆固醇：胆固醇含量增加会降低膜流动性。脂脂肪肪酸酸链链饱饱和和度度：脂脂肪肪酸酸链链所所含含双双键键越越多多越越不不饱饱和和，使使膜膜流动性增加。流动性增加。脂肪酸链链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。脂肪酸链链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵卵磷磷脂脂/鞘鞘磷磷脂脂：该该百百分分比比高高则则膜膜流流动动性性增增加加，是是因因为为鞘鞘磷脂粘度高于卵磷脂。磷脂粘度高于卵磷脂。其它原因：温度、酸碱度、离子强度等。其它原因：温度、酸碱度、离子强度等。第54页3，膜不对称性，膜不对称性n质膜内外两层组分和功效差异，称为膜不对称性。质膜内外两层组分和功效差异，称为膜不对称性。n样样品品经经冰冰冻冻断断裂裂处处理理后后，细细胞胞膜膜可可从从脂脂双双层层中中央央断断开开，各各断断面面命命名名为为：ESES，细细胞胞外外表表面面（extrocytoplasmic extrocytoplasmic surfacesurface）；EFEF，细细胞胞外外小小页页断断面面（extrocytoplasmic extrocytoplasmic faceface）；PSPS，原原生生质质表表面面（protoplasmic protoplasmic surfacesurface）；）；PFPF，原生质小页断面（，原生质小页断面（protoplasmic faceprotoplasmic face）。第55页n1 1、膜脂不对称性：同一个脂分子在脂双层中呈不均匀分、膜脂不对称性：同一个脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：布，如：PCPC和和SMSM主要分布在外小叶，主要分布在外小叶，PEPE和和PSPS分布在内小分布在内小叶。用磷脂酶处理完整人类红细胞，叶。用磷脂酶处理完整人类红细胞，80%PC80%PC降解，降解，PEPE和和PSPS分别只有分别只有20%20%和和10%10%被降解。被降解。n膜脂不对称性还表现在膜表面含有胆固醇和鞘磷脂等形膜脂不对称性还表现在膜表面含有胆固醇和鞘磷脂等形成微结构域成微结构域脂筏。脂筏。n2 2复合糖不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜外表复合糖不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜外表面。面。n3 3、膜膜蛋蛋白白不不对对称称性性：每每种种膜膜蛋蛋白白分分子子在在细细胞胞膜膜上上都都含含有有特特定定方方向向性性和和分分布布区区域域性性。如如各各种种激激素素受受体体含含有有极极性性，细胞色素细胞色素C C位于线粒体内膜位于线粒体内膜M M侧。侧。第56页三、细胞膜功效三、细胞膜功效1.为细胞生命活动提供相对稳定内环境；为细胞生命活动提供相对稳定内环境；2.选择性物质运输，包含代谢底物输入与代谢产物排出；选择性物质运输，包含代谢底物输入与代谢产物排出；3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递；4.为各种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；为各种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；5.介导细胞与细胞、细胞与基质之间连接；介导细胞与细胞、细胞与基质之间连接；6.参加形成含有不一样功效细胞表面特化结构。参加形成含有不一样功效细胞表面特化结构。第57页第三节第三节 生物转运过程生物转运过程 n细细胞胞膜膜是是预预防防细细胞胞外外物物质质自自由由进进入入细细胞胞屏屏障障，它它确确保保了了细细胞胞内内环环境境相相对对稳稳定定，使使各各种种生生化化反反应应能能够够有有序序运运行行。不不过过细细胞胞必必须须与与周周围围环环境境发发生生信信息息、物物质质与与能能量量交交换换，才才能能完完成成特特定定生生理理功功效效。所所以以细细胞胞必必须须具具备备一一套套物物质质转转运运体体系系，用用来来取取得得所所需需物质和排出代谢废物。物质和排出代谢废物。n生生物物转转运运过过程程是是各各种种物物质质，包包含含外外源源化化合合物物（药药品品、毒毒物物）和和内内源源化化合合物物，透透过过生生物物膜膜在在