新版生物膜的结构与功能市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第五章第五章 生物膜结构与功效生物膜结构与功效 目标与要求：经过本章学习，要求掌握生目标与要求：经过本章学习，要求掌握生物膜结构特点和功效。生物膜在生命活动中功物膜结构特点和功效。生物膜在生命活动中功效是多方面，其主要功效是：物质运输功效，效是多方面，其主要功效是：物质运输功效，能量转换功效和信号转导功效能量转换功效和信号转导功效。第1页生物膜结构与功效生物膜结构与功效第一节第一节 生物膜生物膜组成和性质组成和性质第二节第二节 生物膜生物膜结构和特点结构和特点第三节第三节 生物膜生物膜功效功效第2页第一节第一节 生物膜组成和性质生物膜组成和性质一、膜脂一、膜脂 种类：种类：磷脂磷脂、胆固醇胆固醇、糖脂糖脂 特点：特点：多态性多态性（polymorphism）二、二、膜蛋白膜蛋白 外周蛋白、内在蛋白外周蛋白、内在蛋白三、三、糖类糖类 细胞表面天线细胞表面天线第3页第二节第二节 生物膜结构和特点生物膜结构和特点一、生物膜中分子间作用力一、生物膜中分子间作用力 静电力、疏水作用、范德华引力静电力、疏水作用、范德华引力二、生物膜结构主要特征二、生物膜结构主要特征 膜组分膜组分不对称分布不对称分布、膜脂和膜蛋白、膜脂和膜蛋白流动性流动性三、生物膜分子结构模型三、生物膜分子结构模型 “流体镶嵌流体镶嵌”模型模型第4页第三节第三节 生物膜功效生物膜功效一、生物膜与一、生物膜与物质运输物质运输二、生物膜与能量转换二、生物膜与能量转换三、生物膜与信号转导三、生物膜与信号转导第5页-X甘油甘油磷脂结构磷脂结构磷脂酰甘油磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol)X=磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine)X=磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱(Phosphatidylchiine)X=磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol)X=双磷脂酰甘油双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol)磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine)X=X=第6页神经酰胺神经酰胺(Ceramide)脂肪酸脂肪酸部分部分鞘氨醇、神经磷脂和鞘氨醇、神经磷脂和鞘鞘磷脂结构磷脂结构鞘氨醇鞘氨醇(Sphingosine)鞘磷脂鞘磷脂(Sphingomyelin)磷磷酸酸胆胆碱碱神经酰胺神经酰胺部分部分第7页胆固醇结构胆固醇结构胆固醇胆固醇(Cholesterol)第8页神经节苷脂结构神经节苷脂结构D-半乳糖半乳糖GM1GM2GM3N-乙酰乙酰-D-半乳糖半乳糖D-半乳糖半乳糖D-葡萄糖葡萄糖N-乙酰神经氨酸乙酰神经氨酸硬脂酸硬脂酸鞘氨醇鞘氨醇第9页磷脂分子在水溶液中存在几个结构形式磷脂分子在水溶液中存在几个结构形式双层微囊双层微囊水水空气空气微团微团单体单体单层单层第10页磷脂类双层结构和六角形相磷脂类双层结构和六角形相H1、H2双层结构双层结构（Bilyer）六角形相六角形相(Hexagonal)H2H1六角形相六角形相(Hexagonal)第11页生物膜膜周围蛋白、膜内在蛋白示意图生物膜膜周围蛋白、膜内在蛋白示意图a.b.c.a.b.c.膜周围蛋白膜周围蛋白 ，d.e.d.e.膜内在蛋白膜内在蛋白第12页膜蛋白与膜脂双脂层结合主要形式膜蛋白与膜脂双脂层结合主要形式血影蛋白血影蛋白(Sectrin)膜脂双层膜脂双层膜脂双层膜脂双层第13页红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列第14页红细胞膜骨架各组分与质膜连接示意图红细胞膜骨架各组分与质膜连接示意图肌动蛋白肌动蛋白 (Actin)蛋白质蛋白质4.1 (Protein4.1)血影蛋白血影蛋白(Sectrin)带带3蛋白蛋白(Band 3)糖蛋白糖蛋白 (Ankyrin)血型蛋白血型蛋白(Glycophorin)糖链糖链第15页低聚寡糖链低聚寡糖链跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白脂双层脂双层糖被糖被糖残基糖残基唾液酸唾液酸糖脂糖脂细胞外壳（糖萼）示意图细胞外壳（糖萼）示意图膜脂（磷脂、膜脂（磷脂、糖脂、胆固醇）糖脂、胆固醇）第16页 Singer&Nicolson流体镶嵌模型流体镶嵌模型第17页人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层分布人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层分布占总量百分比占总量百分比占总量百分比占总量百分比5050252550502525外层外层外层外层内层内层内层内层膜脂总量膜脂总量膜脂总量膜脂总量鞘磷脂鞘磷脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺第18页膜脂相变膜脂相变变相温度（变相温度（变相温度（变相温度（TcTc）凝胶态凝胶态凝胶态凝胶态液晶态液晶态液晶态液晶态TTcTTcTTc第19页磷脂分子运动几个方式磷脂分子运动几个方式侧向移动侧向移动全反式、偏转构型全反式、偏转构型旋转异构化运动旋转异构化运动翻转运动翻转运动摆动摆动、扭动、扭动第20页发红光硷性蕊香发红光硷性蕊香红标识人细胞膜红标识人细胞膜蛋白抗体蛋白抗体发绿光荧光素发绿光荧光素标识小鼠细胞标识小鼠细胞膜蛋白抗体膜蛋白抗体经过细胞膜融合证实膜蛋白运动示意图经过细胞膜融合证实膜蛋白运动示意图第21页Na+-K+-ATPase体外重建体外重建Na+-K+-ATPaseNa+-K+-ATPase去污剂微囊去污剂微囊去污剂微囊去污剂微囊脂脂脂脂-去污剂微囊去污剂微囊去污剂微囊去污剂微囊增溶膜蛋白增溶膜蛋白增溶膜蛋白增溶膜蛋白去污剂微囊去污剂微囊去污剂微囊去污剂微囊外加磷脂外加磷脂外加磷脂外加磷脂透析透析透析透析纯化膜蛋白纯化膜蛋白纯化膜蛋白纯化膜蛋白Na+-K+-ATPaseNa+-K+-ATPase在脂质体上重建在脂质体上重建在脂质体上重建在脂质体上重建纯化纯化纯化纯化第22页 生物膜与物质跨膜运输生物膜与物质跨膜运输1、被动运输与主动运输被动运输与主动运输2、小分子物质运输小分子物质运输 3、生物大分子跨膜运输生物大分子跨膜运输 4、跨膜运输分子机制跨膜运输分子机制第23页2小分子物质运输小分子物质运输（1）阳离子运输（例：）阳离子运输（例：Na+.K+-ATPase）K.whittam及其同事及其同事经典试验经典试验 Na+.K+-ATPase结构结构和和作用机理作用机理 （2）糖和氨基酸运输）糖和氨基酸运输 协同运输协同运输（co-transport）基团运输基团运输（group transport)第24页3、生物大分子跨膜运输、生物大分子跨膜运输 （1）胞吐胞吐和内吞作用和内吞作用（2）新生蛋白质跨膜定向运输）新生蛋白质跨膜定向运输 蛋白质经过信号肽引导到目标地蛋白质经过信号肽引导到目标地 信号肽信号肽(signal sequence)信号肽假说信号肽假说(signal hypothesis)线粒体及叶绿体蛋白质翻译后跨膜运输线粒体及叶绿体蛋白质翻译后跨膜运输 线粒体蛋白质跨膜运输线粒体蛋白质跨膜运输图例图例第25页4、跨膜运输分子机制、跨膜运输分子机制1、移动性载体模型、移动性载体模型2、孔道或、孔道或通道通道模型模型 3、构象改变假说、构象改变假说移动性载体模型移动性载体模型孔道或通道模型孔道或通道模型构象改变假说构象改变假说第26页两两种种类类型型门门控控离离子子通通道道第27页被动运输和主动运输示意图被动运输和主动运输示意图（G 0G G 0 0）第28页被动运输（被动运输（Passive transport）物物质质从从高高浓浓度度一一侧侧经经过过膜膜运运输输到到低低浓浓度度一一侧侧，即即顺顺浓浓度度梯梯度度方方向向跨跨膜膜运运输输过过程程称称被被动动运运输输。在在该该过过程中程中G0主动运输特点：主动运输特点：专一性；饱和性；方向性；可被选择性抑制；需提专一性；饱和性；方向性；可被选择性抑制；需提供能量供能量第29页K.Whittam试验试验试验设计：试验设计：制制备备红红细细胞胞血血影影（ghost），观观察察ATP水水解解情情况况和和膜膜内内外外K+，Na+浓度关系。浓度关系。试验结果：试验结果：a红红细细胞胞内内ATP水水解解同同时时，K+、Na+都都按按预预定定方方向向跨跨越越细细胞胞膜（膜（2K+进，进，3 Na+出）；出）；b假如膜内外仅有假如膜内外仅有K+或或Na+，则，则ATP水解极少；水解极少；c红细胞血影只能利用膜内红细胞血影只能利用膜内ATP，而不能利用膜外，而不能利用膜外ATP；dK+可可被被其其它它正正一一价价离离子子（如如NH4+）取取代代，而而Na+则则不不能能被被取代。取代。第30页Na+.K+-ATPase亚基结亚基结构及其在膜上定位构及其在膜上定位第31页Na+-K+-ATPase作用模型作用模型ATPATPADPADP细胞外细胞外细胞外细胞外细胞质细胞质细胞质细胞质1 12 25 54 43 36 6第32页脂双层脂双层细胞外细胞外细胞内细胞内葡萄糖协同运输系统葡萄糖协同运输系统第33页细胞质细胞质 糖磷酸糖磷酸磷酸转换酶系统磷酸转换酶系统糖糖细菌膜细菌膜细胞外细胞外丙酮酸丙酮酸PEP细菌中糖经过基团运输主动运输细菌中糖经过基团运输主动运输第34页 糖基团转运机制糖基团转运机制第35页细胞膜上细胞膜上HCO3-和和Cl-交换交换带带3蛋白在红细胞膜蛋白在红细胞膜上可能分布示意图上可能分布示意图第36页