《生物膜的流动镶嵌模型及物质跨膜运输方式》课件

课件42张PPT。细胞连接 细胞与细胞间、细胞与细胞外空间的结构关系称为细胞连接。
紧密连接
桥粒
间隙连接
胞间连丝 紧密连接(封闭连接)
紧密连接(Tight junction)：
a. 带状,相邻细胞的细细胞膜融合,两膜之间不留空隙使胞外物质不能通过。
b. 封闭10nm宽的胞间隙。
c. 常存在于体内各种屏障内。桥粒纽扣状，很牢固。支撑作用。
桥粒在表皮细胞间大量存在，
桥粒与细胞溶胶中的中间丝相连，
使相邻细胞的细胞骨架连接成网。间隙连接（通讯连接）有2~3 nm胞间隙。中间有1.5nm 的亲水性通道使得连个细胞之间的细胞质相连通进行信息交换。能够通过的主要是离子和小分子。细胞核---“中心调度室”,细胞生命活动的“控制中心”
核糖体---蛋白质生产的“机器”
内质网---合成蛋白质、脂类和糖类的“生产车间”
高尔基体---生物大分子加工、包装的“加工车间”
线粒体和叶绿体---产能的“动力车间”
溶酶体--- “回收车间”和“保卫处”
细胞骨架系统（MF,MT,IF）--- “支架、运输、运动系统”
生物膜系统---膜流，生产“流水线”和“传送带”。细胞膜的结构细胞的外围包有一层由脂双层分子和蛋白质构成的膜称为质膜
质膜结构的研究简史
三明治结构模型 (J.FDanielli，H.Davson, 1935)
单位膜模型 (J.D.Robertson, 1959)
流动镶嵌模型 (S.J. Singer, G.L. Nicolson, 1972)
三、生物膜—流动镶嵌模型细胞膜作用（1）它们是把细胞分割成一个个“小室” (compartment) 的物理屏障。通过控制“小室”内的成份和特定的物理化学性质，为生物分子间的反应提供最佳的微环境。
（2）它们允许某些分子从一个“小室”运输到另一个“小室”，即它们具有选择透过性。
（3）它们是“小室”间传递化学信息和能量的界面
（4）它们为蛋白质的合成、加工与修饰、分选与定位，提供了工作平台和输运载体。1、质膜的化学组成及特点 1）化学组成（研究证明生物膜）
①由脂类、蛋白质及少量糖(形成糖脂、糖蛋白)组成；
②几种成分比例：脂：50%，蛋白：40%，糖：1~10%；
③各成分比例随细胞种类而不同，膜功能多而复杂的蛋白比例大（线粒体，类囊体）；膜功能简单的蛋白种类和数量都少，如神经髓鞘的主要功能—绝缘作用，膜蛋白只三种。15种膜蛋白（六） 细胞质膜基本支架：磷脂双分子层主要化学成分：蛋白质、脂类（磷脂）、糖类2）脂质
①脂质主要有三种类型：胆固醇、磷脂（最丰富）和糖脂；
②磷脂具有一个极性的头两个非极性的尾巴。所以磷脂分子是两亲性分子（亲水头和疏水尾） 其结构利于磷脂双分子层的形成；③脂类在膜上排列——脂双分子层结构（各种脂类分子以疏水端相对，亲水端向着膜的内外表面。） 膜蛋白:
根据膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式，膜蛋白可分为两大类型：膜周边蛋白、膜内在膜蛋白。 (1) 膜周边蛋白为水溶性蛋白，靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子结合。 (2)膜内在蛋白(整合蛋白)与膜结合非常紧密，只有用去垢剂(detergent)使膜解后才可分离出来。 ?
生物膜的“流动镶嵌模型”主要特点:
1、流动性
2、不对称性
质膜中蛋白质分布的不对称性蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层。
质膜中糖的分布不对称性3、镶嵌的 40分钟细胞膜具有一定的流动性 1.膜是流动的
(用不同颜色的荧光标记不同细胞膜上的蛋白质)膜流动性的生理意义:

质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。
当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。 3.膜上的糖类为细胞间识别所必需糖萼
?动物细胞表面存在一层富含糖类物质的结构称为细胞外被或糖萼。它由构成质膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成。
功能：
保护膜蛋白
细胞识别
血型抗原
酶
四、细胞通讯1.信号接受
2.信号转导途径
3.细胞对信号的响应一、小分子和离子的穿膜运输 质膜对溶质的通透性具有以下四个特点：①脂溶性大的分子容易穿过质膜;②分子越小越易穿膜;③不带电荷的分子易穿过膜;④绝大多数离子和亲水性分子的穿膜要依赖于专一的跨膜蛋白。物质穿膜运输的基本类型分为被动运输和主动运输。
被动运输简单扩散离子通道扩散易化扩散（载体）协助扩散（一）被动运输（passive transport）不需要消耗细胞代谢的能量，而将物质从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧，动力来自于浓度梯度形成的势能。（帮助扩散）高浓度低浓度
脂质双分子层电化学梯度
简单扩散
简单扩散:不需要消耗能量和不依靠专一膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。脂溶性物质(非极性物质): 苯.乙醇.氧.氮不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳适合简单扩散的物质:不适合简单扩散的物质:带电荷物质Cell Membrane PermeabilitySteroidNa+
Cl-Sucrose简单扩散 通道蛋白（channel pr.）：形成贯穿载体蛋白（ carrier pr. ）：与特定
溶质结合改变构 象使溶质穿越
细胞膜。脂双层之间的通道。转运蛋白
（跨膜蛋白）通道蛋白高浓度低浓度
电化学梯度通道蛋白：为专一分子提供一个走廊或者通道，使亲水性迅速物质从膜的一侧到另一侧。通道蛋白刺激另外一种通道蛋白：是以门控通道方式起作用，通过某种刺激是门张开或者关闭，这种刺激可能是电刺激或者化学物质（但是这种物质并不是被转运的物质）刚刚我们学了通道蛋白，但是请注意：
并非所有的转运蛋白都是通道蛋白，有些转运蛋白是通过发生微妙的构想变化二将溶质转运过膜（如下图）下面我们就来学习
易化扩散高浓度低浓度
电化学梯度
脂双分子层载体蛋白易化扩散:凡借助于载体蛋白的帮助不消耗能量将物质顺浓度梯度进行转运，这种方式称易化或帮助扩散。借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强的载体蛋白，通过消耗代谢能量，将物质从低浓度处向高浓度处的运输方式。
主动运输的机制：
钠
钾泵实质：泵为 Na-K ATP 酶具有载体和酶的双重作用。++
泵小亚基:为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白,其作用机制不详。大亚基：为贯穿膜全层的脂蛋白,是该酶的催化部位。（二）主动运输（active transport）细胞质钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]Na+K+Na+Na+Na+PiNa+K+K+钠结合部位K+Pi钾结合部位Mg+钠离子的浓度：细胞内》细胞外
钾离子的浓度：细胞内《细胞外钠钾泵① Na+结合到膜上；②酶磷酸化；③酶构象变化, Na+释放到细胞外;④K+结合到细胞表面;⑤酶去磷酸化;
⑥ K+释放到细胞内,酶构象恢复原始状态 协同运输：在转运一种溶质分子时，同时或随后伴随转运另一种溶质分子。若伴随转运的溶质转运方向相同，称同向运输（symport），转运方向相反称为对向运输（antiport）。对向运输同向运输二、膜泡运输
膜泡运输
胞吞作用
(endocytosis)
胞吐作用
(exocytosis)胞饮作用（pinocytosis）吞噬作用(phagocytosis)受体介导的胞吞作用(recepter mediated endocytosis )
膜泡运输:大分子及颗粒物质并不直接穿过细胞膜,而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程，该运输方式消耗能量，属主动运输的范畴。胞吞作用和胞吐作用（一）胞吞作用(endocytosis) 是细胞将胞外的大分子或颗粒物质转运到细胞内的方式。
1、当被转运的大分子或颗粒物质靠近细胞膜并结合于细胞表面后，
2、膜逐渐内陷将其包围，形成吞噬（饮）小泡进入细胞内。根据吞入物质的状态、大小及特异程度不同，分为： 2.胞饮作用（pinocytosis）细胞对液体物质或者小分子消化过程，细胞将胞外液体小滴包入小泡中从而进入细胞。（请注意胞饮没有专一性） 1.吞噬作用(phagocytosis): 细胞利用伪足将颗粒包裹起来，形成一个吞噬泡，然后吞噬泡再与溶酶体结合，利用水解酶将其消化的过程。（变形虫、人体内的白细胞）吞噬作用在生物界普遍纯在。 3.受体介导的胞吞作用(recepter mediated endocytosis ) 需要膜受体参与的吞噬或吞饮作用，是某些大分子物质或颗粒性物质进入细胞的特殊方式，具有较强的特异性。
受体介导的胞吞作用
具高度的特异性1、受体蛋白包埋在膜中，受体蛋白聚集在膜的胞质侧上称为有被小窝
2、其专一结合部位与胞外受体（配体）结合
3、被吞入的物质从小泡中释放出来参与细胞代谢时，受体蛋白再回到质膜上，重新被利用（二）胞吐作用(exocytosis):也称出胞作用 是一种与胞吞运送物质相反的过程，是细胞将胞内的大分子或颗粒物质转运到细胞外的方式。基本过程是：要输出的物质先由膜包被形成小泡，小泡再移至质膜并与质膜融合形成一裂口将内容物排出胞外。细胞内外物质转运穿膜
运输膜泡
运输被动运输主动运输
（active transport）出胞作用入胞作用吞噬作用胞饮作用受体介导入胞作用简单扩散帮助扩散Na+-K+泵质子泵离子梯度驱动
的主动运输同向运输对向运输载体蛋白介导通道蛋白介导