生物膜及其功能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十四章,生物膜的结构与功能,本章主要内容,生物膜的化学组成,生物膜的结构特点,物质的过膜运输,信号的过膜传导,第一节 生物膜的化学组成,生物膜（,biomembranes）,是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。,A,细胞膜,B,腔膜,C,线粒体膜,D,消化泡（次级溶酶体）,E,内质网膜,F,分泌泡,所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。尚含有少量糖、金属离子和水（15%-20%）,一、膜脂,(lipid),磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称，其中以磷脂为主要成分,（一）膜脂的种类,1,、甘油磷脂,2,、鞘磷脂,3,、糖脂,4,、胆固醇,化学组成,主要是磷酸甘油二脂。甘油中第,1,，,2,位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含,16,碳的软脂酸和,18,碳的油酸）相连，第,3,位碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同,。,甘油磷脂（,Glycerophospholipids,）,磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链，是优良的两亲性分子,极性端,非极性端,糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。,结构为,糖脂（,Glycosphingolipids,）,半乳糖,（二）膜脂质的双亲性,微团,双分子层,脂质体,生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为,膜蛋白,根据它们在膜上的定位情况：,可以分为外周蛋白和内在蛋白,膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所,二、膜蛋白,外在蛋白,内在蛋白,跨膜蛋白,这类蛋白约占膜蛋白的,20,30%,，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。,外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。,外周蛋白能溶解于水。,外周蛋白（,peripheral protein,）,内在蛋白,（,integral protein,）,内在蛋白约占膜蛋白的,70-80%,，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。,这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来。,内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以,-,螺旋和,-,折叠形式存在，其中又以,-,螺旋更普遍。,三、膜糖,生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。,糖类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。,生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有,重,要作用。,生物膜的结构,第二节 生物膜的结构特点,一、膜的运动性,分子摆动、旋转异构运动、旋转运动、侧向运动等,膜蛋白的运动,相对运动较慢,侧向运动,旋转扩散,流动镶嵌模型,第三节 物质的过膜运输,单向转运,（同向、异向）,协同转运,基本方式,一、小分子与离子的过膜转运,（一）简单扩散（,simple diffusion),包括分子和离子的转运,顺浓度梯度,不需要能量,（二）促进扩散（,facilitated diffusion）,1)由高浓度向低浓度,2）,不需要能量,3）需通道蛋白或载体蛋白介导,（三）主动运输（,active transport）,1）转运载体,2）消耗能量,3）逆浓度梯度,如：质子泵、钠-钾泵、钙泵等,主动运输、促进扩散、简单扩散,主动转运举例：,Na+-K+ATPase,是膜上的载体蛋白，称为,Na-K,泵或,Na-K-ATP,酶,由,2,2,四个亚基组成,Na-K-ATP,酶有两种不同的构型,胞外高,Na,+,低,K+;,胞内高,K+,低,Na+,作用机制：,二、大分子物质的过膜转运,吞噬作用（,phagocytosis,）,细胞内吞噬较大的固体颗粒或分子复合物如微生物、细胞碎片等的过程。,第四节 信号的过膜传导,一、受体的概念,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、药物等）并与之结合的生物大分子。,生物大分子,：大多是蛋白质，少量糖脂,受体多位于膜上（,膜受体,，多为镶嵌糖蛋白），,少部分在胞内（,胞内受体，,均为,DNA,结合蛋白）,配体（,ligand）,与受体结合的活性分子。是信息的载体，也称第一信使,二、受体的特点,可饱和性,受体的特点,专一性,可逆性,高亲和性,特定的作用模式,三、受体的分类,I,型配体门通道型：乙酰胆碱,型,G-,蛋白偶联型：肾上腺素，糖原,型酪氨酸蛋白激酶型:,生长因子,型,DNA,转录调节型,二、,G,蛋白偶联型受体系统,（,一）,G,蛋白,：全称为,GTP,结合调节蛋白。是一类和,GTP,或,GDP,相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。,三个亚基组成。,两种构象：,非活化型：,GDP,活化型：,GTP,分布极广，,参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控,G,蛋白相偶联受体,：,一条肽链形成的过膜蛋白，有,7个跨膜,-,螺旋肽段往返于质膜的脂质双层中,即,cAMP-PKA,途径：,以靶细胞内,cAMP,浓度,改变和激活,蛋白激酶,A,（protein kinase A,PKA）,为主要特征，是激素调节物质代谢的主要途径,功能：,1 调节物质代谢,2 调控基因表达,(二,),蛋白激酶,A(PKA),途径,配体与受体结合,交换,GTP/GDP（G,蛋白活化）,结合并激活,AC（,腺苷酸环化酶）,生成,cAMP（,第二信使）,激活,PKA,发挥作用,（三）蛋白激酶,C(protein kinase C,，,PKC),途径,即甘油二酯,(diglyceride,，,DG),蛋白激酶,C,途径,甘油二酯,(DG),是该途径的第二信使,当激素与受体结合后经,G,蛋白转导，激活磷脂酶,C,，由磷脂酶,C,将质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸,(PIP,2,),水解成三磷酸肌醇,(IP,3,),和,DG,。,脂溶性的,DG,在膜上累积并使紧密结合在膜上的无活性,PKC,活化。,PKC,活化后使大量底物蛋白,(,包括胰岛素、,肾上腺素等激素和神经递质在细胞膜上的受体，还有糖原合成酶，,DNA,甲基转移酶，,NaKATP,酶和转铁蛋白等,),的丝氨酸或苏氨酸的羟基磷酸化。引起细胞内的生理效应。,(,四),IP,3,-Ca,+,/CaM,途径：,IP,3,和,Ca,2+,都是它的第二信使,IP,3,是水溶性的，在膜上水解生成后进入胞液内与内质网上的,Ca,2+,门控通道结合，促使内质网中的,Ca,2+,释人胞液中，胞内,Ca,2+,水平的升高，使,Ca,2+,钙调蛋白依赖性蛋白激酶,(CaM,酶,),激活，而,CaM,酶再激活腺苷酸环化酶、,Ca,2+,Mg,2+,ATP,酶等，产生各种生理效应。,IP,3,可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以终止其第二信使作用。,三、酪氨酸蛋白激酶型受体系统,（一）酪氨酸蛋白激酶型受体,包括胰岛素，生长激素，细胞因子等多肽类激素和生长因子,糖蛋白，由一条或两条多肽链构成，一个跨膜螺旋结构,三个区,胞外区：配体识别和配体结合,跨膜区：高度疏水，一个,-,跨膜螺旋,胞内区：功能区,与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关,（二）受体,酪氨酸蛋白激酶途径,四、,DNA,转录调节型受体系统,（一）,DNA,转录调节型受体,均属胞内受体。类固醇激素，甲状腺素等受体,多为反式作用因子，与,DNA,顺式作用元件结合，调节基因转录,本 章 结 束,