.,第6章生物膜與物質運輸Biomembranesandcellulartransportation,.,本章主要內容,1生物膜的化學組成2生物膜的性質和結構3物質的跨膜運輸,.,重點與難點：生物膜的性質和結構物質的跨膜運輸,.,第一節生物膜的組成,生物膜（biomembranes）:是指細胞的膜系統。生物膜主要由蛋白質和脂類兩大物質組成，含有少量糖、金屬離子和水。,.,一、膜脂(lipid),膜脂,磷脂糖脂膽固醇,1、膜脂的種類,甘油磷脂鞘磷脂,.,甘油中第1，2位碳原子與脂肪酸酯基相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。,（1）甘油磷脂（Glycerophospholipids）,.,（2）鞘磷脂,半乳糖,鞘磷脂,.,（3）糖脂：鞘糖脂,（4）膽固醇,.,2、膜脂質的雙親性,親水的頭部(磷酰X)，疏水的尾部（脂肪鏈），形成脂質的雙分子層。,磷脂酰膽堿（卵磷脂）,極性端,非極性端,.,.,二膜蛋白,生物膜中含有的蛋白質通常稱為膜蛋白。根據在膜上的定位，膜蛋白可分為外周蛋白質和內部蛋白質。它們是受體，酶，抗原，通道和骨架蛋白等。,.,分布于雙層脂膜的外表層。與膜的結合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白比較親水，能溶解于水。,外在蛋白（peripheralprotein）,.,蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。溶于水，且不容易從膜中分離出來。主要以-螺旋形式存在。,內在蛋白（integralprotein）,.,生物膜中含有一定的寡糖類物質。它們大多與膜蛋白結合，少數與膜脂結合。生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識別方面具有重要作用。,三、膜糖,.,O-糖肽鍵連接,N-糖肽鍵連接,N乙酰半乳糖胺N乙酰葡萄糖胺,.,生物膜上各種化學組成之間的關系,.,一、膜的運動性,1磷脂分子的運動：分子擺動、旋轉運動、側向運動、垮膜翻轉等。,第二節生物膜的結構特點,.,2膜蛋白的運動,膜蛋白的運動:側向擴散旋轉擴散,.,膜的流動性有利于蛋白質的運動；使膜具有韌性；細胞自由變形相對運動較慢。,3膜運動的意義,.,相變溫度是膜脂物理狀態互相轉變的臨界溫度。高于相變溫度時，膜呈流動的液態，低于相變溫度時，膜呈凝固的膠態。,二、膜的流動性與相變,.,相變溫度受膜脂中脂肪酸的組成影響。烴鏈短的脂肪酸和不飽和脂肪酸的含量較高時，膜脂的相變溫度較低，膜呈現較好的流動性。膽固醇參與膜脂流動性的調節。,.,三、膜蛋白與膜脂質的相互作用,1膜上的許多內在蛋白才能維持其構象和表現出活性。2一些膜上的蛋白與多種脂肪酸相連，后者插入脂雙層中，構成含膜脂蛋白。,.,四膜蛋白分布不對稱,.,五、流動鑲嵌模型,.,1組成成分：磷脂、蛋白質、糖類2基本支架：磷脂雙分子層3蛋白質分布：覆蓋、鑲嵌、貫穿4結構特點：具有一定的流動性5功能特點：選擇透過性,要點,.,生物膜的功能1保護功能:保持細胞或細胞器形狀和完整結構。2轉運功能：經常與外界進行物質交換以維持其正常的功能。3能量轉換：呼吸鏈在線粒體內膜上。4信息傳遞:含有受體和信息傳遞途徑。5運動功能:吞噬作用。,.,維持細胞的容積、形態、滲透壓、電解質的濃度，為細胞的生理活動提供適宜的環境。從環境攝取營養物質，向環境排出代謝廢物。,第三節物質的過膜運輸,.,物質的過膜運輸的不同方式,單向轉運,同向轉運,.,1簡單擴散（simplediffusion)小分子與離子由高濃度向穿越細胞膜的自由擴散過程。特點：由高濃度向低濃度不需要能量,一、小分子和離子的過膜運輸,.,.,在膜蛋白的幫助下物質從高濃度側向低濃度側跨膜轉運。特點：由高濃度向低濃度不需要能量需通道蛋白或載體蛋白介導,2促進擴散（facilitateddiffusion）,.,通道蛋白的特點：處于開放、關閉等不同功能狀態，其通透性變化快。通道的開放類型,.,轉運通道：載體蛋白和通道蛋白,.,3主動運輸（activetransport）,是物質依賴轉運載體、消耗能量并且能夠逆濃度梯度進行的過膜轉運方式。,.,特點：轉運載體消耗能量ATP能逆濃度梯度,.,鈉鉀泵：依賴于Na+-K+ATPase的轉運體系，保持細胞內髙鉀低鈉，細胞外髙鈉低鉀。,.,Na+-K+ATPase的作用機制：構象變化假說,.,.,簡單擴散、促進擴散、主動運輸,.,簡單擴散、促進擴散、主動運輸的差異,物質轉運,.,（一）內吞作用：細胞從外界攝入大分子顆粒，逐漸被質膜的一小部分包裹，然后內陷，脫落，形成囊泡的過程。吞噬：細胞攝入不溶顆粒胞飲：細胞攝入可溶顆粒,二大分子物質的過膜轉運,.,.,內吞意圖,.,（二）外排作用（分泌囊泡）,細胞內的物質形成分泌囊泡，向細胞質膜遷移，與其接觸融合，然后向外釋放的過程。,.,.,出胞示意圖,.,出泡,.,(三)分泌蛋白通過內質網的轉運,.,一信號分子及其受體1細胞信號的分類：（1）生物大分子：蛋白質、糖、核酸的結構信息（2）物理信號：電、光、磁（3）化學信號：細胞間通訊的信號分子：激素、神經遞質與神經肽、抗體、淋巴因子。細胞內通訊的信號分子：cAMP,cGMP,Ca2+、IP3、DG、NO。,第四節信號的過膜傳導,.,是指細胞膜上或細胞內能識別生物活性分子（激素、神經遞質、毒素等）并與之結合的生物大分子。,2受體,其特點：專一性與配體結合。與配體存在高親和力。與配體結合后，可通過第二信使引發生理效應。,（1）受體的概念,.,型為DNA轉錄調節型,（2）受體的分類,I型為配體門通道型：乙酰膽堿受體,型為G-蛋白偶聯型：腎上腺素受體,型為酪氨酸激酶型:生長因子受體,.,3信號轉導,信號轉導（signaltransduction）細胞外信號通過與細胞表面的受體相互作用轉變為胞內信號,并在細胞內傳遞的過程稱為信號轉導。,.,二、G蛋白偶聯型受體系統,（一）G蛋白：是一類和GTP或GDP相結合的細胞膜外周蛋白。由三個亞基組成。,.,(1)定義G-蛋白是GTP結合蛋白的簡稱，由、三個亞基組成。(2)分類興奮（Gs、Go）型和抑制（Gi）型。,二、G蛋白介導的信號轉導系統,.,（二）信號轉導,信號轉導:signaltransduction細胞外信號通過與細胞表面的受體相互作用轉變為胞內信號,并在細胞內傳遞的過程稱為信號轉導。,.,（三）信號轉導中的蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶,蛋白激酶(Proteinkinase，PK)：催化蛋白質的含羥基氨基酸(絲蘇和酪)的側鏈羥基與ATP分子的磷酸基團形成磷酸酯。,.,蛋白質磷酸酯酶(Proteinphosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯鍵水解而去磷酸化。細胞內任何一種蛋白質的磷酸化狀態是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的兩種相反酶活性之間的平衡決定的。,.,（四）幾種蛋白激酶,（一）絲氨酸蘇氨酸蛋白激酶(SerThrPK)是一大類特異地催化蛋白質的絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化的激酶家族，參與多種信號轉導過程。(二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosineproteinkinase，TPK)特異地催化蛋白質的酪氨酸殘基磷酸化。蛋白質酪氨酸磷酸化在細胞生長，分化和轉化的調節中起重要作用。,.,PKA：cAMP依賴性蛋白激酶PKC：Ca2+激活的磷脂依賴性蛋白激酶CaM-PK：鈣調蛋白依賴性蛋白激酶PKG：cGMP依賴的蛋白激酶DNA-PK：DNA依賴的蛋白激酶MAPK：絲裂原激活的蛋白激酶,.,（五）G蛋白介導的幾種主要的信號通路途徑,1蛋白激酶A(PKA)途徑2蛋白激酶C(PKC)途徑3IP3-Ca2/鈣調蛋白激酶途徑,.,四個亞基構成的寡聚體。其中有兩個亞基為催化亞基，另兩個亞基為調節亞基。當調節亞基與cAMP結合后發生變構（每一調節亞基可結合兩分子cAMP），與催化亞基解聚，從而激活催化亞基。,1蛋白激酶A(PKA)途徑,.,配體與受體結合,交換GTP/GDP（G蛋白活化）,結合并激活AC（腺苷酸環化酶）,生成cAMP（第二信使）,激活PKA,發揮生理作用,.,.,.,ATP,cAMP,底物蛋白磷酸化,CREB,N,PiPiPi,轉錄活化域,DNA結合域,cAMP-蛋白激酶A的信息轉導過程,.,cAMP不斷地產生，同時不停地清除，可被磷酸二酯酶（PDE）降解為AMP而失活。,.,2蛋白激酶C(PKC)途徑,甘油二酯：是該途徑的第二信使。當激素與受體結合后經G蛋白轉導，激活磷脂酶C，由磷脂酶C將質膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。,PKC途徑：甘油二酯(DG)-蛋白激酶C途徑,.,PIP2,甘油二酯,IP3,.,DG積累,PKC活化,底物蛋白的絲氨酸和蘇氨酸羥基磷酸化,細胞內的生理效應,短暫的PKC活化,內外分泌腺的分泌、代謝變化,.,卵磷脂,磷脂酶D,磷脂酸,磷脂酸磷酸酶,DG持久的PKC活化,Ca2+,細胞的增值、分化,.,3IP3-Ca2/鈣調蛋白激酶途徑,IP3和Ca2+都是它的第二信使。IP3是水溶性的，在膜上水解生成后進入胞液內與內質網上的Ca2+門控通道結合，促使內質網中的Ca2+釋人胞液中，胞內Ca2+水平的升高，使Ca2+鈣調蛋白依賴性蛋白激酶(CaM酶)激活，而CaM酶再激活腺苷酸環化酶、Ca2+Mg2+ATP酶等，產生各種生理效應。IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇以終止其第二信使作用。,.,內質網,.,鈣調節蛋白,.,Ca2+依賴性信息轉導過程,.,三、酪氨酸蛋白激酶型受體系統,酪氨酸蛋白激酶型受體：本身是一種具有跨膜結構的酶蛋白，其胞外域與配體結合而被激活，通過胞內側激酶反應將胞外信號傳至胞內。,.,包括胰島素、生長激素、細胞因子等多肽類激素和生長因子，通過酪氨酸蛋白激酶型受體系統進行信號傳遞。,.,分為三個區域1胞