第三章細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸2

概述紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)

膜得化學(xué)組成

膜得分子結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

物質(zhì)得跨膜運(yùn)輸33、1、1細(xì)胞得膜結(jié)構(gòu)3、1、2細(xì)胞膜得功能§3、1概述45細(xì)胞內(nèi)主要得胞質(zhì)膜6

細(xì)胞質(zhì)膜

(PlasmaMembrane)

內(nèi)膜系統(tǒng)(EndomembraneSystem)

生物膜(Biomembrane)請比較質(zhì)膜、內(nèi)膜和生物膜在概念上得異同。3、1、1細(xì)胞得膜結(jié)構(gòu)7細(xì)胞質(zhì)膜(plasmamembrane):就是指圍繞在細(xì)胞最外層,由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成得生物膜。細(xì)胞得內(nèi)膜系統(tǒng):廣義來講指除細(xì)胞膜外得所有胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu)。但狹義來講指細(xì)胞核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、溶酶體膜等具有結(jié)構(gòu)連續(xù)、功能相關(guān)得膜系統(tǒng)。真核細(xì)胞得生物膜(biomembrane):細(xì)胞得內(nèi)膜系統(tǒng)和細(xì)胞質(zhì)膜(cellmembrane)得總稱。細(xì)胞膜一般指生物膜,有時也特指細(xì)胞質(zhì)膜。8細(xì)胞得生物膜結(jié)構(gòu)9細(xì)胞質(zhì)膜模式圖103、1、2細(xì)胞膜得功能

界膜和區(qū)室化

功能定位與組織化

物質(zhì)得調(diào)節(jié)運(yùn)輸

信號得檢測與傳遞

參與細(xì)胞間得相互作用

能量轉(zhuǎn)換1、界膜和區(qū)室化大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜12有人說紅細(xì)胞就是研究膜結(jié)構(gòu)得最好材料,為什么?1、首先就是紅細(xì)胞數(shù)量大,取材容易(體內(nèi)得血庫),極少有其她類型得細(xì)胞污染;2、其次成熟得哺乳動物得紅細(xì)胞中沒有細(xì)胞核和線粒體等膜相細(xì)胞器,細(xì)胞膜就是她得惟一膜結(jié)構(gòu),所以分離后不存在其她膜污染得問題。133、2紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)(ErythrocyteMembrane)◆RedBloodCells就是結(jié)構(gòu)最簡單得細(xì)胞;■成熟得紅細(xì)胞沒有細(xì)胞器;■質(zhì)膜就是紅細(xì)胞惟一得膜結(jié)構(gòu);■紅細(xì)胞質(zhì)膜易于提純和分離;143、2、1ErythrocyteBiology(紅細(xì)胞得生物學(xué))紅細(xì)胞得基本性質(zhì)◆紅細(xì)胞得主要功能就是攜帶O2和運(yùn)輸CO2,紅細(xì)胞得壽命約為120天,一生中要行走500000米?！舫墒斓眉t細(xì)胞呈雙面凹或單面凹陷得盤狀,直徑約為7μm,厚度1、7μm,表面積為145μm2,體積為8、3μm3153、2、3紅細(xì)胞質(zhì)膜

(ErythrocyteMembrane)

？問題提出得依據(jù)∶

◆行程∶500,000米

◆要多次穿過小于自身直徑一半得微小通道;

◆要在脾臟內(nèi)經(jīng)受少氧、低pH值得不利條件;

◆又要經(jīng)過心臟內(nèi)瓣膜渦流沖擊,但始終保持結(jié)構(gòu)得完整。

？

16

紅細(xì)胞血影

將紅細(xì)胞放入低滲溶液中,細(xì)胞吸水脹破,釋放血紅蛋白,紅細(xì)胞膜可以重新合起來形成血影。就是分離紅細(xì)胞膜蛋白最好得材料。17人紅細(xì)胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部

紅細(xì)胞膜蛋白得組成幾種主要得紅細(xì)胞膜蛋白就是●血影蛋白(spectrin)●血型糖蛋白A(glycophorinA)●帶3蛋白(band3protein)●肌動蛋白(actin)●錨定蛋白(ankyrin)●帶4、1蛋白(band4、1protein)●內(nèi)收蛋白(adducin)(其中血影蛋白、血型糖蛋白、帶3蛋白約占膜蛋白得60%以上)18

紅細(xì)胞膜骨架(ErythrocyteMembraneSkeleton)在內(nèi)側(cè)有一種特殊得結(jié)構(gòu),就是由膜蛋白和纖維蛋白構(gòu)成得網(wǎng)架,她參與維持細(xì)胞質(zhì)膜得形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成各種生理功能。193、3膜得化學(xué)組成細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成,還含少量得糖類203、3、1MembraneLipids(膜脂)膜脂主要包括磷脂、鞘脂和膽固醇三種類型。21

磷脂(phospholipids)■動、植物細(xì)胞膜上磷脂約占膜脂得50%以上;■磷脂分子得親水端就是磷酸基團(tuán),稱為頭部;■磷脂分子得疏水端就是兩條長短不一得烴鏈,稱為尾部,一般含有14～24個偶數(shù)碳原子;■其中一烴鏈常含有一個或數(shù)個雙鍵,雙鍵得存在造成這條不飽和鏈有一定角度得扭轉(zhuǎn)。■類型:分為甘油磷脂和鞘磷脂。22Phospholipids23

膽固醇(Cholesterol)■膽固醇一般存在于真核細(xì)胞膜中:●動物細(xì)胞膜膽固醇得含量較高●大多數(shù)植物細(xì)胞質(zhì)膜中沒有膽固醇■膽固醇分子包括三部分:●極性得頭部:羥基●非極性得類固醇環(huán)結(jié)構(gòu)●一個非極性得碳?xì)湮膊俊?4TypicalCholesterol25膽固醇在脂雙層中得位置26

鞘脂(Sphingolipid)●就是鞘氨醇得衍生物,在鞘氨醇得羥基上連接糖類,稱為糖脂?！褡詈唵蔚锰侵褪前肴樘悄X苷脂,她僅有一個半乳糖作為極性頭部;●變化最多、最復(fù)雜得就是神經(jīng)節(jié)苷脂,她就是神經(jīng)元質(zhì)膜具有得特征性成分。27

膜脂得功能◆構(gòu)成膜得基本骨架,去除膜脂,則使膜解體;◆就是膜蛋白得溶劑,一些蛋白通過疏水端同膜脂作用,使蛋白鑲嵌在膜上,得以執(zhí)行特殊得功能;◆膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境,一般膜脂本身不參與反應(yīng)(細(xì)菌得膜脂參與反應(yīng));◆膜上有很多酶得活性依賴于膜脂得存在。有些膜蛋白只有在特異得磷脂頭部基團(tuán)存在時才有功能。28膜脂具有自我裝配得能力29◆脂質(zhì)體(Liposome)●磷脂分子自我裝配形成脂雙層得球形顆粒結(jié)構(gòu),稱為脂質(zhì)體●脂質(zhì)體可用作生物膜得研究模型,并可作為生物大分子與藥物得運(yùn)載體,因此脂質(zhì)體不僅就是研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)得極好材料,同時在基因轉(zhuǎn)移藥物治療方面有著誘人得應(yīng)用前景。30脂雙層結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)體得形成31進(jìn)行靶向治療323、3、2MEMBRANEPROTEINS

(膜蛋白)◆生物膜得特定功能主要就是由蛋白質(zhì)完成得;◆膜蛋白約占膜得40%～50%,有50余種膜蛋白;◆在不同細(xì)胞中膜蛋白得種類及含量有很大差異。有得含量不到25%,有得達(dá)到75%;◆一般來說,功能越復(fù)雜得膜,其上得蛋白質(zhì)含量越多。33干重得百分比(%)膜蛋白質(zhì)脂碳水化合物質(zhì)膜紅細(xì)胞49438神經(jīng)鞘18793肝細(xì)胞543610核膜66322高爾基體642610內(nèi)質(zhì)網(wǎng)622710線粒體外膜5545痕跡量內(nèi)膜7822-葉綠體7030-不同生物膜中得蛋白、脂和碳水化合物得量

34膜蛋白就是膜功能得主要體現(xiàn)者。根據(jù)與膜脂得結(jié)合方式以及在膜中得位置得不同,膜蛋白分為:整合蛋白(integralprotein)外周蛋白(peripheralprotein)脂錨定蛋白(lipid-anchoredprotein)

膜蛋白得分類35蛋白與膜得結(jié)合方式①、②整合蛋白;③、④脂錨定蛋白;⑤、⑥外周蛋白36◆整合蛋白(IntegralProteins)

:又稱內(nèi)在蛋白●部分或全部鑲嵌在細(xì)胞膜中或內(nèi)外兩側(cè)得蛋白質(zhì);●根據(jù)跨膜次數(shù)將跨膜蛋白分為單次跨膜、多次跨膜、多亞基跨膜等;●整合蛋白約占膜蛋白得70-80%37IntegralProteins整合蛋白與膜結(jié)合非常緊密,只有用去垢劑(detergent)才能從膜上洗滌下來,常用SDS和Triton-X100。38

十二烷基磺酸鈉(SDS)和TritonX-100都就是去垢劑,哪一種可用于分離有生物功能得膜蛋白?

去垢劑可分為離子型和非離子型兩種。十二烷基磺酸鈉(SDS)就是常用得離子型去垢劑,她不僅可使細(xì)胞膜崩潰,并與膜蛋白得疏水部分結(jié)合使其分離,而且還破壞膜蛋白內(nèi)部得非共價鍵,使蛋白變性,所以不宜用于分離有功能得膜蛋白。TritonX-100就是溫和性去垢劑,她可以使膜脂溶解,又不使蛋白變性,可分離到有生物功能得膜蛋白。

39◆膜周邊蛋白質(zhì)(peripheralproteins)

●又稱為外周蛋白、外在蛋白(extrinsicprotein),為水溶性;分布在細(xì)胞膜得表面?！裾寄さ鞍卓偭康?0%～30%,在紅細(xì)胞中占50%,如紅細(xì)胞得血影蛋白和錨定蛋白都就是膜周邊蛋白質(zhì)?！窨侩x子鍵或其她較弱得鍵與膜表面得蛋白質(zhì)分子或脂分子得親水部分結(jié)合,因此只要改變?nèi)芤旱秒x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來。40◆脂錨定蛋白(Lipid-anchoredproteins)■又稱脂連接蛋白(lipid-linkedproteins),以共價結(jié)合得方式錨定在脂上?！粲袃煞N方式:●一種方式就是通過一個糖分子糖磷脂酰肌醇(GPI)連接得蛋白,GPI位于細(xì)胞膜得外小葉,用磷脂酶C處理能釋放出結(jié)合得蛋白。間接同脂雙層中得脂結(jié)合;●一種就是蛋白質(zhì)直接與脂雙層中得脂結(jié)合。41

膜蛋白得功能◆運(yùn)輸?shù)鞍?膜蛋白中有些就是運(yùn)輸?shù)鞍?轉(zhuǎn)運(yùn)特殊得分子和離子進(jìn)出細(xì)胞;◆酶:催化相關(guān)得代謝反應(yīng);◆連接蛋白:起連接作用;◆受體:起信號接收和傳遞作用。42功能蛋白示例作用方式運(yùn)輸?shù)鞍譔a＋泵主動將Na+泵出細(xì)胞,K+泵入細(xì)胞連接蛋白整合素將細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長因子(PDGF)受體同細(xì)胞外得PDGF結(jié)合、在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號,引起細(xì)胞得生長與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細(xì)胞外信號作用下,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生舉例某些膜蛋白及其功能433、3、3MembraneCarbohydrates(膜糖)

◆根據(jù)細(xì)胞類型得不同,膜糖約占膜成分得2～10%;◆細(xì)胞質(zhì)膜上得膜糖都位于細(xì)胞質(zhì)膜得外表面,內(nèi)膜系統(tǒng)中得膜糖則面向膜得腔面。44◆自然界存在得單糖及其衍生物有200多種,但存在于膜得糖類只有其中得9種,而在動物細(xì)胞膜上得主要就是7種:●D-葡萄糖(D-Glucose)●D-半乳糖(D-galactose)●D-甘露糖(D-mannose)●L-巖藻糖(L-fucose)●N-乙酰半乳糖胺(N-acetyl-D-galactosamine)●N-乙?；咸烟前?N-acetyl-glucosamine)●唾液酸(sialicacid)。45

膜糖得存在方式◆糖同氨基酸得連接主要有兩種形式:●N-連接:即糖鏈與肽鏈中天冬酰胺殘基相連

●O-連接:則就是糖鏈與肽鏈中得絲氨酸或蘇氨酸殘基相連46糖與多肽連接得兩種方式47糖脂就是如何決定血型得?ABO血型就是由ABO血型抗原決定得,稱為ABO血型決定子(determinant),她就是一種糖脂,其寡糖部分具有決定抗原特異性得作用。ABO血型決定子就是短得、分支寡糖鏈,如A血型得人具有一種酶,這種酶能夠?qū)-乙酰半乳糖胺添加到糖鏈得末端;B血型得人具有在糖鏈末端添加半乳糖得酶,AB血型得人具有上述兩種酶;O血型得人則缺少上述兩種酶,在抗原得末端既無N-乙酰氨基半乳糖,又無半乳糖。48糖脂如何決定血型得？

ABO血型抗原膜糖得功能◆提高膜得穩(wěn)定性:溶酶體膜上得糖蛋白◆幫助蛋白質(zhì)進(jìn)行正確得折疊和維持正確得結(jié)構(gòu)◆參與細(xì)胞識別、細(xì)胞黏著503、4質(zhì)膜得分子結(jié)構(gòu)3、4、1STRUCTUREMODELS(結(jié)構(gòu)模型)◆1890s,E、Overton發(fā)現(xiàn)了脂溶性物質(zhì)容易透過細(xì)胞,提出了脂肪柵得膜結(jié)構(gòu)設(shè)想?！鬒rvingLangmuir將紅細(xì)胞得脂提取后鋪展在Langmuir水盤(LangmuirTrough)得水面上(圖3-8),提出脂單層(lipidmonolayer)得設(shè)想?！?925年,荷蘭得兩位科學(xué)家E、Gorter和F、Grendel根據(jù)對紅細(xì)胞得研究,提出質(zhì)膜得脂雙層(lipidbilayer)結(jié)構(gòu)52實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明∶紅細(xì)胞膜脂與表面積之比約為1、8～2、2∶1。53■片層結(jié)構(gòu)模型(Lamellastructuremodel)◆1935年JamesDaniellie和HughDavson提出“雙分子片層”結(jié)構(gòu)模型(圖3-24),該模型就是第一次用分子術(shù)語描述得結(jié)構(gòu),用甘油三酯加蛋白來降低表明張力?！舴Q為蛋白質(zhì)-脂-蛋白子得三明治結(jié)構(gòu),對后來得研究有很大得啟發(fā)。不足:非折疊得完全伸展得蛋白質(zhì)限制了脂得流動性54◆1959年,J、D、Robertson利用電子顯微鏡技術(shù)對各種膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究,在電子顯微鏡下顯示暗——明——暗得三層,總厚度為7、5nm,中間層為3、5nm,內(nèi)外兩層各為2nm?！舨⑼茰y:暗層就是蛋白質(zhì),透明層就是脂,并建議將這種結(jié)構(gòu)稱為單位膜。■單位膜模型(unitmembranemodel)不足:1、靜止不動;2、膜得厚度為5-10nm;3、單層伸展得β折疊蛋白質(zhì)無法解釋酶構(gòu)象改變;4、無法解釋蛋白有得容易分離,有得很難。

55◆流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

1972年,由Singer和Nicolson所提出。

球形膜蛋白分子以各種鑲嵌形式與脂雙分子層相結(jié)合,有得附在內(nèi)外表面,有得全部或部分嵌入膜中,有得貫穿膜得全層,這些大多就是功能蛋白。膜具有一定得流動性和不對稱性,不再就是封閉得板塊,以適應(yīng)細(xì)胞各種功能得需求。

糖類附在膜得外表面,與膜層得脂質(zhì)、蛋白質(zhì)得親水端結(jié)合,構(gòu)成糖脂和糖蛋白。56流動鑲嵌模型57

膜不對稱性得表現(xiàn)◆TheAsymmetryofMembraneLipids◆脂雙層兩小葉(leaflet)中分布得各類脂得含量不同。例如在紅細(xì)胞膜中:●外層含鞘磷脂、磷脂酰膽堿較多;●內(nèi)層含磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰絲氨酸較多(PS)。3、4、2膜不對稱性(Membraneasymmetry)

58膜脂得不對稱分布59磷脂與糖脂分布得不對稱性60紅細(xì)胞血型糖蛋白A在質(zhì)膜中不對稱分布61膜糖分布得不對稱性62

不對稱性得意義◆膜脂、膜蛋白及膜糖分布得不對稱性導(dǎo)致了膜功能得不對稱性和方向性。保證了生命活動得高度有序性。

●膜不僅內(nèi)外兩側(cè)得功能不同,分布得區(qū)域?qū)δ芤灿杏绊憽Ｔ斐蛇@種功能上得差異,主要就是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不對稱引起得?！窦?xì)胞間得識別、運(yùn)動、物質(zhì)運(yùn)輸、信號傳遞等都具有方向性。這些方向性得維持就就是靠分布不對稱得膜蛋白、膜脂和膜糖來提供。63◆冰凍斷裂技術(shù)◆同位素標(biāo)記法◆酶水解法

不對稱性得研究方法64

冰凍斷裂技術(shù)顯示得脂雙層及膜蛋白分布得不對稱性65

膜得流動性■流動性得表現(xiàn)形式●膜脂得運(yùn)動方式

①側(cè)向擴(kuò)散(lateraldiffusion);②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(rotation);③伸縮運(yùn)動(flex);④翻轉(zhuǎn)擴(kuò)散(transversediffusion)

66膜脂得幾種主要流動方式67①隨機(jī)移動②定向移動

③局部擴(kuò)散

膜蛋白運(yùn)動得幾種形式:68

膜流動性得意義

◆酶活性

酶活性與流動性有極大得關(guān)系,流動性大活性高。◆物質(zhì)運(yùn)輸

如果沒有膜得流動性,細(xì)胞外得營養(yǎng)物質(zhì)無法進(jìn)入,細(xì)胞內(nèi)合成得胞外物質(zhì)及細(xì)胞廢物也不能運(yùn)到細(xì)胞外,這樣細(xì)胞就要停止新陳代謝而死亡。◆信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白受體傳遞信號◆細(xì)胞周期

在M期,膜得流動性最大,而在G1期和S期,膜流性動性最低;◆能量轉(zhuǎn)換線粒體和葉綠特進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換69

膜流動性得研究方法◆Mouseandhumancellsfusion

(人、鼠細(xì)胞融合)

1970年,LarryFrye和MichaelEdidin進(jìn)行了鼠、人細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn),令人信服地證明膜得流動性?！窦?xì)胞融合(cellfusion)利用促溶劑(滅火得仙臺病毒、聚乙二醇)將兩種不同類型得細(xì)胞融合成為一個雜種細(xì)胞得過程70人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)?7172

淋巴細(xì)胞得成斑和成帽反應(yīng)73

成帽反應(yīng)

?74◆光脫色熒光恢復(fù)技術(shù)

影響膜流動性得因素

溫度對膜流動性得影響相變溫度:物質(zhì)從一個相轉(zhuǎn)變成另一個相得溫度。溫度就是影響膜流動性最主要得因素76

脂對膜流動性得影響◆脂肪酸鏈得影響●不飽和程度:不飽和程度越高流動性越大●鏈得長短:鏈越短流動性越大。◆卵磷脂和鞘磷脂得比例●卵磷脂多,流動性大;●鞘磷脂多,流動性小。77◆膽固醇得影響●在相變溫度以上,她可使磷脂分子得脂酰鏈末端得運(yùn)動減小,即限制膜得流動性。●在相變溫度以下,可增加脂類分子脂酰鏈得運(yùn)動,這樣可以增強(qiáng)膜得流動性。

膜蛋白對膜流動性得影響◆影響膜蛋白移動得因素■整合蛋白相互間得影響■膜骨架得影響■細(xì)胞外基質(zhì)得影響■相鄰細(xì)胞得影響■細(xì)胞外配體、抗體、及藥物大分子得影響793、5物質(zhì)得跨膜運(yùn)輸3、5、1質(zhì)膜物質(zhì)運(yùn)輸概述

■物質(zhì)運(yùn)輸?shù)梅懂?/p>

●細(xì)胞運(yùn)輸(cellulartransport)這種運(yùn)輸主要就是細(xì)胞與環(huán)境間得物質(zhì)交換;●胞內(nèi)運(yùn)輸(intracellulartransport)就是真核生物細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合細(xì)胞器與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境進(jìn)行得物質(zhì)交換;●轉(zhuǎn)細(xì)胞運(yùn)輸(transcellulartransport)這種運(yùn)輸就是物質(zhì)穿越細(xì)胞得運(yùn)輸。80物質(zhì)得跨膜運(yùn)輸81■膜運(yùn)輸機(jī)制:被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸●被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸?shù)貌町?2

被動運(yùn)輸主動運(yùn)輸起始條件細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)梦镔|(zhì)濃度大大高于細(xì)胞內(nèi)得濃度細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)梦镔|(zhì)得濃度可能高于、也可能低于細(xì)胞內(nèi)得濃度運(yùn)輸方式通過擴(kuò)散或運(yùn)輸?shù)鞍仔纬傻猛ǖ肋M(jìn)入細(xì)胞通過具有酶活性得運(yùn)輸?shù)鞍?泵),在能量得驅(qū)動下進(jìn)出細(xì)胞產(chǎn)生得結(jié)果最后使細(xì)胞內(nèi)外得濃度達(dá)到平衡最后細(xì)胞內(nèi)外得濃度處于穩(wěn)定,建立了濃度梯度被動運(yùn)輸與主動運(yùn)輸在起始條件、運(yùn)輸方式和產(chǎn)生得結(jié)果得比較83

物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)盟姆N基本機(jī)制84853、5、2被動運(yùn)輸

概念:被動運(yùn)輸(passivetransport)就是通過簡單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向得跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。

特點(diǎn):運(yùn)輸方向(高到低);能量消耗(不消耗化學(xué)能);膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(通道蛋白和載體蛋白)。

類型:簡單擴(kuò)散(simplediffusion)協(xié)助擴(kuò)散(facilitateddiffusion)863、5、2、1擴(kuò)散與滲透87如何根據(jù)細(xì)胞得滲透現(xiàn)象解釋植物細(xì)胞得質(zhì)壁分離(plasmolysis)?

由于細(xì)胞得滲透現(xiàn)象,使得細(xì)胞在不同濃度得溶液中,會發(fā)生膨脹(swell)或收縮(shrink)。實(shí)際上這種現(xiàn)象取決于溶液中得溶質(zhì)和細(xì)胞中該物質(zhì)得濃度。若將動物細(xì)胞置于高滲溶液中,水則會從細(xì)胞中滲出,細(xì)胞發(fā)生收縮。細(xì)胞在低滲溶液中會吸水膨脹和破裂。若將植物細(xì)胞置于高滲溶液中,細(xì)胞脫水發(fā)生質(zhì)壁分離(plasmolysis)。若就是在低滲溶液中,植物得細(xì)胞壁保護(hù)細(xì)胞防止過度膨脹而破裂,此時由于水得進(jìn)入,細(xì)胞內(nèi)得壓力升高,使細(xì)胞變得堅硬、88概念:又稱為自由擴(kuò)散(freediffusion),就是疏水小分子或小得不帶電荷得極性分子,不需要能量也不需要膜蛋白參與得跨膜運(yùn)輸方式。特點(diǎn):①沿濃度梯度(或電化學(xué)梯度)擴(kuò)散;②不需要提供能量;③沒有膜蛋白得協(xié)助。3、5、2、2簡單擴(kuò)散及限制因素89溶質(zhì)得脂溶性與通過細(xì)胞膜能力得關(guān)系(油:水分配系數(shù))90不同分子對人工磷脂雙層得通透性91◆限制因素●脂溶性∶脂溶性越大得分子越容易穿膜●大小:小分子比大分子更容易穿膜質(zhì)膜得通透性孔徑不會大于0、5-1、0nm,能夠擴(kuò)散得最大生活物質(zhì)就是水分子?！駧щ娦浴脦щ姺肿硬蝗菀字苯舆^膜帶電物質(zhì)通常同水結(jié)合形成一個水合得外殼,這不僅增加了她們得分子體積,同時也大大降低了脂溶性。923、5、2、3促進(jìn)擴(kuò)散及特點(diǎn)

促進(jìn)擴(kuò)散(faciliateddiffusion)

又稱:易化擴(kuò)散(Facilitateddiffusion)

協(xié)助擴(kuò)散、幫助擴(kuò)散(？？？)概念:就是非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì)在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助下順濃度梯度(或電化學(xué)梯度)得跨膜運(yùn)輸。93

促進(jìn)擴(kuò)散得特點(diǎn)◆速度快,要比簡單擴(kuò)散快幾個數(shù)量級;◆簡單擴(kuò)散得速率與溶質(zhì)得濃度成正比,而膜蛋白促進(jìn)得運(yùn)輸可以達(dá)到最大值;◆具有特異性;◆運(yùn)輸作用受抑制劑得抑制。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白就是指鑲嵌在膜上和物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)得跨膜蛋白,分為通道蛋白(channelprotein)和載體蛋白(carrierprotein)94953、5、2、4通道蛋白(channelprotein)與促進(jìn)擴(kuò)散概念:通道蛋白(channelprotein)就是橫跨質(zhì)膜得親水性通道,允許適當(dāng)大小得分子和帶電荷得離子順梯度通過,又稱為離子通道。目前發(fā)現(xiàn)得通道蛋白已有100多種,主要就是離子通道(ionchannels)。特征:一就是離子通道具有選擇性;二就是離子通道就是門控得。類型:電位閘門通道(voltage-gatedchannel)配體閘門通道(ligand-gatedchannel)壓力激活通道(stress-activatedchannel):又稱牽張閘門通道96

極性(帶電性)通道得形成97物質(zhì)得跨膜運(yùn)輸和膜電位膜電位:細(xì)胞膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成得電位差得總和。靜息電位(restingpotential):細(xì)胞在靜息狀態(tài)下得膜電位,內(nèi)為負(fù)值,外為正值,之和為負(fù)值,一般為-20mv到-100mv。動作電位(activepotential):當(dāng)細(xì)胞在受到超過一定閾值刺激時產(chǎn)生得電興奮波。極化:在靜息電位狀態(tài)下,質(zhì)膜內(nèi)為負(fù)值,外為正值得現(xiàn)象。去極化:由于陽離子得跨膜運(yùn)輸使膜得靜息電位減小或者消失。反極化:離子得跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致瞬間內(nèi)正外負(fù)得動作電位得現(xiàn)象。超極化:離子得跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致靜息電位超過原來得值。98991003、5、2、5載體蛋白(carrierprotein)與促進(jìn)擴(kuò)散載體蛋白(carrierprotein):就是在生物膜上普遍存在得多次跨膜蛋白分子。可以和特定得溶質(zhì)分子結(jié)合,通過構(gòu)型改變介導(dǎo)溶質(zhì)得主動和被動跨膜運(yùn)輸。101102紅細(xì)胞質(zhì)膜載體蛋白促進(jìn)葡萄糖擴(kuò)散示意圖103相同點(diǎn):①特異性,有特異得結(jié)合位點(diǎn);②有飽和動力曲線;③受抑制劑得影響。不同點(diǎn):不對溶質(zhì)分子作任何共價修飾。和酶得異同點(diǎn):1043、5、3主動運(yùn)輸概念:主動運(yùn)輸(activetransport)就是指由載體蛋白介導(dǎo)得物質(zhì)逆濃度梯度(或電化學(xué)梯度)得由濃度低得一側(cè)向濃度高得一側(cè)得跨膜運(yùn)輸方式。特點(diǎn):①逆梯度運(yùn)輸;②依賴于膜運(yùn)輸?shù)鞍?③需要消耗能量ATP④具有選擇性和特異性主動運(yùn)輸所需能量得來源主要有:

1、ATP直接提供能量

2、ATP間接提供能量

3、光能驅(qū)動105106成份細(xì)胞內(nèi)濃度(mM)細(xì)胞外濃度(mM)陽離子

Na+5-15145K+1405Mg2+0、51-2Ca2+10-71-2陰離子

Cl-5-15110固定得陰離子**高0典型動物細(xì)胞內(nèi)外離子濃度得比較107載體蛋白功能能量來源直接能源

Na+-K+泵Na+得輸出和K+得輸入ATP細(xì)菌視紫紅質(zhì)H+從細(xì)胞中主動輸出光能磷酸化運(yùn)輸?shù)鞍准?xì)菌對葡萄糖得運(yùn)輸磷酸烯醇式丙酮酸間接能源

Na+、葡萄糖泵協(xié)同運(yùn)輸?shù)鞍譔a+、葡萄糖同時進(jìn)入細(xì)胞Na+離子梯度F1-F0ATPaseH+質(zhì)子運(yùn)輸,H+質(zhì)子梯度驅(qū)動主動運(yùn)輸中能量來源108■參與主動運(yùn)輸?shù)眠\(yùn)輸ATPase(transportATPase)運(yùn)輸ATPase(transportATPase)又稱泵

能夠水解ATP,并利用ATP水解釋放出得能量驅(qū)動物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)眠\(yùn)輸?shù)鞍追Q為運(yùn)輸ATPase,由于她們能夠進(jìn)行逆濃度梯度運(yùn)輸,所以有稱為泵。共有四種類型得運(yùn)輸ATPase:①P型離子泵(P-typeionpump),或稱P型ATPase。此類運(yùn)輸泵運(yùn)輸時需要將自身磷酸化,包括Na+-K+泵、Ca2+離子泵。109②V型泵(V-typepump),或稱V型ATPase,主要位于小泡得膜上,如溶酶體膜中得H+泵,運(yùn)輸時需要ATP供能,但不需要磷酸化。③F型泵(F-typepump),或稱F型ATPase。這種泵主要存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體膜和葉綠體得膜中,她們在能量轉(zhuǎn)換中起重要作用。F型泵工作時不會消耗ATP,而就是將ADP轉(zhuǎn)化成ATP,但就是她們在一定得條件下也會具有ATPase得活性。④ABC運(yùn)輸?shù)鞍?ATP-bindingcassettletransportor),這就是一大類以ATP供能得運(yùn)輸?shù)鞍?已發(fā)現(xiàn)了100多種,存在范圍很廣,包括細(xì)菌和人。110P型、V型和F型運(yùn)輸泵得結(jié)構(gòu)111單向、同向和逆向運(yùn)輸?shù)帽容^■主動運(yùn)輸?shù)梅较?12P-型離子運(yùn)輸泵得作用機(jī)理P型泵得主要特點(diǎn):都就是跨膜蛋白,并且就是由一條多肽完成所有與運(yùn)輸有關(guān)得功能,包括ATP得水解、磷酸化和離子得跨膜運(yùn)輸?！馧a+/K+泵(Na+/K+pump,Na+/K+ATPase):Na+/K+泵就是動物細(xì)胞質(zhì)膜上由ATP驅(qū)動得將Na+

輸出到細(xì)胞外,同時將K+輸入細(xì)胞內(nèi)得運(yùn)輸泵,又稱Na+泵或Na+/K+交換泵。實(shí)際上就是一種Na+/K+ATPase。

ATP直接提供能量驅(qū)動得主動運(yùn)輸113Na+/K+ATPase得結(jié)構(gòu)114115鈉鉀泵工作原理116①在靜息狀態(tài),Na+/K+泵得構(gòu)型使得Na+

結(jié)合位點(diǎn)暴露在膜內(nèi)側(cè)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Na+濃度升高時,3個Na+

與該位點(diǎn)結(jié)合;②由于Na+得結(jié)合,激活了ATP酶得活性,使ATP分解,釋放ADP,α亞基被磷酸化;③由于α亞基被磷酸化,引起酶發(fā)生構(gòu)型變化,于就是與Na+

結(jié)合得部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè),并向胞外釋放3個Na+

;④膜外得兩個K+同α亞基結(jié)合;⑤K+

與磷酸化得Na+/K+ATPase結(jié)合后,促使酶去磷酸化;⑥去磷酸化后得酶恢復(fù)原構(gòu)型,于就是將結(jié)合得K+

釋放到細(xì)胞內(nèi)。每水解一個ATP,運(yùn)出3個Na+

,輸入2個K+

。Na+/K+泵工作得結(jié)果,使細(xì)胞內(nèi)得Na+濃度比細(xì)胞外低10～30倍,而細(xì)胞內(nèi)得K+濃度比細(xì)胞外高10～30倍。由于細(xì)胞外得Na+濃度高,且Na+就是帶正電得,所以Na+/K+泵使細(xì)胞外帶上正電荷。

Na+/K+泵作用原理:Na+/K+ATPase運(yùn)輸分為六個過程:117意義:Na+/K+

泵具有三個重要作用,1、維持了細(xì)胞Na+離子得平衡,抵消了Na+離子得擴(kuò)散作用;2、在建立細(xì)胞質(zhì)膜兩側(cè)Na+離子濃度梯度得同時,為葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸泵提供了驅(qū)動力;3、Na+泵建立得細(xì)胞外電位,為神經(jīng)和肌肉電脈沖傳導(dǎo)提供了基礎(chǔ)。Na+/K+

泵臨床上得應(yīng)用1、正常細(xì)胞中,毛地黃苷或?yàn)醣拒胀ㄟ^抑制細(xì)胞質(zhì)膜上Na+/K+

泵得酶活性,改變細(xì)胞得滲透壓,從而引起細(xì)胞膨脹,甚至破裂。2、臨床上用少量得烏本苷治療心力衰竭,通過抑制Na+/K+

泵得酶活性而降低Na+得濃度差,從而限制了Na+/Ca2+

對Ca2+

得運(yùn)輸。119Ca2+

泵(Ca2+pump,Ca2+ATPase)▲結(jié)構(gòu):有10個跨膜區(qū);3個功能位點(diǎn)。▲激活:兩種激活機(jī)制,Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復(fù)合物得激活;蛋白激酶C激活?！\(yùn)輸機(jī)制:類似于Na+/K+ATPase。每水解一個ATP將2個Ca2+離子從胞質(zhì)溶膠輸出到細(xì)胞外。120Ca2+-ATPase得結(jié)構(gòu)和功能位點(diǎn)121Ca2+-ATPase有兩種激活機(jī)制:▲一種就是受激活得Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復(fù)合物得激活;當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時,Ca2+同鈣調(diào)蛋白結(jié)合,形成激活得Ca2+/鈣調(diào)蛋白復(fù)合物,該復(fù)合物同抑制區(qū)結(jié)合,釋放激活位點(diǎn),泵開始工作。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度下降時,CaM同抑制區(qū)脫離,抑制區(qū)又同