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细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输PPT课件

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细胞生物学课件：第四章 细 胞 膜

细胞生物学课件：第四章 细 胞 膜

几种膜脂化学结构的比较
去污剂（detergent）的性质及作用
细胞膜结构模式图
（四）膜脂的特性
➢ 脂类分子的多 样性
成分多样、 比例不同 ➢ 脂质体
脂粒
脂质体
脂质双层
二、膜 蛋 白
（一）分类：（膜蛋白存在模式） 1. 外在蛋白（extrisic protein , 外周蛋白） 2. 内在蛋白（intrisic protein，镶嵌蛋白） ➢ 单次穿膜 ➢ 多次穿膜 ➢ 非穿越性共价结合
磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰肌醇 磷脂酰丝氨酸
（卵磷脂）（脑磷脂）
磷脂的化学结构特点
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂，PE） 磷脂酰丝氨酸（PS） 磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC） 磷脂酰肌醇（PI）
2. 神经鞘磷脂
化学组成：鞘氨醇骨架（含一条脂肪酸链）， 一条脂肪酸链，一个磷脂酰胆碱头部
(二)糖脂( Glycolipids） ：鞘氨醇衍生 物，以多糖单位代替磷脂酰胆碱单位。
细胞外被（cell coat） 结构模式图
细胞膜结构模式图
细胞膜特化结构：小肠微绒毛
问题
膜相结构化学组成上的特点在细胞膜 结构上有何表现？
膜上的化学成分是一成不变的呢，还 是动态变化的？
第二节 细胞膜的分子结构
一、单位膜模型： • 电子显微镜：三层夹板结构 “两深一
浅”
单位膜结构（unit membrane)
内在蛋白(intrinsic protein) 磷脂 (Phospholipids) 糖脂 (Glycolipids) 胆固醇(Cholesterol)
一、 膜 脂
共同特征: 双型性分子 (亲水 疏水) (amphipathic molecule)
（一）磷 脂： 1. 磷酸甘油酯 (1) 化学组成: 甘油骨架，二条脂肪链，磷酸化醇 (2) 分类：

细胞生物学课程第4章细胞膜和物质的跨膜运输(医学院) 厦门大学

细胞生物学课程第4章细胞膜和物质的跨膜运输(医学院) 厦门大学
膜脂分子的运动
1. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2. 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3. 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4. 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 5. 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶
脑苷脂
神经节苷脂
（1）分布与定位
糖脂是含糖而不含磷 酸的脂类，普遍存在于原 核和真核细胞的质膜上 （含量5％以下），神经细 胞膜上含量较高（5-10 ％）。
糖脂是两性分子。其 结构与鞘磷脂很相似，只 是由一个或多个糖残基代 替了磷脂酰胆碱而与鞘氨 醇的羟基结合。糖脂均位 于细胞膜的非细胞质面， 及外侧的脂质分子中。
❖ 糖脂是位于脂双层的外侧，——可能作为细胞外配体(ligand)的受体。 ❖ 磷脂酰丝氨基——集中在脂双层的内叶，在生理pH下带负电荷，这种带
电性使得它能够同带正电的物质结合，如同血型糖蛋白A跨膜α螺旋邻近 的赖氨酸、精氨酸结合。 ❖ 磷脂酰胆碱——在衰老的淋巴细胞外表面，作为让吞噬细胞吞噬的信号； 磷脂酰胆碱出现在血小板的外表面，作为血凝固的信号。 ❖ 磷脂酰肌醇——集中在内叶，它们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中 起关键作用。
质完成的 。如： • 载体蛋白——膜内外的物质运输 • 连接蛋白——细胞的相互作用 • 受体蛋白——信号转导 • 各类酶——相关的代谢反应
在不同细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异，依在膜上存在方式不 同可分为：
1.整合蛋白（integral protein） 2.外周蛋白（peripheral protein） 3.脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
➢ 通道蛋白
是一类跨膜蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许 适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通 道蛋白参与的只是被动运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。 运输特点： ①蛋白不与溶质分子结合，形成跨膜通道介导离子顺浓度梯度通过； ②有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流； ③有些通道蛋白具有选择性和门控性，平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又 称为门通道。主要有：电压门通道、配体门通道、机械门通道。

细胞生物学 第四章物质的跨膜运输

细胞生物学 第四章物质的跨膜运输

一、膜转运蛋白
• 载体蛋白的特点：4个 s 每种载体蛋白对底物都具
有高度选择性，通常只转 运一种类型的分子； s 转运过程具有饱和动力学 特征； s 可被溶质类似物竞争性地 抑制，并可被某种抑制剂 非竞争性抑制； s 对pH有依赖性。
一、膜转运蛋白
（二）通道蛋白及其功能 • 通道蛋白（channel protein）：
§3 胞吞作用与胞吐作用
（二、胞吞作用与细胞信号转导） 三、胞吐作用 • 胞吐作用（exocytosis）：细胞内合
成的生物大分子（蛋白质、脂质等） 和代谢物，先由膜包围成膜泡，膜 泡与质膜融合，而将内含物分泌到 细胞表面或细胞外的过程。 s 组成型胞吐途径：所有真核细胞都 存在的从高尔基体反面管网结构分 泌的膜泡向质膜流动并与之融合的 稳定过程。 s 调节型胞吐途径：分泌细胞产生的 分泌物（如激素、酶等）储存在分 泌泡内，当受到细胞外信号刺激时， 分泌泡与质膜融合并将内含物释放 出去的过程。
1、葡萄糖转运蛋白：是一种载体蛋白，通过构象改变 完成葡萄糖的协助扩散；由高至低跨膜转运。
协助扩散
二、小分子物质的跨膜运输类型
2、水孔蛋白：水分子的跨膜通道 • 水分子：不带电荷但具有极性。
可以通过简单扩散——缓慢跨 膜转运； • 还可以通过水孔蛋白（为一种 通道蛋白）——快速跨膜转运。 • 如唾液和眼泪的形成、肾小管 对水的重吸收等，水分子必须 借助质膜上大量的水孔蛋白实 现快速跨膜转运。
二、小分子物质的跨膜运输类型
• 水孔蛋白（aquaporin，AQP）：为内在膜蛋白，分子 量为28KD。由4个亚基组成，每个亚基又都由6个跨 膜α螺旋组成。每个亚基单独形成一个供水分子运动 的中央孔，孔的直径约0.28nm（稍大于水分子的直 径），孔长2nm。

细胞生物学全套ppt课件

细胞生物学全套ppt课件
细胞生物学全套ppt课件
目 录
• 细胞生物学概述 • 细胞膜与物质运输 • 细胞质与细胞器 • 细胞核与遗传信息 • 细胞增殖与细胞周期 • 细胞分化与发育 • 细胞凋亡与自噬
01
细胞生物学概述
细胞生物学的定义与发展
细胞生物学的定义
研究细胞结构、功能、生长、分裂、 分化、代谢、遗传与变异的科学。
有丝分裂与减数分裂的过程
有丝分裂的过程
包括前期、中期、后期和末期四个阶段，主要特点是DNA复制一次，细胞分裂一次，形成两个与母细胞相同的子 细胞。
减数分裂的过程
包括第一次减数分裂和第二次减数分裂两个阶段，主要特点是DNA复制一次，细胞连续分裂两次，形成四个与母 细胞不同的子细胞。减数分裂是生物体进行有性生殖的基础，对于维持物种的遗传多样性和适应性具有重要意义。
细胞增殖的意义
细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和 遗传的基础，对于维持生物体的正常生 命活动具有重要意义。
细胞周期及其调控机制
细胞周期的定义
细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程， 包括分裂间期和分裂期两个阶段。
细胞周期的调控机制
细胞周期受到多种因素的调控，包括细胞周期蛋白、细胞周期 蛋白依赖性激酶、细胞周期检查点等，这些调控机制确保细胞 周期的正常进行。
3
细胞膜在信号转导中的作用 受体的定位与活化、信号分子的识别与传递、信 号通路的整合与调控
03
细胞质与细胞器
细胞质基质与细胞骨架
细胞质基质的组成与功能
细胞骨架与细胞运动
细胞质基质主要由水、无机盐、脂质、 糖类、氨基酸和核苷酸等组成，为细 胞内的各种生化反应提供场所和物质。
细胞骨架通过改变自身形态和结构， 驱动细胞进行定向运动，如阿米巴运 动、纤毛和鞭毛的运动等。

细胞生物学--细胞膜与跨膜运输 ppt课件

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型
该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结 构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包 被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两 层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以 非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的 内外两侧。1954年对该模型进行了修改：膜 上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋 白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对 膜的通透性。这一模型是第一次用分子术语 描述的结构
膜糖的存在方式
通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋 白的形式存在于细胞质膜上。
糖同氨基酸的连接主要有两种形式，即O-连接和N-连接
O-连接:是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连， O-连接糖链较短， 约含4个糖基。
N-连接: 是糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，N-连接 的糖链一般有10个以上的糖基。另外，N连接的方式较O 连接普遍。
膜脂的不对称性
细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 非对称性形成原因: 磷脂:ER胞质半膜合成,Flippase选择性转运 糖脂: 催化糖基化反应的酶位于Golgi非胞质半膜,转运不
变
膜糖
存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖 脂含量较高；细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，
极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较 其他膜脂要小, 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋 在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有 干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
胆固醇的分子较其他膜脂要小， 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向 膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央

细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输

细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输

0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
(一) 膜脂 生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为“双亲性分子”(★★)
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂的类型
X
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
磷 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
部 （
脂 磷脂酰丝氨酸
亲 水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
（一）吞噬作用
※指细胞内吞较大的固体颗粒或分子复合物的过程，
如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。
※吞噬作用形成的囊泡称吞噬体。
※是原生动物获取营养的重要方式。 ※在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能
（如巨噬细胞等）。
（二）胞饮作用
※是指细胞内吞液体或小溶质分子的活动。 ※胞饮形成的囊泡称胞饮体。
※大多数细胞具有胞饮作用。
ATP
Na+
细胞外
Na+
小 亚 基 小 亚 基 小 亚 基
Na+
Na+ Na+
细胞内
K+ K+
K+
浓 钾结合部位 度
梯 度 30 倍
ADP+Pi
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+

细胞生物学 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输

细胞生物学 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
孔蛋白（porin）。
2. 外在膜蛋白（extrinsic proteins）
也称外周蛋白（peripheral protein） 占20％～30％，位于膜的内外表面，内面较多
主要是水溶性蛋白质 连接较松散，温和处理就与膜分离
周边蛋白通过离子键、氢键或静电作用与膜脂 分子相互作用
高盐溶液可破坏离子键，不需用去垢剂 如：血影蛋白、锚蛋白。细胞色素C等
1. 膜脂的流动 脂双层是一种二维流体，因细胞内外的水环境
阻止膜脂分子自双层中逸出，只能在双层内运动和 交换位置
1）膜脂分子的运动形式
烃链的旋转异构运动（流动性的主要因素）
C一C 自由旋转产生旋转异构体
反式构象
歪扭构象
侧向扩散（lateral diffusion） 同一单分子层内脂类分子交换位置，107次/秒。 扩散距离为1～2 µm/秒
乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道 N冲动传至神经末梢，电压闸门Ca2+通道瞬时开放 Ca2+内流使突触小泡释放Ach Ach结合突触后膜受体，使Na+通道开放 肌细胞膜Na+内流使电压闸门Na+通道短暂开放 肌细胞膜去极化，肌浆网上Ca2+通道开放 Ca2+内流，引起肌原纤维收缩
神经肌肉接头处离子通道
这种含特殊脂质和蛋白质的微区较膜其它部位厚， 更有序，较少流动，称脂筏
脂筏直径约70～100nm，其上数百个蛋白质形成小 窝（caveolae），它可转运生物活性分子入细胞，参 与信号转导
脂筏的特点 一是聚集蛋白质，便于相互作用 二是提供蛋白质变构环境，形成有效的变构
脂筏功能的紊乱已涉及HIV、肿瘤、动脉粥样硬化、 老年痴呆、疯牛病等
水端朝向膜的内外表面 球形蛋白质附着在脂双层的两侧表面，形成蛋白质-
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（均分布于细胞膜的外层，即膜的非胞质面）
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面 功能的不对称性。
※膜的通透性——膜允许一定物质穿越的性能。
特点：具有选择性。
O2 , CO2 , N2 尿素，H2O 葡萄糖,蔗糖 H+,Na+ , Ca2+
一、膜的选择性通透
★膜对物质分子的通透性取决于
膜的结构属性及分子特性：
①脂溶性越强的分子越容易穿膜； ➢非极性物质脂溶性强，易穿膜， 如O2,CO2,N2； 但H2O例外。
②分子量越小越容易穿膜；
③不带电荷的分子容易穿膜，带 电荷的离子不能或很难穿膜。
➢离子脂溶性弱，且带有水化膜， 增大了它的有效体积。
二、膜运输蛋白及其介导的跨膜运输
★根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类：
（2）一端嵌入膜层内，另一端露出膜外——半嵌入蛋白
内在膜蛋白具有双亲性，其亲水区域暴露在膜的一侧或
两侧表面与水相吸，它们的疏水区嵌入膜内，与脂类分子疏水
尾部通过疏水键结合，不易分离。
2、外在蛋白
非双亲性分子；附在膜的内外表面（主要 在细胞膜的内表面），与膜脂极性头部或内在 膜蛋白的极性区域非共价地结合，易分离。
膜、高尔基复合体膜、溶酶体 膜、核膜等，统称为细胞内膜。
生物膜(biomembrane）
细胞膜、线粒体膜和细胞内膜的总称。
生
细胞膜
物 细胞内膜
膜
线粒体膜
细胞膜 细胞质
任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”
三层结构，故将这三层结构称为单位膜。
第一节 细胞膜的化学组成和分子结构
一、细胞膜的化学组成
细 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分
胞
膜 水、无机盐、金属离子 —少量成分
★蛋白质/脂类 :在不同种类生物膜中有所不同。
一般地说：功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类 大； 功能少而简单的膜，蛋白质/脂类 小。
各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比
膜的种类
蛋白质/脂类
神经髓鞘(轴突部分的细胞膜） 血小板 Hela细胞 红细胞膜 线粒体内膜
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①载体蛋白：通过蛋白质发生可逆的构象变化进行物质运输； ②通道蛋白：在蛋白质中心形成一个亲水性的通道，使特定
溶质穿越。
★根据膜运输蛋白转运物质方向不同，分为
两种运输方式：
被运输的物质借助于膜运输蛋白，顺着浓 度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且不需 要消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。
被运输的物质借助于膜运输蛋白，逆着浓 度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且需要
4
非胞质面
脂
双
分
子
1
2
胞质面 层
3
5
1 单 次 穿 膜：单条a-螺旋贯穿脂质双层。
跨膜蛋白
内
2 多 次 穿 膜：数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。
在 膜
3 非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合。 蛋
4 与磷脂酰肌醇结合：蛋白质通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌醇（在非胞质面 白
细胞膜 （cell membrane)
概念： 是包围在细胞质外周的一层
界膜，又称质 膜
（plasma membrane).
功能：
①使细胞具有相对独立和稳定 的内环境； ②是细胞内外物质、信息、能 量交换的“门户”。
细胞内膜 （endomembrane）
★概念：
除细胞膜外，真核细胞内许多
膜性细胞器的膜，如内质网
的单层）共价结合。Fra bibliotek5 外在膜蛋白：附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。
（三）糖类
共价键
单糖或多聚糖 + 膜 脂
糖脂
共价键
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
糖蛋白
细胞外被 细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在
一起，形成一层外被，称细胞外被。
细 胞 外 被
脂 双 层
膜 蛋 白
细胞内
二、细胞膜的特性 ——流动性和不对称性。
常见糖脂：脑苷脂； 神经节苷脂
鞘 胺 醇
脑苷脂
糖脂分子
3、胆固醇(cholesterol)
极 性 头 部固
醇 环 结 构非
极 性 尾 部
（二）膜蛋白
内在蛋白（70%～80%） 外在蛋白（20% ～30%）
1、内在蛋白
※膜功能的承担者； ※双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层： （1）贯穿脂双层，两端露出膜外——跨膜蛋白
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
影响膜流动性的因素
1.脂肪酸链的饱和程度 饱和程度高，流动性小 饱和程度低，流动性大
2.脂肪酸链的长度 3.胆固醇的影响
链长，流动性小 链短，流动性大
调节膜的流动性
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例
第二：胆固醇
因其与磷脂酰胆碱和鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。
第三：糖脂
全部分布在膜的非胞质面。
2、膜蛋白分布的不对称性
第一：膜蛋白在脂双分子层中 的分布位置是不对称的。（包 括内在及外在膜蛋白） 第二：膜蛋白颗粒在膜内外两层中的分布是不对称的。
（细胞膜内层多于外层） 第三：糖蛋白的分布是不对称的。
此比例小，流动性小 此比例大，流动性大
5.膜蛋白的影响
内在膜蛋白多，流动性小
6.其它因素
环境温度、pH、离子强度等
（二）生物膜的不对称性
1、膜脂分布的不对称性
第一：磷脂
磷脂酰胆碱 和 鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）
磷脂酰乙醇胺 和 磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面）
∵ 磷脂酰丝氨酸带有负电荷，∴细胞膜内层负电荷多于外层。
（一）细胞膜的流动性
1、膜脂的流动性
★★膜脂的特性——液晶态
晶态
液晶态
液态
相变
相变温度
★膜脂分子的运动方式
（1）侧向移动 （2）旋转运动 （3）左右摆动 （4）翻转运动
2、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式 （1）侧向移动 （2）旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原)
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
(一) 膜脂 生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为“双亲性分子”(★★)
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂的类型
X
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
磷 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
部 （
脂 磷脂酰丝氨酸
亲 水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
胺
疏
醇
水
性
）
2、糖脂
糖脂与鞘磷脂相似， 只是头部不同。
消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。
载体蛋白 既参与主动运输又参与被动运输。 通道蛋白 只参与被动运输。
（一） 被动运输
1.单纯扩散 2.通道扩散 3.协助扩散