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1、第七第七章章 生物膜生物膜 所有所有细胞原生质团的外面都有一层由脂类和蛋白质为细胞原生质团的外面都有一层由脂类和蛋白质为主要成分组成的薄膜，它将内含物与外界环境隔开，这主要成分组成的薄膜，它将内含物与外界环境隔开，这层膜称细胞膜层膜称细胞膜(cell membrane)(cell membrane)，又称外周膜、原生质膜，又称外周膜、原生质膜或质膜。此外，真核细胞中还有广泛的内膜系统把内部或质膜。此外，真核细胞中还有广泛的内膜系统把内部空间分割成若干独立的区室，即组成具有各种特定功能空间分割成若干独立的区室，即组成具有各种特定功能的亚细胞结构和细胞器，例如，细胞核、线粒体、内质的亚细胞结构和细
2、胞器，例如，细胞核、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、叶绿体、液泡网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、叶绿体、液泡等，构成这些亚细胞结构或细胞器的膜称为胞内膜。我等，构成这些亚细胞结构或细胞器的膜称为胞内膜。我们把细胞膜和胞内膜通称为生物膜们把细胞膜和胞内膜通称为生物膜(biological (biological membranes, membranes, biomembranesbiomembranes) )。第一节第一节 概概述述细胞膜细胞膜是把细胞质与外界环境隔开的一层半透膜，厚度为是把细胞质与外界环境隔开的一层半透膜，厚度为510nm510nm。真核细胞真核细胞的内膜系
3、统形成的各种细胞器，将细胞的内环的内膜系统形成的各种细胞器，将细胞的内环境分隔成各个互相联系又相对独立的区间。在不同的细胞境分隔成各个互相联系又相对独立的区间。在不同的细胞器内分布着不同的酶系，进行不同类型的代谢反应，从而器内分布着不同的酶系，进行不同类型的代谢反应，从而实现了细胞结构和功能的实现了细胞结构和功能的“区域区域”化，使细胞内的复杂代化，使细胞内的复杂代谢活动相互联系，又互不干扰，协调一致地进行。谢活动相互联系，又互不干扰，协调一致地进行。一、细胞膜一、细胞膜二、细胞内膜二、细胞内膜简介几种简介几种主要细胞器的结构和功能主要细胞器的结构和功能1.1.细胞核细胞核2.2.内质网内质网
4、3.3.线粒体线粒体4.4.高尔基体高尔基体5.5.叶绿体叶绿体6.6.溶酶体和过氧化物酶体溶酶体和过氧化物酶体 第二节第二节 生物膜的化学组成与生物膜的化学组成与结构结构一、生物膜的化学组成一、生物膜的化学组成生物膜主要由脂质生物膜主要由脂质(主要为磷脂）、蛋白质（包括酶）和主要为磷脂）、蛋白质（包括酶）和少量糖少量糖(糖蛋白和糖脂）组成。糖蛋白和糖脂）组成。（一）膜（一）膜脂脂1.1.膜脂的种类膜脂的种类主要包括磷脂、固醇及糖脂等主要包括磷脂、固醇及糖脂等 2.2.膜脂的多态性膜脂的多态性组成生物膜的膜脂是两性分子，且非极性部分所组成生物膜的膜脂是两性分子，且非极性部分所占比例较大。这一特
5、性使之在水中容易自动聚集占比例较大。这一特性使之在水中容易自动聚集成微团结构或片状双分子层结构。成微团结构或片状双分子层结构。（二）膜（二）膜蛋白蛋白1.1.外外周膜蛋白质（周膜蛋白质（peripheral membrane protein)peripheral membrane protein)分布在分布在脂双层的内、外层表面上，借静电脂双层的内、外层表面上，借静电相互作用相互作用和氢键跟内在和氢键跟内在蛋白质的亲水结构域或膜脂的极性头基蛋白质的亲水结构域或膜脂的极性头基结合。结合。 2.2.内在膜蛋白质内在膜蛋白质(integral membrane protein)(integral m
6、embrane protein)主要特征为主要特征为水不溶性，靠跟脂双层的疏水相互作用与膜结合的。蛋白质水不溶性，靠跟脂双层的疏水相互作用与膜结合的。蛋白质分子的非极性氨基酸残基常以分子的非极性氨基酸残基常以-螺旋形式与脂双层的疏水螺旋形式与脂双层的疏水部分相互作用（细菌膜的内在蛋白质中常见有借多股部分相互作用（细菌膜的内在蛋白质中常见有借多股桶结桶结合的合的) )。3.3.兼兼在蛋白质在蛋白质( (amphitropicamphitropic protein) protein)有时存在于细胞有时存在于细胞溶胶，有时处于跟膜结合之中。溶胶，有时处于跟膜结合之中。（三）膜糖类（三）膜糖类生物膜中
7、含有一定量的糖类，它们主要是以糖蛋白和糖脂生物膜中含有一定量的糖类，它们主要是以糖蛋白和糖脂的形式存在。在细胞质膜表面分布较多，一般占质膜总量的形式存在。在细胞质膜表面分布较多，一般占质膜总量的的2 21010。分布于质膜表面的糖残基形成一层多糖。分布于质膜表面的糖残基形成一层多糖- -蛋白蛋白复合物。与膜蛋白和膜脂结合的糖类主要有中性糖、氨基复合物。与膜蛋白和膜脂结合的糖类主要有中性糖、氨基糖和唾液酸等。糖脂主要为神经糖脂。糖蛋白和糖脂与细糖和唾液酸等。糖脂主要为神经糖脂。糖蛋白和糖脂与细胞的抗原结构、受体、细胞免疫反应、细胞识别、血型及胞的抗原结构、受体、细胞免疫反应、细胞识别、血型及细胞
8、癌变等均有密切关系。细胞癌变等均有密切关系。二、生物膜的结构二、生物膜的结构生物膜是由膜脂、膜蛋白、膜糖定向、定位排列、高度生物膜是由膜脂、膜蛋白、膜糖定向、定位排列、高度组织化的分子装配体。它是一种超分子复合物，具有特组织化的分子装配体。它是一种超分子复合物，具有特定的分子结构。定的分子结构。1. 1. 膜组分在脂双层两侧分布的不对称性膜组分在脂双层两侧分布的不对称性2.2.生物膜的流动性生物膜的流动性生物膜生物膜的的流动性：主要流动性：主要指膜脂和膜蛋白所作的各种形式的运动。指膜脂和膜蛋白所作的各种形式的运动。膜脂的流动性主要体现在膜脂的流动性主要体现在：（1 1）脂质在膜内的侧向扩散或侧
9、向）脂质在膜内的侧向扩散或侧向移动移动（2 2）酶催化下的跨膜运动：）酶催化下的跨膜运动：（3 3）脂双层中脂质有序液态与无序液态的）脂双层中脂质有序液态与无序液态的转变转变膜膜蛋白在膜上至少可作两种形式的蛋白在膜上至少可作两种形式的运动运动: :（1 1）沿着）沿着与膜平面垂直的轴作旋转与膜平面垂直的轴作旋转运动运动（2 2）沿着）沿着膜表面作侧向扩散运动，这种侧向扩散在多数情况膜表面作侧向扩散运动，这种侧向扩散在多数情况下是随意和无序的。下是随意和无序的。3.3.生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型第三节第三节 物质的跨膜转运物质的跨膜转运 物质通过生物膜的过程有简单扩散（也叫被动转运
10、物质通过生物膜的过程有简单扩散（也叫被动转运) )、促进、促进扩散（也叫易化扩散）、主动转运、基团转位以及内吞外吐等扩散（也叫易化扩散）、主动转运、基团转位以及内吞外吐等。一、离子与小分子物质的一、离子与小分子物质的转运转运对于对于离子与小分子物质而言，物质的跨膜转运可分为两种离子与小分子物质而言，物质的跨膜转运可分为两种形式：一种是被动转运形式：一种是被动转运(passive transport)(passive transport)，另一种是，另一种是主动转运主动转运(active transport)(active transport)。（一）被动转运（一）被动转运被动转运分为简单扩散被
11、动转运分为简单扩散(simple diffusion)(simple diffusion)和易化扩散和易化扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion)，两者的差别在于后者需要蛋白质，两者的差别在于后者需要蛋白质的主动参与。的主动参与。（二）主动转运（二）主动转运主动转运是一种直接依赖于能量并且逆浓度梯度或逆电化学主动转运是一种直接依赖于能量并且逆浓度梯度或逆电化学梯度进行的转运方式。梯度进行的转运方式。能量的来源可能直接偶联于能量的来源可能直接偶联于ATPATP的水解，或者偶联于某一离子的水解，或者偶联于某一离子顺浓度梯度的转移顺浓度梯度的转
12、移。主动转运可导致一种物质在膜一侧主动转运可导致一种物质在膜一侧的积累，对细胞的生命活动具有特的积累，对细胞的生命活动具有特别重要的意义。别重要的意义。介绍几种主动转运体系介绍几种主动转运体系1 1. Na. Na+ +/ /K K+ +ATPATP酶驱动的主动转运酶驱动的主动转运2. ATP2. ATP驱动的驱动的CaCa2+2+泵维持了胞质中较低的钙浓度泵维持了胞质中较低的钙浓度 Na Na+ +/ /K K+ +ATPATP酶作用机制模式图酶作用机制模式图质膜钙泵、肌质网及内质网钙泵都是膜内蛋白，作用机制与质膜钙泵、肌质网及内质网钙泵都是膜内蛋白，作用机制与NaNa+ +/ /K K+
13、+ATPATP酶的机制相似，也都有酶的机制相似，也都有2 2种构象存在形式种构象存在形式3.3.离子梯度为次级主动转运提供能量离子梯度为次级主动转运提供能量以以大肠杆菌（大肠杆菌（E.coliE.coli）半乳糖苷的运输为例，这种转运使）半乳糖苷的运输为例，这种转运使得细胞中乳糖的含量比周围培养基中离出得细胞中乳糖的含量比周围培养基中离出100100倍。倍。大肠杆菌中乳糖的吸收大肠杆菌中乳糖的吸收4. 4. 基团运送基团运送细菌中葡萄糖以基团运送方式通过质膜模式图细菌中葡萄糖以基团运送方式通过质膜模式图二、大分子物质的转运二、大分子物质的转运大分子物质进入细胞通过内吞（大分子物质进入细胞通过内吞（endocytosis)endocytosis)或胞吞，或胞吞，离开细胞则通过胞吐离开细胞则通过胞吐(exocytosis)(exocytosis)。( (一一) )胞吐作用胞吐作用（二）胞吞作用（二）胞吞作用（三）蛋白质的跨膜运输（三）蛋白质的跨膜运输
