1、本章主要内容：本章主要内容：4 生物膜的化学组成生物膜的化学组成4 生物膜的性质和结构生物膜的性质和结构4 物质的跨膜运输物质的跨膜运输 生物膜（生物膜（Bio-membrane）是指细胞的膜系统。原核生）是指细胞的膜系统。原核生物只有质膜，而真核生物除了质膜，还有细胞器的膜，物只有质膜，而真核生物除了质膜，还有细胞器的膜，如核膜、线粒体膜、内质网膜等。如核膜、线粒体膜、内质网膜等。 几乎所有的生理活动都与生物膜相关，例如物质运输、几乎所有的生理活动都与生物膜相关，例如物质运输、能量转换、信息传递、细胞的分裂、运动、相互识别能量转换、信息传递、细胞的分裂、运动、相互识别和通讯，以至肿瘤的发生等
2、。和通讯，以至肿瘤的发生等。一个动物的上皮细胞及其膜系统一个动物的上皮细胞及其膜系统1. 生物膜的化学组成生物膜的化学组成 所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质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。组成，尚含有少量糖、金属离子和水。1.1 膜脂膜脂 磷脂（甘油磷脂、鞘磷脂）磷脂（甘油磷脂、鞘磷脂） 糖脂糖脂 胆固醇胆固醇以甘油为基础形成的甘油磷脂（以甘油为基础形成的甘油磷脂（glycerophospholipid）以神经鞘氨醇为基础还可以形成鞘磷脂以神经鞘氨醇为基础还可以形成鞘磷脂（sphingophospholipid） OOHHOHHOHHOHCH2
3、OHHH2CCHHNCHC ROOHCHCHCH2CH2CH312(神经鞘氨醇)半乳糖脑苷脂胆固醇的分子结构胆固醇的分子结构 膜脂分子的特点和结构膜脂分子的特点和结构 双亲性双亲性卵磷脂卵磷脂亲水的极性的头部亲水的极性的头部疏水的非极性的尾部疏水的非极性的尾部 微团微团双分子层双分子层 脂质体脂质体膜的基本结构膜的基本结构脂质双层（脂质双层（Lipid bilayer）waterwater1.2 膜蛋白膜蛋白 膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的场所。可以分为外膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的场所。可以分为外周蛋白和内在蛋白。它们是受体，酶，抗原，通道和骨架蛋白等。周蛋白和
4、内在蛋白。它们是受体，酶，抗原，通道和骨架蛋白等。 Z 外周蛋白（外周蛋白（peripheral protein） 分布于双层脂膜的外表层。分布于双层脂膜的外表层。 与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。 外周蛋白比较亲水，能溶解于水。外周蛋白比较亲水，能溶解于水。 Z 内在蛋白（内在蛋白（integral protein） 蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。 难溶于水，且不容易从膜中分离出来。难溶于水，且不容易从膜中分离出来。 主要以主要以 -螺旋形式存在。螺旋形式存在。跨膜蛋白跨膜蛋白（transmem
5、brane protein)1.3 膜糖膜糖生物膜中的寡糖链在信息传递和细胞生物膜中的寡糖链在信息传递和细胞的相互识别方面有的相互识别方面有重重要作用。要作用。糖蛋白上的糖蛋白上的寡糖链总是寡糖链总是指向细胞的指向细胞的外面外面生物膜上各种化学组成之间的关系生物膜上各种化学组成之间的关系2. 生物膜的性质与结构特点生物膜的性质与结构特点2.1 2.1 生物膜的运动生物膜的运动膜脂分子：膜脂分子：分子摆动、旋转运动、侧向运动、翻转运动等。分子摆动、旋转运动、侧向运动、翻转运动等。膜蛋白：扩散运动膜蛋白：扩散运动 、旋转运动。、旋转运动。 2.2 膜的相变温度及其影响因素膜的相变温度及其影响因素
6、相变温度相变温度（TmTm）是膜脂物理状态互相转变的临界温度。高）是膜脂物理状态互相转变的临界温度。高于相变温度时，膜呈流动的液态，低于相变温度时，膜呈凝固的于相变温度时，膜呈流动的液态，低于相变温度时，膜呈凝固的胶态。胶态。 相变温度受膜脂中脂肪酸的组成影响。烃链短的脂肪酸和不相变温度受膜脂中脂肪酸的组成影响。烃链短的脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量较高时，膜脂的相变温度较低，膜呈现较好的饱和脂肪酸的含量较高时，膜脂的相变温度较低，膜呈现较好的流动性。流动性。 胆固醇参与膜脂流动性的调节。胆固醇参与膜脂流动性的调节。2.3 流动镶嵌模型（流动镶嵌模型（ Mosaic fluid model）要点要
7、点: :6生物膜的基本结构是脂质双层生物膜的基本结构是脂质双层, ,蛋白质或镶嵌在膜上或结蛋白质或镶嵌在膜上或结合在膜的表面合在膜的表面, ,膜上的寡糖链总是指向膜的胞外一侧。膜上的寡糖链总是指向膜的胞外一侧。6膜上的成分是运动的膜上的成分是运动的, ,随温度变化随温度变化, ,脂质双层呈液晶态或脂质双层呈液晶态或凝胶态凝胶态. .膜的相变温度与膜上脂肪酸烃链的长度和饱和程膜的相变温度与膜上脂肪酸烃链的长度和饱和程度有关。度有关。6脂质双层的组成成分呈不对称分布。脂质双层的组成成分呈不对称分布。3. 物质的过膜转运物质的过膜转运3.1 物质运输的功能物质运输的功能 维持细胞的容积、形态、渗透压
8、、电解质的浓度，为维持细胞的容积、形态、渗透压、电解质的浓度，为细胞的生理活动提供适宜的环境细胞的生理活动提供适宜的环境 从环境摄取营养物质，向环境排出代谢废物从环境摄取营养物质，向环境排出代谢废物3.2 小分子物质和离子的过膜转运小分子物质和离子的过膜转运 简单扩散（简单扩散（simple diffusion)顺浓度梯度顺浓度梯度不需要供应能量不需要供应能量 促进扩散（促进扩散（facilitated diffusion）顺浓度梯度顺浓度梯度不需要供应能量不需要供应能量需要通道蛋白或载体蛋白介导需要通道蛋白或载体蛋白介导 主动转运（主动转运（active transport)逆浓度梯度逆浓度
9、梯度消耗能量消耗能量(如如ATP)需要转运载体需要转运载体简单扩散简单扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输物质的电化学梯度物质的电化学梯度 简单扩散简单扩散顺浓度梯度顺浓度梯度注意电荷、极性与大小的影响注意电荷、极性与大小的影响 促进扩散促进扩散顺浓度梯度顺浓度梯度 注意需要载体或通道协助注意需要载体或通道协助 通道通道载体载体 以钠钾泵，又称以钠钾泵，又称Na+ K+ ATP酶酶（Na+ K+ ATP ase）为例。）为例。 它是广泛存在于动物细胞膜上的它是广泛存在于动物细胞膜上的离子运载体，为蛋白二聚体。其功离子运载体，为蛋白二聚体。其功能是保持细胞内高钾低钠，细胞外能是保持细胞内高钾低钠
10、，细胞外高钠低钾的浓度梯度，转运过程消高钠低钾的浓度梯度，转运过程消耗耗ATP。 钠钾泵有两种构型：钠钾泵有两种构型：EI型：亲钠排钾，脱磷酸的形式型：亲钠排钾，脱磷酸的形式EII型：亲钾排钠，磷酸化的形式型：亲钾排钠，磷酸化的形式两种构型发生一次互变，转运出两种构型发生一次互变，转运出3个个Na+ ，输入，输入2个个K+ ，消耗一分子，消耗一分子ATP。主动运输主动运输3.3 大分子物质的过膜转运大分子物质的过膜转运胞吞与胞吐胞吞与胞吐受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用(receptor-mediated endocytosis ) 免疫球蛋白免疫球蛋白 低密度脂蛋白（低密度脂蛋白（LDLLDL，血浆中的胆固醇转运蛋白），血浆中的胆固醇转运蛋白）分泌蛋白的胞内转运过程分泌蛋白的胞内转运过程 信号肽学说（信号肽学说（signal peptide hypothesis）受体介导的细胞内吞作用受体介导的细胞内吞作用受体受体内吞泡内吞泡配体配体溶酶体溶酶体内体内体信号肽假说（信号肽假说（Signal peptide hypothesis）核糖体核糖体信号肽受体蛋白信号肽受体蛋白信号肽信号肽新生肽链新生肽链信号肽酶信号肽酶SRP受体受体内质网腔内质网腔胞液胞液合成的蛋白质合成的蛋白质 本章结束本章结束
