1、第五章 生物膜的结构与功能,目的与要求：通过本章学习，要求掌握生物膜的结构特点和功能。生物膜在生命活动中的功能是多方面的，其主要功能是：物质运输功能，能量转换功能和信号转导功能。,返回,生物膜的结构与功能,第一节 生物膜的组成和性质 第二节 生物膜的结构和特点 第三节 生物膜的功能,第一节 生物膜的组成和性质,一、膜脂 种类：磷脂、胆固醇、糖脂 特点：多态性（polymorphism） 二、膜蛋白 外周蛋白、内在蛋白 三、糖类 细胞表面天线,第二节 生物膜的结构和特点,一、生物膜中分子间的作用力 静电力、疏水作用、范德华引力 二、生物膜结构的主要特征 膜组分的不对称分布、膜脂和膜蛋白的流动性
2、三、生物膜分子结构模型 “流体镶嵌”模型,第三节 生物膜的功能,一、生物膜与物质运送 二、生物膜与能量转换 三、生物膜与信号转导,-X,甘油磷脂结构,磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol ),X=,双磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol ),X=,鞘氨醇、神经磷脂和鞘磷脂结构,鞘氨醇(Sphingosine ),胆固醇结构,胆固醇(Cholesterol ),神经节苷脂的结构,D-半乳糖,GM1,GM2,GM3,N-乙酰-D-半乳糖,D-半乳糖,D-葡萄糖,N-乙酰神经氨酸,硬脂酸,鞘氨醇,磷脂分子在水溶液中存在的几种结构形式,双层微囊,水,空气,微团,单体
3、,单层,磷脂类的双层结构和六角形相H1、H2,双层结构（Bilyer）,六角形相(Hexagonal ),H2,H1,六角形相(Hexagonal ),生物膜膜周边蛋白、膜内在蛋白示意图,a . b . c . 膜周边蛋白 ， d .e .膜内在蛋白,膜蛋白与膜脂双脂层结合的主要形式,血影蛋白(Sectrin),膜脂双层,膜脂双层,红细胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列,红细胞膜骨架各组分与质膜连接示意图,肌动蛋白 (Actin),蛋白质4.1 (Protein4.1),血影蛋白(Sectrin),带3蛋白(Band 3),糖蛋白 (Ankyrin),血型蛋白(Glycophorin),糖链,低聚
4、寡糖链 跨膜糖蛋白,脂双层,糖被,糖残基,唾液酸,糖脂,细胞外壳（糖萼）示意图,膜脂（磷脂、糖脂、胆固醇）,Singer&Nicolson流体镶嵌模型,人红细胞膜主要磷脂在膜内、外两层的分布,占总量的百分比,50,25,50,25,外层,内层,膜脂总量,鞘磷脂,磷脂酰胆碱,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰乙醇胺,膜脂的相变,变相温度（Tc）,凝胶态,液晶态,TTc,TTc,磷脂分子运动的几种方式,通过细胞膜融合证明膜蛋白运动示意图,Na+-K+- ATPase的体外重建,Na+-K+-ATPase,去污剂微囊,脂-去污剂微囊,增溶的膜蛋白,去污剂微囊,外加的磷脂,透析,纯化的膜蛋白,Na+-K+-ATPa
5、se在脂质体上重建,纯化,生物膜与物质跨膜运输,1、被动运输与主动运输 2、小分子物质的运送 3、生物大分子的跨膜运送 4、跨膜运送的分子机制,2小分子物质的运送,（1）阳离子运送（例：Na+ . K+ - ATPase） K.whittam及其同事的经典实验 Na+ . K+ - ATPase的结构和作用的机理 （2）糖和氨基酸的运送 协同运送（co-transport） 基团运送（group transport),3、生物大分子的跨膜运送,（1）胞吐和内吞作用,（2）新生蛋白质的跨膜定向运送 蛋白质通过信号肽引导到目的地 信号肽(signal sequence) 信号肽假说(signal
6、hypothesis) 线粒体及叶绿体蛋白质的翻译后跨膜运送 线粒体蛋白质的跨膜运送图例,4、跨膜运送的分子机制,1、移动性载体模型 2、孔道或通道模型 3、构象变化假说,两种类型门控离子通道,被动运输和主动运输示意图,（G 0）,（ G 0）,被动运送（Passive transport）,物质从高浓度一侧通过膜运送到低浓度一侧，即顺浓度梯度的方向跨膜运送的过程称被动运输 。在该过程中G0。,主动运送（Actic transport） 凡物质逆浓度梯度的运送称主动运送，这一过程进行需供给能量。 G =2.3RT log(C2/C1) + ZFV0,主动运输的特点： 专一性；饱和性；方向性；可
7、被选择性抑制；需提供能量,K.Whittam的实验,实验设计： 制备红细胞血影（ghost），观察ATP水解情况和膜内外K+，Na+浓度的关系。,实验结果： a红细胞内ATP水解的同时，K+、Na+都按预定方向跨越细胞膜（2K+进，3 Na+出）； b如果膜内外仅有K+或Na+，则ATP水解极少； c红细胞血影只能利用膜内ATP，而不能利用膜外ATP； dK+可被其它正一价离子（如NH4+）取代，而Na+则不能被取代。,Na+.K+-ATPase的亚基结构及其在膜上定位,Na+- K+- ATPase的作用模型,ATP,ADP,细胞外,细胞质,1,2,5,4,3,6,葡萄糖的协同运送系统,细菌中糖通过基团运送的主动运送,糖的基团转运机制,细胞膜上HCO3-和Cl-的交换,带3蛋白在红细胞膜上可能分布示意图,
