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1、细胞内分子组装 元素（C、H、O、N、等）占细胞总重量90% 无机化合物（H2O、CO2、NH4+、H3PO4） 有 机 有机小分子（单糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸） 化 合 有机大分子（多糖、脂类、蛋白质、核酸、V） 物 缔合、组装 细胞器 构成 细胞,核苷酸,磷酯键,第四章 膜的结构一、膜结构的研究历史,1.E. Overton 1895质壁分离实验，表明细胞膜的在。脂溶性物质比水更容易进入细胞，推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.E. Gorter & F. Grendel 1925 测出红细胞膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，推测细胞膜由双层脂分子组成脂分子组成。,3、J. Daniell
2、i & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。,4、J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，并将这样的膜结构称之为“单位膜”,脂类、蛋白质和少量糖类,二.细胞膜的化学组成（一）.脂类1.组成：磷脂、糖脂和胆固醇。,纯磷脂在水中的形式：分子团、脂质体,问题1,你们班上5位同学总是一起坐在第一排，这可能是因为：（A）他们真的是彼此喜欢（B）你们班上没有其他人想坐在他们旁边。哪种解释符合脂双层的装配。,2.膜脂的不对称性,3.膜脂的流动性,一个脂质分子在1s内扩散约2um,影响膜脂流
3、动性的因素,胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。,问题2,脂双层的结构由其脂质分子的特殊性所决定，假如出现下列情况之一，将会怎样？A.假如所有的烃链都是饱和的？B.假如所有的烃链都是不饱和的？C.假如双层含有混合的两种脂质分子，一种具有两条饱和的烃尾，另一种具有两条不饱和的烃尾？,D.假如烃链比正常的短，比如只有10个碳原子长F.假磷脂只有一条烃链二非两条？G.假如每个脂
4、质分子通过其中一条烃链的末端碳原子与对面单层中的一个脂质分子共价连接？,（二）膜蛋白,1.类型：外周蛋白和内在蛋白,问题3,人红细胞膜内，蛋白质（平均分子量50000）对磷脂（分子量800）和胆固醇（分子量386）的质量比大约为2：1：1，那么相对每个蛋白质分子有多少个脂质分子,2.膜蛋白的流动性：以侧向扩散和旋转扩散为主,膜流动性的生理意义质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。,3.膜蛋白分布的不对称性,EF,PF,小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻,（三）膜糖类,思考题,1、生物膜主要由哪些分子组成？、膜
5、蛋白有哪些类型？、什么是细胞膜的液态镶嵌模型？、影响膜不对称性和流动性的因素。5、解释并区别： 单位膜 生物膜 内膜系统/胞内膜 细胞表面 细胞被,关于“膜”的几个概念：,生物膜：细胞中所有的膜结构统称生物膜。 生物膜=细胞膜+胞内膜胞内膜：细胞内所有的膜结构。膜相结构：具有膜的一切细胞结构。内膜系统：在结构、功能及发生上有一定联系的膜性结构。单位膜：生物膜的结构单位,电镜下为“两暗一明”的三层结构,内膜系统包括： 膜相结构包括： 胞内膜包括： 内质网 内质网 内质网 高尔基复合体 高尔基复合体 高尔基复合体 溶酶体 溶酶体 溶酶体 过氧化酶体 过氧化酶体 过氧化酶体 核膜 核膜 核膜 小泡、
6、液泡等 小泡、液泡等 小泡、液泡等 线粒体 线粒体 细胞膜,第三节 细胞膜的功能,脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过,人工膜对各类物质的通透率,人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。,水通道,水通过人工膜的速率很低，人们推测膜上有水通道。1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 （28 KD ），他将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，5 分钟内破裂。细胞的这种吸水膨
7、胀现象会被Hg2+抑制。2003年Agre与离子通道的研究者MacKinnon同获诺贝尔化学奖。目前在人类细胞中已发现至少有11种通道蛋白,2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,一、小分子物质的跨膜运输：被动运输、主动运输,（一）帮助扩散：膜转运蛋白： 载体蛋白和通道蛋白两种,载体蛋白:,构型改变,通道蛋白（channel protein）,1.配体门通道,特点：受体与细胞外配体结合，引起门通道蛋白发生构象改变，“门”打开。,2.电位门通道特点：电位发生变化时
8、，构象变化，“门”打开。K+电位有四个亚基，每个亚基有6个跨膜，连接S5-S6段的发夹样折叠，构成通道的内衬，大小可允许K+通过。,载体蛋白：通过构象变化运输物质 通道蛋白：形成通道、运输物质,膜转运蛋白：,持续开放（如水通道）间断开放（闸门通道）,配体门通道：配体与受体结合，通道开放。电压门通道：膜电位变化，启动通道开放。,例如：神经-肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：,A、刺激神经冲动神经末梢，膜去极化，电压门通道钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱（ACH）分泌到突触间隙中；B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体门钠离子通道开放，钠离子进入肌
9、细胞，肌细胞膜去极化；C、肌细胞膜上电压门钠离子通道开放，更多的钠离子进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩散到肌细胞膜；D、肌浆网上的离子门通道钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩。,问题4,重症肌无力疾病中，人体错误地对其自身乙酰胆碱受体分子产生抗体，这些抗体与肌细胞膜上的乙酰胆碱受体结合并使之失活。该疾病导致患者破坏性和进行性的衰弱。如早期可能难以张开眼睑，随着疾病的发展，多数肌肉委缩，病人说话和吞咽困难，最后呼吸损害而死亡。请解释肌肉功能中的哪一步受到了影响？,（二）主动运输,物质由低浓度向高浓度运输需要运输蛋白需要消耗能量协同运输中的离子梯度动力； ATP驱动的
10、泵通过水解ATP获得能量；,主动运输的分类： ATP驱动泵、协同运输,Na+-K+ATP PUMP,Na+-K+泵的作用1.产生和维持膜电位；2.为葡萄糖、氨基酸的主动运输创造条件 ； 3.维持细胞的渗透压，,1.ATP驱动泵,Model for mode of action for Ca+ ATPase Conformation change,ATP驱动泵：钙离子泵,问题5,细胞内Ca2+浓度升高引起肌细胞收缩。像心肌这样快速而有节律交替收缩的肌细胞，除ATP驱动的Ca2+泵外，还有以Ca2+交换胞外Na+的跨膜反向运输蛋白。收缩期间，已进入胞内的大部分Ca2+被反向运输蛋白迅速泵回到细胞外
11、，因此细胞得以松弛。 乌本苷和毛地黄是治疗心脏病患者的重要药物，因为它们使心肌更强烈地收缩。这两种药的作用是部分抑制心肌细胞膜中Na+-K+泵。 你能解释这些药物在患者体内的作用吗？一旦其中一种药物用量过大，将会发生什么后果？,2、离子梯度驱动的主动运输:协同运输（偶联主动运输）,所需的能量：离子梯度动力；,反向协同运输,同向协同运输,Glucose is absorbed bysymport,直接主动运输：Na+/K+ATPase间接主动运输：小肠上皮细胞 Na+/葡萄糖的转运,协同运输,两种物质同时相向转运，称反向协同运输 如 Na+H+ Cl-HCl3-两种物质同时同向转运，称同向协同运
12、输 如 Na+-G Na+-aa浓度差+电位差电化学梯度动物细胞中，Na+ 的电化学梯度通常是驱动另一种分子主运输的能量，如Na+ 梯度驱动G、aa,问题6,下列哪种状况是对的？请解释1.质膜对所有带电荷的分子是高度不通透的2.通道蛋白必须首先与溶质分子结合。然后才能选择它们允许通过的溶质分子3.没有能量的连续输入，细胞将破裂4.载体蛋白（1 000 000个溶质分子/s）允许溶质穿过膜的速率比通道蛋白（1 000个溶质分子/s）快得多,三、大分子物质的运输：内吞、外排,1.吞噬作用,2.胞饮作用,（一）内吞作用,膜上糖蛋白或糖脂识别 与膜接触 膜内陷包围物质 膜融合去封口 囊泡 进入细胞,（二）外排作用,exocytosis,（三）受体介导内吞:,思考题：,1.解释并区别下列名词： 主动运输/被动运输 胞吞作用/胞吐作用 吞噬/胞饮 载体蛋白/通道蛋白2.比较被动运输、主动运输、胞吞和胞吐作用的功能特点3.LDL受体介导内吞作用的过程。,
