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1、1,第二章 细胞和生物膜,2,一、细胞是生物体的基本结构单元,分类与结构：原核和真核,3,9 million,4,5,肺炎球菌,梭状芽孢杆菌,霍乱弧菌,6,Chicken pox (水痘),Smallpox (天花),7,Colorized micrograph of the human immunodeficiency virus (HIV), that cause AIDS, on the surface of a cell,8,引起脚气的真菌,面包上的青霉,9,一、细胞是生物体的基本结构单元,细胞是生物分子发生化学变化的场所 CM CP 细胞器：线粒体、核糖体、内质网、高尔基体、叶绿体、
2、溶酶体 CN CW（植物、大部分细菌）,下一部分,10,分裂间期时，DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA 组成的线形物质，基本单位核小体（nucleosomes）。 可为碱性染料染色。 常染色质（euchromatin）：丝状 异染色质（heterochromatin）：凝缩 组蛋白 非组蛋白,CN染色质,返回,11,内质网（endoplasmic reticulum）：脂质双分子层，内侧与核被膜外膜相通，核周间隙也是ER部分。 RER :合成运输分泌蛋白功能 SER：脂类代谢和钙代谢相关，存在动物细胞 核糖体（ribosomes）：40Pr+60%RNA 大亚基：28S、5.8S、5S40多
3、种Pr 小亚基：18S+30多种Pr,细胞质和细胞器内质网和核糖体,返回,12,线粒体,返回,13,返回,14,二、生物膜,生物膜几乎所有的质量都由蛋白质和极性脂质组成，少量的碳水化合物也是糖蛋白或糖脂的一部分。蛋白质和脂类的相对比例因不同的膜而不同，反映着膜生物作用的广泛性。神经元的髓鞘主要由脂类构成，表现为一种被动的电子绝缘体；但细菌、线粒体、叶绿体的膜上有许多酶催化的代谢过程发生，含有的蛋白比脂类要多。,15,16,二、生物膜,生物膜功能： 保护功能：生物膜为细胞独立空间的界限，并有选择性阻隔效果； 转运功能： 能量转换： 信息传递： 运动功能： 免疫功能：,下一部分,17,CM具有保护
4、功能，将细胞与外界隔开,返回,18,细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以维持其正常的功能。 细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。 在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。,返回,19,信息传递,生物体内的信息传递，例如激素的刺激、神经传导和遗传信息的传递等，主要是在细胞膜上进行的。 细胞膜上有接受不同信息的专一性受体，这些受体能识别和接受各种特殊信息，然后将不同的信息分别传递给有关的靶细胞并产生相应的效应以调节代谢、控制遗传和其它生理活动。,20,甲状腺素：具有促进一般组织代谢，提高神经兴奋性和身体发育作用。 胸腺：机体的重要淋巴器
5、官，分泌胸腺激素及激素类物质。位于胸腔前纵隔。胚胎后期及初生时，1015克。随青春期约3040克。此后逐渐退化，淋巴细胞减少，脂肪组织增多，至老年仅15克。 肾上腺：两侧肾脏的上方，周围是皮质，内部是髓质。皮质分泌盐皮质激素、糖皮质激素和性激素。髓质分泌肾上腺素和去甲肾上腺素 。 胰腺：分泌高糖素、胰岛素、胃泌素、胃动素。这些细胞分泌激素除了参与消化吸收物质之外，还负责调节全身生理机能。 松果体：双眉之间，印堂之后深处 。是人体的第三只眼睛。含有丰富的5一羟色胺，在特殊酶的作用下转变为褪黑激素。当强光照射时，褪黑激素分泌减少；在暗光下褪黑激素分泌增加，使人心情压抑 。“生物钟”的调控中心。 下
6、丘脑：调节内脏活动和内分泌活动的较高级神经中枢所在。 垂体：是身体内最复杂的内分泌腺，所产生的激素不但与身体骨骼和软组织的生长有关，且可影响其它内分泌腺（甲状腺、肾上腺、性腺）的活动。会产生生长激素、催乳素、促甲状腺激素、促性腺激素、促肾上腺皮质激素（黄体生成素和卵泡刺激素）和黑色细胞刺激素 。,21,非类固醇激素,类固醇激素,22,激素作用过程,返回,23,运动功能,许多原生动物及单细胞动物主要是通过其细胞膜表面的纤毛或鞭毛的摆动而移动。 淋巴细胞的吞噬作用和某些细胞利用质膜内折叠将外源物质包围入细胞的作用等都是靠细胞膜的运动实现的。,返回,24,免疫功能,返回,细胞的免疫性主要是CM专一性
7、的抗原受体，当抗原受体被抗原激活，即产生相应的抗体。 抗体能够识别及特异性地与外源性抗原（如细菌、病毒等）结合并吞噬消灭。 另外，吞噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，是由于它们能够识别外源物质（细菌或其它蛋白质等），并能将这些外源物质吞噬消灭。,25,二、生物膜,生物膜组成： 膜脂质 : 主要分为三类，磷脂、糖脂及固醇类。 蛋白质: 主要分为三类，貫穿性膜蛋白、附着性膜蛋白、附脂质膜蛋白。 糖类：糖类沒有单独以糖类分子存在于生物膜上，而是以共价键结合于蛋白质及脂质分子上，以糖蛋白及糖脂出现于生物膜上。,26,二、生物膜,胆固醇,甘油磷脂,葡萄糖脑苷脂,27,什么能降低胆固醇？,28,高胆固醇食物,每
8、100g食物中含200mg以上为高胆固醇。,29,二、生物膜,内在膜蛋白 ：70%-80%，一般以-螺旋结构貫穿双层脂质，双层脂质区可含有至 个氨基酸；可由氨基酸序列预测此种-螺旋结构。例如钠钾泵。 附着性膜蛋白（外周蛋白）：20%-30%，蛋白质以非共价附于膜脂或貫穿性膜蛋白上。,30,二、生物膜,每种膜都有一个特征性的脂质组成： 膜脂组成因不同的界、不同的种、不同的组织、特定细胞中不同的细胞器而不同。细胞有一种清楚的机制，可以精确控制膜脂合成的种类和数量，以及定位到特定的细胞器上。,31,流动镶嵌模型,生物膜中兼性的磷脂和固醇形成一个脂质双分子层，非极性部分相对构成双分子层的核心，极性的头
9、部朝外；脂质双分子层结构中，球状蛋白以非正规间隔埋于其中；另一些蛋白则伸出（突出）膜的一面或另一面；还有一些蛋白跨越整个膜。蛋白质在脂双分子层中的方向是不对称的，表现为膜蛋白功能的不对称。脂质与蛋白质之间构成一个流动的镶嵌结构。,32,流动镶嵌模型,33,脂双分子层是基本的结构,脂类与水相共存时会迅速形成一种脂双分子层结构而避开水的作用，生物膜的厚度（电镜测定为5-8 nm）是由3 nm的脂双分子层和蛋白的厚度决定的，所有证据都支持生物膜由脂双分子层构成。 膜脂对于脂双分子层两面是不对称的，但尽管不对称，也不象蛋白质，脂的不对称不是绝对的。,34,两性脂在水中形成的聚集体,35,膜脂在不断地流
10、动,虽然脂双层结构的本身是稳定的，但单个的磷脂和固醇可在脂质平面内有很大的运动自由，它们的横向运动很快，几秒之内单个脂分子就可环绕红细胞的一周。双分子的内部也是流动的，脂肪酸的碳氢链可通过碳碳旋转而不断地运动。另外一种运动就是跨双分子层运动，即flip-flop。 膜流动的程度依赖于脂的组成及温度，低温下的运动相对较少，脂双分子层几乎呈晶态（类晶体、半晶体）排列；温度升到一定高度时，运动增加，膜由晶态向液态转变。,36,膜蛋白透过或跨过脂双分子层,生物膜的冰冻蚀刻电镜观察到的一个蛋白或多蛋白复合体分布情况显示，一些蛋白仅存在于膜的一面，另一些则横跨整个膜双分子层，有些穿过膜的另一表面。 膜蛋白
11、在脂双分子层上可侧向运动。,37,冰冻蚀刻撕开膜双层,38,外周蛋白与膜的连接是可逆的,许多外周蛋白通过与嵌入蛋白的亲水区域或膜脂的极性头部以静电作用或氢键结合到膜上，通过温度的改变或破坏静电或破坏氢键作用（如加入螯合剂、尿素、碳酸盐或改变pH）可被释放出来。 这些外周蛋白可作为膜结合酶的调节因子、或作为连接膜内蛋白与胞间结构的中介物、或一些膜蛋白的流动性。,39,膜内（嵌入）蛋白与脂通过疏水作用维系在膜中,嵌入蛋白通常富含疏水氨基酸区域（可在中间段，也可在氨基端或羧基端），有些可有多个疏水序列，如-螺旋，可横贯整个膜脂双分子层。,40,膜内蛋白,41,有些外周膜蛋白共价泊锚在膜脂上,有些膜外
12、周蛋白与膜脂有一个或多个共价结合位点，如长链脂肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。连接的脂提供了一个疏水的锚以插入脂双分子层。,42,膜蛋白是不对称的,糖蛋白分布的不对称反映了功能的不对称；许多膜蛋白在双分子层上有一定的取向，很少发生翻转的情况，即时有，flip-flop也非常慢。蛋白质分布的不对称往往还与组成膜上的泵相关。,43,膜蛋白的扩散运动,44,膜融合是许多生物过程的中心事件,生物膜一个明显的特征是可与另一个膜融合而不失去其完整性。膜虽是稳定的，但不是静止的，内膜系统中膜状结构不断地从高尔基复合体上分泌形成；外吞、内饮、细胞分裂、精卵细胞融合、膜包裹病毒进入宿主细胞等都涉及膜的重新形成，
13、而它们最基本的行为就是两个膜片段的融合而不失去完整性。,45,膜的融合,46,膜融合事件,两个膜融合需要：相互识别、相互表面靠近并相对(排除水分子)、双层结构部分破坏、两个双分子层融合为一个连续的脂双分子层。受体调节的内吞或控制的分泌还需要融合发生在合适的时间或者是对特异信号的反应。 融合蛋白(fusion protein)参与以上融合事件，引起特异识别和短暂、局部脂双层结构变形促使膜融合。融合蛋白可搭起两个膜融合的桥，并带来融合区域脂双分子层的暂时恢复。 膜联蛋白(annexin)(一种Ca2+活化后可与膜磷脂结合的蛋白)是一类紧挨质膜的蛋白质，需要Ca2+，与脂双分子层的磷脂结合，可通过交
14、叉连接两个不同膜的脂质分子。,47,病毒进入宿主细胞的膜融合,48,跨膜运输,从外界获得原材料，释放其代谢物到环境中去。 质膜可识别并允许某些物质进入细胞，有时是逆浓度梯度的 小分子物质的跨膜是通过跨膜的通道、载体或泵进行的。,49,溶质通过透性膜的移动,不带电,带 电,50,简单扩散,特点： 顺浓度梯度(电化学梯度)方向扩散(由高到低); 不需能量 无膜蛋白协助 具有极性的水分子容易穿膜可能是因水分子小。,51,协助扩散,特点： 顺浓度梯度扩散； 不需细胞提供能量 ； 需特异膜蛋白协助转运，以加快运输速率。,52,葡萄糖进入红细胞,D-Glc与T1特异结合，构象改变,T1转变为T2，影响Gl
15、c跨膜通道,Glc由T2释放到胞质,T2构象变回T1,53,主动运输,特点： 逆浓度梯度 需能 都有载体蛋白,54,三类主动运输系统,55,Na+K+ ATPase,56,Na+ K+ ATPase驱动的钠钾离子运输,转运体从胞内结合3Na+,磷酸化P-酶II,转运体向胞外释放3Na+，从胞外结合2K+,酶I去磷酸化,转运体向胞内释放2K+,57,肠内皮细胞葡萄糖的运输,58,大分子与颗粒物质的跨膜运输,内吞作用 外排作用（胞外分泌）,59,信号传导中离子选择性通道的作用,第三类离子跨膜运输途径离子通道，发现于神经元、肌肉细胞及许多其他细胞的质膜中，原核、真核中都有，不同的刺激引起神经元及肌细胞质膜跨膜电势的迅速改变，引起离子通道的快速打开和关闭，对信号传导起重要作用。,60,