《细胞膜结构》PPT课件.ppt
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1、,Chapter 10Membrane Structure,1,主要内容,脂双层膜蛋白,2,细胞膜的存在对于细胞的生存是至关紧要的。质膜环绕着细胞,确定了细胞的轮廓,保持细胞质和细胞外环境的本质不同。在真核细胞中,膜能够维持内质网、高尔基体、线粒体以及其他有膜包被的细胞器中的内含物和细胞质之间的特异性差异。膜上有专门的蛋白质能形成跨膜离子梯度,这种梯度通常帮助合成ATP,驱使某些溶质的跨膜运动或者在神经及肌肉细胞中产生并传导电信号。在所有细胞中,质膜上也有些蛋白质作为外部信号的感受器,使细胞通过改变自身行为对环境信号做出应答,这些蛋白质感受器跨膜传递的信号不仅仅是离子或分子。,3,无论生物膜的
2、功能多么不同,所有的膜结构大致一样,都是由一非常薄的脂质膜和蛋白质分子组成,蛋白质分子和脂质膜主要是通过非共价相互作用结合在一起。细胞膜是流动的结构,大多数上面的分子能在膜平面上平移。脂类分子排列成5nm厚的连续双层。,4,The Lipid Bilayer,Three views of a cell membrane.(A)An electron micrograph of a plasma membrane(of a human red blood cell)seen in cross section.(B and C)These drawings show two-dimensional
3、 and three-dimensional views of a cell membrane and the general disposition of its lipid and protein constituents.,5,膜质类分子是两性分子,大多数能自发形成双分子层,脂类分子占大多数动物细胞的50%,剩余的大部分是蛋白质。细胞膜中的所有的脂类分子都是两性分子,也就是说这些分子具有一个亲水的极性端和一个疏水的非极性端。含量最丰富的膜质类分子是磷脂。,6,7,亲水分子能够容易地溶解在水里,是因为他们含有带电基团或不带电的极性基团,这些基团能够和水分子形成静电相互作用或氢键。疏水分子在
4、水中难溶是因为这些分子几乎所有的原子都是不带电或者非极性的,因此不能和水分子形成较好的静电相互作用。如果分散在水中,它们会推动周围的水分子重新组织成环状笼。绕在这些疏水分子周围的冰状笼。,8,9,因为上述原因,脂类分子自发聚集,将疏水尾部埋在内部,极性头部暴露在水中。这些分子能够通过一下两种方法之一来实现这一点:脂类分子能形成球形胶囊,尾巴在内部;或者脂类分子能形成脂双层,形成疏水性尾巴夹在亲水性头部基团之间的三明治结构。,10,(A)楔形脂分子(上图)形成胶束,而圆柱形磷脂分子(下图)形成双分子层。(B)脂胶束和直爽分子层的横截面。根据他们的形状。脂分子在水中自发形成一个或多个这类结构。,1
5、1,脂双层自发闭合形成一个封闭腔这种封闭结构是稳定的,因为它避免了疏水烃链暴露在水中,这种暴露在能量上是不利的。,12,脂双层是二维流体,在以往的研究中有两类制剂非常有用:1、由球形囊状形成的双分子层,叫做脂质体;2、平面双分子层,叫做黑膜,横跨两个水层之间隔膜上的小洞排列而成。,13,脂质体水中的一个未固定,未染色的磷脂泡囊在液氮温度下被迅速冷冻。脂质体双分子层结构容易被看到。一个小球形的脂质体截面示意图。在实验性研究中脂质体通常被用作典型膜。,14,一个黑膜(合成的脂双层)的横截面图像。在两个分离的水区室之间的孔上形成的平面双分子层看上去是黑色的。黑膜被用于检测合成膜的渗透性。,15,多种
6、技术已经被用于测量单个脂分子以及它们不同部分的运动。例如:其中一种技术是构造一个脂质分子,该分子的极性头部基团带有一个“自旋标记”,如:硝酰基;这包含了一个不配对的电子,该电子的自旋引起了一个超顺磁性的信号,这个信号基于电子自旋共振谱法(ESR)检测到。这类研究显示了在合成的双层中的磷脂分子很少能从一边的单层移动到另一边的单层。相对的,在膜的单层中脂分子和它们周围的邻居快速交换着位置。,16,在脂双层中磷脂分子可能的运动类型。,17,在单个的生物膜和活细胞中也采用标记后的脂分子完成了类似的研究。结果通常和在合成的双分子层中的相同,这些结果证明了生物膜的脂质成分是二维流体,其中的组成分子可以自由
7、的侧向移动。由于在合成的双分子层中,单独的磷脂分子通常被限制在自身所属的单分子层上,这一限制对于它们的合成产生了一个问题。如果这些新产生的分子不能相当快速的迁移到非细胞质那一面的单分子层中,新的脂双层就不能产生。,18,脂双层的流动性依赖于它的成分,脂双层的流动性依赖于它的成分和温度。在一个特定的凝固点,一个由单一类型磷脂分子构成的合成双分子层会从液态变成二维刚性的结晶,这种状态变化叫做相变。如果烃链更短或有双键存在,这个相变温度就会更低。细菌、酵母菌和其他一些温度随环境变化的生物体通过调整膜脂质中脂肪酸的成分来保持相对持续的流动性。,19,烃链中顺式双键的影响双键使得更难将那些链聚集在一起,
8、因此使得脂双层更难被固定。此外,因为不饱和脂分子的脂肪酸链伸展的分开,所以含有这些分子的双层分子要比那些专门由饱和脂分子组成的双分子层薄。,20,胆固醇的结构式、示意图和空间结构模型。,21,在脂双层中的胆固醇,22,23,哺乳动物的质膜中的几种主要的磷脂分子,24,质膜包含富含鞘磷脂、胆固醇和某些膜蛋白的脂质筏,细胞膜中大多数类型的脂分子随意地混合在它们所处的脂单层中。相邻的脂肪酸尾部之间的范德华力不能选择性地将同类分子的基团保持到一起。对于某些脂类分子,如鞘脂类分子,具有长的饱和脂肪烃链,他们之间的范德华力足够强,可以再一些微小的区域中将邻近的分子暂时低维持在一起。这种微小的区域称作脂质筏
9、。鞘脂类分子被富集在其中。,25,脂质筏是膜上小且特殊的区域,那里富集了一些脂分子(主要是鞘脂类和胆固醇)和蛋白质。因为在脂质筏中某处的脂双层更厚,某些膜蛋白就聚集在那。,26,脂双层的不对称性在功能上是重要的,在许多生物膜的脂质双分子层的两个单层中的脂质成分具有明显的不同。,27,图10-14 磷脂和糖脂在人红细胞中的不对称分布,图10-15 膜磷脂在细胞信号传递中的一些功能,28,糖脂在所有质膜表面都有发现,在膜上分布最不对称的脂分子是含糖的脂分子,叫做糖脂。这些分子在脂双层的非细胞质单层上被发现,在那这些分子认为优先被分隔成脂质筏。这些糖脂分子通过糖基彼此之间的氢键或它们的饱和烃链之间的
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