南开大学细胞生物学ppt课件1.ppt
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细胞膜的功能细胞膜的功能1.1.界膜与区室化界膜与区室化最重要的作用就是勾画了细胞的最重要的作用就是勾画了细胞的边界,并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。
边界,并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。
作为界膜的膜结构对于细胞生命的进化具有重要意作为界膜的膜结构对于细胞生命的进化具有重要意义,这种界膜不仅义,这种界膜不仅使生命进化到细胞的生命形式,使生命进化到细胞的生命形式,也保证了细胞生命的正常进行,也保证了细胞生命的正常进行,它使遗传物质和其它使遗传物质和其他参与生命活动的大分子相对集中在一个安全的微他参与生命活动的大分子相对集中在一个安全的微环境中,有利于细胞的物质和能量代谢。
环境中,有利于细胞的物质和能量代谢。
细胞内空细胞内空间的区室化,不仅间的区室化,不仅扩大了表面积扩大了表面积,还,还使细胞的生命使细胞的生命活动更加高效和有序。
活动更加高效和有序。
2.2.调节运输调节运输膜为两侧的分子交换提供了一个屏膜为两侧的分子交换提供了一个屏障,一方面可以让某些物质自由通透,另一方面又障,一方面可以让某些物质自由通透,另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。
膜对物质的运输具作为某些物质出入细胞的障碍。
膜对物质的运输具有选择性,有些物质在细胞内浓度很高,有些物质有选择性,有些物质在细胞内浓度很高,有些物质只能沿浓度梯度进入细胞,还需要通过特殊的运输只能沿浓度梯度进入细胞,还需要通过特殊的运输机制来调节。
机制来调节。
3.3.功能定位与组织化功能定位与组织化通过形成膜结合细胞器,使通过形成膜结合细胞器,使细胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作细胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作的系统。
如细胞质中的内质网、高尔基体等膜结合的系统。
如细胞质中的内质网、高尔基体等膜结合细胞器的基本功能是。
参与蛋白质的合成、加工和细胞器的基本功能是。
参与蛋白质的合成、加工和运输;而溶酶体的功能是起消化作用,酸性水解酶运输;而溶酶体的功能是起消化作用,酸性水解酶主要集中在溶酶体主要集中在溶酶体4.4.信号检测与传递信号检测与传递细胞通常用质膜中受体蛋白从环细胞通常用质膜中受体蛋白从环境中接收化学信号和电信号。
细胞质膜中具有各种不境中接收化学信号和电信号。
细胞质膜中具有各种不同的受体,能够识别并结合特异配体,进行细胞信号同的受体,能够识别并结合特异配体,进行细胞信号传递,引起细胞内反应。
如细胞通过质膜受体接收的传递,引起细胞内反应。
如细胞通过质膜受体接收的信号决定对糖原的合成或分解。
膜受体接受的某些信信号决定对糖原的合成或分解。
膜受体接受的某些信号则与细胞分裂有关。
号则与细胞分裂有关。
5.5.参与细胞间的相互作用参与细胞间的相互作用在多细胞的生物中,细胞在多细胞的生物中,细胞通过质膜进行细胞间的多种相互作用,包括细胞识别、通过质膜进行细胞间的多种相互作用,包括细胞识别、细胞粘着、细胞连接等。
如动物细胞可通过间隙连接,细胞粘着、细胞连接等。
如动物细胞可通过间隙连接,植物细胞可通过胞间连丝进行相连细胞的通讯。
植物细胞可通过胞间连丝进行相连细胞的通讯。
6.6.能量转换能量转换重要功能就是参与细胞的能量转换,重要功能就是参与细胞的能量转换,如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白进行光能的如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白进行光能的捕获和转换,最后将光能转换成化学能储存在糖捕获和转换,最后将光能转换成化学能储存在糖类中。
同样,膜也能够将化学能转换成可直接利类中。
同样,膜也能够将化学能转换成可直接利用的高能化合物用的高能化合物ATPATP,这是线粒体的主要功能。
这是线粒体的主要功能。
细胞膜的这些基本功能也是生命活动的基本细胞膜的这些基本功能也是生命活动的基本特征,膜的功能是通过其特殊化学组成和结构实特征,膜的功能是通过其特殊化学组成和结构实现的。
现的。
6.能量的转换能量的转换第五第五章章物质的跨膜运输物质的跨膜运输与与信号传递信号传递第一节第一节物质的跨膜运输物质的跨膜运输细细胞胞膜膜在在细细胞胞生生活活中中具具有有重重要要的的作作用用,因因为为细细胞胞和和环环境境发发生生的的一一切切联联系系和和反反应应,都都必必须须通通过过膜膜。
如如细细胞胞外外的的物物质质进进入入细细胞胞或或细细胞胞内内的的物物质质排排出出细细胞胞,以以及及激激素素、药药物物对对细细胞胞的的作作用用,信信号号转转换换、细细胞胞识识别别与与免免疫疫等等,都都是是关关系系到到膜膜的的功功能能问问题题。
膜膜允允许许一一定定物物质质穿穿过过的的性性能能称称为为膜膜的的通通透透性性。
表表示示物物质质通通透透性性的的量量度度称称为为通通透透系系数数(单单位位为为cm/scm/s)。
)。
细细胞胞膜膜对对物物质质的的通通透透性性最最显显著著的的特特点点是是它它的的选选择择性性,即即有有选选择择性性地地允允许许或或阻阻止止一一些些物物质质通通过过细细胞胞膜膜。
选选择择性性通通透透对对物物质质进进出出细细胞胞起起着着调调节节作作用用。
维维持持了了膜膜内内外外离离子子浓浓度度差差和和膜膜电电位位,保保证证了了膜膜内内外外渗渗透透压压平平衡衡。
这这对对于于保保持持细细胞胞内内环环境境的的相相对对稳稳定定及及各各种种生生命命活活动动的的正正常常进进行行,有有极极其其重重要要作作用用。
细细胞胞膜膜的的物物质质运运输输活活动动可可分分为为两两大大类类型型,一一种种是是小小分分子子和和离离子子的的穿穿膜膜运运输输,另另一一种种是是大大分分子和颗粒物质的膜泡运输。
子和颗粒物质的膜泡运输。
小分子和离子的跨膜运输又分为:
小分子和离子的跨膜运输又分为:
被动运输:
被动运输:
简单扩散简单扩散通道蛋白介导和载体蛋白介导通道蛋白介导和载体蛋白介导主动运输:
主动运输:
ATPATP驱驱动泵动泵:
NaNa+-K-K+泵,泵,CaCa2+2+泵泵协同运输协同运输:
同向转移和异向转移同向转移和异向转移一、被动运输一、被动运输被被动动运运输输:
是是指指通通过过自自由由扩扩散散或或协协助助扩扩散散,实实现现物物质质顺顺浓浓度度梯梯度度由由高高浓浓度度向向低低浓浓度度方方向向的的跨跨膜膜转转运运,运运动动的的动动力力来来自自物物质质的的浓浓度度梯梯度度,不不需需要要由由细细胞胞提提供供代代谢谢能能量量。
参参与与被被动动运运输输的的膜膜运运输输蛋蛋白白主主要要有有两两大大类类:
通通道道蛋蛋白白和和载载体蛋白,体蛋白,它们统称为它们统称为转运蛋白。
转运蛋白。
载体蛋白(载体蛋白(carrierproteincarrierprotein)又称做载体又称做载体(carriercarrier)通透酶(通透酶(permeasepermease)或转运器或转运器(transportertransporter),),能够与特定溶质结合,通过自身能够与特定溶质结合,通过自身构构象的变化象的变化,将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。
,将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。
载体载体蛋白有的需要能量驱动,蛋白有的需要能量驱动,如:
各类如:
各类ATPATP驱动的离子泵;驱动的离子泵;有的则不需要能量,有的则不需要能量,以自由扩散的方式运输物质。
以自由扩散的方式运输物质。
通道蛋白(通道蛋白(channelproteinchannelprotein)与所转运物质的结与所转运物质的结合较弱,并能形成亲水的通道,当通道打开时能允许特合较弱,并能形成亲水的通道,当通道打开时能允许特定的溶质通过,定的溶质通过,所有通道蛋白均以自由扩散(被动运输)所有通道蛋白均以自由扩散(被动运输)的方式运输溶质。
的方式运输溶质。
顺化学梯度的被动运输和逆电化学梯度顺化学梯度的被动运输和逆电化学梯度进行的主动运输进行的主动运输需要代谢能的输需要代谢能的输入,不带电荷的入,不带电荷的小分子能直接通小分子能直接通过过脂双层,但是脂双层,但是带电荷的分子只带电荷的分子只能通过通道蛋白能通过通道蛋白或载体蛋白才能或载体蛋白才能表现明显的运送表现明显的运送速率。
速率。
被动运输被动运输通过单纯扩散,又可通过协助扩散通过单纯扩散,又可通过协助扩散而自发产生而自发产生主动运输主动运输简单简单扩散扩散由通道由通道介导介导由载体由载体介导介导被转运的分子被转运的分子浓度梯度浓度梯度载体载体蛋白蛋白通道蛋通道蛋白白脂脂双双层层(一一)简单扩散简单扩散是指物质从高浓度向低浓度的穿膜运是指物质从高浓度向低浓度的穿膜运动,不需要消耗细胞本身的代谢能,也不动,不需要消耗细胞本身的代谢能,也不需要专一的膜蛋白分子协助。
需要专一的膜蛋白分子协助。
简单扩散是简单扩散是一种最简单的运输方式,只要物质在膜两一种最简单的运输方式,只要物质在膜两侧保持一定的浓度差,即可发生这种运输。
侧保持一定的浓度差,即可发生这种运输。
简单扩散也叫自由扩散(简单扩散也叫自由扩散(freediffusingfreediffusing),),特特点是:
点是:
沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;不需要提供能量;不需要提供能量;没有膜蛋白的协助。
没有膜蛋白的协助。
某种物质对膜的通透性(某种物质对膜的通透性(PP)可以根据它在油和可以根据它在油和水中的分配系数(水中的分配系数(KK)及其扩散系数(及其扩散系数(DD)来计算:
来计算:
P=KD/tP=KD/t,tt为膜的厚度。
为膜的厚度。
疏水分子疏水分子小的不带电荷的小的不带电荷的极性分子极性分子大的不带电荷的大的不带电荷的极性分子极性分子离子离子人工脂双层对不人工脂双层对不同种类分子的相同种类分子的相对通透性对通透性氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸葡萄糖葡萄糖蔗糖蔗糖水、尿素水、尿素乙醇、甘油乙醇、甘油合成的脂合成的脂双层双层脂溶性物质如脂溶性物质如苯、苯、醇、甾类激素、以醇、甾类激素、以及及OO22、COCO22、22等等就就是借助于浓度梯度,是借助于浓度梯度,从高浓度一侧直接从高浓度一侧直接穿过脂质双层向低穿过脂质双层向低浓度一侧进行扩散。
浓度一侧进行扩散。
在进行扩散时,所在进行扩散时,所需要的能量来自高需要的能量来自高浓度物质本身所包浓度物质本身所包含的势能,含的势能,符合物符合物理学上单纯扩散规理学上单纯扩散规律。
律。
尿素甘油尿素甘油色氨酸色氨酸葡萄糖葡萄糖各种分子各种分子通过人工通过人工脂双层的脂双层的通透系数通透系数高高通透性通透性低通透性低通透性尿素、甘油尿素、甘油因此,离子、葡萄糖、核苷酸等物因此,离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助,按浓度梯度扩散进入质膜的,有助,按浓度梯度扩散进入质膜的,有的则主要是通过主动运输。
的则主要是通过主动运输。
不同物质透过人工脂双层的能力不同物质透过人工脂双层的能力为什么水分子能通过?
水分子不溶于脂水分子不溶于脂,并具有极性并具有极性,理应不理应不能自由通过质膜能自由通过质膜,但实际却很容易通过膜。
但实际却很容易通过膜。
原因是膜上有许多孔径为原因是膜上有许多孔径为0.35-0.8nm0.35-0.8nm的小孔,的小孔,称为水通道蛋白(称为水通道蛋白(aquaporinsaquaporins),),膜蛋白膜蛋白的亲水基团嵌在小孔表面,因此水可以通过的亲水基团嵌在小孔表面,因此水可以通过质膜自由进出细胞。
质膜自由进出细胞。
(二二)协助扩散协助扩散是借助于载体蛋白进出细胞的运输方式。
是借助于载体蛋白进出细胞的运输方式。
有些物质尽管在膜两侧存在浓度差,但还必有些物质尽管在膜两侧存在浓度差,但还必须借助细胞膜上的运输蛋白的帮助才能通过须借助细胞膜上的运输蛋白的帮助才能通过细胞膜。
细胞膜。
凡是借助于跨膜蛋白并顺浓度梯度凡是借助于跨膜蛋白并顺浓度梯度进行物质运输而不消耗代谢能的方式称为协进行物质运输而不消耗代谢能的方式称为协助扩散。
助扩散。
大多数代谢所需的物质,尤其是不大多数代谢所需的物质,尤其是不溶于脂类的物质。
如糖、氨基酸、金属离子溶于脂类的物质。
如糖、氨基酸、金属离子等都以这种方式进行运输。
等都以这种方式进行运输。
协助扩散也称促进扩散
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