清华大学：《现代生物学导论》第三章（3-2-1）生物膜的特征与功能（闫永彬）

现代生物学导论 生物膜的结构与功能 闫永彬 Yong-Bin YaN. Ph. D 清华大学生物科学与技术系 MR YAN

THNMR YAN 现代生物学导论 闫永彬 Yong-Bin YAN, Ph.D. 清华大学 生物科学与技术系 生物膜的结构与功能

面向21世纪课程教材 CEL N D Textbook Series for 2lst Century MOLECULAR 细胞生物学 BIOLOGY CONCEPTS AND EXPERIMENTS 翟中和王喜忠丁明孝主编 高等教育出版社 THIR D EDITIO N GERALD KARP MR YAN

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④ Boundary and Na permeability barrier ② Organization and localization of function Nucleus (5)Cell-to-cell communication Transport processes Nutrients ④ Signal detection

THNMR YAN 细胞膜的功能概述 1. Define the boundaries of the cell and its organelles. 2. Serve as loci for specific functions. 3. provide for and regulate transport processes. 4. contain the receptors needed to detect external signals. 5. provide mechanisms for cell-to-cell contact, communication and adhesion

321生物膜的特征与功能 膜是所有细胞必需的组分。 膜主要是由脂类(ipid)和蛋白质以共价 键相互作用结合而成的 脂类分子呈连续的双分子层 bilayer排列 膜具有双亲性( amphipathic nature),即 所有的膜结构都是内部疏水(非极性)、外 部亲水(极性)的。 不同的物种,其膜的蛋白质和脂类组成也 不同。在真核生物中,同一细胞的不同细 胞器的膜组份也是不同的。 MR YAN

THNMR YAN 膜是所有细胞必需的组分。 膜主要是由脂类(lipid) 和蛋白质以非共价 键相互作用结合而成的。 脂类分子呈连续的双分子层(bilayer)排列。 膜具有双亲性(amphipathic nature), 即 所有的膜结构都是内部疏水(非极性)、外 部亲水(极性)的。 不同的物种，其膜的蛋白质和脂类组成也 不同。在真核生物中，同一细胞的不同细 胞器的膜组份也是不同的。 3.2.1 生物膜的特征与功能

生物膜具有如下几个相互关联的主要功能: 1)它们是把细胞分割成一个个“小室 ( compartment)的物理屏障。通过控制 小室”内的成份和特定的物理化学性质, 为生物分子间的反应提供最佳的微环境。 2)它们允许某些分子从一个“小室”运输到另 个“小室”,即它们具有选择通透性 3)它们是“小室”间传递化学信息和能量的介 面 4)它们为蛋白质的合成、加工与修饰、分选与 定位,提供了工作平台和输运载体 MR YAN

THNMR YAN 生物膜具有如下几个相互关联的主要功能： 1) 它们是把细胞分割成一个个“小室” (compartment) 的物理屏障。通过控制 “小室”内的成份和特定的物理化学性质， 为生物分子间的反应提供最佳的微环境。 2) 它们允许某些分子从一个“小室”运输到另 一个“小室”，即它们具有选择通透性。 3) 它们是“小室”间传递化学信息和能量的介 面 4) 它们为蛋白质的合成、加工与修饰、分选与 定位，提供了工作平台和输运载体

流动镶嵌棋型是怎么提出来的? 流动镶嵌模型的含义是什么? 流动镶嵌模型提出后的30多年中 有什么新的进畏? 如何实现选择性跨膜运輪? 如何实现生物火分子的分选、运輪 和定位? MR YAN

THNMR YAN 流动镶嵌模型是怎么提出来的？ 流动镶嵌模型的含义是什么？ 流动镶嵌模型提出后的30多年中 有什么新的进展？ 如何实现选择性跨膜运输？ 如何实现生物大分子的分选、运输 和定位？

pesO ◇细胞膜的研究历史 Lipid Overton(1890s): nature of PM; (a Lpd naure Gortter and grendel(1925): The basis of membrane structure is a lipid bilayer Cell physiologists(1920s and 1930s) 192 The decrease in surface tensions ofPM might be explained by the proteins Du pein vson a H Davson and J Danielli (1935): o“ sandwich model” J D. Robertson(1959): The teM showing the trilaminar (eb Unt Robertson Toc appearance ofPM; Unit membrane mode on Flud mosac Singer and S.J. Singer and g Nicolson(1972 19E fluid-mosaic model; g) Membrane K.Simons et al(1997): 2000 ipid rafts model:

THNMR YAN 细胞膜的研究历史 ▪ Lipid Overton(1890s): nature of PM ; ▪ Gortter and Grendel(1925): The basis of membrane structure is a lipid bilayer ▪ Cell physiologists(1920s and 1930s) : The decrease in surface tensions of PM might be explained by the proteins . H.Davson and J.Danielli (1935): “sandwich model” ▪ J.D.Robertson(1959): The TEM showing:the trilaminar appearance of PM; Unit membrane model; ▪ S.J.Singer and G.Nicolson(1972): fluid -mosaic model; ▪ K.Simons et al(1997): lipid rafts model;

◇生物膜的流动镶嵌模型( fluid mosaic model) 产色色 生物膜是磷脂双分子层 嵌有蛋白质的二维流体 Central dogma of membrane biology 磷脂 糖脂 Figure 4. A brief history of the structure of the plasma face of most membrane proteins, as well as a small percent membrane. fa) A revised 1934 version of the dawson age of the phospholipids, contain short chains of sugars. 胆固醇和中性脂肪 D你你ir tend through the membrane to form protein-lined pore.(b The fluid-mosak model of membrane structure as ini mine acids (a From L F. Daidli, Colls mposed of hydrophobic proposed by Singer and Nicolson in 1972. Unlike previous reprntnf etth mission from S / Simser and G. LNirmls eis, the proteins penetrate into and through the lipid bi. Science 175720, 1972: copyright 1972 Layer. (c) A current representation of the plasma membrane the Adtuncewent ef Scienee. c From D Vort and 1 G Vot, Bo 如m比的p hemistry, 2nd el, copyright D 1995, Jaan Wwev 6 Sows, In Roprumfof by permission of llm wiley 6 Sons, inc)

THNMR YAN 生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 生物膜是磷脂双分子层 嵌有蛋白质的二维流体。 Central dogma of membrane biology 磷脂 糖脂 胆固醇和中性脂肪

磷脂 脂肪的基本成分(50%左右) 极性头部和非极性尾部 常有不饱和脂肪酸 糖脂 普遍存在,含量约在5%左右 ·神经细胞膜上含量高 红细胞表面的ABO血型糖脂 胆固醇 存在于真核细胞膜上 调节膜的流动性、稳定性和通透性 MR YAN

THNMR YAN 磷脂 • 脂肪的基本成分(50%左右) • 极性头部和非极性尾部 • 常有不饱和脂肪酸 糖脂 • 普遍存在，含量约在5%左右 • 神经细胞膜上含量高 • 红细胞表面的ABO血型糖脂 胆固醇 • 存在于真核细胞膜上 • 调节膜的流动性、稳定性和通透性

聚乙二醇膜 抗体 ● 药物结晶 双层膜包被 的脂溶性药物 脂双层 (c) Bilayers 固有的自组装特性 刚柔兼备 连续的; 柔韧性; 可以发生融 MR YAN

THNMR YAN Bilayers 固有的自组装特性； 连续的； 柔韧性； 可以发生融合； 刚柔兼备