生物物理学细胞膜的生物物理学4课件PPT
合集下载
第四章-细胞膜PPT课件
-
35
(二）单位膜模型
1959年，Robertson ，
电镜结构：暗-明-暗三 层结构。
-
36
（三）流动镶嵌模型 ： 1972年，Singer和Nicolson建立
该模型要点： ①以磷脂双分子层作为膜的基本结构骨架； ②蛋白质分子以不同程度镶嵌脂质中双层或附 着于脂质双层表面； ③膜的内外侧是不对称的； ④膜具有流动性
，
-
53
Na+—K+—ATP酶，又称Na+—K+ 泵，动物细胞中由ATP驱 动的将Na＋输出到细胞外同时将K＋输入到细胞内的运输泵。由2 个大亚基（α）、2个小亚基（β）组成的4聚体。大亚基：多次 穿膜的跨膜蛋白，胞质面具有一个ATP结合位点、三个高亲和 Na+接合位点；膜的外表面有两个K+的结合位点和一个哇巴因 （乌本苷）的结合位点。通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的 变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。
-
37
-
38
（四）晶格镶嵌模型 1975，Wallach提出了晶格镶嵌模型； 生物膜中的脂质在可逆的进行无序（液态）和有序 （晶态）的相变。
（五）板块模型
1977，Jain和White， 在流动的脂类双分子层中
存在着许多大小不同、能独立移动的脂质区（有
序结构的板块），在这些有序结构的板块之间有
流动的脂质区（无序的结构板块）分布，二者处
-
15
（二）膜蛋白：执行膜的多种重要功能
❖ 内在膜蛋白（整合膜蛋白）： 70%--80%； 主体穿过脂双层。①、②、③
-
16
❖ 外周蛋白或外在蛋白：20%--30%，位于表 面，通过非共价键与膜内在蛋白亲水部相连。 ⑦、⑧
生物物理学 第4章
神经递质的合成、释放和失活
• 细胞中有否存在合成神经递质的酶系和原料是确定某种物质 是否为神经递质的条件之一。
• 乙酰胆碱是由胆碱和乙酰辅酶A在胆碱乙酰移位酶(胆碱乙酰 化酶)的催化下合成的。因该酶存在于胞质中，故乙酰胆碱在 胞质中合成，然后由突触小泡摄取并储存在小泡中，在适当 时候释放。 • 去甲肾上腺素的合成以酪氨酸为原料，先在酪氨酸羟化酶的 催化作用下合成多巴，再在多巴脱羧酶(氨基酸脱羧酶)的作 用下合成多巴胺(儿茶酚乙胺)，多巴胺被摄人小泡，在小泡 中由多巴胺p羟化酶催化进一步合成去甲肾上腺素，并储存 于小泡内。 • 由于没有合成肾上腺素的酶系列，故肾上腺素不是神经递质。
运 动 神 经 元 模 式 图
• 信息流向是从树突→胞体→轴突。
神经元按照生理机能可分为三类
• 感觉神经元：直接与感受器联系，把信息由外周传向中枢， 如脑和脊髓的神经节细胞。 • 运动神经元：直接与效应器联系，把冲动由中枢传向效应 器，如分布在中枢神经系统及植物性神经节内的多极神经 元。 • 中间神经元：接受其他神经传来的冲动后，再将冲动传给 另一神经元，起到联络作用。
氨基酸类
• (1)谷氨酸。谷氨酸(glutamicacid，Glu)广泛地分布在 脑和脊髓中，是中枢神经系统中重要的兴奋性神经递 质。它也存在于海马等结构中。目前的研究表明，谷 氨酸是重要的和学习、记忆有关的神经递质。
• (2) -氨基丁酸。-氨基丁酸(-aminobutylieacid， GABA)是大脑皮层的部分神经 • (3)甘氨酸。甘氨酸(glycine，Gly)是一种抑制性神经 递质，它是脊髓前角的闰绍氏细胞的神经递质。
运 动 神 经 元 模 式 图
神经元的结构
• • 轴突是神经元动作电位起源的区域。 轴突分支少，但较长(最长可超过lm)。
《生物物理》PPT课件
照片重构了病毒颗粒尾部的三维空间结构，从而开辟了分子生物学领域中
一个崭新的结构研究领域。其后相当一批生物大分子的结构，其中包括一
些膜蛋白，应用电子晶体学方法被确定下来。在这些成果中， Henderson
和Unwin于1975年发表的关于细菌视紫红质（BR）的7埃分辨率的工作是电
子晶体学上的一个里程碑，该工作第一次给出了膜整合蛋白的结构。1982
分辨率/nm 0.3 0.24 0.3 0.18 0.31 0.25 0.28 0.28 0.29 0.25 0.32
报道时间 1985 1992 1992 1992 1995 1995 1995 1996 1997 1997 1998
完整版课件ppt
3
蛋白质晶体的类型
由于分子之间相互作用的性质不同，蛋白分 子可以形成三种不同类型的晶体，即三维晶休、 二维晶体和二维晶垛(stacks of 2D crystals)。 其中，维系分子之间形成三维晶体的相互作用主 要来自亲水相互作用；而在二维晶体中，膜包埋 区域疏水相互作用是维系晶体结构的主要作用； 对二维晶垛，膜包埋区域仍是疏水作用，而层间 则是亲水作用。
年Klug因此获得了诺贝尔化学奖完。整版课件ppt
15
电子晶体学的发展
最近十年来，随着计算机图像处理技术、电子显微镜 技术及生物样品二维结晶技术的发展和完善，电子晶体学 已经发展成为一种X射线晶体学所不可替代的生物大分子 空间结构分析的有效手段。
Henderson等人于1990年把细菌视紫红质的研究提高到 了3.5埃的分辨率，并在此基础上提出了这种蛋白质的一 种原子模型。用体外重组方法生长的一些膜蛋白的二维晶 体，如细菌外膜的porin OmpF和 PhoE，植物捕获光能复 合体 LHC-II等，都获得了接近原子水平的空间结构。用 脂单层方法生长的水溶性蛋白质straptavidin的二维晶体， 也获得了3埃的高分辨率。
4.细胞膜的分子生物学-物质的跨膜运输 ppt课件
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。
三.载体蛋白介导的主动运输
主动运输（active transport）是指由载体蛋白介 导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低 的一侧向浓度 高的一侧的跨膜运输方式。
主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联 （协同运输）；③都有载体蛋白。
功能：在肌质网内储存Ca2+调节肌细胞的收缩与
舒张
肌质网上的钙离子泵 ，肌细胞膜去极化后引起肌 质网上的钙离子通道打开，大量钙离子进入细胞 质，引起肌肉收缩之后由钙离子泵将钙离子泵回 肌质网。
（3）质子泵（H＋泵） ATP直接供能
存在位置：溶酶体膜上 作用方式：从胞质中主动将H＋输入溶酶
共运输
对向运输
主动运输与被动运输的比较
1、运输方向 2、跨膜动力 3、能量消耗
第二节 大分子物质的囊泡转运——胞吞 和胞吐
囊泡以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱离后又 与另一内膜细胞器发生融合，这一转运过程称为 囊泡转运。 根据物质的运输方向：胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（exocytosis）
共同特点：双向、特异、有序、化学修饰
㈠ 胞吞作用的两种形式：
胞吞作用消耗能量,属于细胞膜的主动运输 吞噬（phagocytosis） 由专门的吞噬细胞完成,大的颗粒,直径>250nm， 最终到达溶酶体被降解。 吞饮（pinocytosis） 摄入液体和小溶质分子进行消化，直径<150nm。
吞噬过程 吞饮过程
道（电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道）。
生物物理学中细胞膜的物理性质
生物物理学中细胞膜的物理性质细胞膜是细胞的一道屏障，它将细胞内外环境相互隔离，并在细胞内和外之间形成物质交换的通道。
由于细胞膜的重要作用，科学家们越来越关注细胞膜的物理性质，在生物物理学领域进行了深入探究。
细胞膜主要由磷脂分子和膜蛋白组成。
磷脂分子是细胞膜中最主要的组成成分，它们是一种双层的油脂分子，具有亲水性头部和疏水性尾部。
磷脂分子的分子构造决定了细胞膜能够对不同分子进行选择性通透性。
膜蛋白则是细胞膜中的另一种主要成分，它们具有各种各样的功能，如通道蛋白、受体和信号转导等。
细胞膜的物理性质包括弹性、流变学和表面活性。
这些性质是细胞膜发挥功能的重要基础。
弹性是细胞膜的重要特性之一。
由于细胞膜是由磷脂分子和膜蛋白组成的双层结构，因此它具有一定的弹性。
当细胞膜受到外部作用力时，它会发生弹性变形，这种变形可以帮助细胞膜维持其形状和结构。
弹性变形的程度取决于细胞膜的结构和组成成分，如膜蛋白和磷脂分子的相对含量和排列方式等。
流变学是研究物体流动和变形性质的科学，也是研究细胞膜物理性质的重要方法。
流变学可以评估细胞膜的粘度、弹性模量、黏弹性等特性。
细胞膜的流变性质受到多种因素的影响，如细胞膜的磷脂分子组成、蛋白质含量、温度等。
通过研究细胞膜的流变性质，科学家们可以深入了解细胞膜的结构和功能。
表面活性是指物质在界面上的化学和物理性质。
细胞膜作为界面化学物质，具有表面活性。
它们可以形成微区域和微环境，从而影响细胞内和外的物质交换和信号传递。
表面活性还可以影响细胞膜内部的膜蛋白的结构和功能，从而影响细胞内代谢、信号传导等生命过程。
总之，细胞膜是细胞的生命之源，掌握细胞膜的物理性质对于深入了解生命的本质非常重要。
未来，更深入的研究细胞膜的物理性质可以为生命科学领域带来新的突破和进展。
高中生物 细胞膜课件
⑴外在膜蛋白：分布细胞膜的内外表面，为水溶性 蛋白，结合松散用比较温和的方法即可从膜上分离。
⑵内在膜蛋白：分布于磷脂双层中，甚至横跨整个膜， 结合紧密，只有采用较为剧烈的方式如去垢剂，才能 分离。
3）膜糖类 膜结构中的糖类主要是与膜脂、膜蛋白以共价键 形成的糖脂、糖蛋白。膜糖只存在于质膜的外表 面，它们与细胞识别有关。 2．细胞膜的分子结构模型
有些物质的运输并不需要ATP供能，而是以另一种物 质的浓度梯度为动力称协同运输。如两种物质的运输 方向一致称通向协同，相反称反向协同。 如氨基酸和葡萄糖的主动运输，伴随着Na+的同向协 同运输。该过程不直接需要ATP供能，但Na+浓度梯 度的维持需要泵的工作，因此协同运输是一类靠ATP 间接供能的主动运输。 ⑶内吞和外排 大分子物质或颗粒物质 内吞物质性质：较大固体颗粒物质为吞噬作用，内 吞溶液或极细颗粒，称胞饮作用。吞噬泡胞饮泡
3.膜的流动性和不对称性 膜的流动性是膜结构的基本特征，是指膜结构分子 的运动性，包括膜脂和膜蛋白的运动，也是膜表现 正常生理功能的条件 1）膜脂的流动性 ⑴运动方式：侧向扩散、旋转运动、旋转异构运动、 左右摆动和翻转 ⑵影响因素
①温度：脂分子从液晶状态转变为凝胶状态的温度称变 相温度。变相温度越低，膜的流动性越大，反之越小。 ②膜脂 的脂肪酸链： 脂肪酸链的类型：饱和程度越高脂肪酸链，流动性越小。 脂肪酸链的长度：脂肪酸链越长流动性越小。
由细胞膜上受体、G蛋白以及PIP2磷酸二酯酶（PDE) 组成
③具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体信号通路
一些生长因子和靶细胞膜的相应受体结合后，受体 本身的酪氨酸蛋白激酶活性被激活，将细胞内靶蛋 白的酪氨酸残基磷酸化，从而引起细胞反应。
1）细胞膜与物质的跨膜运输
教学课件：细胞膜
暂时维持原有形态
制片：
用滴管吸取少量红细胞稀释液滴在载玻片上， 盖上盖玻片
观察： 高倍镜观察红细胞形态
滴清水：在盖玻片一侧滴蒸馏水，另一侧用吸水纸吸 引。（引流法）
观察： 持续观察细胞形态变化
结果： 凹陷消失，体积增大，细胞破裂，内容 物流出
如果制备细胞膜的实验在试管中进行，红细胞破裂
后，还需用什么方法才能获得较纯的细胞膜？不同转速离心
植物细胞和动物细胞亚显微结构模式图
一.体验制备细胞膜的方法
哺乳动物成熟的红细 胞
为什么要使用哺乳动物成熟的红细胞制 备细胞膜？（鸡的血细胞可以吗？）
无细胞壁 无细胞核 无细胞器
人的正常红细胞
实验原理：红细胞在清水中吸水涨破。
生理盐水 蒸馏水 10%盐 水
实验流程： 使细胞分散开， 选材： 新鲜的红细胞稀释液（生理盐水） 不凝结成块
……
将细胞含有的各种物质配齐，并按照他们在细胞中的 比 例放在这支试管中，能构成一个生命系统吗？为什么？
系统不是其组分的简单的堆砌，而是通过组分间结 构和功能的密切联系，形成的统一整体。
１．区分图中的细胞和气泡；说出气泡和细胞 有什么不同？
２．光学显微镜下能不能看见细胞膜？
气泡
细胞
气泡是光亮的，里面只有空气。细胞是一个具有
重要作用。
一般与细胞识别有关的膜，其糖类含量高
注意分清细胞膜的成分和主要成分
细胞膜的元素组成：Ｃ Ｈ Ｏ Ｎ Ｐ
与生活中的联系; 癌细胞的恶性增殖和转移与
癌细胞膜成分的改变有关。
姓名 样品号 临床诊断 检查名称
性别 样品种类
ALT（谷丙转氨酶）
GUT（血糖）
( 尿素氮)
生物物理学PPT课件
研究细胞和组织的力学、电学和光学 等物理性质，以及它们在细胞分裂、 迁移和肿瘤生长等方面的作用。
生物物理学的重要性
促进生物学和物理学的发展
生物物理学的发展推动了生物学和物理学领域的理论和技术进步， 促进了两个学科的交叉融合。
医学与健康的应用
生物物理学在医学和健康领域有着广泛的应用，如医学影像技术、 放射治疗、药物研发和康复工程等。
02
它利用物理学的理论和方法来研 究生物系统的结构和功能，以及 生物分子之间的相互作用和能量 转换等。
生物物理学的研究领域
生物大分子结构与功能
研究生物大分子的结构和动力学性质， 以及它们在细胞代谢、信号转导和基 因表达等方面的功能。
细胞与组织的物理性质
生物系统的信息传递
研究生物系统中信息的传递和加工， 包括神经系统的电信号传递、视觉系 统的光信号转导和基因表达的调控机 制等。
信号转导途径
信号转导途径包括G蛋白偶联受体 介导的信号转导、酶联受体介导的 信号转导和离子通道受体介导的信 号转导等。
信号转导的调节
信号转导受到多种因素的调节，包 括磷酸化、去磷酸化、泛素化等。
细胞骨架与细胞运动
细胞骨架的组成
细胞骨架由微管、微丝和 中间纤维组成，对维持细 胞形态和结构具有重要作 用。
神经网络的信号传递
总结词
神经网络的信号传递是神经生物物理学的重要研究内容， 它涉及到突触传递、神经元之间的信息交流和神经网络的 整合作用等。
总结词
神经网络的信号传递对于神经系统的高效工作至关重要， 它涉及到学习、记忆、注意等多种认知过程。
详细描述
突触是神经元之间信息传递的关键结构，通过突触前膜释 放神经递质，与突触后膜上的受体结合，引发突触后电位 或动作电位，实现信息的传递。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
29
30
Endocytosis & Exocytosis
细胞膜的吞吐机制
31
32
被动运输与主动运输
33
肺泡与肺毛细管的 气体交换
34
35
Endocytosis & Exocytosis
大分子物质和颗粒性物质附着在细胞膜上， 细胞膜内陷后将这些物质包围形成小囊泡 (Vesicle), 最后小囊泡从细胞膜上脱离进入 细胞内部，称为内吞(Endocytosis). 在细胞内部进行处理后，小囊泡移至细胞 表面，并与细胞膜融合后把物质外排，称 为胞吐(Exocytosis).
Membrane Biophysics 03
1
Disease-related membrane molecules 其他一些重要的膜蛋白分子
Toll状受体(Toll-like receptors, TLR)是跨 膜蛋白质，识别侵入体内的微生物进而激 活免疫细胞的应答。被认为在先天性免疫 系统中起关键作用。
内吞与胞吐
37
38
Phagocytosis
39
The End
40
8
Function and characteristics? 细胞粘附分子的功能与特性？
9
表面有粘附分子受体
特异性膜表面蛋白
10
Membrane Fusion 细胞膜的融合机制
11
What is fusion?
12
13
Membrane fusion, how?
接触-破裂-形成细胞桥-融合
击穿-连接-融合
20
21
骨髓瘤细胞加60V电压的融合效果
22
Application? 在生命医学中的应用
23
Pomato? –Super Potato 超级土豆？
24
25
2008年11月23日<<自然>>杂志发文
26
袁隆平的贡献
27
No-limit imagination
28
Anti-viral, vaccine design 抗病毒药物，疫苗及 单克隆抗体的研制等
14
突触囊泡的 最关键步骤 是膜融合引 发的出胞作 用。
15
Membrane fusion under EM
16
Experimental approaches for membrane fusion 细胞融合常用的实验方法
17
灭活的病毒诱导动物细胞的融合
18
PEG促进细胞融合
或NaNO3
19
3
2011年诺贝尔医学及生理学奖: 免疫系统的激活原理
参与自身免疫反应的Toll状受体
Adhesion Molecules (细胞粘附分子)
7
细胞粘附分子：
是一类由细胞产生的，介导细胞间、 细胞与胞外基质间相互接触、识别、 激活和移行的膜表面蛋白。
有的以CD (Cluster of Differentiation) 命名，如CD4, CD44分子等。