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第三章 細胞膜的構造與功能 (Membrane Structure and Function ). 植物系 陳益明老師 2002.09.22. 一、 細胞膜的構造. 1. 細胞膜是由脂類、蛋白質及醣類三者組成分所組成 (Fig. 8.2) 。 2. 細胞膜是由雙層原生質膜 (two-layer plasma membrane) 構成,它的細微構造可利用冰凍裂解與冰凍蝕刻 (Freeze-fracture andFreeze-etch method) 處理再以 EM 觀察 (Fig. 8.3) 。. 一、 細胞膜的構造. - PowerPoint PPT Presentation
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CH3 細胞膜的構造與功能
第三章 細胞膜的構造與功能第三章 細胞膜的構造與功能(Membrane Structure and Function )
植物系 陳益明老師2002.09.22
CH3 細胞膜的構造與功能
一、 細胞膜的構造
1. 細胞膜是由脂類、蛋白質及醣類三者組成分所組成 (Fig. 8.2) 。
2. 細胞膜是由雙層原生質膜 (two-layer plasma me
mbrane) 構成,它的細微構造可利用冰凍裂解與冰凍蝕刻 (Freeze-fracture andFreeze-etch meth
od) 處理再以 EM 觀察 (Fig. 8.3) 。
CH3 細胞膜的構造與功能
CH3 細胞膜的構造與功能
一、 細胞膜的構造
3. 細胞膜是流體 (fluid) :原生質膜在逆境下轉變成硬化 (solidifies) 膜系的通透性 (permeability) 會改變,它的酵素蛋白質會變成沒活性。
4. 細胞膜的醣類 (carbohydrates) 在細胞與細胞之間的辨認 (cell-cell recognition) 是很重要的。
5. 脂類:細胞膜之脂類是雙層 (bilayer) ;由磷脂類、膽固醇等所組成 ( Fig. 8-2 , 8-3 及 8-4 ) 。
CH3 細胞膜的構造與功能
CH3 細胞膜的構造與功能
CH3 細胞膜的構造與功能
一、 細胞膜的構造
6. 膜蛋白 (membrane proteins) :可分為嵌入蛋白 ( integral proteins ) 及周邊蛋白 ( peripheral
proteins ) 二類 ( Fig. 8-6 ) 。
當兩種不同的動物細胞混合時,兩種膜系蛋白質會互相混合 (intermingle) ,形成雜合細胞(hybrid cell)(Fig.8-5) 。
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CH3 細胞膜的構造與功能
二、 細胞膜的功能 (membrane functions)
1. 細胞膜的構造組成形成選擇性通透膜 (selectiv
e permeability) 。
2. 原生質膜是具有內外之方位 ( sideness ) (Fig.8.
3 及 8.8) 。
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二、 細胞膜的功能 (membrane functions)3. 細胞膜蛋白的功能:
(1) 物質進出細胞之調控。
(2) 細胞膜上有接受蛋白 ( recerptor proteins ) 能接收各項環境或荷爾蒙等訊息,引發細胞的反應 (Fig.11-5) 。
(3) 物質的運輸:運輸蛋白 ( transport proteins )(Fig. 8-7 ) 。通道蛋白 ( channel proteins ) 。
4. 細胞間的黏著及辨識等:尤其膜系上的醣類 (oligosaccharides) ( 原生質膜外側上的寡醣 ) 當作細胞的標誌 (marker)及互相辨識。
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三、被動運輸 (passive transport) :
A. 以擴散 (diffusion) 原理通過細胞膜 (Fig.8.10) 。
B. 水的被動運輸:滲透 ( osmosis ) (Fig. 8.11)
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三、被動運輸 (passive transport) :
C. 活細胞內水的平衡 (Fig. 8-12)
高張溶液 ( hypertonic solution )
低張溶液 ( hypotonic solution )
等張溶液 ( isotonic solution )
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三、被動運輸 (passive transport) :
D. 促進擴散作用 ( faciliated diffusion ) :
膜系上的特殊蛋白質可加速特定溶質之被動運輸之速率 (Fig. 8.1 , Fig. 8-14) 。
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四、自動運輸 ( active transport )
A. 藉運輸蛋白及消耗能量 ATP 下,逆濃度及電位等差異 ( electrochemical gradient ) 而運輸 (Fig. 8.16) 。例如紅血球 K+ 及 Na+ 之交換為例 (Fig .8.15) 。 在 Na+-K+ pump 過程中,每 2
個 K+離子幫浦進入細胞膜時會帶送出 3 個 Na+
離子。
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四、自動運輸 ( active transport )
B. 產生電的幫浦 ( electrogenic pump ) : H+ 通過細胞膜需藉由 “ proton pump” 來 “幫浦”而產生電化學梯度 (eletrochemical gradie
nt) ,在此過程中需消耗 ATP ,最後膜的兩側產生電荷及 H+ 的等差 (Fig. 8.17) 。
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四、自動運輸 ( active transport )
C. 主動運輸之型式: 1. 單向運輸 ( unitransport ) (Fig. 8.16) 。 2. 協同運輸 (cotransport 或 symtransport)(Fig.8.1
8) 。 3. 反向運輸 ( antitransport ) 。
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五、開啟細胞電生理的新紀元
A. 奈爾 ( Erwin Neher ) 及沙克曼 ( Berf Sakmann
) 首創膜片箝制術 ( patch-clamping ) ,開啟細胞電生理的新紀元,於 1991 年獲 Nobel 生理醫學 獎 ( 參考科學月刊 1991 年 11 月份 )(P.761)(Fig. 36.14) 。
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五、開啟細胞電生理的新紀元
B. 藉此技術:
1. 可瞭解離子如何進入細胞。
2. 利用單一細胞從事電生理研究。
3. 幫助瞭解疾病的成因。
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六、大分子的運輸 (transport large molecules) :
大分子的運輸藉由細胞外泌 ( exocytosis ) 及內吞作用 ( endocytosis )( Fig. 8.10)。
A. 細胞外分泌或反胞飲作用:藉細胞液胞和細 胞膜融合而將大分子排到細胞外之過程。
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B. 內吞作用可分為三大類: 1. 吞噬作用 ( phagocytosis ) 。 2. 胞飲作用 ( pinocytosis ) 。 3. 接受物質媒介之內吞作用 ( receptor-mediate
d endocytosis )
六、大分子的運輸 (transport large molecules) :
CH3 細胞膜的構造與功能
3. 接受物質媒介之內吞作用 ( receptor-mediated e
ndocytosis ) : 在細胞膜上有特定的蛋白質,能對細胞內某些物質做專一性的接合,以膽固醇為例,在細胞膜上的接受分子 ( receptor ) 是 clathrin ,而膽固醇在血液中的運輸是以 “ low-density lipoproteins ,簡稱為 LDLs ”
的小顆粒形式,此小顆粒能與 clathrin 接合後,而進入細胞 (Fig.8-19) 。
六、大分子的運輸 (transport large molecules) :
CH3 細胞膜的構造與功能
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六、大分子的運輸 (transport large molecules) :
家族性的膽固醇血症 ( Hypercholesterolemia ) ,是一種人類的遺傳性疾病,患者的血液中含有高量的膽固醇,此乃因他的血液中缺乏 clathrin ,因此 LDLs粒子不能進入細胞,造成膽固醇大量累積在血液中。
CH3 細胞膜的構造與功能
七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內
A. 膜系蛋白扮演信息傳遞之功能。 1. 一級信息 ( first messenger ) ,如荷爾蒙、 光及各種生物性或非生物性所引起的刺激
等 (Fig.11.15 及 11.18) 。 2. 二級信息 ( second messenger ) ,如 G-
protein(Fig.11.7) , cyclic AMP(Fig.11.12) 。
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CH3 細胞膜的構造與功能
Fig11.12
CH3 細胞膜的構造與功能
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七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內
B. 以肝醣分解作用 ( glycogenolysis ) 為例: 1. 1930 年代柯里 ( Cori ) :肝醣分解機理, 1947
年榮獲 Nobel 生理醫學獎。
2. 1971 年邵斯蘭 ( Southland ) :發現腎上腺素必須先在膜上作用,活化 AMP 環 ( adenylate cyclase ) ,再將 ATP 轉換成 cyclic AMP ,簡稱 cAMP( 1971
年榮獲 Nobel 生理醫學獎)。
CH3 細胞膜的構造與功能
七、膜系上的特殊蛋白扮演接受細胞外的信息並傳送到細胞內
B. 以肝醣分解作用 ( glycogenolysis ) 為例: 3. 1992 年克列氏 ( Krebs ) 及費希爾 ( Fisher )證明
cAMP 需經過一連串蛋白質磷酸化 (phosphorylatio
n) ,才能使一個訊號 (signal) 一級級放大。蛋白質磷酸化為細胞內一個重要的調控機制,成為當代生物醫學研究的重點 (1992 年 Nobel 生理醫學獎 ) 。
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八、參考資料
1. Compbell, NA and Reece, JB (2002) Biology (6th.ed.) Chap. 8. Membrane structure and function p.138-154.
2. 科學月刊 (1991).22卷 11期 揭開細胞離子管道的祕密 -1991 年諾貝爾生理醫學獎簡 p.809-812.
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