复旦大学课件生物膜和运输

•附脂性膜蛋白（抛锚蛋白）(lipid-anchored proteins): 蛋白质以共价键连于膜脂质的fatty acid 或 prenyl group上。
外周蛋白和内在蛋白
外周蛋白质
脂双层表面：静电力、范德华引力或氢键结合
易分离，溶于水
内在蛋白质
靠疏水效应与膜脂结合 蛋白质分子上非极性基团的AA侧链与脂双层的 疏水部分的疏水相互作用--这些非极性基团之 间存在一种相互趋近的作用。 分布：埋于脂双层疏水区（水不溶性）、部分 嵌在脂双层中、横跨全膜。
器
磷脂的不对称分布--红细胞质膜
膜蛋白
依与双层脂质之间立体结构位置，分三类 :
•貫穿性膜蛋白 (integral membrane protein)： 以-螺旋结构貫穿双层脂质，双层脂质区可含 有至个氨基酸；可由氨基酸序列预测此种 -螺旋结构，例如钠钾泵。
•附着性膜蛋白（外周蛋白）(peripheral membrane protein)：蛋白质以非共价附于膜脂 或貫穿性膜蛋白上。
溶解度有限 a． 磷脂加入水中，疏水部分表面积增大、在 水-空气界面形成单分子层[极性-水中-“烃”空气]； b． 多量的磷脂分子以微团和双层存在：1.极 性-水接触；2.脂酰键靠近使疏水烃部分完全不 与水相接触。
空气
膜
单层
微团
双
水
分
子
层
双层微囊
的
单体
形
成 磷脂分子在水相介质中的几种形式
每种膜都有一个 特征性的脂质组成
物质运送、能量转换、激素和药物作用、细胞识 别、肿瘤发生、细胞重复等都与生物膜有关。
生物膜（Biomembrane ）
生 物 膜 包 括 细 胞 （ 外 ） 膜 (plasma membrance) 及细胞内膜(细胞器膜)。
生物膜的形成对于生物体能量的贮存及细 胞间的通讯起着中心作用。膜的生物活性来自 于膜自身显著的特性：膜连接紧密但有弹性； 膜自我封闭，对极性分子有选择性通透；膜的 弹性允许膜在细胞生长和运动中改变形状；暂 时破裂且可自封闭的能力可保证两个细胞或两 个膜状包裹物的融合。
各种来源的膜的化学分析显示了 一个共同的特征，即膜脂组成因不同 的物种的界、不同的种、不同的组织、 特定细胞中不同的细胞器而不同。细 胞有一种清楚的机制，可以精确控制 膜脂合成的种类和数量，以及定位到 特定的细胞器上。
不同组织质膜的主要成分
髓鞘 草履虫
谷甾醇 麦角固醇 豆甾醇
鼠 膜的脂质类型肝细胞膜及细胞
生物膜[Biomembrane]
任何细胞都以一层薄膜（厚4-7nm）将其内含物 与环境分开，这层膜称细胞膜(cell membrane)。
内膜系统--组成具有各种特定功能的亚细胞结构
和细胞器所具有的膜。
生物膜--细胞结构的基本形式，对细胞内很多生
物大分子的有序反应和整个细胞的区域化都提供了必 需的结构基础，使各个细胞器和亚细胞结构既各自具 有恒定、动态的内环境，又相互联系相互制约，从而 使整个细胞活动有条不紊，协调一致地进行。
不同功能的膜含有不同的蛋白质
•不同来源膜的蛋白质组成比其脂质组成的变化 更大，反映在膜功能的特化上。如视网膜杆状 细胞对于接受光为高度特化，90%以上的膜蛋白 是光吸收蛋白—视紫红质；特化较低的红细胞 质膜约含20种显著的蛋白质及十几种较少的蛋 白质，多数的蛋白质为运输载体，每一种蛋白 质运输一种跨膜的溶质。
•有些膜蛋白还与一个或多个脂共价结合，后者 可能形成一种疏水的稳定体系以保证蛋白质存 在于膜上。
血型糖蛋白：跨膜蛋白，131个AA残基，N- C端较长的亲水片段，N- 100个糖残基。
糖残基Βιβλιοθήκη Baidu
细胞质
-螺旋
细胞膜血型糖蛋白跨膜
细胞外
嗜盐菌视紫质蛋白：光能→化学能， Mr=26000，235个AA组成，每个跨膜 分布的视紫质分子含有7条平行的柱 形多肽α-螺旋,垂直于膜平面。
生物膜的基本组成
•脂质 : 主要为三类，磷脂、糖脂及固醇 类[或甘油磷脂、鞘脂和固醇]。
•蛋白质: 主要为三类，貫穿性膜蛋白、附 着性膜蛋白、附脂质膜蛋白。
•糖类：糖类沒有单独以糖分子存在于生物 膜上，而是以共价键结合于蛋白质或脂质 分子上，以糖蛋白或糖脂出现于生物膜上。
生物膜的磷脂
脂肪酸碳链的 长短及不饱和 程度与膜的流
动性有关。
磷脂分子结构 的两性特征：
双分子层排列
为脂（质）双 分子层。
生物膜甘油磷脂的结构
生物膜中的胆固醇
胆固醇的比例 动物体的>植物体的、质膜>细胞器膜 胆固醇对膜流动性的两性特点:
a.对膜中脂类的物理状态有调节作用； b. 在相变温度以上，阻挠脂分子脂酰链的旋转和异构 化运动，降低膜的流动性； c.在相变温度以下，阻止磷脂脂酰链的有序排列，防 止向凝胶态的转化，保持了膜的流动性，降低其相变 温度。
膜的生化特性
膜不是被动的屏障，膜上含有一 系列的特化蛋白质启动或催化一定的 分子事件；膜上的泵可以逆跨膜梯度 转运特定的有机物和无机离子；能量 转化器可以把一种形式的能量转化为 另一种形式的能量；质膜上的受体能 够感受胞外信号，并转化为细胞内的 分子事件。
膜的分子组成
生物膜几乎所有的质量都由蛋白质和 极性脂质组成，少量的碳水化合物也是糖 蛋白或糖脂的一部分。蛋白质和脂类的相 对比例因不同的膜而不同，反映着膜生物 学作用的广泛性。如神经元的髓鞘主要由 脂类构成，表现为一种被动的电子绝缘体； 但细菌细胞膜、线粒体膜、叶绿体膜上有 许多酶催化的代谢过程发生，含有的蛋白 质比脂类要高。
胆固醇和鞘脂与磷脂的作用
极性头部
受胆固醇 影响，流 动性降低
可流动区域
含“寡 糖”的 极性头 部
脂双层 疏水区
磷脂分子间插入胆固醇 及相互作用
细菌\ 甘油衍生物 植物/ 动物：是神经鞘氨醇的衍生物
膜脂的不对称性及多形性
脂质分布不对称 膜两层电荷数量，流动性的差异与膜蛋白
的定向分布与功能有关系 具两性
细胞体
纤毛
线粒体
横 切 面 照 片
各 类 膜 的 电 镜
消化泡
内质网
分泌泡
生物膜的基本功能
(1) 生物膜是细胞独立空间的界限， 并有选择性阻隔效果； (2) 生物膜是特定生物功能反应进行 的場所 ； (3) 生物膜可探测传递电子信号及化 学信号； (4) 生物膜控制物质的运输 ； (5) 生物膜是细胞间联系的媒介。