高等生物化学第七章生物膜与跨膜转运

1、高等生物化学第七章生物膜与跨膜转运图7.1 动物细胞的亚显微结构。图7-2 膜结构的流动镶嵌模型图7-3 双亲脂质在水中的聚集体图7-2 膜结构的流动镶嵌模型图7-4 冰冻撕裂技术裂分细胞膜的双分子层示意图图7-5 确定膜蛋白跨膜排列的实验图7-6 外周蛋白和膜整体蛋白PC：磷酸酰胆碱胆碱部分磷酸基团脂肪酸尾部图7-8 氯离子-碳酸氢根离子交换蛋白的移动受到血影蛋白的限制图7-9 脂质-连接的各种膜蛋白两种类型：1）GPI锚定蛋白；2）内膜碳氢链链接的蛋白。图7-10 各种类型的膜整体蛋白。图7-11 细菌视紫红质的结构。图7-12 紫色细菌的光和反应中心。第一个通过X-射线晶体衍射确定结构的

2、膜蛋白图7-13 跨膜蛋白的疏水作图。(a) 血型糖蛋白；(b) 细菌视紫红质。 2025个残基的-螺旋序列刚刚足够跨越脂双层； 过疏水指数作图可预测-螺旋结构的跨膜区域； 对于-片层结构的预测无用。图7-14 孔蛋白，一种具有 -桶结构的膜整合蛋白。图7-15 在细胞与细胞相互作用中起作用的四种类型的膜整体蛋白。图7-16 膜的融合。图7-17 病毒侵入宿主细胞的膜融合。（a）流感病毒；（b）人类免疫缺陷病毒。浓度梯度是指膜两侧的浓度差 (C2-C1)。 溶质分子从浓度为C1一侧扩散到浓度为C2一侧的化学势为： G = RTln C2/C1图7-18 溶质的浓度梯度除浓度梯度外，电势梯度也可

3、驱动扩散 Z = 分子所带的电荷 F = 法拉第常数 (96,485 JV-1 mole-1) = 电势差电化学势： G = RTln C2/C1 + ZF 图7-19 溶质的电势梯度被动扩散协助扩散A(outside)A(inside)V0 = kA0kA(outside) + MP (membrane protein)A(MP)A(inside) + MPkV0 = Vmax A0/ (Kt + A0 )图7-20 亲水溶质通过生物膜的脂类双分子层的能量变化。图7-21 水孔蛋白AQP-1跨膜的可能拓扑学。(a)每个单体由6个跨膜螺旋组成；(b)水孔蛋白的建议结构，4个AQP-1分子并肩结

4、合，其24个跨膜螺旋围成一个中央通道。水分子可以通过此布满亲水侧链的通道。H2Osemi-permeablemembrane图7-22 葡萄糖转运体1(Glu T1)的建议结构。(a) 12个跨膜螺旋中有9个含有3个以上的极性或带电的氨基酸残基，通常被几个疏水残疾隔离；图7-21 葡萄糖转运体1(Glu T1)的建议结构。(b) 螺旋图表明一个螺旋节段表面上极性和非极性残基的分布；(c) 56个双亲螺旋的每个螺旋的极性和带电的残基面向中央通道并排，从而形成一个内表面排列有极性和带电的残基跨膜通道。此通道提供了很多机会与通过此通道的葡萄糖形成氢键。Glu T1的三维结构还没有通过X-射线晶体学阐

5、明。T1: 细胞膜外表面的葡萄糖结合位点T2: 细胞膜内表面的葡萄糖结合位点k1k2k3Sout + T SoutT Sin T Sin + Tk-1k-2k-3V0 = Vmax Sout/ (Kt + Sout )图7-23 葡萄糖通过Glu T1转运到红细胞的模型。图7-24 葡萄糖转运到红细胞的动力学。(a) 葡萄糖进入红细胞的初速度V0依赖于胞外初始葡萄糖浓度，S out; (b) 为 (a) 中数据的双倒数作图。此协助扩散的动力学与酶催化的动力学类似。此处的Kt相当于米氏常数Km。图7-25 红细胞膜上的氯离子-碳酸氢根离子交换蛋白。此共转运系统使HCO3-进出细胞而不改变跨膜电位

6、。其作用是增加血液的CO2携带能力。图7-26 K+通道的结构图。图7-27 变铅青霉素菌的K+通道的结构。离子半径K+: 1.4 Na+: 0.95 图7-28 乙酰胆碱受体离子通道的结构。其5个亚基（2）的每个亚基都有4个跨膜螺旋，M1到M4。其中M2螺旋是双亲性的，其他主要为疏水残基。这5个亚基围绕一个跨膜中心通道排列，使其内腔布满了M2螺旋的极性侧链。通道的顶部和底部是带负电的氨基酸残基构成的环结构。在近双分子层的中部，有5个分别来自5个M2螺旋的Leu侧链伸出到通道中，此时通道直径太小，不能通过Ca2+，Na+和K+。图7-29 乙酰胆碱受体离子通道的中央横切面的顶面观，表明被大Le

7、u侧链封阻的通道。当两个乙酰胆碱分子结合后（两个亚基各结合一个），发生了构象变化，M2螺旋稍微扭曲，此5个Leu残基转动离开通道，而被小的极性残基所取代。此门控机制使通道打开，使Ca2+，Na+和K+能够通过。图7-30 （a）电压门控离子通道的结构图。（b）电压门控离子通道的链球模型。图7-31 电压感应的机制模型。n螺旋4对跨膜电位响应;n膜极化：螺旋4被向内推进；n膜去极化：螺旋4松弛，向外移动；n与螺旋6相互作用。图7-32 离子通道功能的电学测定。图7-33 孔蛋白的结构图。四大类四大类转运转运ATPaseATPase图7-34 三种类型的离子转运ATPase的亚基结构。(a) P-

8、类ATPase通常有两种类型的整体蛋白亚基。其必需的亚基有一个Asp残基，此残基在转运中被磷酸化。(b) V-类ATPase有一个外周结构域V1，它由7个不同类型的亚基包括3个A和3个B组成，还有一个跨膜结构域V0，后者有三类亚基，并有多拷贝的c亚基；(c) F-类ATPase的跨膜部分F0也有三类亚基，并由多个拷贝的c亚基。P-类泵如Na+，K+-ATPase使两个离子相反方向移动。V-类和F-类ATPase使质子单向移动（V-类ATPase移动质子到液泡，F-类ATPase使质子移出线粒体）。图7-35 F类ATPase的可逆性。一种ATP驱动的质子转运体也能在质子顺电化学势梯度流动时促进

9、ATP的合成。在细菌、线粒体和叶绿体的能量保存中起着重要作用。图7-36在遗传疾病囊性纤维化中，其编码Cl-转运蛋白及囊性纤维跨膜转导调控因子（CFTR）的基因发生缺陷，可能与肿瘤细胞的多药转运蛋白有关。图7-37 在囊性纤维化病人中，肺粘膜表面液中NaCl的高浓度导致杀菌效率降低。图7-39 Na+/K+ ATP酶模型。for his discovery of Na+/K+ ATPase Jens SkouDenmark 1918-10次跨膜的-螺旋 SR Ca2+ ATPaseSR: 肌质网肌质网磷酸化位点磷酸化位点(ATP-binding)图7-40 肌质网Ca2+泵的结构图。图7-41

10、 两种类型的主动转运。通过Na+或H+的初级转运形成的离子梯度，能为其他溶质的共转运提供驱动力。图7-42 大肠杆菌对乳糖的吸收。（a）各种燃料分子的氧化驱动的H+向细胞外的转运，建立起了跨膜的质子梯度（内侧为负）。乳糖二次转运到大肠杆菌细胞涉及质子的同向共运和半乳糖苷转运体。乳糖逆浓度梯度的吸收完全依赖于此电化学势驱动的质子内流。（b）当代谢的产能反应被CN-阻断时，半乳糖苷转运体可通过被动转运使内外乳糖浓度达到平衡。虚线表示的是周围介质中的乳糖浓度。在肠上皮细胞中，葡萄糖和某些氨基酸是通过使用质膜上的Na+/K+ ATP酶建立起来的Na+梯度，与Na+同向转运而积累。图7-43 肠上皮细胞葡萄糖的转运。葡萄糖与Na+进行共转运，越过顶膜进入上皮细胞。进入细胞中的葡萄糖移动到基底表面，通过其上的GluT2（一种被动葡萄糖转运体）转运进血液。Na+，