生物化学第8章脂质与生物膜2

1、第八章第八章 脂质和生物膜脂质和生物膜三酰甘油和蜡三酰甘油和蜡磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂萜和类固醇萜和类固醇血浆脂蛋白血浆脂蛋白膜的分子组成和超分子结构膜的分子组成和超分子结构主要内容主要内容四、血浆脂蛋白 血桨脂蛋白：指哺乳动物血浆(尤其是人)中的脂-蛋白质复合物。血浆脂蛋白可以把脂类(三酰甘油、磷脂、胆固醇)从一个器官运输到另一个器官。 血浆脂蛋白的分类、生成部位和功能？血浆脂蛋白的分类、生成部位和功能？（1） 乳糜微粒，密度非常低，运输甘油三酯和胆固醇酯，从小肠到组织肌肉和adipose组织。（2） 极低密度脂蛋白VLDL，在肝脏中生成，将脂类运输到组织中，当VLDL被运输到全身组织时，被分解

2、为三酰甘油、脱辅基蛋白和磷脂，最后，VLDL被转变为低密度脂蛋白。（3） 低密度脂蛋白(LDL)，把胆固醇运输到组织，经过一系列复杂的过程，LDL与LDL受体结合并被细胞吞食。LDL可能与慢性心脏病与动脉粥样硬化有关。（4） 高密度脂蛋白(HDL)，也是在肝脏中生成，可能负责清除细胞膜上过量的胆固醇。 第二部分第二部分 生物膜生物膜第五章、生物膜的功能第五章、生物膜的功能 1 1、将内含物与外环境分开、将内含物与外环境分开 2 2、物质的运输、物质的运输 3 3、能量的转换、能量的转换 4 4、细胞的运动、细胞的运动 5 5、繁殖、繁殖 6 6、信号传递、信号传递 7 7、与临近分子或细胞的相

3、互作用、与临近分子或细胞的相互作用 5.2.15.2.1、生物膜的组成、生物膜的组成 5.2.25.2.2、生物膜的分子结构、生物膜的分子结构 5.2.35.2.3、生物膜的物质运输、生物膜的物质运输跨膜转运跨膜转运5.2.1、生物膜的组成、生物膜的组成 主要由脂质（主要是磷脂、糖脂和胆主要由脂质（主要是磷脂、糖脂和胆固醇）、蛋白质（包括酶）和糖类组固醇）、蛋白质（包括酶）和糖类组成，成， 生物膜的组成，因膜的种类不同而有生物膜的组成，因膜的种类不同而有很大的差别。很大的差别。A、脂质、脂质 一个典型的生物膜含有磷脂、一个典型的生物膜含有磷脂、糖脂和胆固醇。糖脂和胆固醇。 由于磷脂和糖脂含有两

4、条烃链由于磷脂和糖脂含有两条烃链尾巴，可以精巧的组装成尾巴，可以精巧的组装成脂双脂双层层。 脂双层内的脂分子的疏水尾巴脂双层内的脂分子的疏水尾巴指向双层内部，亲水头部与每指向双层内部，亲水头部与每一面的水相接触。脂双层倾向一面的水相接触。脂双层倾向于闭合形成球形结构。于闭合形成球形结构。脂双层的应用脂双层的应用脂质体脂质体（liposome） 磷脂分子在水溶液中自发形成脂双层，并自我磷脂分子在水溶液中自发形成脂双层，并自我封合成双层微囊，称为封合成双层微囊，称为脂质体（脂质体（liposomeliposome）。 作为一种人造的微囊，用来向细胞或人体器官作为一种人造的微囊，用来向细胞或人体器官

5、传送疫苗、麻醉药、酶或其它物质。传送疫苗、麻醉药、酶或其它物质。B、膜蛋白、膜蛋白 生物膜中存在两种类型的生物膜中存在两种类型的膜蛋白膜蛋白：内在内在膜蛋白、外周膜蛋白膜蛋白、外周膜蛋白 内在膜蛋白也称内嵌膜蛋白，含有嵌入内在膜蛋白也称内嵌膜蛋白，含有嵌入脂双层疏水部位的疏水区。有些内在膜脂双层疏水部位的疏水区。有些内在膜蛋白横跨脂双层。蛋白横跨脂双层。 外周膜蛋白通常通过离子键或氢键与膜外周膜蛋白通常通过离子键或氢键与膜脂的极性头部或内在膜蛋白结合。脂的极性头部或内在膜蛋白结合。穿膜蛋白含有跨越脂双层的疏水区穿膜蛋白含有跨越脂双层的疏水区 一般具有跨膜多肽区的内在膜蛋白称为一般具有跨膜多肽区

6、的内在膜蛋白称为穿膜蛋白穿膜蛋白。这是参与跨膜转运和信号传。这是参与跨膜转运和信号传递的蛋白质必须具备的特征。递的蛋白质必须具备的特征。 单次跨膜蛋白：具有唯一一个跨膜的肽单次跨膜蛋白：具有唯一一个跨膜的肽段。段。 多次跨膜蛋白：具有几个跨膜肽段。转多次跨膜蛋白：具有几个跨膜肽段。转运蛋白大多是多次跨膜蛋白。运蛋白大多是多次跨膜蛋白。C、糖类、糖类 生物膜中的糖类大多与生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合。膜蛋白结合。 血型糖蛋白血型糖蛋白A A，是生物化，是生物化学中第一个被研究的穿学中第一个被研究的穿膜糖蛋白。膜糖蛋白。 它的穿膜结构域是一个它的穿膜结构域是一个非常像含有非常像含有1919个疏水

7、氨个疏水氨基酸残基的基酸残基的-螺旋。螺旋。 细胞外部残基上还连有细胞外部残基上还连有许多亲水性寡糖，这些许多亲水性寡糖，这些寡糖的种类和位置决定寡糖的种类和位置决定了人的血型。了人的血型。2.2.2、生物膜的分子结构、生物膜的分子结构脂双层内在膜蛋白外周膜蛋白流动镶嵌模型的描述流动镶嵌模型的描述 膜蛋白看上去象是圆形的膜蛋白看上去象是圆形的“冰山冰山”漂浮漂浮在高度流动的脂双层在高度流动的脂双层“海海”中。内在膜中。内在膜蛋白插入或跨越脂双层，与疏水内部接蛋白插入或跨越脂双层，与疏水内部接触。外周膜蛋白与膜表面松散连接。生触。外周膜蛋白与膜表面松散连接。生物膜是一个动态结构，即膜中的蛋白质物

8、膜是一个动态结构，即膜中的蛋白质和脂可以快速的在双层的每一层内，侧和脂可以快速的在双层的每一层内，侧向扩散。向扩散。生物膜的两个主要特征生物膜的两个主要特征 1 1、膜组份的不对称分布性、膜组份的不对称分布性 2 2、生物膜的流动性、生物膜的流动性膜组分的不对称分布性膜组分的不对称分布性 脂在生物膜的内层和外层分布呈不对称性。脂在生物膜的内层和外层分布呈不对称性。以人红细胞质膜为例，鞘磷脂和磷脂酰胆碱以人红细胞质膜为例，鞘磷脂和磷脂酰胆碱占了外膜总脂含量的占了外膜总脂含量的80%80%以上；而在内膜上，以上；而在内膜上，占优势的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸。占优势的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸

9、。 膜蛋白在膜两侧的分布也是不对称的膜蛋白在膜两侧的分布也是不对称的。有的蛋白质镶嵌在脂双层表面，有的则有的蛋白质镶嵌在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。个膜。生物膜的流动性生物膜的流动性 组成生物膜的脂和蛋白处于快速的运组成生物膜的脂和蛋白处于快速的运动之中。动之中。 一个典型蛋白质分子在生物膜上的侧一个典型蛋白质分子在生物膜上的侧向扩散速率约为向扩散速率约为m/minm/min；而磷脂的；而磷脂的侧向扩散速率约为侧向扩散速率约为m/sm/s。 与侧向扩散相反，脂质（或蛋白质）与侧向扩散相反，脂质（或蛋白质）从膜的一面翻转到另一面的速

10、率非常从膜的一面翻转到另一面的速率非常缓慢。缓慢。Hop diffusion of individual lipid molecules.Hop diffusion of individual lipid molecules. The motion of a single fluorescent lipid molecule in a cell surface is recorded on video by fluorescence microscopy, with a time resolution of 25 s (equivalent to 40,000 frames/s). The t

11、rack shown here represents a molecule followed for 56 ms (a total of 2,250 frames); the trace begins in the purple area and continues through blue, green, and orange. The pattern of movement indicates rapid diffusion within a confined region (about 250 nm in diameter, shown by a single color), with

12、occasional hops into an adjoining region. This finding suggests that the lipids are corralled by molecular fences that they occasionally jump.通过细胞膜融合实验证明生物膜运动通过细胞膜融合实验证明生物膜运动性的示意图性的示意图带有特异性蛋白和不同带有特异性蛋白和不同荧光标记的不同细胞荧光标记的不同细胞融合初期融合初期3737C C保温保温40min40min后后2.2.3、跨膜转运、跨膜转运 细胞或细胞器需要经常与外界进行物细胞或细胞器需要经常与外界进行

13、物质交换以维持其正常的功能。质交换以维持其正常的功能。 细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸收所需要的养料，同时将细择性地吸收所需要的养料，同时将细胞生成的产物输出，并排出废物的过胞生成的产物输出，并排出废物的过程叫做程叫做跨膜转运跨膜转运。 在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜在各种物质跨膜转运过程中，细胞膜起着重要的调控作用。起着重要的调控作用。 被动运输被动运输 被动扩散、协助扩散（被动扩散、协助扩散（facilitated diffusion） 主动运输主动运输从热力学的观点看，物质的跨膜运输有从热力学的观点看，物质的跨膜运输有两种形式：两种形式：A、简

14、单扩散、简单扩散是一个热力学自发过程，不需要转运系统或分子的协助 疏水的、小的、不疏水的、小的、不带电荷的分子可以带电荷的分子可以自由的扩散通过脂自由的扩散通过脂双层。双层。 极性和带电荷的物极性和带电荷的物质不易通过脂双层。质不易通过脂双层。B、协助扩散、协助扩散也是一个热力学自发过程，但需要转运蛋白的协助 许多物质通过简单扩散过程穿过生物膜许多物质通过简单扩散过程穿过生物膜的速率远不能满足维持生命活动的需要，的速率远不能满足维持生命活动的需要，实际上，小分子的跨膜运输大都是通过实际上，小分子的跨膜运输大都是通过专一性运输蛋白的作用实现的。专一性运输蛋白的作用实现的。 转运蛋白具有两个基本特

15、点：转运蛋白具有两个基本特点：1 1）它们）它们只在热力学允许的方向上帮助小分子的只在热力学允许的方向上帮助小分子的运输；运输；2 2）它们对要转运的分子具有很）它们对要转运的分子具有很强的亲和性和专一性。强的亲和性和专一性。C、主动运输、主动运输需要供给能量 主动运输可以逆浓度梯度转运，但需要主动运输可以逆浓度梯度转运，但需要能量。能量。 主动运输可以利用不同形式的能源，常主动运输可以利用不同形式的能源，常用的是用的是 ATPATP。离子转运。离子转运ATPATP酶是一大类酶是一大类ATPATP驱动离子转运蛋白，几乎存在于所驱动离子转运蛋白，几乎存在于所有细胞器官中，它们的作用是制造和维有细

16、胞器官中，它们的作用是制造和维持跨质膜和细胞内器官的离子浓度梯度。持跨质膜和细胞内器官的离子浓度梯度。主动运输的特点主动运输的特点 1 1、专一性、专一性 2 2、运输速度可达到、运输速度可达到“饱和饱和”状态状态 3 3、方向性、方向性 4 4、选择性抑制、选择性抑制 5 5、需要提供能量、需要提供能量 小分子的运输小分子的运输 生物大分子的运输生物大分子的运输根据运输物质的分子大小，物质运输可根据运输物质的分子大小，物质运输可以分为：以分为：小分子的跨膜运输小分子的跨膜运输 小分子和离子跨膜运输除少数经简单扩小分子和离子跨膜运输除少数经简单扩散、离子载体运输外，多数借助于散、离子载体运输外

17、，多数借助于2 2种种类型的内在膜蛋白：类型的内在膜蛋白： 通道蛋白或孔蛋白通道蛋白或孔蛋白协助扩散协助扩散 转运蛋白转运蛋白协助扩散，主动运输协助扩散，主动运输通道蛋白和孔蛋白使溶质扩散过膜通道蛋白和孔蛋白使溶质扩散过膜 通道蛋白和孔蛋白是带有中央亲水通道通道蛋白和孔蛋白是带有中央亲水通道的跨膜蛋白。的跨膜蛋白。 大小、电荷和几何形状都合适的溶质可大小、电荷和几何形状都合适的溶质可以顺着浓度梯度经通道快速的扩散。以顺着浓度梯度经通道快速的扩散。 在动物细胞中含有许多通道蛋白，它们在动物细胞中含有许多通道蛋白，它们对某些离子高度特异。某些通道连续开对某些离子高度特异。某些通道连续开放，而另外一

18、些象个门，响应某些刺激放，而另外一些象个门，响应某些刺激或开或关。或开或关。转运蛋白通过构象变化转运蛋白通过构象变化实现物质跨膜运输实现物质跨膜运输 许多转运蛋白的作用象个许多转运蛋白的作用象个“门门”，它们可以，它们可以呈现出面向外或面向内的构象。当处于面向呈现出面向外或面向内的构象。当处于面向外构象的蛋白质结合一个特异的分子或离子外构象的蛋白质结合一个特异的分子或离子后，经过构象转换变成面向内的构象，被转后，经过构象转换变成面向内的构象，被转运的分子就在膜的内表面释放，然后转运蛋运的分子就在膜的内表面释放，然后转运蛋白又重新转换为面向外构象。白又重新转换为面向外构象。 转运蛋白构象的改变往

19、往是被结合的转运物转运蛋白构象的改变往往是被结合的转运物质激发的质激发的（葡萄糖）（葡萄糖）。在主动运输中，构象。在主动运输中，构象的改变是被的改变是被ATPATP的水解或其它能源驱动的的水解或其它能源驱动的（NaNa+ +, , K K+ +）。）。 葡萄糖首先与转运葡萄糖首先与转运蛋白（蛋白（GLUT1）的）的面向外构象结合，面向外构象结合，然后当转运蛋白构然后当转运蛋白构象改变时，葡萄糖象改变时，葡萄糖跨过脂双层。在面跨过脂双层。在面向细胞质一侧，葡向细胞质一侧，葡萄糖脱离转运蛋白，萄糖脱离转运蛋白，进入细胞质，而转进入细胞质，而转运蛋白又变回起始运蛋白又变回起始构象。构象。Na+,K+

20、的跨膜运输Na+,K+的跨膜运输 1 1、 NaNa+ +,K,K+ +- -ATPATP酶酶在膜内在膜内有钠的有钠的高亲和高亲和性位点性位点 2 2、与、与钠结合钠结合后可以后可以将将ATPATP的末端的末端的磷酸的磷酸基团转基团转移到酶移到酶上上 3 3、 酶的构酶的构象发生象发生变化，变化，NaNa+ +被运被运输到膜输到膜外外 4 4、 NaNa+ +的亲的亲和性降和性降低，同低，同时时K K+ +的的高亲和高亲和性位点性位点暴露暴露 5 5、 K K+ +结合结合同时同时NaNa+ +释放释放 6 6、 在在K K+ +存存在下，在下， ATPATP酶酶去磷酸去磷酸化化 7 7、 酶的构酶的构象发生象发生变化，变化， K K+ +被运被运输到膜输到膜内内 8 8、 K K+ +的亲的亲和性降和性降低。低。K K+ +释放，释放，同时同时NaNa+ +的高亲的高亲和性位和性位点暴露点暴露 NaNa+ +,K,K+ +- -ATPATP酶酶通过水通过水解解ATPATP提供的提供的能量主能量主动向外动向外运输运输NaNa+ +, ,输入输入K K+ + 生理意义：不