第章-细胞质膜与跨膜运输

30三月2023第章细胞质膜与跨膜运输第4章细胞质膜及跨膜运输学习内容：4.1质膜的化学组成4.2质膜的结构和特点4.3物质的跨质膜运输4.1质膜的化学组成膜脂(本书分类),分成4大类：①游离脂肪酸；②脂肪酸脂，如三酰甘油(triacylglycerol)和磷脂(phospholipid)；③类异戊二烯(isoprenoid)，如甾(固)醇(sterols)、甾醇酯(sterolesters)、多萜醇(dolichol)和发呢醇(farnesol)；④糖脂(glycolipid)。1Phosphoglycerides甘油磷脂，>50%膜脂总量膜脂的基本成分以甘油为骨架，主要有：①磷脂酰胆碱phosphatidylcholine，PC（卵磷脂）②磷脂酰丝氨酸phosphatidylserine，PS③磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolamine，PE（脑磷脂）④磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI④双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,DPG（心磷脂）

2Sphingolipids鞘脂,包括糖脂：都是鞘氨醇的衍生物。如:红细胞质膜中糖脂对ABO血型的决定

3Cholesterol胆固醇,分子结构(扁平环状)对磷脂尾部运动有干扰，加强膜的稳定性北大书的分类三种膜脂分子：都是两性分子，即同时具有亲水(红色部分)和疏水2种性质的分子。123MembranelipidsLipidsandLipidBilayerThechemicalstructureofmembranelipids固醇，甾醇豆固醇，豆甾醇Thebasicstructureofsteroidsisa4-ringhydrocarbon(碳氢化合物)哺乳动物细胞中，质膜胆固醇含量最高，内膜系统很低。大多数植物和细菌细胞质膜中没有胆固醇。植物通常含有豆甾醇、谷甾醇。书49页类异戊二烯(isoprenoids)：2膜蛋白(p51)生物膜的特定功能主要由蛋白质决定，一般功能越复杂的膜，其上的膜蛋白种类越多三种膜蛋白的类型：1)膜内在蛋白(intrinsicprotein)、跨膜蛋白:以蛋白的非极性疏水氨基酸与膜脂的非极性区相互作用而结合在质膜上，部分或全部镶嵌在细胞膜中。水不溶性蛋白，与质膜结合紧密(去垢剂处理才可分离)。2)外周蛋白(peripheralprotein)、外在膜蛋白：蛋白完全外露在脂双层的内侧或外侧，以非共价键(静电作用)附着在磷脂或其它蛋白极性部分。水溶性蛋白，高盐或碱性pH条件即可分离下来。3）脂锚定蛋白（Lipid-anchoredproteins）1)Integralproteinstypicallycontainoneormoretransmembranehelices－theypassentirelythroughthelipidbilayerandhavedomainsthatprotrudefromboththeextracellularandcytoplasmic

sidesofthemembrane.eg.Receptors,channels,transportersinvolvedinthemovementofionsandsolutesacrossthemembrane.2)peripheralproteinsarenoncovalently(非共价键)bondedtothepolarheadgroupsofthelipidbilayerand/ortoanintegralmembraneprotein.－theyarelocatedentirelyoutsideofthelipidbilayer,oneitherthecytoplasmicorextracellularside,yetareassociatedwiththesurfaceofthemembranebynoncovalentbonds.Eg.细胞膜骨架3)脂锚定蛋白：与膜脂的特定脂类以共价连接于膜上。虽位于外周，但改变pH或离子强度不能从膜上去除，需特定的酶才能释放。(Lipid-anchoredproteins)arecovalentlybondedtoalipidgroupthatresideswithinthemembrane.eg.G蛋白,Src,Ras蛋白质直接结合于脂双层蛋白质通过一个糖分子间接与脂双层结合内在整合蛋白的跨膜结构域，以-螺旋-折叠细菌外膜上的孔蛋白折叠方式跨膜Asymmetricdistribution膜内外两层组分和功能的差异，称膜的不对称性。Exteriorsurface(ES):细胞外表面Exteriorfacture(EF):细胞外小页断面Protoplasmfacture(PF):原生质小页断面Protoplasmsurface(PS):原生质表面

研究方法1:freeze-fracturereplicationP310冰冻蚀刻复型技术是生物膜结构的一种独特的样品制备技术。利用快速冷冻方法固定的生物组织块具有刚性和脆性。在对其施加外力后，组织往往在其结构相对“脆弱”的部位断裂，即膜脂双分子层的疏水端，从而显示出膜各个层面中的蛋白质颗粒。Asymmetricdistributionfreeze-fracturereplicationSolubilizationofmembraneproteinswithdetergentsStudyingmethod2:detergents不同去垢剂提取的膜蛋白比较Studyingmethod3:

X-raycrystallographyBacterialphotosyntheticreactioncenter--consistsofthreesubunitscontaining11membrane-spanninghelicesIdentifyingatransmembranedomainandhydropathyplotforglycophorin(血型糖蛋白)proteinsStudyingmethod4:predictedbybioinformatics质膜脂双层中磷脂(红色文字)和糖脂-都是位于脂双层的外侧(蓝色)的不对称分布。胆固醇几乎均等地分布在两侧单层中3膜糖p54Bloodgroupantigens4.2质膜的结构和特点流动镶嵌模型1972SingerNicolson1质膜的结构三明治模型（蛋白质的分布描述有差异）流体镶嵌模型：1不同的蛋白质镶嵌于脂双层的方式不同－不对称性；2膜具流动性(蛋白质、脂类)p56-57细胞膜的脂筏模型示意图Lipidraftmodel,1988在磷脂为主体的膜上，胆固醇、鞘磷脂等富集区域形成相对独立的“脂筏”，其上承载着执行特定生物功能的某些膜蛋白。1988，Simon正式提出“lipidrafts脂筏模型”：在以甘油磷脂为主题的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂相，如同漂浮在磷脂双分子层上的“脂筏”一样载着执行某种特定功能的各种膜蛋白。p139特性1：膜脂的流动\运动性(p58)Figure4-16同一侧的侧向运动靠尾部摆动的旋转运动双层分子之间的翻转运动疏水性羟基尾部不带电荷，没有极性，不能与水分子形成氢键，暴露于水中在能量上是不利的避免了疏水羟基尾暴露于水脂质体(liposome)：人工合成，把纯磷脂/磷脂酰胆碱加在水中，可自我装配，自动形成封闭的直径从25nm-1mm的球形小泡。(textPage51)电镜：显示膜双层结构的磷脂小泡－脂质体应用生物膜特性的研究模型-理论研究membraneresearch:membraneproteinscanbeinsertedintoliposomesandtheirfunctionstudiedinamuchsimplerenvironmentthanthatofa

naturalmembrane2)脂质体中裹入DNA可用于基因转移。3)作为生物大分子(如DNA)和药物的载体。LiposomeshavebeendevelopedasvehiclestodeliverdrugsorDNAmoleculeswithinthebody.膜的流动性(p59)膜脂的流动性和膜蛋白的运动－细胞进行生命活动的必要条件。荧光标记膜蛋白抗体鼠细胞为红色人细胞为蓝色病毒诱导的细胞融合几分钟后蛋白质开始交叉分布40分钟之后蛋白质的分布均匀Fluorescencerecoveryafterphoto-bleaching(FRAP)－荧光漂白恢复技术experimentscanquantifythelateralmovement(侧向运动)ofproteinsandlipidswithintheplasmamembrane.FrapvideoPE:磷脂酰乙醇胺Cl:胆固醇PI:磷脂酰肌醇SM：鞘磷脂PC:磷脂酰胆碱PS:磷脂酰丝氨酸特点之一：膜脂在细胞内外两侧分布的不对称性(p60)膜脂的特性2不对称性Redbloodcell红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影。质膜细胞骨架

(Theredbloodcell--erythrocyte):⑥带3蛋白(band3))红细胞膜蛋白②锚定蛋白(ankyrin)③带4.1蛋白(band4.1)④肌动蛋白(actin)①血影蛋白(spectrin)膜骨架蛋白⑦血型糖蛋白(glycophorin)膜蛋白⑤内收蛋白(adducin)TheresultsofSDS–polyacrylamidegelelectrophoresis(SDS–PAGE)usedtofractionatetheproteinsoftheerythrocytemembrane,whichareidentifiedatthesideofthegelPlasmamembraneglycolipidlipidPhosphoglyceridescholesterolPeripheralproteinIntegralproteinLipid-anchoredproteinproteinglycolipidCarbo-hydratesglycoproteinStructureandcharacteristicsofmembranesasymmetryandfluidityThechemicalcompositionofmembrane细胞质膜结构的研究简史

1.

E.Overton1895发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.

E.Gorter&F.Grendel1925用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞质膜由双层脂分子组成。3.

J.Danielli&H.Davson1935提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。4.

J.D.Robertson1959用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。5.S.J.S