环境生物化学基础生物膜

环境生物化学基础生物膜第3节生物膜得功能一、物质运输作用二、能量转换作用

三、信息传递作用四、细胞识别作用第1节生物膜得组成——电镜下表现出大体相同得形态、厚度6~9nm左右得3片层结构。1、概念生物膜就是构成细胞所有膜得总称,包括围在细胞质外围得质膜与细胞器得内膜系统外周膜内膜系统2、膜得化学组成(1)膜脂:主要就是磷脂、固醇与鞘脂。当磷脂分散于水相时,可形成脂质体。(2)膜蛋白(3)膜糖类(4)其她组分

生物膜得化学组成膜蛋白质(%)脂(%)糖(%)髓鞘人红细胞膜小鼠肝细胞膜大鼠肝细胞核膜内质网系膜线粒体外膜线粒体内膜菠菜叶绿体片层膜18494659675276707943543533482430382-42、92、4(1-2)膜脂

生物膜中得脂质以磷脂为主体,还有胆固醇、糖脂、硫脂等。(一)磷脂膜磷脂主要就是甘油磷酸二酯,她们以甘油为骨架,甘油分子中C1与C2处得羟基分别与两个脂肪酸得羧基酯化。C3羟基则与磷酸酯化,所得化合物称为磷脂酸(PA)(或二酰基甘油-3-磷酸),她就是最简单得甘油磷脂,在膜中含量较少。但生物膜中主要得甘油磷脂都就是从她衍生出来得。R1

CCH2

CH

R2C

CHPCH2P_XX=–H磷脂酸

X=CH2CH2N+(CH3)3X=CH2CH2NH2X=–CH2¯CH–COOH

NH2磷脂酰胆碱(卵磷脂)

磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)甘油磷脂磷脂酰丝氨酸甘油为骨架甘油磷脂就是两性分子,分子中既有亲水部分又有疏水部分。磷酸化得头部呈亲水性,两条较长得碳氢脂酰链为尾部,呈疏水性。鞘脂类——由1分子脂肪酸,1分子鞘氨醇或其衍生物,以及1分子极性头基团组成。鞘脂类鞘磷脂类脑苷脂类(糖鞘脂)神经节苷脂类

大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静(二)固醇类化合物固醇就是一类重要得膜脂。

(三)糖脂糖脂也就是构成生物膜得结构物质。二、膜蛋白生物膜中存在得蛋白质称为膜蛋白。根据膜蛋白与膜脂相互作用得方式及其在膜上得定位,可将其分为嵌入蛋白与外周蛋白两类。(一)外周蛋白外周蛋白也称外在蛋白,约占膜蛋白得20%～30%。外周蛋白得特征就是都能溶于水。(二)内在蛋白内在蛋白也称嵌入蛋白、内嵌蛋白,约占膜蛋白总量得70％～80％。内在蛋白得特征就是不溶于水。三、糖类生物膜中含有一定量得寡糖类物质。通常以糖蛋白与糖脂得形式存在。不同生物膜所含糖得量差异较大。一般在真核细胞得质膜上很丰富,但很少存在于细胞内膜上。生物膜中组成寡糖得单糖主要就是葡萄糖、半乳糖、半乳糖胺、甘露糖与葡萄糖胺等。质膜中所有糖脂与糖蛋白中得糖基均暴露在细胞外表面并且呈现不对称分布。糖残基得这种定位分布,对生物膜得信息传递、细胞间得通讯联络与相互识别具有重要意义。

四、其她膜组分生物膜化学组成中除上述脂类、蛋白质与糖类等宏量物质外,还含有少量无机盐类。其中以金属离子得作用最为重要,在这里金属离子或以金属蛋白辅因子发挥作用;或以盐桥连接蛋白质与脂质;或以调节剂参与调节膜蛋白得生物功能,等等。水作为生物膜得一种特殊成分存在并发挥作用。生物膜中得含水量约为膜物质重得30%,其中大部分就是呈液晶状得结合水,另有少量得自由水。水分子可能参与膜蛋白分子与脂质分子极性基团间氢键得形成,以维持膜得稳定性与有序排列。

第2节生物膜得结构一、生物膜组分间存在得相互作用(一)静电力(二)氢键(三)范德华力(四)疏水相互作用二、生物膜得分子结构(1)双层脂分子构成(E、Gorter,F、Grendel,1925)(2)三明治式结构模型(H、Davson,J、F、Danielli,1935)(3)单位膜模型(J、D、Robertson,1959)(4)流动镶嵌模型(S、J、Singer,G、Nicolson,1972)(一)脂双层模型

1925年,荷兰科学家Gorter与Grendel对红细胞膜进行了实验研究与理论分析计算。因而她们提出了著名得脂双层模型。这一模型认为,在生物膜中,磷脂、糖脂等分子形成了特有得脂双层结构。脂双层模型(二)“三夹板”模型

1935年,Danielli与Davson提出,生物膜主要由蛋白质与脂质分子组成,球状蛋白质分子以单层覆盖在脂质双层两侧,因而形成蛋白质一脂质一蛋白质得“三明治”或“三夹板”式结构。

“三夹板”模型(三)单位膜模型

1964年Robertson提出了单位膜模型,以反映这种结构具有普遍性。单位膜模型与“三夹板”模型不同之处在于脂双层两侧蛋白质分子系以β折叠形式存在,而且呈不对称性分布。单位膜模型(四)流动镶嵌模型

1972年,美国科学家Singer与Nicolson提出生物膜结构得流动镶嵌模型。流动镶嵌模型流动镶嵌模型认为:(1)生物膜得基质就是脂质双分子层结构;(2)膜脂质分子中得脂肪酸在细胞得正常温度下呈液体状态,因此,脂质双分子层具有流动性;(3)膜内嵌蛋白得表面具有疏水得氨基酸侧链,使这类蛋白“溶解”于双分子层得中心部分中;(4)膜外周蛋白得表面主要含有亲水性侧链,借助静电与带电荷得脂质双分子层得极性头部连接;(5)膜蛋白可在脂质双分子层表面或内部作横向移动。流动镶嵌模型与过去提出得各种膜模型得主要区别在于:一就是突出了膜流动性,认为膜就是由脂质与蛋白质分子按二维排列得流体;二就是突出了膜蛋白分布得不对称性。(五)板块镶嵌模型

1977年Join与White于提出得板块镶嵌模型。这个模型认为,在流动得脂质双分子层中存在着许多大小不同,刚度较大得彼此独立移动得脂质“板块”(有序结构区)。板块镶嵌模型三、生物膜结构得组分分布不对称性与流动性(一)膜组分为两侧不对称分布实验证明,组成生物膜得脂质、蛋白质与糖类在膜两侧得分布都就是不对称得。膜脂、膜蛋白与糖得不对称分布,必然导致膜内外两侧生物功能得差异。这一特性具有重要得生理意义。(二)膜得流动性膜得流动性主要就是指膜蛋白及膜脂得运动状态。流动性就是生物膜结构得主要特征。

1、蛋白得流动性膜蛋白得流动性包括膜蛋白得侧向扩散与膜蛋白得旋转扩散。

2、膜脂得流动性膜脂得基本组分就是磷脂,膜脂得流动性主要决定于磷脂。磷脂得运动有以下几种方式:第一,烃链围绕C—C键旋转而导致异构化运动;第二,围绕与膜平面相垂直得轴左右摆动;第三,围绕与膜平面相垂直得轴做旋转运动;第四,在膜内作侧向扩散或侧向移动;第五,在脂双层中作翻转运动。

图3、7膜脂得流动方式膜脂得流动方式第3节生物膜得功能一、物质运输作用

根据运输过程中就是否需要消耗能量,把膜对物质得运输分为被动运输与主动运输两种类型。膜得被动运输与主动运输(一)被动运输物质从高浓度一侧,通过膜运输到低浓度一侧,即顺浓度梯度得方向跨膜运送,不需要能量得输人,称为被动运输。1、简单扩散2、易化扩散

自由扩散协助扩散膜得被动运输(二)主动运输主动运输就是在外加能量驱动下,物质从膜得一侧跨越到另一侧得转运过程。即凡物质逆浓度梯度、需要专一性得载体蛋白协助并需要供给能量得运输过程叫主动运输。主动运输得物质可以就是离子、小分子化合物,也可以就是大分子物质。膜得主动运输主动运输具有得特点为:①膜具有专一性。②有载体蛋