生物膜優(yōu)品課件

第四章生物膜第四章生物膜1第一節(jié)

生物膜的組成和結(jié)構(gòu)

概念化學(xué)組成生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型生物膜的特性第一節(jié)生物膜的組成和結(jié)構(gòu)概念2第一節(jié)

生物膜的組成和結(jié)構(gòu)一、概念生物膜是構(gòu)成細(xì)胞所有膜的總稱，包括圍在細(xì)胞質(zhì)外圍的質(zhì)膜和細(xì)胞器的內(nèi)膜系統(tǒng)。外周膜內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié)生物膜的組成和結(jié)構(gòu)一、概念外周膜3生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成、物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、細(xì)胞運(yùn)動等活動都與膜的作用有著密切的關(guān)系。隨著對膜研究的不斷深入，形成了一門新學(xué)科─膜生物學(xué)(MembraneBiology)。生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成4發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的實驗

實驗一：1895年，Overton研究各種未受精卵細(xì)胞的透性，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)很容易透過細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)穿透十分緩慢。

實驗二：1925年E.Gorter和F.Grendel用有機(jī)溶劑抽提人的紅細(xì)胞膜的膜脂成分，并測定膜脂單層分子在水面的鋪展面積，發(fā)現(xiàn)它為紅細(xì)胞表面積的兩倍。

實驗三：Danielli和Harvey分別于1931年和1935年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜的表面張力顯著低于油—水界面的表面張力，已知脂滴表面如吸附有蛋白質(zhì)成分時，表面張力則降低。

第四章生物膜優(yōu)品課件5實驗四：熒光抗體免疫標(biāo)記實驗：用抗鼠細(xì)胞膜蛋白的熒光抗體（顯綠色熒光）和抗人細(xì)胞膜蛋白的熒光抗體（顯紅色熒光）分別標(biāo)記小鼠和人的細(xì)胞表面，然后使兩種細(xì)胞融合。10分鐘后不同顏色的熒光在融合細(xì)胞表面開始擴(kuò)散，40分鐘后已分辨不出融合細(xì)胞表面綠色熒光或紅色熒光區(qū)域，如加上不同的濾光片則顯示紅色熒光或綠色熒光都均勻地分布在融合細(xì)胞表面。實驗結(jié)論？實驗四：熒光抗體免疫標(biāo)記實驗：用抗鼠細(xì)胞膜蛋白的熒光抗體（顯6實驗結(jié)論

實驗一：根據(jù)相似相溶原理，說明細(xì)胞膜表面應(yīng)存在脂類物質(zhì)。實驗二：說明細(xì)胞膜的脂類應(yīng)有兩層。實驗三：說明細(xì)胞膜表面還存在著蛋白質(zhì)。實驗四：說明細(xì)胞膜能流動。實驗結(jié)論

實驗一：根據(jù)相似相溶原理，說7二、化學(xué)組成膜脂膜蛋白糖類無機(jī)鹽金屬離子水二、化學(xué)組成膜脂81.膜脂

磷脂（主要）糖脂甾醇1.膜脂

磷脂（主要）9㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）㈡膜分子結(jié)構(gòu)的流動性隨著對膜研究的不斷深入，形成了一門新學(xué)科─膜生物學(xué)(MembraneBiology)。與簡單擴(kuò)散相比，協(xié)助擴(kuò)散有明顯的飽和效應(yīng)，即當(dāng)被運(yùn)輸物質(zhì)濃度不斷升高時，速度出現(xiàn)一個極限值，這是由于載體蛋白的數(shù)量限制造成的。吞噬作用：凡以大的囊泡形式內(nèi)吞較大的固體顆粒、直徑達(dá)幾微米的復(fù)合物、微生物及細(xì)胞碎片等的過程。（1）ATP驅(qū)動的主動運(yùn)輸細(xì)胞膜體系為能量的傳遞和轉(zhuǎn)換提供了必要D、以共價鍵結(jié)合的脂插膜（膜錨定蛋白）：Na+、K+-泵由α、β兩個亞基組成，其中α亞基跨膜，上有Na+、K+和ATP的結(jié)合位點。X=CH2CH2NH2是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接而成的化合物。突出了膜的流動性含有15個C的不飽和烴基⑴磷脂

甘油磷脂(主要)鞘磷脂㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）⑴磷脂甘油磷10R1

CCH2

CH

R2C

CHPCH2P_XX=–H磷脂酸

X=CH2CH2N+(CH3)3X=CH2CH2NH2X=–CH2ˉ

CH–COOH

NH2磷脂酰膽堿（卵磷脂）

磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）甘油磷脂甘油磷脂是兩性分子，分子中既有親水部分又有疏水部分。磷酸化的頭部呈親水性，兩條較長的碳?xì)渲ｆ湠槲膊?，呈疏水性。磷脂酰絲氨酸甘油為骨架R1CCH2CHR211鞘磷脂HHOCH3H3C-(CH2)12-CC-C-C-CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3

HOHN-HO-CH3

OCR1鞘氨醇鞘氨醇作骨架分子中有親水的磷酸化的頭部（膽堿或乙醇胺）和疏水的兩個碳?xì)滏?，其中一條來自鞘氨醇，另一條來自脂肪酸。脂肪酸以酰胺鍵連在鞘氨醇上。膽堿鞘磷脂鞘磷脂HH12由磷脂形成的雙層脂膜的示意圖在水溶液中兩性的磷脂分子為避免疏水部分接觸水分子而定向排列，形成脂雙層結(jié)構(gòu)。脂雙層中，磷脂分子的疏水基團(tuán)在內(nèi)部而親水的頭部在表面。由磷脂形成的雙層脂膜的示意圖在水溶液中兩性的磷脂分子為避免疏13（2）糖脂是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接而成的化合物。膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂HHH3C-(CH2)12-CC-C-C-CH2-O-半乳糖（葡萄糖）

HOHN-H

OCR1鞘氨醇半乳糖腦苷脂（鞘糖脂）（2）糖脂是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接而成的化合物。14（3）甾醇又名固醇，動物膜甾醇主要是膽固醇，植物膜甾醇含量較動物少，主要有谷甾醇、豆甾醇等。膽固醇Cholesterol（3）甾醇又名固醇，動物膜甾醇主要是膽固醇，植物膜甾醇152.膜蛋白⑴內(nèi)在蛋白⑵外周蛋白運(yùn)輸?shù)鞍走B接蛋白受體蛋白蛋白酶2.膜蛋白⑴內(nèi)在蛋白運(yùn)輸?shù)鞍走B接蛋白受體蛋白蛋白酶16疏水作用通過某些非極性氨基酸殘基與膜脂疏水部分相結(jié)合。這類蛋白被緊密連在膜上，并且不易溶于水。只有用破壞膜結(jié)構(gòu)的試劑如有機(jī)溶劑（氯仿）或去污劑（TritonX-100）才能把它們從膜中提取出來。（1）內(nèi)在蛋白疏水作用通過某些非極性氨基酸殘基與膜脂疏水部分相結(jié)合。這類蛋17

膜錨蛋白有些膜內(nèi)在蛋白本身并沒有進(jìn)入膜內(nèi)，他們以共價鍵與脂質(zhì)、脂酰鏈、異戊烯基團(tuán)相結(jié)合并通過他們的疏水部分插入到膜內(nèi)，這種形式的內(nèi)在蛋白稱為膜錨蛋白。膜錨蛋白有些膜內(nèi)在蛋白本身并沒有進(jìn)入膜內(nèi)，他們以共價鍵與脂18解析膜內(nèi)在蛋白（受體、離子通道、離子泵、運(yùn)載體和膜酶）的主要困難：膜內(nèi)在蛋白的分離純化難度很大，用較劇烈的條件（去垢劑、有機(jī)溶劑、超聲波）才能把它們?nèi)芙庀聛恚坏┏トス竸┖陀袡C(jī)溶劑，則疏水性的膜內(nèi)在蛋白又聚為不溶性的物質(zhì)；大多數(shù)膜內(nèi)在蛋白的含量都很低，即使應(yīng)用基因工程的方法來大量表達(dá)膜內(nèi)在蛋白亦很困難。目前所用的分析蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法對非水溶性的膜內(nèi)在蛋白的分析存在很大的局限性。解析膜內(nèi)在蛋白（受體、離子通道、離子泵、運(yùn)載體和膜酶19

單跨膜的血型糖蛋白A最先被測序的內(nèi)在蛋白(131AA)結(jié)合了大量唾液酸疏水AA殘基20親水AA殘基A、以單一螺旋跨膜膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合的主要形式：

單跨膜的血型糖蛋白A疏水AA殘基20親水AA殘基A、以單一20B、以多段

螺旋跨膜：發(fā)現(xiàn)于光合細(xì)菌中的細(xì)菌紫膜質(zhì)（235AA）1975年，英國HendersonandUnwinB、以多段螺旋跨膜：發(fā)現(xiàn)于光合細(xì)菌中的細(xì)菌紫膜質(zhì)（21

1998,美國MacKinnan實驗室獲得鏈霉菌倒錐形跨膜K+通道的晶體。4個亞單位，每個亞單位包括兩段跨膜螺旋。1998,美國MacKinnan22C、以蛋白質(zhì)分子末端片段插膜

有的膜內(nèi)在蛋白僅以其短的末端片段插進(jìn)脂雙層如：細(xì)胞色素b5（cytb5）

D、以共價鍵結(jié)合的脂插膜（膜錨定蛋白）：膜內(nèi)在蛋白本身并沒有進(jìn)入膜內(nèi)，它們以共價鍵與脂質(zhì)、脂酰鏈或異戊烯鏈結(jié)合并通過它們的疏水部分插入到膜內(nèi)。C、以蛋白質(zhì)分子末端片段插膜有的膜內(nèi)在蛋白僅以其23

糖基磷脂酰肌醇乙酰膽堿酯酶、堿性磷酸酯酶豆蔻酸（脂酰鏈）蛋白酪氨酸激酶法尼基（15C的異戊二烯基）

Ras蛋白

含有15個C的不飽和烴基糖基磷脂酰肌醇豆蔻酸（脂酰鏈）法尼基（15C的異戊二242、膜蛋白的分布不對稱因為細(xì)胞內(nèi)丙酮酸激酶的活性需要K+來維持，而該酶是糖酵解和蛋白質(zhì)生物合成時必需的。R1含有15個C的不飽和烴基膜蛋白只能做側(cè)向流動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其速度平均比膜脂小10-100倍.Robertson（1959年）：3、糖蛋白和糖脂中的多糖只H3C-(CH2)12-CC-C-C-CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3不直接靠ATP水解放能推動，靠離子或H+梯度形式貯存的能量。氧化磷酸化：化學(xué)能生物能脂肪酸以酰胺鍵連在鞘氨醇上。R1CCH2㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）生物膜的特性突出了膜的流動性實驗一：1895年，Overton研究各種未受精卵細(xì)胞的透性，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)很容易透過細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)穿透十分緩慢。pH、溫度、蛋白質(zhì)、離子強(qiáng)度等2、膜蛋白的分布不對稱25

（2）外周蛋白分布于膜的脂雙層內(nèi)外表面，通過極性氨基酸殘基以離子鍵、氫鍵、范德華力等次級鍵與膜脂極性頭部或與內(nèi)在蛋白的親水部分結(jié)合。比較易于分離，大都能溶于水，可在不破壞膜結(jié)構(gòu)的情況下，通過溫和方法（改變離子強(qiáng)度或pH）分離提取。（2）外周蛋白分布于膜的脂雙層內(nèi)263.糖類生物膜中的糖類大多與膜蛋白結(jié)合糖蛋白（信息識別）少數(shù)與膜脂結(jié)合糖脂3.糖類生物膜中的糖類大多與膜蛋白結(jié)合糖蛋白（信息27糖類在膜上的分布非對稱的，全部分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。質(zhì)膜上的糖細(xì)胞內(nèi)膜的糖糖類在膜上的分布非對稱的，全部分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。質(zhì)膜上28三、生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型流體鑲嵌模型1972年美國Singer和Nicolson提出，認(rèn)為生物膜是一種流動的、嵌有各種蛋白質(zhì)的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，其中蛋白質(zhì)猶如一座座冰山漂移在流動脂質(zhì)的海洋中。與過去模型的主要差別突出了膜的流動性顯示了膜蛋白分布的不對稱性三、生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型流體鑲嵌模型29研究簡史：研究簡史：30

E.Gorter和F．Grendel（1925）:

膜為雙脂分子層結(jié)構(gòu)。

Dadielli和Davson(1954)：

“蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”三夾板質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型J.D.Robertson（1959年）：

單位膜模型(unitmembranemodel)S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

E.Gorter和F．Grendel（1925）:31

四、生物膜的特性㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性㈡膜分子結(jié)構(gòu)的流動性四、生物膜的特性㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性32㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性1、膜脂的分布不對稱，即膜脂雙分子層內(nèi)外兩側(cè)的脂種類、含量不同，如人紅細(xì)胞質(zhì)膜：膜的外層卵磷脂、鞘磷脂較多膜的內(nèi)層腦磷脂、磷脂酰絲氨酸較多2、膜蛋白的分布不對稱

如線粒體內(nèi)膜中的NADH電子傳遞鏈各組分：Cyt氧化酶、琥珀酸脫氫酶在線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)Cytc在線粒體內(nèi)膜外側(cè)3、糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)線粒體內(nèi)外㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性1、膜脂的分布不對稱，即膜脂雙分子33（二）膜分子結(jié)構(gòu)的流動性膜的流動性主要是指膜脂及膜蛋白流動性。合適的流動性對生物膜表現(xiàn)其正常功能十分重要.（二）膜分子結(jié)構(gòu)的流動性膜的流動性主要是指膜脂及膜蛋白流動性34

膜脂的流動性膜脂的流動性主要決定于磷脂分子.在生理條件下,磷脂大多呈流動的液晶態(tài),磷脂在膜內(nèi)可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,翻轉(zhuǎn)運(yùn)動,側(cè)向運(yùn)動等.當(dāng)溫度降至一定值時,膜脂從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃凭w的凝膠態(tài),這個溫度稱為相變溫度.凝膠狀態(tài)也可再熔解為液晶態(tài)。各種膜脂由于組分不同而具有各自的相變溫度。膜脂的流動性膜脂的流動性主要決定于磷脂分子.35膜脂的幾種運(yùn)動方式：在膜內(nèi)做側(cè)向移動或側(cè)向擴(kuò)散；在脂雙層中的翻轉(zhuǎn)（慢）或旋轉(zhuǎn)；脂烴鏈的旋轉(zhuǎn)（C-C）導(dǎo)致異構(gòu)化磷脂分子的擺動影響因素：脂酰鏈的不飽和度及鏈長、膽固醇含量、pH、溫度、蛋白質(zhì)、離子強(qiáng)度等膜脂的幾種運(yùn)動方式：在膜內(nèi)做側(cè)向移動或側(cè)向擴(kuò)散；36第四章生物膜優(yōu)品課件37膜脂的流動性的大小與磷脂分子中脂肪酸鏈的長短及不飽和程度密切相關(guān)，鏈越短,不飽和程度越高,流動性越大.哺乳動物中膽固醇對膜脂流動性也有一定的調(diào)控作用,在生理條件下增加膽固醇的含量會降低膜的流動性，因為膽固醇的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)干擾了脂肪酸鏈的側(cè)向運(yùn)動。流動性還受環(huán)境溫度影響,在一定限度內(nèi),溫度升高,膜脂流動性增強(qiáng);溫度降低,流動性減弱.當(dāng)溫度降至一定值時,膜脂從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃凭w的凝膠態(tài),這個溫度稱為相變溫度.凝膠狀態(tài)也可再熔解為液晶態(tài).膜脂的流動性是不均勻的,在一定溫度下,有的膜脂處于凝膠態(tài),有的則呈液晶態(tài),處于液晶態(tài)的各膜脂的流動性也不完全相同，這種現(xiàn)象稱為“分相”。膜脂的流動性的大小與磷脂分子中脂肪酸鏈的長短及不飽和程度密切38

膜蛋白的流動性膜蛋白只能做側(cè)向流動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其速度平均比膜脂小10-100倍.膜蛋白的流動性膜蛋白只能做側(cè)向流動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其速度平均比39膜蛋白的運(yùn)動：側(cè)向擴(kuò)散（FryeandEdidin1970）

旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散細(xì)胞融合實驗?zāi)さ鞍椎倪\(yùn)動：側(cè)向擴(kuò)散（FryeandEdidin140

SingerandNicolson的流體鑲嵌模型（1972）膜的不對稱性：膜蛋白分布、脂質(zhì)的分布及脂肪酸鏈的長短、糖的分布膜的流動性：膜脂的流動性、膜蛋白的運(yùn)動性膜功能的實現(xiàn)：蛋白與蛋白的作用、蛋白與脂質(zhì)的作用、脂質(zhì)間的作用膜的不對稱性和流動性保證生物功能的實現(xiàn)：物質(zhì)運(yùn)輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、能量轉(zhuǎn)化、酶的催化反應(yīng)以及衰老均與膜的流動性有關(guān)。SingerandNicolson膜的不對稱性41第二節(jié)生物膜的功能物質(zhì)運(yùn)輸能量轉(zhuǎn)換信息傳遞識別第二節(jié)生物膜的功能物質(zhì)運(yùn)輸42一、物質(zhì)運(yùn)輸離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸、主動運(yùn)輸生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）生物膜是具有選擇通透性的屏障，細(xì)胞能主動地從環(huán)境中攝取所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，同時排出代謝產(chǎn)物和廢物，使細(xì)胞維持動態(tài)的恒定，這對于維持細(xì)胞的生命活動極為重要。一、物質(zhì)運(yùn)輸離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）43㈠離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸指物質(zhì)順濃度梯度，不需要消耗代謝能的運(yùn)輸方式。簡單擴(kuò)散

物質(zhì)順濃度梯度的單純的擴(kuò)散作用，不需借助載體。只有疏水分子及不帶電的極性小分子以此方式過膜。(（H2O、O2、CO2、尿素、乙醇)疏水分子不帶電的極性小分子協(xié)助擴(kuò)散

物質(zhì)順濃度梯度，需借助特定的載體蛋白的物質(zhì)運(yùn)輸。不帶電荷的較大的極性分子以及一些離子以此方式運(yùn)輸。不帶電荷的較大的極性分子㈠離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸指物質(zhì)順濃度44簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別協(xié)助擴(kuò)散需和膜上的專一性的膜運(yùn)輸?shù)鞍装l(fā)生可逆結(jié)合，在它們幫助下擴(kuò)散過膜。與簡單擴(kuò)散相比，協(xié)助擴(kuò)散有明顯的飽和效應(yīng)，即當(dāng)被運(yùn)輸物質(zhì)濃度不斷升高時，速度出現(xiàn)一個極限值，這是由于載體蛋白的數(shù)量限制造成的。簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別協(xié)助擴(kuò)散需和膜上的專一性的膜運(yùn)輸?shù)鞍?5簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別46紅細(xì)胞依靠葡萄糖轉(zhuǎn)

運(yùn)蛋白吸收葡萄糖紅細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是相對分子量45kD的內(nèi)在膜蛋白，以α-螺旋跨膜12次，形成一個中間圓孔，葡萄糖借助此蛋白的構(gòu)象變化穿越這個圓孔。胞外胞內(nèi)葡萄糖葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白葡萄糖結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白發(fā)生構(gòu)象變化葡萄糖擴(kuò)散到胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白構(gòu)象恢復(fù)質(zhì)膜葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)被己糖激酶磷酸化為6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖不是葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的底物?！獏f(xié)助擴(kuò)散紅細(xì)胞依靠葡萄糖轉(zhuǎn)

運(yùn)蛋白吸收葡萄糖紅細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是相47物質(zhì)逆濃度梯度的穿膜運(yùn)輸，需消耗代謝能，并需專一性的載體蛋白。（1）ATP驅(qū)動的主動運(yùn)輸Na+、K+的跨膜運(yùn)輸通過膜上的專一的載體——Na+、K+-泵被運(yùn)輸,Na+、K+-泵又稱Na+、K+-ATP酶，它通過水解ATP提供的能量主動向外運(yùn)輸Na+，向內(nèi)運(yùn)輸K+，每水解1分子ATP向膜外泵出3個Na+，向膜內(nèi)泵入2個K+。高K+低Na+高Na+低K+2.主動運(yùn)輸質(zhì)膜胞外胞內(nèi)2K+3Na+物質(zhì)逆濃度梯度的穿膜運(yùn)輸，需消耗代謝能，并需專一性的載體蛋白48Na+、K+-泵Na+、K+-泵由α、β兩個亞基組成，其中α亞基跨膜，上有Na+、K+和ATP的結(jié)合位點。Na+、K+-泵的作用機(jī)制，人們普遍接受的是構(gòu)象變化假說

α亞基β亞基內(nèi)外Na+、K+-泵有兩種構(gòu)象狀態(tài)E1和E2。磷酸化時呈E2狀態(tài),脫磷酸化時呈E1狀態(tài)E1與Na+親和力高，E2與K+親和力高。Na+可發(fā)動磷酸化，K+可發(fā)動脫磷酸化。Na+、K+-泵Na+、K+-泵由α、β兩個亞基組成，其中49細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)Na+Na+PPNa+K+PK+K+123456ATPADPNa+、Mg2+K+P細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)Na+Na+PPNa+K+PK+K+12345650Na+、K+-泵維持胞內(nèi)較高的K+濃度是很重要的。因為細(xì)胞內(nèi)丙酮酸激酶的活性需要K+來維持，而該酶是糖酵解和蛋白質(zhì)生物合成時必需的。

Na+、K+-泵維持胞內(nèi)較高的K+濃度是很重要的。51膜外Na+高，內(nèi)Na+低，本身有從外到內(nèi)的趨勢，貯存了能量。Na+順濃度梯度流向膜內(nèi)，葡萄糖利用Na+梯度提供的能量，通過專一的運(yùn)送載體，伴隨Na+一起進(jìn)入細(xì)胞，稱為協(xié)同運(yùn)輸。再由Na+、K+-泵將Na+泵出以保持膜兩側(cè)的Na+梯度。不直接靠ATP水解放能推動，靠離子或H+梯度形式貯存的能量。在動物中，形成這種梯度的離子通常是Na+,如葡萄糖被轉(zhuǎn)運(yùn)到小腸上皮細(xì)胞：外高Na+內(nèi)低Na+在細(xì)菌或植物中，很多情況下是由質(zhì)子梯度推動糖和氨基酸的運(yùn)輸稱H+/Na+-ATP酶（2）離子梯度驅(qū)動的主動運(yùn)輸葡萄糖質(zhì)膜協(xié)同運(yùn)輸需要2個組分：葡萄糖載體蛋白和K+Na+-ATP酶膜外Na+高，內(nèi)Na+低，本身有從外到內(nèi)的趨勢，貯存了能量。52協(xié)同運(yùn)輸(co-transport):是靠ATP提供能量,由ATP酶轉(zhuǎn)運(yùn)離子,在膜兩側(cè)建立離子濃度梯度,形成電化學(xué)動力驅(qū)動其他分子轉(zhuǎn)運(yùn)的一種運(yùn)輸方式.協(xié)同運(yùn)輸(co-transport):是靠ATP提供能量,由53質(zhì)膜對大分子化合物或顆粒不能通透，他們在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時都由膜包圍，形成細(xì)胞質(zhì)小泡，故稱膜泡運(yùn)輸。1.胞吐（外排）—exocytosis2.胞吞（內(nèi)吞）—endocytosis㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）質(zhì)膜對大分子化合物或顆粒不能通透，他們在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時都由膜包541.胞吐（exocytosis）

有些物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)被囊泡裹入形成分泌泡，逐漸移至細(xì)胞表面，最后與質(zhì)膜接觸、融合并向外排除，如胰島素的分泌。質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)1.胞吐（exocytosis）

有些物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)被囊泡裹552.胞吞（endocytosis）

細(xì)胞從外界攝入的大分子或顆粒，逐漸被質(zhì)膜的一小部分包圍而內(nèi)陷，隨后從質(zhì)膜上脫落下來形成含有攝入物質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)囊泡的過程。吞噬作用胞飲作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用2.胞吞（endocytosis）

細(xì)胞從外界攝入的大分子56吞噬作用：凡以大的囊泡形式內(nèi)吞較大的固體顆粒、直徑達(dá)幾微米的復(fù)合物、微生物及細(xì)胞碎片等的過程。如高等動物的免疫系統(tǒng)的巨噬細(xì)胞內(nèi)吞內(nèi)侵的細(xì)菌。胞飲作用：以小的囊泡形式將細(xì)胞周圍的微滴狀液體（直徑＜1微米）吞入細(xì)胞內(nèi)的過程。受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用：內(nèi)吞物（配體，是蛋白質(zhì)或小分子）與細(xì)胞表面的專一受體結(jié)合，并隨即引發(fā)細(xì)胞膜的內(nèi)陷，形成的囊泡將配體裹入并輸入細(xì)胞內(nèi)的過程。胞吞吞噬作用：凡以大的囊泡形式內(nèi)吞較大的固體顆粒、直徑達(dá)幾微米的57物質(zhì)運(yùn)輸㈠離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸主動運(yùn)輸㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）胞吐胞吞小結(jié)物質(zhì)運(yùn)輸㈠離子、小分子物58二、能量轉(zhuǎn)換光合作用：光能化學(xué)能氧化磷酸化：化學(xué)能生物能葉綠體類囊體膜線粒體內(nèi)膜（真核）；質(zhì)膜（原核）細(xì)胞膜體系為能量的傳遞和轉(zhuǎn)換提供了必要場所，在時間和空間上對能量的傳遞和轉(zhuǎn)換起著調(diào)節(jié)和控制作用。二、能量轉(zhuǎn)換光合作用：光能化學(xué)能葉綠體類囊體59三、信息傳遞細(xì)胞質(zhì)膜上存在有多種專一受體，以接受激素等胞間化學(xué)信號的作用信息。這些胞間信號稱為第一信使。第一信使與膜上的特定受體結(jié)合，引起受體蛋白構(gòu)象變化，繼而引起膜上G蛋白的激活并產(chǎn)生第二信使（胞內(nèi)信使）cAMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG）和Ca2+。進(jìn)而引起細(xì)胞內(nèi)一系列反應(yīng)---信號轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)境刺激激素受體G-蛋白效應(yīng)器cAMPIP3DGCa2+生理反應(yīng)CaM蛋白激酶三、信息傳遞細(xì)胞質(zhì)膜上存在有多種專一受體，以接受激素等胞間化60鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在氣孔關(guān)閉過程中協(xié)調(diào)許多離子通道和質(zhì)子泵活性。干旱信號或水分脅迫信號體現(xiàn)了通道蛋白和載體蛋白的整合作用結(jié)果。中國農(nóng)業(yè)大學(xué):ABAR研究小組張大鵬,《Nature》2006/10/19（種子發(fā)育、幼苗生長、葉片氣孔行為）鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在氣孔關(guān)閉過程中協(xié)調(diào)許多離子通道和質(zhì)子泵活性。體現(xiàn)61四、識別功能（膜上的糖蛋白）粘菌從單細(xì)胞營養(yǎng)型到多細(xì)胞聚集的粘結(jié)型豆科植物根系與根瘤菌間的識別植物界的自交不親和（禾本科作物）四、識別功能（膜上的糖蛋白）粘菌從單細(xì)胞營養(yǎng)型到多細(xì)胞聚集的62根瘤菌與寄主間的相互識別三葉草根毛細(xì)胞質(zhì)三葉草凝集素三葉草根瘤菌酸性多糖酸性多糖根瘤菌與寄主間的相互識別三葉草根三葉草三葉草根瘤菌酸性多糖酸63謝謝觀看謝謝觀看64第四章生物膜第四章生物膜65第一節(jié)

生物膜的組成和結(jié)構(gòu)

概念化學(xué)組成生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型生物膜的特性第一節(jié)生物膜的組成和結(jié)構(gòu)概念66第一節(jié)

生物膜的組成和結(jié)構(gòu)一、概念生物膜是構(gòu)成細(xì)胞所有膜的總稱，包括圍在細(xì)胞質(zhì)外圍的質(zhì)膜和細(xì)胞器的內(nèi)膜系統(tǒng)。外周膜內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié)生物膜的組成和結(jié)構(gòu)一、概念外周膜67生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成、物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、細(xì)胞運(yùn)動等活動都與膜的作用有著密切的關(guān)系。隨著對膜研究的不斷深入，形成了一門新學(xué)科─膜生物學(xué)(MembraneBiology)。生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成68發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的實驗

實驗一：1895年，Overton研究各種未受精卵細(xì)胞的透性，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)很容易透過細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)穿透十分緩慢。

實驗二：1925年E.Gorter和F.Grendel用有機(jī)溶劑抽提人的紅細(xì)胞膜的膜脂成分，并測定膜脂單層分子在水面的鋪展面積，發(fā)現(xiàn)它為紅細(xì)胞表面積的兩倍。

實驗三：Danielli和Harvey分別于1931年和1935年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜的表面張力顯著低于油—水界面的表面張力，已知脂滴表面如吸附有蛋白質(zhì)成分時，表面張力則降低。

第四章生物膜優(yōu)品課件69實驗四：熒光抗體免疫標(biāo)記實驗：用抗鼠細(xì)胞膜蛋白的熒光抗體（顯綠色熒光）和抗人細(xì)胞膜蛋白的熒光抗體（顯紅色熒光）分別標(biāo)記小鼠和人的細(xì)胞表面，然后使兩種細(xì)胞融合。10分鐘后不同顏色的熒光在融合細(xì)胞表面開始擴(kuò)散，40分鐘后已分辨不出融合細(xì)胞表面綠色熒光或紅色熒光區(qū)域，如加上不同的濾光片則顯示紅色熒光或綠色熒光都均勻地分布在融合細(xì)胞表面。實驗結(jié)論？實驗四：熒光抗體免疫標(biāo)記實驗：用抗鼠細(xì)胞膜蛋白的熒光抗體（顯70實驗結(jié)論

實驗一：根據(jù)相似相溶原理，說明細(xì)胞膜表面應(yīng)存在脂類物質(zhì)。實驗二：說明細(xì)胞膜的脂類應(yīng)有兩層。實驗三：說明細(xì)胞膜表面還存在著蛋白質(zhì)。實驗四：說明細(xì)胞膜能流動。實驗結(jié)論

實驗一：根據(jù)相似相溶原理，說71二、化學(xué)組成膜脂膜蛋白糖類無機(jī)鹽金屬離子水二、化學(xué)組成膜脂721.膜脂

磷脂（主要）糖脂甾醇1.膜脂

磷脂（主要）73㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）㈡膜分子結(jié)構(gòu)的流動性隨著對膜研究的不斷深入，形成了一門新學(xué)科─膜生物學(xué)(MembraneBiology)。與簡單擴(kuò)散相比，協(xié)助擴(kuò)散有明顯的飽和效應(yīng)，即當(dāng)被運(yùn)輸物質(zhì)濃度不斷升高時，速度出現(xiàn)一個極限值，這是由于載體蛋白的數(shù)量限制造成的。吞噬作用：凡以大的囊泡形式內(nèi)吞較大的固體顆粒、直徑達(dá)幾微米的復(fù)合物、微生物及細(xì)胞碎片等的過程。（1）ATP驅(qū)動的主動運(yùn)輸細(xì)胞膜體系為能量的傳遞和轉(zhuǎn)換提供了必要D、以共價鍵結(jié)合的脂插膜（膜錨定蛋白）：Na+、K+-泵由α、β兩個亞基組成，其中α亞基跨膜，上有Na+、K+和ATP的結(jié)合位點。X=CH2CH2NH2是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接而成的化合物。突出了膜的流動性含有15個C的不飽和烴基⑴磷脂

甘油磷脂(主要)鞘磷脂㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）⑴磷脂甘油磷74R1

CCH2

CH

R2C

CHPCH2P_XX=–H磷脂酸

X=CH2CH2N+(CH3)3X=CH2CH2NH2X=–CH2ˉ

CH–COOH

NH2磷脂酰膽堿（卵磷脂）

磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）甘油磷脂甘油磷脂是兩性分子，分子中既有親水部分又有疏水部分。磷酸化的頭部呈親水性，兩條較長的碳?xì)渲ｆ湠槲膊?，呈疏水性。磷脂酰絲氨酸甘油為骨架R1CCH2CHR275鞘磷脂HHOCH3H3C-(CH2)12-CC-C-C-CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3

HOHN-HO-CH3

OCR1鞘氨醇鞘氨醇作骨架分子中有親水的磷酸化的頭部（膽堿或乙醇胺）和疏水的兩個碳?xì)滏?，其中一條來自鞘氨醇，另一條來自脂肪酸。脂肪酸以酰胺鍵連在鞘氨醇上。膽堿鞘磷脂鞘磷脂HH76由磷脂形成的雙層脂膜的示意圖在水溶液中兩性的磷脂分子為避免疏水部分接觸水分子而定向排列，形成脂雙層結(jié)構(gòu)。脂雙層中，磷脂分子的疏水基團(tuán)在內(nèi)部而親水的頭部在表面。由磷脂形成的雙層脂膜的示意圖在水溶液中兩性的磷脂分子為避免疏77（2）糖脂是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接而成的化合物。膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂HHH3C-(CH2)12-CC-C-C-CH2-O-半乳糖（葡萄糖）

HOHN-H

OCR1鞘氨醇半乳糖腦苷脂（鞘糖脂）（2）糖脂是糖通過半縮醛羥基以糖苷鍵與脂質(zhì)連接而成的化合物。78（3）甾醇又名固醇，動物膜甾醇主要是膽固醇，植物膜甾醇含量較動物少，主要有谷甾醇、豆甾醇等。膽固醇Cholesterol（3）甾醇又名固醇，動物膜甾醇主要是膽固醇，植物膜甾醇792.膜蛋白⑴內(nèi)在蛋白⑵外周蛋白運(yùn)輸?shù)鞍走B接蛋白受體蛋白蛋白酶2.膜蛋白⑴內(nèi)在蛋白運(yùn)輸?shù)鞍走B接蛋白受體蛋白蛋白酶80疏水作用通過某些非極性氨基酸殘基與膜脂疏水部分相結(jié)合。這類蛋白被緊密連在膜上，并且不易溶于水。只有用破壞膜結(jié)構(gòu)的試劑如有機(jī)溶劑（氯仿）或去污劑（TritonX-100）才能把它們從膜中提取出來。（1）內(nèi)在蛋白疏水作用通過某些非極性氨基酸殘基與膜脂疏水部分相結(jié)合。這類蛋81

膜錨蛋白有些膜內(nèi)在蛋白本身并沒有進(jìn)入膜內(nèi)，他們以共價鍵與脂質(zhì)、脂酰鏈、異戊烯基團(tuán)相結(jié)合并通過他們的疏水部分插入到膜內(nèi)，這種形式的內(nèi)在蛋白稱為膜錨蛋白。膜錨蛋白有些膜內(nèi)在蛋白本身并沒有進(jìn)入膜內(nèi)，他們以共價鍵與脂82解析膜內(nèi)在蛋白（受體、離子通道、離子泵、運(yùn)載體和膜酶）的主要困難：膜內(nèi)在蛋白的分離純化難度很大，用較劇烈的條件（去垢劑、有機(jī)溶劑、超聲波）才能把它們?nèi)芙庀聛?，但一旦除去去垢劑和有機(jī)溶劑，則疏水性的膜內(nèi)在蛋白又聚為不溶性的物質(zhì)；大多數(shù)膜內(nèi)在蛋白的含量都很低，即使應(yīng)用基因工程的方法來大量表達(dá)膜內(nèi)在蛋白亦很困難。目前所用的分析蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的方法對非水溶性的膜內(nèi)在蛋白的分析存在很大的局限性。解析膜內(nèi)在蛋白（受體、離子通道、離子泵、運(yùn)載體和膜酶83

單跨膜的血型糖蛋白A最先被測序的內(nèi)在蛋白(131AA)結(jié)合了大量唾液酸疏水AA殘基20親水AA殘基A、以單一螺旋跨膜膜內(nèi)在蛋白與膜結(jié)合的主要形式：

單跨膜的血型糖蛋白A疏水AA殘基20親水AA殘基A、以單一84B、以多段

螺旋跨膜：發(fā)現(xiàn)于光合細(xì)菌中的細(xì)菌紫膜質(zhì)（235AA）1975年，英國HendersonandUnwinB、以多段螺旋跨膜：發(fā)現(xiàn)于光合細(xì)菌中的細(xì)菌紫膜質(zhì)（85

1998,美國MacKinnan實驗室獲得鏈霉菌倒錐形跨膜K+通道的晶體。4個亞單位，每個亞單位包括兩段跨膜螺旋。1998,美國MacKinnan86C、以蛋白質(zhì)分子末端片段插膜

有的膜內(nèi)在蛋白僅以其短的末端片段插進(jìn)脂雙層如：細(xì)胞色素b5（cytb5）

D、以共價鍵結(jié)合的脂插膜（膜錨定蛋白）：膜內(nèi)在蛋白本身并沒有進(jìn)入膜內(nèi)，它們以共價鍵與脂質(zhì)、脂酰鏈或異戊烯鏈結(jié)合并通過它們的疏水部分插入到膜內(nèi)。C、以蛋白質(zhì)分子末端片段插膜有的膜內(nèi)在蛋白僅以其87

糖基磷脂酰肌醇乙酰膽堿酯酶、堿性磷酸酯酶豆蔻酸（脂酰鏈）蛋白酪氨酸激酶法尼基（15C的異戊二烯基）

Ras蛋白

含有15個C的不飽和烴基糖基磷脂酰肌醇豆蔻酸（脂酰鏈）法尼基（15C的異戊二882、膜蛋白的分布不對稱因為細(xì)胞內(nèi)丙酮酸激酶的活性需要K+來維持，而該酶是糖酵解和蛋白質(zhì)生物合成時必需的。R1含有15個C的不飽和烴基膜蛋白只能做側(cè)向流動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其速度平均比膜脂小10-100倍.Robertson（1959年）：3、糖蛋白和糖脂中的多糖只H3C-(CH2)12-CC-C-C-CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3不直接靠ATP水解放能推動，靠離子或H+梯度形式貯存的能量。氧化磷酸化：化學(xué)能生物能脂肪酸以酰胺鍵連在鞘氨醇上。R1CCH2㈡生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）生物膜的特性突出了膜的流動性實驗一：1895年，Overton研究各種未受精卵細(xì)胞的透性，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)很容易透過細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)穿透十分緩慢。pH、溫度、蛋白質(zhì)、離子強(qiáng)度等2、膜蛋白的分布不對稱89

（2）外周蛋白分布于膜的脂雙層內(nèi)外表面，通過極性氨基酸殘基以離子鍵、氫鍵、范德華力等次級鍵與膜脂極性頭部或與內(nèi)在蛋白的親水部分結(jié)合。比較易于分離，大都能溶于水，可在不破壞膜結(jié)構(gòu)的情況下，通過溫和方法（改變離子強(qiáng)度或pH）分離提取。（2）外周蛋白分布于膜的脂雙層內(nèi)903.糖類生物膜中的糖類大多與膜蛋白結(jié)合糖蛋白（信息識別）少數(shù)與膜脂結(jié)合糖脂3.糖類生物膜中的糖類大多與膜蛋白結(jié)合糖蛋白（信息91糖類在膜上的分布非對稱的，全部分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。質(zhì)膜上的糖細(xì)胞內(nèi)膜的糖糖類在膜上的分布非對稱的，全部分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。質(zhì)膜上92三、生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型流體鑲嵌模型1972年美國Singer和Nicolson提出，認(rèn)為生物膜是一種流動的、嵌有各種蛋白質(zhì)的脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)，其中蛋白質(zhì)猶如一座座冰山漂移在流動脂質(zhì)的海洋中。與過去模型的主要差別突出了膜的流動性顯示了膜蛋白分布的不對稱性三、生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型流體鑲嵌模型93研究簡史：研究簡史：94

E.Gorter和F．Grendel（1925）:

膜為雙脂分子層結(jié)構(gòu)。

Dadielli和Davson(1954)：

“蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”三夾板質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型J.D.Robertson（1959年）：

單位膜模型(unitmembranemodel)S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

E.Gorter和F．Grendel（1925）:95

四、生物膜的特性㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性㈡膜分子結(jié)構(gòu)的流動性四、生物膜的特性㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性96㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性1、膜脂的分布不對稱，即膜脂雙分子層內(nèi)外兩側(cè)的脂種類、含量不同，如人紅細(xì)胞質(zhì)膜：膜的外層卵磷脂、鞘磷脂較多膜的內(nèi)層腦磷脂、磷脂酰絲氨酸較多2、膜蛋白的分布不對稱

如線粒體內(nèi)膜中的NADH電子傳遞鏈各組分：Cyt氧化酶、琥珀酸脫氫酶在線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)Cytc在線粒體內(nèi)膜外側(cè)3、糖蛋白和糖脂中的多糖只分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)一側(cè)線粒體內(nèi)外㈠膜分子結(jié)構(gòu)的不對稱性1、膜脂的分布不對稱，即膜脂雙分子97（二）膜分子結(jié)構(gòu)的流動性膜的流動性主要是指膜脂及膜蛋白流動性。合適的流動性對生物膜表現(xiàn)其正常功能十分重要.（二）膜分子結(jié)構(gòu)的流動性膜的流動性主要是指膜脂及膜蛋白流動性98

膜脂的流動性膜脂的流動性主要決定于磷脂分子.在生理條件下,磷脂大多呈流動的液晶態(tài),磷脂在膜內(nèi)可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,翻轉(zhuǎn)運(yùn)動,側(cè)向運(yùn)動等.當(dāng)溫度降至一定值時,膜脂從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃凭w的凝膠態(tài),這個溫度稱為相變溫度.凝膠狀態(tài)也可再熔解為液晶態(tài)。各種膜脂由于組分不同而具有各自的相變溫度。膜脂的流動性膜脂的流動性主要決定于磷脂分子.99膜脂的幾種運(yùn)動方式：在膜內(nèi)做側(cè)向移動或側(cè)向擴(kuò)散；在脂雙層中的翻轉(zhuǎn)（慢）或旋轉(zhuǎn)；脂烴鏈的旋轉(zhuǎn)（C-C）導(dǎo)致異構(gòu)化磷脂分子的擺動影響因素：脂酰鏈的不飽和度及鏈長、膽固醇含量、pH、溫度、蛋白質(zhì)、離子強(qiáng)度等膜脂的幾種運(yùn)動方式：在膜內(nèi)做側(cè)向移動或側(cè)向擴(kuò)散；100第四章生物膜優(yōu)品課件101膜脂的流動性的大小與磷脂分子中脂肪酸鏈的長短及不飽和程度密切相關(guān)，鏈越短,不飽和程度越高,流動性越大.哺乳動物中膽固醇對膜脂流動性也有一定的調(diào)控作用,在生理條件下增加膽固醇的含量會降低膜的流動性，因為膽固醇的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)干擾了脂肪酸鏈的側(cè)向運(yùn)動。流動性還受環(huán)境溫度影響,在一定限度內(nèi),溫度升高,膜脂流動性增強(qiáng);溫度降低,流動性減弱.當(dāng)溫度降至一定值時,膜脂從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃凭w的凝膠態(tài),這個溫度稱為相變溫度.凝膠狀態(tài)也可再熔解為液晶態(tài).膜脂的流動性是不均勻的,在一定溫度下,有的膜脂處于凝膠態(tài),有的則呈液晶態(tài),處于液晶態(tài)的各膜脂的流動性也不完全相同，這種現(xiàn)象稱為“分相”。膜脂的流動性的大小與磷脂分子中脂肪酸鏈的長短及不飽和程度密切102

膜蛋白的流動性膜蛋白只能做側(cè)向流動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其速度平均比膜脂小10-100倍.膜蛋白的流動性膜蛋白只能做側(cè)向流動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,其速度平均比103膜蛋白的運(yùn)動：側(cè)向擴(kuò)散（FryeandEdidin1970）

旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散細(xì)胞融合實驗?zāi)さ鞍椎倪\(yùn)動：側(cè)向擴(kuò)散（FryeandEdidin1104

SingerandNicolson的流體鑲嵌模型（1972）膜的不對稱性：膜蛋白分布、脂質(zhì)的分布及脂肪酸鏈的長短、糖的分布膜的流動性：膜脂的流動性、膜蛋白的運(yùn)動性膜功能的實現(xiàn)：蛋白與蛋白的作用、蛋白與脂質(zhì)的作用、脂質(zhì)間的作用膜的不對稱性和流動性保證生物功能的實現(xiàn)：物質(zhì)運(yùn)輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、能量轉(zhuǎn)化、酶的催化反應(yīng)以及衰老均與膜的流動性有關(guān)。SingerandNicolson膜的不對稱性105第二節(jié)生物膜的功能物質(zhì)運(yùn)輸能量轉(zhuǎn)換信息傳遞識別第二節(jié)生物膜的功能物質(zhì)運(yùn)輸106一、物質(zhì)運(yùn)輸離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸、主動運(yùn)輸生物大分子的跨膜運(yùn)輸（膜泡運(yùn)輸）生物膜是具有選擇通透性的屏障，細(xì)胞能主動地從環(huán)境中攝取所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，同時排出代謝產(chǎn)物和廢物，使細(xì)胞維持動態(tài)的恒定，這對于維持細(xì)胞的生命活動極為重要。一、物質(zhì)運(yùn)輸離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）107㈠離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸指物質(zhì)順濃度梯度，不需要消耗代謝能的運(yùn)輸方式。簡單擴(kuò)散

物質(zhì)順濃度梯度的單純的擴(kuò)散作用，不需借助載體。只有疏水分子及不帶電的極性小分子以此方式過膜。(（H2O、O2、CO2、尿素、乙醇)疏水分子不帶電的極性小分子協(xié)助擴(kuò)散

物質(zhì)順濃度梯度，需借助特定的載體蛋白的物質(zhì)運(yùn)輸。不帶電荷的較大的極性分子以及一些離子以此方式運(yùn)輸。不帶電荷的較大的極性分子㈠離子、小分子物質(zhì)的運(yùn)輸（穿膜運(yùn)輸）被動運(yùn)輸指物質(zhì)順濃度108簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別協(xié)助擴(kuò)散需和膜上的專一性的膜運(yùn)輸?shù)鞍装l(fā)生可逆結(jié)合，在它們幫助下擴(kuò)散過膜。與簡單擴(kuò)散相比，協(xié)助擴(kuò)散有明顯的飽和效應(yīng)，即當(dāng)被運(yùn)輸物質(zhì)濃度不斷升高時，速度出現(xiàn)一個極限值，這是由于載體蛋白的數(shù)量限制造成的。簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別協(xié)助擴(kuò)散需和膜上的專一性的膜運(yùn)輸?shù)鞍?09簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別110紅細(xì)胞依靠葡萄糖轉(zhuǎn)

運(yùn)蛋白吸收葡萄糖紅細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是相對分子量45kD的內(nèi)在膜蛋白，以α-螺旋跨膜12次，形成一個中間圓孔，葡萄糖借助此蛋白的構(gòu)象變化穿越這個圓孔。胞外胞內(nèi)葡萄糖葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白葡萄糖結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白發(fā)生構(gòu)象變化葡萄糖擴(kuò)散到胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白構(gòu)象恢復(fù)質(zhì)膜葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)被己糖激酶磷酸化為6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖不是葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的底物?！獏f(xié)助擴(kuò)散紅細(xì)胞依靠葡萄糖轉(zhuǎn)

運(yùn)蛋白吸收葡萄糖紅細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是相111物質(zhì)逆濃度梯度的穿膜運(yùn)輸，需消耗代謝能，并需專一性的載體蛋白。（1）ATP驅(qū)動的主動運(yùn)輸Na+、K+的跨膜運(yùn)輸通過膜上的專一的載體——Na+、K+-泵被運(yùn)輸,Na+、K+-泵又稱Na+、K+-ATP酶，它通過水解ATP提供的能量主動向外運(yùn)輸Na+，向內(nèi)運(yùn)輸K+，每水解1分子ATP向膜外泵出3個Na+，向膜內(nèi)泵入2個K+。高K+低Na+高Na+低K+2.主動運(yùn)輸質(zhì)膜胞外胞內(nèi)2K+3Na+物質(zhì)逆濃度梯度的穿膜運(yùn)輸，需消耗代謝能，并需專一性的載體蛋白112Na+、K+-泵Na+、K+-泵由α、β兩個亞基組成，其中α亞基跨膜，上有Na+、K+和ATP的結(jié)合位點。Na+、K+-泵的作用機(jī)制，人們普遍接受的是構(gòu)象變化假說

α亞基β亞基內(nèi)外Na+、K+-泵有兩種構(gòu)象狀態(tài)E1和E2。磷酸化時呈E2狀態(tài),脫磷酸化時呈E1狀態(tài)E1與Na+親和力高，E2與K+親和力高。Na+可發(fā)動磷酸化，K+可發(fā)動脫磷酸化。Na+、K+-泵Na+、K+-泵由α、β兩個亞基組成，其中113細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)Na+Na+PPNa+K+PK+K+123456ATPADPNa+、Mg2+K+P細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)Na+Na+PPNa+K+PK+K+123456114Na+、K+-泵維持胞內(nèi)