生物物理課12省公開課一等獎全國示范課微課金獎課件

生物物理學(第二部分)隋森芳（.11.7）第1頁什么是生物物理學？第2頁生物物理學定義是生物物理學領域幾乎每一本教科書都難以回答問題！

要從物理科學與生物科學之間關(guān)系來認識生物物理學！

第3頁生物物理學關(guān)鍵是生物學！

第4頁生物物理學基本思緒是

相互作用(interactions)！

第5頁G蛋白偶聯(lián)受體對腺苷酸環(huán)化酶激活路徑示意圖第6頁G蛋白介導跨膜信號傳導

Epinephrinebindstoaspecificreceptor.

TheoccupiedreceptorcausesthereplacementoftheGDPboundtoGsbyGTP,activatingGs.GTPGDP

Gs(asubunit)movestoadenylatecyclaseandactivatesit.ATPcAMP

Adenylatecyclasecatalyzestheformationof3’,5’-cyclicAMP.項目切入點第7頁生物物理學(二)研究對象第8頁生物膜基本結(jié)構(gòu)特征膜主要是由脂類(lipid)和蛋白質(zhì)以非共價鍵相互作用結(jié)合而成二維流動體系。脂類分子呈連續(xù)雙分子層(bilayer)排列。膜含有雙親性(amphipathicnature)。蛋白質(zhì)相對于脂雙層不一樣鑲嵌方式。生物膜中各種組分分布是高度不對稱。第9頁生物膜主要功效它們是把細胞分割成一個個“小室”(compartment)物理屏障。它們含有選擇通透性。它們是“小室”間傳遞化學信息和能量介面。它們?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成、加工與修飾、分選與定位，提供了工作平臺和輸運載體。第10頁1.對生物膜結(jié)構(gòu)認識第11頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1765年,BenjaminFranklin將橄欖油倒入Commen池塘中，注意到由風所吹起水面微波被平息了。注意到一樣數(shù)量油永遠覆蓋一樣大小面積。Franklin還計算到（依據(jù)油量和面積）油層厚度是25?，而且“它不可能擴展得更薄了。事實證實，用當代方法測定橄欖油單分子層厚度幾乎與Franklin當初估算一樣！第12頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1902年，E.Overton發(fā)覺分子極性越大，進入細胞速度越小；增加分子非極性基團，分子進入細胞速度增加；基于脂溶性物質(zhì)輕易透過質(zhì)膜，Overton提出質(zhì)膜是由一層薄類脂所組成。------Vjschr.NaturforschGes.Zurich44(1899)88-98.第13頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1917年，Langmuir發(fā)覺脂肪酸放在水和空氣界面上形成單分子膜---Langmuirfilm.第14頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1925年，E.GorterandF.Grendel

從紅細胞膜抽提出磷脂，用表面天平測出被抽提出磷脂鋪成單層膜時所占有面積大約是紅細胞表面積2倍。提出雙分子類脂層是細胞膜基本結(jié)構(gòu)。------J.Exp.Med.41(1925)439-443.第15頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1935年，J.F.DanielliandH.Davson胎魚卵脂滴試驗：卵脂滴表面張力低，而純化后脂滴表面張力大大提升；純化后脂滴表面吸附蛋白之后，表面張力降低大大提升；提出兩層球蛋白層夾著脂雙分子層三夾層結(jié)構(gòu)（theunitmembranemodel）.第16頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1972年，S.J.SingerandG.Nicholson，提出液體鑲嵌模型（Thefluidmosaicmodel）：強調(diào)膜結(jié)構(gòu)流動性強調(diào)膜組分不對稱性膜蛋白以不一樣鑲嵌方式與膜結(jié)合------Science175(1972)720-731.第17頁第18頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1977年，M.K.JainandH.B.White，提出板塊模型：在流動類脂雙分子層中存在許多大小不一樣，剛度較大彼此獨立移動類脂板塊（有序結(jié)構(gòu)板塊）。所以，膜平面實際上是由組織結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)不一樣許多板塊組成。膜功效多樣性可能與板塊性質(zhì)和改變相關(guān)。

------Adv.LipidRes.15(1977)1-60.第19頁第20頁對生物膜結(jié)構(gòu)認識1997年，K.Simons，細胞膜中功效化筏(Functionalraftsincellmanbrane):細胞質(zhì)膜上存在一些特殊疇結(jié)構(gòu)域微區(qū)。它們富含糖基鞘磷脂，膽固醇和鞘磷脂，4oC不溶于非離子型去污劑Triton－X100。這種特殊微疇結(jié)構(gòu)域提供了一個能夠側(cè)向移動平臺（筏）。一些蛋白選擇性地富集于筏上，而另一些蛋白質(zhì)則排擠出筏。功效：膜分選與運輸；信號傳導等。------Simons&Ikonen,Nature387(1997)569-572第21頁caveolin第22頁2.生物膜基本組成第23頁生物膜基本組成第24頁生物膜基本組成(一)細胞質(zhì)膜細胞內(nèi)膜系統(tǒng)膜與細胞骨架第25頁生物膜基本組成細胞質(zhì)膜

全部細胞表面都包圍著一層膜，在動物細胞中，我們通常將其稱為質(zhì)膜(plasmamembrane)。而對于其它生物體，則依據(jù)其細胞種類分別稱為細胞質(zhì)膜(cytoplasmicmembrane)、表面膜(surfacemembrane)、原生質(zhì)膜(plasmalemma)等。這層質(zhì)膜組成了細胞質(zhì)與外環(huán)境反應界面，是細胞對全部胞外刺激產(chǎn)生最初反應地方。全部營養(yǎng)物質(zhì)都要經(jīng)過它進入細胞；全部排泄、分泌分子也要經(jīng)過它排出細胞。第26頁生物膜基本組成細胞質(zhì)膜一些非離子小分子－如水、尿素、O2、CO2、甘油等，及許多脂溶性分子能夠自由經(jīng)過細胞質(zhì)膜。而葡萄糖(glucose)和氨基酸(aminoacid)等分子跨膜運輸則需要一些特定膜蛋白形成轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。離子跨膜運輸也需要專門轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，如，Na+-K+-ATP酶是利用蛋白水解ATP能量把Na+運出細胞，把K+運進細胞；Ca2+ATP酶則是把Ca2+泵到胞外。胰島素(insulin)等多肽類激素能夠與質(zhì)膜外表面受體蛋白結(jié)合，引發(fā)膜內(nèi)表面響應，然后將信號傳遞到細胞內(nèi)。第27頁生物膜基本組成細胞內(nèi)膜系統(tǒng)：

與原核細胞不一樣，真核細胞含有復雜內(nèi)膜系統(tǒng)，即細胞質(zhì)中有許多膜性細胞器(membrane-boundorganelle)。第28頁細胞內(nèi)膜系統(tǒng)：線粒體

線粒體(mitochondria)是真核細胞能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。線粒體含有高度特異化兩層膜結(jié)構(gòu)，即外膜(outermembrane)和內(nèi)膜(innermembrane)，其直徑約1

m。

線粒體外膜含有大量孔道蛋白(porin),它們穿越磷脂雙分子層形成大水溶性通道。這些通道對于分子量小于10kd分子是自由通透。

線粒體內(nèi)膜以高度折疊形式形成嵴(cristae)狀結(jié)構(gòu)，以增加總內(nèi)表面積。線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)含量很高，按重量計算，蛋白質(zhì)約占70％，脂類約占30％。

內(nèi)膜上許多蛋白質(zhì)是與其能量轉(zhuǎn)換功效相關(guān)，一組是呼吸鏈電子傳遞酶復合體，其功效是引導電子有序地從一個載體蛋白傳遞到另一個載體蛋白；另一組是ATP合成酶復合體，用于催化ATP合成。第29頁第30頁細胞內(nèi)膜系統(tǒng)：溶酶體

溶酶體(lysosome)是細胞內(nèi)主要消化系統(tǒng)，內(nèi)含大量酸性水解酶(包含磷酸酶、硫酸酶、酯酶、蛋白酶和糖苷酶等)，用于把多肽、多糖、多聚核苷酸、糖脂等水解成單體。溶酶體內(nèi)水解酶最適pH值為5，這個低pH值微環(huán)境是由溶酶體膜上質(zhì)子ATP酶維持。待水解生物大分子經(jīng)過內(nèi)吞小泡(endocyticcompartent)進入溶酶體。

溶酶體酶在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成，溶酶體在transGolgi面形成。第31頁細胞內(nèi)膜系統(tǒng):內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體(Golgiapparatus)膜將細胞質(zhì)與其圍成腔隔開。

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(roughendoplasmicreticulum)可能直接與核膜相連,其細胞質(zhì)面附著著大量核糖體，是膜蛋白合成場所。

滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum)則是合成膜脂場所,包含磷脂和膽固醇。滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體膜上都能夠進行蛋白和脂糖基化。

高爾基體參加蛋白質(zhì)和脂類分選與定向運輸。

高爾基體還參加蛋白聚糖(proteoglycans)合成,參加這些反應酶也主要集中于trans高爾基體膜上。第32頁細胞內(nèi)膜系統(tǒng):膜囊泡細胞內(nèi)有許許多多膜囊泡(membranevesicle)，它們主要參加各種各樣運輸過程。這些膜囊泡將蛋白和脂類運向細胞內(nèi)特定地點，同時，它們還是胞吐作用(exocytosis)和胞吞作用(endocytosis)載體。第33頁細胞內(nèi)膜系統(tǒng)：核膜

真核生物遺傳物質(zhì)被核膜(nuclearmembrane)所包圍(細胞處于分裂時除外)。

核膜由內(nèi)膜與外膜組成。核膜內(nèi)外膜是連續(xù)，這一點與線粒體內(nèi)外膜分離是不一樣。內(nèi)核膜上連接著染色質(zhì)(chromatin)；外核膜表面結(jié)合著核糖體(ribosome)，而且其一些區(qū)域與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum)膜相連。

核膜上面有核孔。核孔參加調(diào)整生物大分子在核基質(zhì)與細胞質(zhì)之間運輸。蛋白進入核內(nèi)是ATP依賴性過程，而且還需要特定氨基酸定位序列。核孔直徑約７nm，允許直徑9nm以下分子自由經(jīng)過,說明核孔是有一定柔性。第34頁生物膜基本組成膜與細胞骨架：細胞骨架能夠穩(wěn)定細胞膜,維持細胞形狀。Membrane-attachedcytoskeletalnetworksprovidemechanicalsupporttoplasmamembrane.是維持紅細胞耐性及變形性主要組分。第35頁SDSpolyacrylamide-gelelectrophoresistheproteinsinthehumanredbloodcellmembrane紅細胞膜骨架蛋白：血影蛋白(spectrin)錨蛋白（ankyrin〕膜整合帶3蛋白(Band3)血型糖蛋白(glycophorin)帶4.1蛋白(band4.1)肌動蛋白(actin)第36頁SpectrinmoleculesfromhumanredbloodcellsEachspectrinheterodimerconsistsoftwoantiparallelpolypeptidechains.第37頁Spectrin-basedcytoskeletononthecytoplasmicsideofthehumanredbloodcellmembrane第38頁

血影蛋白(spectrin)是紅細胞中一個主要膜連接蛋白(membrane-associatedprotein)。已經(jīng)有證據(jù)表明，血影蛋白可能經(jīng)過三種方式非價鍵與質(zhì)膜結(jié)合。

血影蛋白能夠經(jīng)過錨蛋白（ankyrin）與膜整合蛋白帶3蛋白(Band3)連接，從而橋連到膜上。帶3蛋白是鑲嵌在質(zhì)膜上內(nèi)在蛋白。錨蛋白N端與帶3蛋白結(jié)合，其另一端與血影蛋白結(jié)合。

血影蛋白還能夠經(jīng)過帶4.1蛋白(band4.1)與膜上血型糖蛋白(glycophorin)連接。

另外，血影蛋白還能夠直接與質(zhì)膜內(nèi)表面帶有負電荷絲氨酸磷脂(PS)結(jié)合。第39頁第40頁

正常紅細胞外形呈雙凹型，當病變時，如一些溶血性貧血癥，紅細胞可展現(xiàn)異常形態(tài):球形(遺傳性球形紅細胞增多癥，hereditaryspherocytosisHS)，橢圓形(遺傳性橢圓形紅細胞增多癥，hereditaryelliptocytosisHE)，卵圓形(遺傳性卵圓形紅細胞增多癥，hereditaryovalocytosisHO)這些病人紅細胞形態(tài)改變原因，多是因為先天性膜骨架蛋白缺失或變異所致。第41頁球形,HS(hereditaryspherocytosis):spectrin，ankyrin,橢圓形,HE(hereditaryelliptocytosis):spectrin,Band4.1,glycorin卵圓形,HO(hereditaryovalocytosis):Band3第42頁整合素蛋白與細胞骨架結(jié)合：很多細胞外基質(zhì)分子中含有RGD（Arg－Gly－Asp）序列，這是整合素蛋白一個通用識別序列。與胞外基質(zhì)分子結(jié)合，能夠引發(fā)整合素蛋白聚集以及細胞骨架組裝。很多胞質(zhì)蛋白參加了細胞骨架重組過程，如talin，paxillin，vinculin等，它們能夠與整合素蛋白

亞基胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域相互作用，同時又能夠與actin纖維結(jié)合，將整合素蛋白與細胞骨架連接起來。第43頁Amodelforhowtransmembranelinkerglycoproteinsintheplasmamembraneconnectintracellularmatrixatafocalcontact.第44頁生物膜基本組成(二)膜脂磷脂糖脂固醇膜蛋白第45頁膜脂

細胞中含有兩種脂類。一個屬非極性脂質(zhì)，如由脂肪酸與甘油酯化所形成三酯。它們是一類疏水脂質(zhì)，稱為真脂。另一類屬極性脂質(zhì)，這種脂質(zhì)分子含有一個親水頭部（即極性端）和一個疏水尾部（即非極性端），含有雙親性（amphipathic或amphiphilic）特點，這種脂質(zhì)稱為類脂。生物膜中脂類，大都是極性脂質(zhì)，主要包含三種類型：磷脂（phosnholipid）、固醇（sterol）和糖脂（glycolipid）。

l微米×l微米面積類脂雙層膜（lipidbilayer）大約有5×106個類脂分子。第46頁1)磷脂

含有磷酸基團脂類稱為磷脂。它們是生物膜中最主要脂類。磷脂分子都含有親水極性頭部和疏水尾鏈。這兩部分經(jīng)過甘油骨架或神經(jīng)鞘氨醇(sphingosine)骨架相連接，甘油骨架在原核和真核細胞膜中都廣泛存在，而神經(jīng)鞘氨醇骨架則主要存在于動物中。第47頁以甘油為骨架磷脂即甘油分子中三個羥基有兩個與高級脂肪酸形成酯，另一個與磷酸衍生物形成酯：其中R1、R2為脂肪酸碳氫鏈。依據(jù)X成份不一樣，能夠形成不一樣磷脂。第48頁(1)磷脂酸膽堿（phosphatidylcholine，PC）磷脂酸膽堿亦稱卵磷脂(lecithin)。它是動物細胞膜中含量最豐富磷脂，約占膜脂40－50％。磷脂酰膽堿有控制動物機體代謝，預防脂肪肝形成作用(?)。(2)磷脂酸乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）

X＝－CH2CH2N＋H2磷脂酸乙醇胺又稱腦磷脂（cephalin）。它是細菌細胞膜主要磷脂，其脂肪酸碳氫鏈不飽和程度比磷脂酰膽堿高。磷脂酰乙醇胺與血液凝結(jié)相關(guān)。第49頁(3)磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）磷脂酰肌醇含量普通為5—10％。它在神經(jīng)組織（主要在髓鞘）中含量較高。據(jù)報道，它在細胞信息傳遞過程中起著主要作用。(4)磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）磷脂酰絲氨酸廣泛分布于各類細胞膜系中，但其濃度通常低于磷脂總量10％。在中性pH時，帶負電荷。第50頁(5)磷脂酸（phosphatidicacid，PA）

X＝－H

磷脂酸在上述磷脂生物合成中起著關(guān)鍵作用。它分布廣泛，以低濃度（占全部磷脂含量1－5%）存在許多組織之中。第51頁(6)磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol，PG）

磷脂酸甘油含量改變很大，在動物細胞膜系中含量很低，在植物細胞膜中普通高達20—30％含量（葉綠體中為40—60％）。革蘭氏陽性細菌中則高達70％。它也是二磷脂酸甘油生物合成前體。第52頁(7)二磷脂酸甘油（diphosphatidylglycerol，DPG）二磷脂酸甘油是由二個磷脂酸（phosphatedcacid）分別與甘油縮合而成，亦稱心磷脂（cardiolipin，CL）。它主要存在于線粒體、葉綠體和許多細菌中,尤其于線粒體內(nèi)膜。這種磷脂因為只帶磷酸基團而帶負電荷。第53頁A:PCB:PEC:PSD:PIE:PGF:DPG第54頁以神經(jīng)鞘氨醇為骨架磷脂神經(jīng)鞘氨醇(sphinogsine)C－2上氨基(-NH2)與脂肪酸(R)縮合生成神經(jīng)鞘脂類(sphingolipid),C－l上羥基與磷酸衍生物(X)縮合即生成磷酸神經(jīng)鞘脂類(phosphasphingolipid):若:X＝磷脂膽堿(PC)，則生成神經(jīng)鞘磷脂(sphingomyelin,SM).

若:X＝－H,則生成神經(jīng)酸胺（ceramide）。第55頁2)糖脂

糖脂（glycolipids）廣泛分布于動物、植物和微生物細胞膜系中。它是生物膜中寡糖與脂質(zhì)結(jié)合形成一個類脂。糖脂中類脂極性頭部基團是經(jīng)過糖苷鍵與糖分予相連，而不是象磷脂那樣經(jīng)過磷酸酯鍵相連接。生物膜中糖脂只存在于脂雙層外層表面，普通不超出脂分子10％。

糖脂分為糖鞘脂和甘油醇糖脂兩類。第56頁糖鞘脂類(glycosphingolipids)動物細胞中糖脂主要以糖鞘脂類形式存在。這類糖脂包含兩個種類,腦苷類脂和神經(jīng)節(jié)苷脂。因為糖鞘脂在質(zhì)膜外單層含量很高，這就有利于質(zhì)膜表面經(jīng)過寡糖鏈部分與外源配體相互作用，或起著調(diào)整蛋白質(zhì)受體作用。再者，鞘糖脂可作為胚胎細胞分化標識物，被其它細胞表面所識別，這是細胞識別和分化主要基礎。最近，還發(fā)覺其在蛋白分選中起作用。第57頁

糖鞘脂類(glycosphingolipids)(1)腦苷類脂(cerebroside)糖分子與神經(jīng)鞘脂類末端羥甲基，經(jīng)過糖苷鍵相連接，這類糖脂呈電中性。如半乳糖神經(jīng)酰胺,它是腦中主要類脂成份，也廣泛分布于哺乳動物細胞膜系中:第58頁(2)神經(jīng)節(jié)苷脂（ganglioside)在這類化合物中，與神經(jīng)鞘脂類相連部分含有1個或多個唾液酸殘基(sialicacidresidues),也稱為N－乙酸神經(jīng)氨酸(N－acetylneuraminicacid，NANA).神經(jīng)節(jié)甘脂屬于酸性糖脂，帶負電，主要存在于許多動物細胞，尤其是神經(jīng)細胞外膜中。它是細胞表面負電荷主要起源。第59頁NANA:sialicacid,Gal:galactose,Glc:glucose,GalNac:N-acetylgalactosamine.

Right:thestructureofsialicacid

第60頁3)固醇（sterol）(1)動物固醇(zoosterol)

膽固醇(cholesterol)是最主要一個動物固醇。因為膽結(jié)石幾乎完全是由膽固醇組成，膽固醇名稱也由此而來。膽固醇是雙親性分子。其一端帶有一個極性親水羥基，另一端含疏水碳氫鏈。

膽固醇在哺乳類質(zhì)膜中含量豐富。另外，高爾基體膜、溶酶體膜中含量也很豐富。而在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及線粒體膜中含量少。第61頁(2)植物固醇（phytosterol）常見高等植物細胞膜中固醇是豆固醇（stigmasterol）和谷固醇（sitosterol），它們分別存在于大豆、麥芽中。植物固醇是植物細胞主要組分，不能為動物所吸收利用。它們通常在C－24上和（或）在C－22上有雙鍵。第62頁膽固醇確實切生理功效還不十分清楚!

已知與生物膜相行為，流動性，膜分選與運輸。

膜中膽固醇含量與細胞老化(aging)有一定關(guān)聯(lián)。

第63頁膜不對稱性第64頁膜組成不對稱性有些細胞是有極性，如上皮細胞。細胞膜橫向不對稱性，即內(nèi)外兩個片層組成不一樣。細胞膜側(cè)向分布不對稱性，即二維平面內(nèi)膜組分分布是不均一。不一樣細胞器中脂類組成是不一樣。第65頁質(zhì)膜可劃分成不一樣功效區(qū)

上皮細胞質(zhì)膜可劃分成形態(tài)不一樣功效區(qū)域。上皮細胞（如腸和腎臟上皮細胞）質(zhì)膜被緊密連接（tightjunction）分隔為頂生結(jié)構(gòu)域(apicaldomain)和基底結(jié)構(gòu)域(basolateraldomain)。第66頁膜組成側(cè)向分布不對稱性

LipiddomainsDependingonwhetherthedomainsonbothsurfacescolocalize,fourdiscretebilayerthicknessescouldbepresentinthesemembranes.第67頁Lateralsortingofmembraneproteins第68頁膜脂內(nèi)外分布不對稱性脂類型內(nèi)側(cè)外側(cè)鞘磷脂1783磷脂酰膽堿2674磷脂酰乙醇胺7723磷脂酰絲氨酸95<5糖脂<595第69頁膜脂內(nèi)外分布不對稱性外層glycolipidsPhosphatidylcholine(PC)Cholesterol內(nèi)層phosphatidylserine(PS)phosphatidyl-ethanolamine(PE)phosphatidylinositol(PI)因為脂分子不能自發(fā)地在單層與單層之間以適當速度翻轉(zhuǎn)，這種不對稱可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成時已經(jīng)開始了。脂雙層不對稱性有主要生物學功效!第70頁不一樣細胞器膜脂類組成不一樣大鼠肝臟，PL:磷脂，C:膽固醇，G:糖脂，其它脂未標識。第71頁不一樣細胞器膜磷脂組成不一樣大鼠肝臟：PC，PE，SM,PS，PI，CL第72頁不一樣細胞器膜脂組成特點質(zhì)膜：PC，SM，glycolipids,Chol.線粒體內(nèi)膜：幾乎不含Chol.,富含CL核膜/ER/線粒體外膜：脂類組成類似Golgi膜：介于ER與質(zhì)膜之間第73頁老化過程膜脂改變第74頁紅細胞老化過程膜脂改變?nèi)思t細胞有壽命大約為120天，兔約為20天，狗約為100天。人紅細胞大約天天更新率為2×1011，細胞存活時間受許多原因影響。老化紅細胞消亡有兩條路徑：一個是老化細胞本身破溶；另一個是被吞噬細胞含噬。不論是自溶或被含噬都與膜結(jié)構(gòu)改變相關(guān)。成熟紅細胞在血液中占絕大多數(shù)，它們無核、本身無修復能力，易被檢測。第75頁紅細胞老化過程膜脂改變△密度梯度離心：老化紅細胞密度比年輕者高.△老化細胞膜表面抗原改變.△老化細胞膜滲透脆性高.△C/P比值改變：0.78±0.09正常0.96±0.09老化△脂雙層不對稱性：老化過程，PC、PE，SM兩側(cè)分布無顯著改變，而PS原來幾乎全部在內(nèi)側(cè)，老化后有10％翻向外側(cè)。老化細胞骨架蛋白改變與PS結(jié)合松弛，造成PS外翻，同時造成細胞形狀改變！△表面電荷：sialicacid,PS.第76頁Age-dependentchangesofsphingomyelinandphosphatidylcholineinhumanaorta.第77頁Phospholipidandcholesterolcontentinratheartsasafunctionofage.第78頁Alterationoflipidcompositionduringphysiologicalprocesses,suchasagingalterationoflipidcomposition

cholesterol/phospholipids:cholesterol

sphingomyelin/PC:sphingomyelin

saturated/unsaturated:saturated

第79頁膜蛋白第80頁膜蛋白1)膜外周蛋白2)經(jīng)過一段疏水肽鏈插入脂雙層中，從而拋錨在膜上3)膜整合蛋白(膜內(nèi)在蛋白)4)膜外周結(jié)構(gòu)域與特定糖脂或脂肪酸形成共價連接將蛋白拋錨在膜上第81頁膜蛋白鑲嵌方式

第82頁第一類是膜外周蛋白(peripheralmembraneproteins,extrinsicmembraneproteins)這些蛋白主要經(jīng)過靜電作用與磷脂極性頭部或其它膜蛋白相結(jié)合。適當加大溶液中離子強度，能夠使這一類蛋白從膜上脫落下來(easilydetachedwithouttheuseofdetergent)。如細胞色素Ｃ和ATP合成酶F1亞基，它們沒有疏水片斷使之錨定于脂雙層。一些胞外基質(zhì)與細胞膜外表面結(jié)合，以及一些骨架蛋白與細胞膜胞質(zhì)面結(jié)合都能夠?qū)儆诘谝活惸さ鞍?。?3頁

Someproteinsexhibitbothasoluteandamembrane-boundform.

如；谷氨酸脫氫酶(glutamatedehydrogenase)屬于mitochodrialsolublematrixenzymes

一個,在生理條件下結(jié)合于線粒體內(nèi)膜cardiolipin，活性被抑制。在離子濃度提升時，如NH4+濃度升高，該蛋白從膜上脫下而成為toactivateglutamateformation.第84頁ThecurrentsewingmachinemodelSecAbindsfunctionallyandwithhighaffinityatsitesofSecYEGDFplusacidicphospholipid(Stage1).ThisbindingoftheSecB-preproteincomplexactivatesSecA(Stage2).ATPbinding(Stage3)drivestheinsertionofa30-kDadomainofSecAinto,andpartiallyacross,themembrane(Stage4).ThisSecAinsertionisaccompaniedbytheinsertionofa“l(fā)oop”ofabout25aminoacylresiduesofthepreproteinacrossthemembrane.HydrolysisofasecondATParenecessaryforSecAdeinsertion(Stage5).WhenSecAisinthedeinsertedstate,itcanexchangefreelywithcytosolicSecA.SecAcanrebindtoSecYEGDF(Stage1`),associatewiththetranslocationintermediate(Stage2`),andbindATP(Stage3`)andinsert(Stage4`).

(J.Biol.Chem,1996,271,29514-29516)第85頁第二類膜蛋白是經(jīng)過一段疏水肽鏈插入脂雙層中，從而拋錨在膜上。

當前還未得到確鑿證據(jù)證實這一類蛋白疏水片斷插入膜外單層中。但試驗表明，影響膜功效一些毒素（如蜂毒素）可能部分插入膜外表面。第86頁Thepossiblebindingmodelsofmelittinonthemembranes第87頁

Bouma等人依據(jù)ApoH晶體結(jié)構(gòu)提出了ApoH膜結(jié)合模型。Bouma等人發(fā)覺ApoH第五結(jié)構(gòu)域有一塊面積約為平方埃正電區(qū)。這一區(qū)域含有12個Lys,1Arg和1His（圖B）。這個正電荷區(qū)域與負電磷脂負電荷相互作用，而Ser311-Ser-Leu-Ala-Phe-Trp-Lys317則插入膜中，Trp316就位于ApoH與膜結(jié)合界面處。載脂蛋白H膜結(jié)合模型第88頁(A) (B)ApoH在膜表面有兩種狀態(tài)模型圖(Wangetal.Biophysical.J.)第89頁第三類和第四類膜蛋白都是膜整合蛋白(膜內(nèi)在蛋白)，transmembraneprotein,integralmembraneprotein.

膜整合蛋白含有較大極性氨基酸序列位于胞外或胞漿側(cè)，分別與膜脂極性頭部及細胞內(nèi)外環(huán)境發(fā)生相互作用。這些胞外和胞漿結(jié)構(gòu)域經(jīng)過一條或幾條跨過膜脂雙分子層疏水肽段（通常20－30氨基酸殘基）相連接。其中含有一條跨膜序列屬于第三類膜蛋白，含有多條跨膜序列屬于第四類膜蛋白。第90頁

紅細胞膜上血型糖蛋白以及很多膜上受體都只有一條跨膜序列，屬于第三類膜蛋白。

第91頁-domain-domainStructureofinsulinreceptoraccordingtoSuietal.(Biochemistry1988).Thedistributionofdomainsof-helical,-sheet,andrandom-coilstructureaspredictedbytheprobabilisticmethod.extracellular:913a.a.Inbilayer:23a.a.Cytoplasm:423a.a.第92頁一些通道蛋白或離子泵則屬于第四類膜蛋白。這類蛋白中，普通含有幾段疏水片段，能夠?qū)掖慰缒?。如紅細胞膜上帶3蛋白(Band3)就是經(jīng)過七條跨膜片段而形成陰離子通道蛋白。細菌視紫紅質(zhì)(Bacteriorhodopsin,bR)是嗜鹽細菌紫膜上光驅(qū)動質(zhì)子泵，它也有七段跨膜區(qū),膜內(nèi)跨膜序列均展現(xiàn)

螺旋結(jié)構(gòu)。因為跨膜蛋白在膜中有確定取向，它們展現(xiàn)出一個功效不對稱性。

這些蛋白只有用適當去污劑才能從膜上溶解下來。第93頁嗜鹽菌(Halobacteriumhalobiumlivinginsaltwaterpoolswheretheyexposedtoalargeamountofsunlight)質(zhì)膜上存在膜片(patch),稱之為紫膜(purplemembrane)。紫膜是一個光能轉(zhuǎn)換膜,只含有一個蛋白：視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsinBR),248a.a.,MW26,000BR占紫膜總量75％。BR利用光能驅(qū)使質(zhì)子跨膜轉(zhuǎn)移形成主要電化學梯度，這種電化學梯度存放能量用于合成ATP。第94頁ThestructureofoneBRmoleculeanditsrelationshiptothelipidbilayer.

all-trans-retinal*

11-cis-retinal第95頁什么作用使七段

螺旋在膜中穩(wěn)定締合連接多肽對bR有穩(wěn)定作用？No!蛋白水解酶裂解試驗表明，連接多肽裂解并未改變蛋白二維晶體衍射圖樣。極性相互作用可能對bR穩(wěn)定性有貢獻?Possible!中子衍射試驗表明，各螺旋段極性基團指向分子內(nèi)部，極性基團在非極性中相互作用可能對結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。偶極作用可使取向反平行兩段螺旋有相互吸引趨勢。脂相堆積效應?Possible!幾何不匹配誘導相分離第96頁Howfreeze-fractureelectronmicroscopyprovidesima