生物化學第8章脂質(zhì)與生物膜2

1、第八章第八章 脂質(zhì)和生物膜脂質(zhì)和生物膜三酰甘油和蠟三酰甘油和蠟磷脂和鞘脂磷脂和鞘脂萜和類固醇萜和類固醇血漿脂蛋白血漿脂蛋白膜的分子組成和超分子結(jié)構(gòu)膜的分子組成和超分子結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容主要內(nèi)容四、血漿脂蛋白 血槳脂蛋白：指哺乳動物血漿(尤其是人)中的脂-蛋白質(zhì)復合物。血漿脂蛋白可以把脂類(三酰甘油、磷脂、膽固醇)從一個器官運輸?shù)搅硪粋€器官。 血漿脂蛋白的分類、生成部位和功能？血漿脂蛋白的分類、生成部位和功能？（1） 乳糜微粒，密度非常低，運輸甘油三酯和膽固醇酯，從小腸到組織肌肉和adipose組織。（2） 極低密度脂蛋白VLDL，在肝臟中生成，將脂類運輸?shù)浇M織中，當VLDL被運輸?shù)饺斫M織時，被分解

2、為三酰甘油、脫輔基蛋白和磷脂，最后，VLDL被轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏戎鞍?。?） 低密度脂蛋白(LDL)，把膽固醇運輸?shù)浇M織，經(jīng)過一系列復雜的過程，LDL與LDL受體結(jié)合并被細胞吞食。LDL可能與慢性心臟病與動脈粥樣硬化有關(guān)。（4） 高密度脂蛋白(HDL)，也是在肝臟中生成，可能負責清除細胞膜上過量的膽固醇。 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、將內(nèi)含物與外環(huán)境分開、將內(nèi)含物與外環(huán)境分開 2 2、物質(zhì)的運輸、物質(zhì)的運輸 3 3、能量的轉(zhuǎn)換、能量的轉(zhuǎn)換 4 4、細胞的運動、細胞的運動 5 5、繁殖、繁殖 6 6、信號傳遞、信號傳遞 7 7、與臨近分子或細胞的相

3、互作用、與臨近分子或細胞的相互作用 5.2.15.2.1、生物膜的組成、生物膜的組成 5.2.25.2.2、生物膜的分子結(jié)構(gòu)、生物膜的分子結(jié)構(gòu) 5.2.35.2.3、生物膜的物質(zhì)運輸、生物膜的物質(zhì)運輸跨膜轉(zhuǎn)運跨膜轉(zhuǎn)運5.2.1、生物膜的組成、生物膜的組成 主要由脂質(zhì)（主要是磷脂、糖脂和膽主要由脂質(zhì)（主要是磷脂、糖脂和膽固醇）、蛋白質(zhì)（包括酶）和糖類組固醇）、蛋白質(zhì)（包括酶）和糖類組成，成， 生物膜的組成，因膜的種類不同而有生物膜的組成，因膜的種類不同而有很大的差別。很大的差別。A、脂質(zhì)、脂質(zhì) 一個典型的生物膜含有磷脂、一個典型的生物膜含有磷脂、糖脂和膽固醇。糖脂和膽固醇。 由于磷脂和糖脂含有兩

4、條烴鏈由于磷脂和糖脂含有兩條烴鏈尾巴，可以精巧的組裝成尾巴，可以精巧的組裝成脂雙脂雙層層。 脂雙層內(nèi)的脂分子的疏水尾巴脂雙層內(nèi)的脂分子的疏水尾巴指向雙層內(nèi)部，親水頭部與每指向雙層內(nèi)部，親水頭部與每一面的水相接觸。脂雙層傾向一面的水相接觸。脂雙層傾向于閉合形成球形結(jié)構(gòu)。于閉合形成球形結(jié)構(gòu)。脂雙層的應(yīng)用脂雙層的應(yīng)用脂質(zhì)體脂質(zhì)體（liposome） 磷脂分子在水溶液中自發(fā)形成脂雙層，并自我磷脂分子在水溶液中自發(fā)形成脂雙層，并自我封合成雙層微囊，稱為封合成雙層微囊，稱為脂質(zhì)體（脂質(zhì)體（liposomeliposome）。 作為一種人造的微囊，用來向細胞或人體器官作為一種人造的微囊，用來向細胞或人體器官

5、傳送疫苗、麻醉藥、酶或其它物質(zhì)。傳送疫苗、麻醉藥、酶或其它物質(zhì)。B、膜蛋白、膜蛋白 生物膜中存在兩種類型的生物膜中存在兩種類型的膜蛋白膜蛋白：內(nèi)在內(nèi)在膜蛋白、外周膜蛋白膜蛋白、外周膜蛋白 內(nèi)在膜蛋白也稱內(nèi)嵌膜蛋白，含有嵌入內(nèi)在膜蛋白也稱內(nèi)嵌膜蛋白，含有嵌入脂雙層疏水部位的疏水區(qū)。有些內(nèi)在膜脂雙層疏水部位的疏水區(qū)。有些內(nèi)在膜蛋白橫跨脂雙層。蛋白橫跨脂雙層。 外周膜蛋白通常通過離子鍵或氫鍵與膜外周膜蛋白通常通過離子鍵或氫鍵與膜脂的極性頭部或內(nèi)在膜蛋白結(jié)合。脂的極性頭部或內(nèi)在膜蛋白結(jié)合。穿膜蛋白含有跨越脂雙層的疏水區(qū)穿膜蛋白含有跨越脂雙層的疏水區(qū) 一般具有跨膜多肽區(qū)的內(nèi)在膜蛋白稱為一般具有跨膜多肽區(qū)

6、的內(nèi)在膜蛋白稱為穿膜蛋白穿膜蛋白。這是參與跨膜轉(zhuǎn)運和信號傳。這是參與跨膜轉(zhuǎn)運和信號傳遞的蛋白質(zhì)必須具備的特征。遞的蛋白質(zhì)必須具備的特征。 單次跨膜蛋白：具有唯一一個跨膜的肽單次跨膜蛋白：具有唯一一個跨膜的肽段。段。 多次跨膜蛋白：具有幾個跨膜肽段。轉(zhuǎn)多次跨膜蛋白：具有幾個跨膜肽段。轉(zhuǎn)運蛋白大多是多次跨膜蛋白。運蛋白大多是多次跨膜蛋白。C、糖類、糖類 生物膜中的糖類大多與生物膜中的糖類大多與膜蛋白結(jié)合。膜蛋白結(jié)合。 血型糖蛋白血型糖蛋白A A，是生物化，是生物化學中第一個被研究的穿學中第一個被研究的穿膜糖蛋白。膜糖蛋白。 它的穿膜結(jié)構(gòu)域是一個它的穿膜結(jié)構(gòu)域是一個非常像含有非常像含有1919個疏水

7、氨個疏水氨基酸殘基的基酸殘基的-螺旋。螺旋。 細胞外部殘基上還連有細胞外部殘基上還連有許多親水性寡糖，這些許多親水性寡糖，這些寡糖的種類和位置決定寡糖的種類和位置決定了人的血型。了人的血型。2.2.2、生物膜的分子結(jié)構(gòu)、生物膜的分子結(jié)構(gòu)脂雙層內(nèi)在膜蛋白外周膜蛋白流動鑲嵌模型的描述流動鑲嵌模型的描述 膜蛋白看上去象是圓形的膜蛋白看上去象是圓形的“冰山冰山”漂浮漂浮在高度流動的脂雙層在高度流動的脂雙層“海?！敝?。內(nèi)在膜中。內(nèi)在膜蛋白插入或跨越脂雙層，與疏水內(nèi)部接蛋白插入或跨越脂雙層，與疏水內(nèi)部接觸。外周膜蛋白與膜表面松散連接。生觸。外周膜蛋白與膜表面松散連接。生物膜是一個動態(tài)結(jié)構(gòu)，即膜中的蛋白質(zhì)物

8、膜是一個動態(tài)結(jié)構(gòu)，即膜中的蛋白質(zhì)和脂可以快速的在雙層的每一層內(nèi)，側(cè)和脂可以快速的在雙層的每一層內(nèi)，側(cè)向擴散。向擴散。生物膜的兩個主要特征生物膜的兩個主要特征 1 1、膜組份的不對稱分布性、膜組份的不對稱分布性 2 2、生物膜的流動性、生物膜的流動性膜組分的不對稱分布性膜組分的不對稱分布性 脂在生物膜的內(nèi)層和外層分布呈不對稱性。脂在生物膜的內(nèi)層和外層分布呈不對稱性。以人紅細胞質(zhì)膜為例，鞘磷脂和磷脂酰膽堿以人紅細胞質(zhì)膜為例，鞘磷脂和磷脂酰膽堿占了外膜總脂含量的占了外膜總脂含量的80%80%以上；而在內(nèi)膜上，以上；而在內(nèi)膜上，占優(yōu)勢的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸。占優(yōu)勢的是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸

9、。 膜蛋白在膜兩側(cè)的分布也是不對稱的膜蛋白在膜兩側(cè)的分布也是不對稱的。有的蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙層表面，有的則有的蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙層表面，有的則部分或全部嵌入其內(nèi)部，有的則橫跨整部分或全部嵌入其內(nèi)部，有的則橫跨整個膜。個膜。生物膜的流動性生物膜的流動性 組成生物膜的脂和蛋白處于快速的運組成生物膜的脂和蛋白處于快速的運動之中。動之中。 一個典型蛋白質(zhì)分子在生物膜上的側(cè)一個典型蛋白質(zhì)分子在生物膜上的側(cè)向擴散速率約為向擴散速率約為m/minm/min；而磷脂的；而磷脂的側(cè)向擴散速率約為側(cè)向擴散速率約為m/sm/s。 與側(cè)向擴散相反，脂質(zhì)（或蛋白質(zhì)）與側(cè)向擴散相反，脂質(zhì)（或蛋白質(zhì)）從膜的一面翻轉(zhuǎn)到另一面的速

10、率非常從膜的一面翻轉(zhuǎn)到另一面的速率非常緩慢。緩慢。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.通過細胞膜融合實驗證明生物膜運動通過細胞膜融合實驗證明生物膜運動性的示意圖性的示意圖帶有特異性蛋白和不同帶有特異性蛋白和不同熒光標記的不同細胞熒光標記的不同細胞融合初期融合初期3737C C保溫保溫40min40min后后2.2.3、跨膜轉(zhuǎn)運、跨膜轉(zhuǎn)運 細胞或細胞器需要經(jīng)常與外界進行物細胞或細胞器需要經(jīng)常與外界進行

13、物質(zhì)交換以維持其正常的功能。質(zhì)交換以維持其正常的功能。 細胞或細胞器通過生物膜，從膜外選細胞或細胞器通過生物膜，從膜外選擇性地吸收所需要的養(yǎng)料，同時將細擇性地吸收所需要的養(yǎng)料，同時將細胞生成的產(chǎn)物輸出，并排出廢物的過胞生成的產(chǎn)物輸出，并排出廢物的過程叫做程叫做跨膜轉(zhuǎn)運跨膜轉(zhuǎn)運。 在各種物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運過程中，細胞膜在各種物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運過程中，細胞膜起著重要的調(diào)控作用。起著重要的調(diào)控作用。 被動運輸被動運輸 被動擴散、協(xié)助擴散（被動擴散、協(xié)助擴散（facilitated diffusion） 主動運輸主動運輸從熱力學的觀點看，物質(zhì)的跨膜運輸有從熱力學的觀點看，物質(zhì)的跨膜運輸有兩種形式：兩種形式：A、簡

14、單擴散、簡單擴散是一個熱力學自發(fā)過程，不需要轉(zhuǎn)運系統(tǒng)或分子的協(xié)助 疏水的、小的、不疏水的、小的、不帶電荷的分子可以帶電荷的分子可以自由的擴散通過脂自由的擴散通過脂雙層。雙層。 極性和帶電荷的物極性和帶電荷的物質(zhì)不易通過脂雙層。質(zhì)不易通過脂雙層。B、協(xié)助擴散、協(xié)助擴散也是一個熱力學自發(fā)過程，但需要轉(zhuǎn)運蛋白的協(xié)助 許多物質(zhì)通過簡單擴散過程穿過生物膜許多物質(zhì)通過簡單擴散過程穿過生物膜的速率遠不能滿足維持生命活動的需要，的速率遠不能滿足維持生命活動的需要，實際上，小分子的跨膜運輸大都是通過實際上，小分子的跨膜運輸大都是通過專一性運輸?shù)鞍椎淖饔脤崿F(xiàn)的。專一性運輸?shù)鞍椎淖饔脤崿F(xiàn)的。 轉(zhuǎn)運蛋白具有兩個基本特

15、點：轉(zhuǎn)運蛋白具有兩個基本特點：1 1）它們）它們只在熱力學允許的方向上幫助小分子的只在熱力學允許的方向上幫助小分子的運輸；運輸；2 2）它們對要轉(zhuǎn)運的分子具有很）它們對要轉(zhuǎn)運的分子具有很強的親和性和專一性。強的親和性和專一性。C、主動運輸、主動運輸需要供給能量 主動運輸可以逆濃度梯度轉(zhuǎn)運，但需要主動運輸可以逆濃度梯度轉(zhuǎn)運，但需要能量。能量。 主動運輸可以利用不同形式的能源，常主動運輸可以利用不同形式的能源，常用的是用的是 ATPATP。離子轉(zhuǎn)運。離子轉(zhuǎn)運ATPATP酶是一大類酶是一大類ATPATP驅(qū)動離子轉(zhuǎn)運蛋白，幾乎存在于所驅(qū)動離子轉(zhuǎn)運蛋白，幾乎存在于所有細胞器官中，它們的作用是制造和維有細

16、胞器官中，它們的作用是制造和維持跨質(zhì)膜和細胞內(nèi)器官的離子濃度梯度。持跨質(zhì)膜和細胞內(nèi)器官的離子濃度梯度。主動運輸?shù)奶攸c主動運輸?shù)奶攸c 1 1、專一性、專一性 2 2、運輸速度可達到、運輸速度可達到“飽和飽和”狀態(tài)狀態(tài) 3 3、方向性、方向性 4 4、選擇性抑制、選擇性抑制 5 5、需要提供能量、需要提供能量 小分子的運輸小分子的運輸 生物大分子的運輸生物大分子的運輸根據(jù)運輸物質(zhì)的分子大小，物質(zhì)運輸可根據(jù)運輸物質(zhì)的分子大小，物質(zhì)運輸可以分為：以分為：小分子的跨膜運輸小分子的跨膜運輸 小分子和離子跨膜運輸除少數(shù)經(jīng)簡單擴小分子和離子跨膜運輸除少數(shù)經(jīng)簡單擴散、離子載體運輸外，多數(shù)借助于散、離子載體運輸外

17、，多數(shù)借助于2 2種種類型的內(nèi)在膜蛋白：類型的內(nèi)在膜蛋白： 通道蛋白或孔蛋白通道蛋白或孔蛋白協(xié)助擴散協(xié)助擴散 轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助擴散，主動運輸協(xié)助擴散，主動運輸通道蛋白和孔蛋白使溶質(zhì)擴散過膜通道蛋白和孔蛋白使溶質(zhì)擴散過膜 通道蛋白和孔蛋白是帶有中央親水通道通道蛋白和孔蛋白是帶有中央親水通道的跨膜蛋白。的跨膜蛋白。 大小、電荷和幾何形狀都合適的溶質(zhì)可大小、電荷和幾何形狀都合適的溶質(zhì)可以順著濃度梯度經(jīng)通道快速的擴散。以順著濃度梯度經(jīng)通道快速的擴散。 在動物細胞中含有許多通道蛋白，它們在動物細胞中含有許多通道蛋白，它們對某些離子高度特異。某些通道連續(xù)開對某些離子高度特異。某些通道連續(xù)開放，而另外一

18、些象個門，響應(yīng)某些刺激放，而另外一些象個門，響應(yīng)某些刺激或開或關(guān)?；蜷_或關(guān)。轉(zhuǎn)運蛋白通過構(gòu)象變化轉(zhuǎn)運蛋白通過構(gòu)象變化實現(xiàn)物質(zhì)跨膜運輸實現(xiàn)物質(zhì)跨膜運輸 許多轉(zhuǎn)運蛋白的作用象個許多轉(zhuǎn)運蛋白的作用象個“門門”，它們可以，它們可以呈現(xiàn)出面向外或面向內(nèi)的構(gòu)象。當處于面向呈現(xiàn)出面向外或面向內(nèi)的構(gòu)象。當處于面向外構(gòu)象的蛋白質(zhì)結(jié)合一個特異的分子或離子外構(gòu)象的蛋白質(zhì)結(jié)合一個特異的分子或離子后，經(jīng)過構(gòu)象轉(zhuǎn)換變成面向內(nèi)的構(gòu)象，被轉(zhuǎn)后，經(jīng)過構(gòu)象轉(zhuǎn)換變成面向內(nèi)的構(gòu)象，被轉(zhuǎn)運的分子就在膜的內(nèi)表面釋放，然后轉(zhuǎn)運蛋運的分子就在膜的內(nèi)表面釋放，然后轉(zhuǎn)運蛋白又重新轉(zhuǎn)換為面向外構(gòu)象。白又重新轉(zhuǎn)換為面向外構(gòu)象。 轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)象的改變往

19、往是被結(jié)合的轉(zhuǎn)運物轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)象的改變往往是被結(jié)合的轉(zhuǎn)運物質(zhì)激發(fā)的質(zhì)激發(fā)的（葡萄糖）（葡萄糖）。在主動運輸中，構(gòu)象。在主動運輸中，構(gòu)象的改變是被的改變是被ATPATP的水解或其它能源驅(qū)動的的水解或其它能源驅(qū)動的（NaNa+ +, , K K+ +）。）。 葡萄糖首先與轉(zhuǎn)運葡萄糖首先與轉(zhuǎn)運蛋白（蛋白（GLUT1）的）的面向外構(gòu)象結(jié)合，面向外構(gòu)象結(jié)合，然后當轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)然后當轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)象改變時，葡萄糖象改變時，葡萄糖跨過脂雙層。在面跨過脂雙層。在面向細胞質(zhì)一側(cè)，葡向細胞質(zhì)一側(cè)，葡萄糖脫離轉(zhuǎn)運蛋白，萄糖脫離轉(zhuǎn)運蛋白，進入細胞質(zhì)，而轉(zhuǎn)進入細胞質(zhì)，而轉(zhuǎn)運蛋白又變回起始運蛋白又變回起始構(gòu)象。構(gòu)象。Na+,K+

20、的跨膜運輸Na+,K+的跨膜運輸 1 1、 NaNa+ +,K,K+ +- -ATPATP酶酶在膜內(nèi)在膜內(nèi)有鈉的有鈉的高親和高親和性位點性位點 2 2、與、與鈉結(jié)合鈉結(jié)合后可以后可以將將ATPATP的末端的末端的磷酸的磷酸基團轉(zhuǎn)基團轉(zhuǎn)移到酶移到酶上上 3 3、 酶的構(gòu)酶的構(gòu)象發(fā)生象發(fā)生變化，變化，NaNa+ +被運被運輸?shù)侥ぽ數(shù)侥ね馔?4 4、 NaNa+ +的親的親和性降和性降低，同低，同時時K K+ +的的高親和高親和性位點性位點暴露暴露 5 5、 K K+ +結(jié)合結(jié)合同時同時NaNa+ +釋放釋放 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

21、的構(gòu)酶的構(gòu)象發(fā)生象發(fā)生變化，變化， K K+ +被運被運輸?shù)侥ぽ數(shù)侥?nèi)內(nèi) 8 8、 K K+ +的親的親和性降和性降低。低。K K+ +釋放，釋放，同時同時NaNa+ +的高親的高親和性位和性位點暴露點暴露 NaNa+ +,K,K+ +- -ATPATP酶酶通過水通過水解解ATPATP提供的提供的能量主能量主動向外動向外運輸運輸NaNa+ +, ,輸入輸入K K+ + 生理意義：不僅維持細胞的膜電位，成為可興奮細胞，是神經(jīng)、肌細胞等的活動基礎(chǔ)，可調(diào)節(jié)細胞的體積和驅(qū)動某些細胞中糖和氨基酸的運送。 大分子的跨膜運輸大分子的跨膜運輸?shù)鞍踪|(zhì)、多核苷酸或多糖等生物大分子甚至顆粒物的蛋白質(zhì)、多核苷酸或多糖等生物大分子甚至顆粒物的運輸主要是通過胞吐作用、胞吞作用運輸主要是通過胞吐作用、胞吞