川農(nóng)-考研基礎(chǔ)生化課件

第五章生物膜的結(jié)構(gòu)與功能

目的與要求：通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求掌握生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能。生物膜在生命活動(dòng)中的功能是多方面的，其主要功能是：物質(zhì)運(yùn)輸功能，能量轉(zhuǎn)換功能和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。返回生物膜的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)生物膜的組成和性質(zhì)第二節(jié)生物膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)第三節(jié)生物膜的功能第一節(jié)生物膜的組成和性質(zhì)一、膜脂

種類(lèi)：磷脂、膽固醇、糖脂

特點(diǎn)：多態(tài)性（polymorphism）二、膜蛋白外周蛋白、內(nèi)在蛋白三、糖類(lèi)

—細(xì)胞表面天線(xiàn)第二節(jié)生物膜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)一、生物膜中分子間的作用力

靜電力、疏水作用、范德華引力二、生物膜結(jié)構(gòu)的主要特征

膜組分的不對(duì)稱(chēng)分布、膜脂和膜蛋白的流動(dòng)性三、生物膜分子結(jié)構(gòu)模型“流體鑲嵌”模型第三節(jié)生物膜的功能一、生物膜與物質(zhì)運(yùn)送二、生物膜與能量轉(zhuǎn)換三、生物膜與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)-X甘油磷脂結(jié)構(gòu)磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol)X=磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine)X=磷脂酰膽堿(Phosphatidylchiine)X=磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol)X=雙磷脂酰甘油(Diphosphatidylglycerol)磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine)X=X=神經(jīng)酰胺(Ceramide)脂肪酸部分鞘氨醇、神經(jīng)磷脂和鞘磷脂結(jié)構(gòu)鞘氨醇(Sphingosine)鞘磷脂(Sphingomyelin)磷酸膽堿神經(jīng)酰胺部分膽固醇結(jié)構(gòu)膽固醇(Cholesterol)神經(jīng)節(jié)苷脂的結(jié)構(gòu)D-半乳糖GM1GM2GM3N-乙酰-D-半乳糖D-半乳糖D-葡萄糖N-乙酰神經(jīng)氨酸硬脂酸鞘氨醇磷脂分子在水溶液中存在的幾種結(jié)構(gòu)形式雙層微囊水空氣微團(tuán)單體單層磷脂類(lèi)的雙層結(jié)構(gòu)和六角形相H1、H2雙層結(jié)構(gòu)（Bilyer）六角形相(Hexagonal)H2H1六角形相(Hexagonal)生物膜膜周邊蛋白、膜內(nèi)在蛋白示意圖a.b.c.—膜周邊蛋白，d.e.—膜內(nèi)在蛋白膜蛋白與膜脂雙脂層結(jié)合的主要形式血影蛋白(Sectrin)膜脂雙層膜脂雙層紅細(xì)胞膜血型蛋白跨膜部分氨基酸序列

紅細(xì)胞膜骨架各組分與質(zhì)膜連接示意圖肌動(dòng)蛋白(Actin)蛋白質(zhì)4.1(Protein4.1)血影蛋白(Sectrin)帶3蛋白(Band3)糖蛋白(Ankyrin)血型蛋白(Glycophorin)糖鏈低聚寡糖鏈跨膜糖蛋白脂雙層糖被糖殘基唾液酸糖脂細(xì)胞外殼（糖萼）示意圖膜脂（磷脂、糖脂、膽固醇）

Singer&Nicolson流體鑲嵌模型

人紅細(xì)胞膜主要磷脂在膜內(nèi)、外兩層的分布占總量的百分比50255025外層內(nèi)層膜脂總量鞘磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺膜脂的相變變相溫度（Tc）凝膠態(tài)液晶態(tài)T<TcT>Tc磷脂分子運(yùn)動(dòng)的幾種方式

側(cè)向移動(dòng)全反式、偏轉(zhuǎn)構(gòu)型旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)、扭動(dòng)發(fā)紅光鹼性蕊香紅標(biāo)記的人細(xì)胞膜蛋白抗體發(fā)綠光熒光素標(biāo)記的小鼠細(xì)胞膜蛋白抗體通過(guò)細(xì)胞膜融合證明膜蛋白運(yùn)動(dòng)示意圖

Na+-K+-ATPase的體外重建Na+-K+-ATPase去污劑微囊脂-去污劑微囊增溶的膜蛋白去污劑微囊外加的磷脂透析純化的膜蛋白Na+-K+-ATPase在脂質(zhì)體上重建純化

生物膜與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸

1、被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸2、小分子物質(zhì)的運(yùn)送

3、生物大分子的跨膜運(yùn)送

4、跨膜運(yùn)送的分子機(jī)制2．小分子物質(zhì)的運(yùn)送（1）陽(yáng)離子運(yùn)送（例：Na+.K+-ATPase）

K.whittam及其同事的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

Na+.K+-ATPase的結(jié)構(gòu)和作用的機(jī)理（2）糖和氨基酸的運(yùn)送

協(xié)同運(yùn)送（co-transport）

基團(tuán)運(yùn)送（grouptransport)3、生物大分子的跨膜運(yùn)送

（1）胞吐和內(nèi)吞作用（2）新生蛋白質(zhì)的跨膜定向運(yùn)送

蛋白質(zhì)通過(guò)信號(hào)肽引導(dǎo)到目的地

信號(hào)肽(signalsequence)

信號(hào)肽假說(shuō)(signalhypothesis)

線(xiàn)粒體及葉綠體蛋白質(zhì)的翻譯后跨膜運(yùn)送

線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送圖例4、跨膜運(yùn)送的分子機(jī)制

1、移動(dòng)性載體模型2、孔道或通道模型

3、構(gòu)象變化假說(shuō)移動(dòng)性載體模型孔道或通道模型構(gòu)象變化假說(shuō)兩種類(lèi)型門(mén)控離子通道被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸示意圖（G<0）（

G>0）被動(dòng)運(yùn)送（Passivetransport）

物質(zhì)從高濃度一側(cè)通過(guò)膜運(yùn)送到低濃度一側(cè)，即順濃度梯度的方向跨膜運(yùn)送的過(guò)程稱(chēng)被動(dòng)運(yùn)輸。在該過(guò)程中△G<0。

主動(dòng)運(yùn)送（Actictransport）

凡物質(zhì)逆濃度梯度的運(yùn)送稱(chēng)主動(dòng)運(yùn)送，這一過(guò)程進(jìn)行需供給能量?！鱃=2.3RTlog(C2/C1)+ZF△V>0主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)：

專(zhuān)一性；飽和性；方向性；可被選擇性抑制；需提供能量K.Whittam的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

制備紅細(xì)胞血影（ghost），觀察ATP水解情況和膜內(nèi)外K+，Na+濃度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

a．紅細(xì)胞內(nèi)ATP水解的同時(shí)，K+、Na+都按預(yù)定方向跨越細(xì)胞膜（2K+進(jìn)，3Na+出）；

b．如果膜內(nèi)外僅有K+或Na+，則ATP水解極少；

c．紅細(xì)胞血影只能利用膜內(nèi)ATP，而不能利用膜外ATP；

d．K+可被其它正一價(jià)離子（如NH4+）取代，而Na+則不能被取代。Na+.K+-ATPase的亞基結(jié)構(gòu)及其在膜上定位Na+-K+-ATPase的作用模型ATPADP細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)