細(xì)胞4,細(xì)胞膜與細(xì)胞表面-2012

第四章:細(xì)胞質(zhì)膜I.細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型II.生物膜基本特征與功能III.膜骨架1細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型A.生物膜的結(jié)構(gòu)模型三明治式結(jié)構(gòu)模型單位膜模型（1959年）流動(dòng)鑲嵌模型（1972年）（要點(diǎn)：流動(dòng)性、鑲嵌性、不對(duì)稱(chēng)性和蛋白質(zhì)的極性。液晶態(tài)模型板塊鑲嵌模型脂筏模型主要包括:磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂）、糖脂、膽固醇（動(dòng)物細(xì)胞）A.膜脂1.2膜的化學(xué)組成1.2膜的化學(xué)組成與基本功能磷脂構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的50%以上。磷脂磷脂構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的50%以上。有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性尾脂肪酸碳鏈為偶數(shù)不飽和脂肪酸多為順式

磷脂膽固醇:在調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)的通透性方面起重要作用。脂筏：質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的動(dòng)態(tài)微結(jié)構(gòu)域。由于鞘磷脂具有較長(zhǎng)的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強(qiáng)，所以這些區(qū)域結(jié)構(gòu)致密，介于無(wú)序液體與液晶之間。脂筏就像一個(gè)蛋白質(zhì)停泊的平臺(tái)，與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。

主要包括:磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂）、糖脂、膽固醇（動(dòng)物細(xì)胞）糖脂：不同細(xì)胞中的含量和種類(lèi)不同，均具有重要的生物學(xué)功能。A.膜脂膜脂的基本功能：構(gòu)成細(xì)胞膜的基本骨架。為某些膜蛋白維持其特定的構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境。1.2膜的化學(xué)組成與基本功能膜蛋白分類(lèi)：膜蛋白可通過(guò)各種形式與脂雙層交聯(lián)。蛋白質(zhì)與脂雙層交聯(lián)的方式反映其功能。根據(jù)在膜中的位置不同，大致可分為三類(lèi)。外周(外在)蛋白：為水溶性，靠離子鍵或其他弱相互作用與膜表面的蛋白或脂分子結(jié)合。通過(guò)改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度即可從膜上分離，而膜結(jié)構(gòu)不被破壞。整合(內(nèi)在)蛋白：與膜結(jié)合非常緊密，只有用除垢劑使膜崩解后才能分離出來(lái)，占絕大多數(shù)。

脂錨定蛋白：通過(guò)與之共價(jià)相連的脂分子插入膜脂雙分子層，從而錨定在質(zhì)膜上。

大多數(shù)膜內(nèi)在蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域含有20個(gè)左右的疏水氨基酸殘基，形成α螺旋。跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶+e的氨基酸殘基與磷脂分子帶-e的極性頭形成離子鍵，或帶-e的氨基酸殘基通過(guò)離子與帶+e的磷脂極性頭相互作用。Bacteriorhodopsinconsistslargelyofmembrane-spanningahelices

內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式β

barrel——Anotherstructuralmotifcommoninmembraneproteins跨膜結(jié)構(gòu)域一般僅有10-12個(gè)氨基酸殘基。大量存在于線粒體、葉綠體和細(xì)菌的外膜，但也僅只是在這些部位比較多。一些是成孔蛋白，選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)通過(guò)小的親水分子或離子。一些是非孔蛋白，為受體或酶。single-passtransmembraneproteinsAtransmembraneproteinalwayshasauniqueorientationinthemembrane.ThisreflectsboththeasymmetricmannerinwhichitisinsertedintothelipidbilayerintheERduringitsbiosynthesisandthedifferentfunctionsofitscytosolicandnoncytosolicdomains.Thesedomainsareseparatedbythemembrane-spanningsegmentsofthepolypeptidechain.MembraneProteinsOftenFunctionasLargeComplexesThethree-dimensionalstructureofthephotosyntheticreactioncenterofthebacteriumRhodopseudomonasviridis.Solubilizingmembraneproteinswithamilddetergent.Thedetergentdisruptsthelipidbilayerandbringstheproteinsintosolutionasprotein-lipid-detergentcomplexes.Thephospholipidsinthemembranearealsosolubilizedbythedetergent.Theuseofmilddetergentsforsolubilizing,purifying,andreconstitutingfunctionalmembraneproteinsystems.

為膜蛋白功能檢測(cè)提供了方法。C.膜碳水化合物（占膜重量的2-10%）共價(jià)連接于外膜的膜脂和膜蛋白.功能：細(xì)胞與細(xì)胞的相互作用、特別是細(xì)胞識(shí)別、物質(zhì)交換、接觸抑制、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、還有保護(hù)作用。糖蛋白通過(guò)短的支鏈碳水化合物部分與其他細(xì)胞和胞外結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用.1.3膜的流動(dòng)性A.膜脂的流動(dòng)性B.膜蛋白的流動(dòng)性沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)(~107timespersecond)脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)脂分子尾部的擺動(dòng)雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(lessthanonceamonthforanyindividualmolecule)膜脂的流動(dòng)性主要指脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，主要取決于脂分子本身的組成及溫度。膜脂是二維流體，流動(dòng)性使膜具有融合、形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分離電荷的能力。主要運(yùn)動(dòng)方式：A.膜脂的流動(dòng)性思考題：從不同的環(huán)境中分離到兩種細(xì)菌:一種是從平均溫度為～40℃的溫泉中分離的，另一種是從平均溫度為～4℃的冷水湖中分離的。問(wèn):a.請(qǐng)推測(cè)兩種細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜中，哪一種具有較多的不飽和脂肪酸?b.那一種細(xì)菌質(zhì)膜中的脂肪酸鏈較長(zhǎng)?c.在37℃哪一種細(xì)菌質(zhì)膜的流動(dòng)性高?盡管有流動(dòng)性，脂雙層可以形成有著不同組成的區(qū)域(A)liposomesproducedfroma1:1mixtureofphosphatidylcholineandspingomyelin(B)liposomesproducedfroma1:1:1mixtureofphosphatidylcholine,spingomyelin,andcholesterol.B.膜蛋白的流動(dòng)性細(xì)胞膜中的蛋白質(zhì)也能以側(cè)向擴(kuò)散等方式運(yùn)動(dòng)。主要影響因素:膜中蛋白質(zhì)與脂類(lèi)的相互作用內(nèi)在蛋白與外在蛋白相互作用膜蛋白復(fù)合體的形成膜蛋白與細(xì)胞骨架的作用ThelateraldiffusionofmembranelipidscandemonstratedexperimentallybyatechniquecalledFluorescenceRecoveryAfterPhotobleaching(FRAP).

膜蛋白流動(dòng)性的研究技術(shù)：由于抗體有兩個(gè)抗原結(jié)合位點(diǎn)，可交聯(lián)相鄰的膜蛋白，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，已均勻分布在細(xì)胞表面的標(biāo)記熒光重新排布，聚集在細(xì)胞表面的某些部位，此為成斑現(xiàn)象，如聚集在細(xì)胞的一端，即為成帽現(xiàn)象。由于某些膜蛋白與膜下細(xì)胞骨架相結(jié)合，或者由于細(xì)胞中某些特殊結(jié)構(gòu)的限定,以及膜蛋白與膜脂分子的相互作用，使某些膜蛋白的流動(dòng)性受限。Theproteinscanself-assembleintolargeaggregates(A);theycanbetetheredbyinteractionswithassembliesofmacromoleculesoutside(B)orinside(C)thecell;ortheycaninteractwithproteinsonthesurfaceofanothercell(D).Threedomainsintheplasmamembraneofguineapigspermdefinedwithmonoclonalantibodies.脂不對(duì)稱(chēng)性使內(nèi)外膜具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，有助于它們分別進(jìn)行相應(yīng)不同的相互作用.脂不對(duì)稱(chēng)性具有重要的功能A.膜脂的不對(duì)稱(chēng)性同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。1.4膜的不對(duì)稱(chēng)性B.膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性整合蛋白在脂雙層中不對(duì)稱(chēng)分布，使膜具有明顯的內(nèi)外面之分。整合蛋白在膜內(nèi)也有方向性。膜碳水化合物只分布在外膜。指細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它參與維持細(xì)胞膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。1.5膜骨架紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及其膜骨架（具有柔韌性,變影性,可塑性）血影蛋白錨蛋白帶3蛋白血型糖蛋白帶4.1蛋白肌動(dòng)蛋白帶3蛋白和血型糖蛋白是膜整合蛋白，在維持細(xì)胞形態(tài)上不起決定性作用，它們?yōu)槟す羌艿鞍滋峁┙Y(jié)合位點(diǎn)。血影蛋白和肌動(dòng)蛋白不是膜內(nèi)在蛋白，它們?cè)诰S持膜的形狀及固定其他膜蛋白的位置方面起重要作用。膜骨架蛋白主要包括血影蛋白，肌動(dòng)蛋白，錨蛋白和帶4.1蛋白等。又稱(chēng)收縮蛋白，是紅細(xì)胞膜骨架的主要成份，約占膜提取蛋白的30%，屬紅細(xì)胞的膜下蛋白而非紅細(xì)胞膜蛋白。是一種長(zhǎng)的、可伸縮的纖維狀蛋白,由兩條相似的亞基構(gòu)成。兩個(gè)亞基鏈呈現(xiàn)反向平行排列,

形成異二聚體,兩個(gè)異二聚體頭-頭連接成四聚體。5個(gè)或6個(gè)四聚體的尾端一起連接于短的肌動(dòng)蛋白纖維并通過(guò)非共價(jià)鍵與帶4.1蛋白結(jié)合,而帶4.1蛋白又通過(guò)非共價(jià)鍵與帶3蛋白結(jié)合,

形成“連接復(fù)合物”。血影蛋白在整個(gè)細(xì)胞膜的細(xì)胞質(zhì)面下面形成可變形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),

以維持紅細(xì)胞的雙凹圓盤(pán)形狀。血影蛋白（spectrin）內(nèi)收蛋白(adducin)可與肌動(dòng)蛋白及血影蛋白復(fù)合體結(jié)合，并且通過(guò)Ca2+和鈣調(diào)蛋白的作用影響骨架蛋白的穩(wěn)定性，從而影響紅細(xì)胞的形態(tài)。紅細(xì)胞膜的剛性和韌性主要由質(zhì)膜蛋白與膜骨架復(fù)合體的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。在紅細(xì)胞中還存在少量短纖維狀的肌球蛋白纖維，它可能與多個(gè)肌動(dòng)蛋白纖維結(jié)合并將其拉到一起，以維持紅細(xì)胞的形態(tài)。錨定蛋白一方面與血影蛋白相連,另一方面與跨膜的帶3蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域部分相連,

借助于帶3蛋白將血影蛋白連接到細(xì)胞膜上，從而將骨架固定