膜結(jié)構(gòu)與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

膜結(jié)構(gòu)與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)第1頁/共41頁2023/4/252生命的基本要素：

物質(zhì)、能量、信息

決定細(xì)胞生長、增殖、分化，直至衰老、死亡

信息傳遞失誤、調(diào)節(jié)障礙

引起疾病的產(chǎn)生

信息流（占主導(dǎo)地位)第2頁/共41頁2023/4/253

體內(nèi)外各種刺激信息分子靶細(xì)胞受體跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)胞內(nèi)第二信使按一定的途徑

傳遞信息直接影響酶活性→

調(diào)控代謝速率調(diào)控基因表達(dá)

生物學(xué)效應(yīng)第3頁/共41頁2023/4/254一、理論教學(xué)（40學(xué)時）

1）生物膜的組成、結(jié)構(gòu)與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

2）代謝調(diào)節(jié)及基因表達(dá)調(diào)控

3）信息分子

4）膜受體與跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)

5）胞內(nèi)信息傳遞途徑

6）癌基因與細(xì)胞信息傳遞二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)（20學(xué)時:5月份的雙休日，具體時間另安排）

1)Western-blotting檢測大鼠肝組織清蛋白的表達(dá)變化

2）酶蛋白(AKP)的分離、提取與鑒定技術(shù)

3）Sephadex凝膠過濾層析技術(shù)第4頁/共41頁2023/4/255成績考評：

實(shí)驗(yàn)，占20%平時成績

綜述論文，占20%2.期末考試，占60%第5頁/共41頁2023/4/256主要參考書籍：1.劉景生主編，《細(xì)胞信息與調(diào)控》.中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)出版社.2004.032.GeraldLitwack.HumanBiochemistryandDisease(影印版).北京科學(xué)出版社.2008.063.GeraldKarp.CellandMolecularBiology，分子細(xì)胞生物學(xué)(影印版).高等教育出版社.2006.07***金國琴主編，《生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)講義》.上海中醫(yī)藥大學(xué)教材科.2008.05

第6頁/共41頁2023/4/257

第一章生物膜的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

1、生物膜的化學(xué)組成

2、生物膜的結(jié)構(gòu)

3、生物膜的合成

4、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)第7頁/共41頁2023/4/258生物膜（biologicalmembrane）：

細(xì)胞質(zhì)膜以及包裹各種細(xì)胞器的膜性結(jié)構(gòu)。基本功能：1）極性物質(zhì)的通透屏障；2）維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境相對恒定;3）參與細(xì)胞各種活動。第8頁/共41頁2023/4/2591、生物膜的化學(xué)組成

脂類

蛋白質(zhì)

糖類非共價結(jié)合，糖類含5％左右。兩者組成比以1:44:1不等；與膜功能的復(fù)雜性有關(guān)。——與脂類和蛋白質(zhì)以共價鍵結(jié)合，第9頁/共41頁2023/4/2510第10頁/共41頁2023/4/2511

1.1膜脂（4050％）

1.1.1磷脂磷酸甘油酯神經(jīng)鞘磷脂(鞘磷脂）磷脂

糖脂

膽固醇—生物膜的重要組成分;——主要分布在腦和神經(jīng)組織。第11頁/共41頁2023/4/2512

OR1–C–O-CH2OR2–C–O–CH

O

CH2–O–P–O

-H(x)

O-1)

磷酸甘油酯

磷脂酸(帶醇性羥基的化合物)第12頁/共41頁2023/4/2513磷脂酸(PA)磷脂酰膽堿(PC)磷脂酰乙醇胺(PE)磷脂酰絲氨酸(PS)磷脂酰甘油(PG)心磷脂(DPG)磷脂酰肌醇(PI)Phosphatidicacid脂肪酸鏈的長度和不飽和程度，可影響膜的流動性。第13頁/共41頁2023/4/25142)神經(jīng)鞘磷脂(鞘磷脂：sphingomyelin)神經(jīng)鞘胺醇(sphingosine)神經(jīng)酰胺(ceramide,Cer)鞘磷脂(sphingomyelin,SM)第14頁/共41頁2023/4/2515

1.1.2

糖脂

(鞘)糖脂（Glycosphingolipids）:

屬于神經(jīng)鞘氨醇衍生物，結(jié)構(gòu)類似于鞘磷脂。

神經(jīng)酰胺(cer)

+單糖（Gal/Glc）→→腦苷脂神經(jīng)酰胺(cer)

+寡糖→→神經(jīng)節(jié)苷脂鞘糖脂*

甘油糖脂

--存在于動物的神經(jīng)細(xì)胞中存在于細(xì)菌和植物細(xì)胞第15頁/共41頁2023/4/2516

糖脂(GM1)

腦苷酯(cerebroside)神經(jīng)節(jié)苷脂(ganglioside)

神經(jīng)節(jié)苷脂的功能1）作為神經(jīng)細(xì)胞膜的重要組成分，與神經(jīng)可塑性有關(guān)；2）作為某些神經(jīng)遞質(zhì)、激素的受體；3）在外周可作為某些毒素受體，如分布于小腸上皮細(xì)胞的GM1

作為霍亂毒素的受體缺失相關(guān)的連接酶，可引起嚴(yán)重的肌肉震顫，最終導(dǎo)致癱瘓。第16頁/共41頁2023/4/2517神經(jīng)節(jié)苷脂(GM2)第17頁/共41頁2023/4/25181.1.3膽固醇（cholesterol）膜中膽固醇的作用：穩(wěn)定膜中磷脂兩條鏈的伸展?fàn)顟B(tài)，參與調(diào)節(jié)生物膜的流動性。第18頁/共41頁2023/4/2519

磷酸甘油酯

磷脂

神經(jīng)鞘磷脂膜脂

糖脂鞘糖脂

甘油糖脂

膽固醇腦苷酯神經(jīng)節(jié)苷脂PA（母體結(jié)構(gòu)）

PC/PE

PS/PI/PG/DPG第19頁/共41頁2023/4/25201.1.4膜脂的結(jié)構(gòu)特征兩性分子分子的一側(cè)含親水部分（極性頭部）分子的另一側(cè)含疏水部分（疏水尾部）第20頁/共41頁2023/4/2521

一些主要膜脂的結(jié)構(gòu)

膽固醇鞘磷脂磷脂酰膽堿第21頁/共41頁第22頁/共41頁2023/4/2523英國學(xué)者branghamandStandish體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷脂在水中形成脂質(zhì)體

脂質(zhì)體載藥第23頁/共41頁2023/4/2524體外構(gòu)建脂質(zhì)體*：作為藥物的載體，用于腫瘤的靶向治療。第24頁/共41頁2023/4/25251.2膜蛋白（約占生物膜50％）功能越復(fù)雜的生物膜，其蛋白質(zhì)含量越高。

外周蛋白(peripheralprotein)

——附著在細(xì)胞膜內(nèi)外表面內(nèi)在蛋白（intrinsicprotein）

——鑲嵌在脂雙層中第25頁/共41頁2023/4/2526外周蛋白（約占膜蛋白總量的20％30％）

一般用溫和方法（改變離子強(qiáng)度、pH等）即可提取。內(nèi)在蛋白（約占膜蛋白總量的70％80％）典型的外周蛋白：Cyt.C，Spectrin第26頁/共41頁2023/4/2527

貫串全層的內(nèi)在蛋白又稱跨膜蛋白（transmembraneprotein）橫跨膜一次的蛋白，稱1TM蛋白；跨膜四次，稱4TM蛋白；跨膜七次，稱7TM蛋白。第27頁/共41頁2023/4/25

鑲嵌在膜中的蛋白以疏水氨基酸區(qū)與脂雙層中脂酸烴鏈發(fā)生疏水相互作用而結(jié)合，一般不易被提取。

內(nèi)在蛋白常需用較劇烈的試劑，如去污劑、有機(jī)溶劑等才能提取出來。即使被提取出來，也易重新聚集而沉淀下來。

成熟紅細(xì)胞例外，其無細(xì)胞器，常作為制備膜蛋白的材料。

基本過程：

紅細(xì)胞→低滲溶脹、破裂→釋出Hb→保留質(zhì)膜（含膜蛋白）→SDS電泳→染色→可檢測到15個蛋白區(qū)帶。第28頁/共41頁2023/4/2529

人紅細(xì)胞膜蛋白SDS圖譜

A.考馬斯亮藍(lán)染色，B.主要蛋白區(qū)帶位置

血影蛋白帶Ⅲ蛋白血型蛋白上述3種蛋白約占紅細(xì)胞膜蛋白的60%以上第29頁/共41頁2023/4/2530紅細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)面血影蛋白（specrin,3X105/cell，占總外周蛋白的75％）由、β鏈構(gòu)成二聚體，進(jìn)一步頭－頭相連構(gòu)成細(xì)長的四聚體纖維，組成纖維狀的膜骨架。然后通過錨蛋白與帶Ⅲ蛋白連接，或通過帶4.1蛋白與血型蛋白連接，分布于質(zhì)膜內(nèi)表面。血影蛋白主要作用：

在質(zhì)膜內(nèi)表面，與肌動蛋白和原肌球蛋白一起構(gòu)成蛋白網(wǎng)絡(luò)，以維持紅細(xì)胞兩面凹陷的外形，及其變形性、彈性和柔韌性。第30頁/共41頁2023/4/2531紅細(xì)胞膜外側(cè)面內(nèi)側(cè)面帶Ⅲ蛋白——跨膜糖蛋白（1x106/cell）

由2個相同亞基構(gòu)成的二聚體，每個亞基橫跨膜1214次，構(gòu)成陰離子通道蛋白。帶Ⅲ蛋白的主要作用：

（1）帶Ⅲ蛋白的膜內(nèi)側(cè)N端為膜骨架蛋白及某些酶蛋白提供結(jié)合位點(diǎn)；（2）帶Ⅲ蛋白又是轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是HCO3-和Cl-的交換器。第31頁/共41頁2023/4/2532

帶Ⅲ蛋白是陰離子通道蛋白第32頁/共41頁2023/4/2533

血型蛋白（GLC）——跨膜糖蛋白（6X105/cell）

GLCA由131個aa構(gòu)成，橫跨膜1次；膜外側(cè)有16個寡糖鏈—末端為唾液酸，帶負(fù)電；

血型糖蛋白的主要作用：（1）使紅細(xì)胞表面帶大量負(fù)電荷，避免紅細(xì)胞凝集；

（2）

GLCA膜內(nèi)側(cè)C端為膜骨架蛋白提供結(jié)合位點(diǎn)；（3）GLCA含有流感病毒和惡性瘧原蟲的結(jié)合部位。第33頁/共41頁2023/4/2534人紅細(xì)胞血型糖蛋白（Glycophorin）的結(jié)構(gòu)第34頁/共41頁2023/4/2535

唾液酸（NeuNAc/NANA/SA）第35頁/共41頁2023/4/2536紅細(xì)胞膜骨架蛋白：

是由一個連接血影蛋白、血型蛋白、錨蛋白、帶4.1蛋白、帶3蛋白、以及肌動蛋白等的蛋白網(wǎng)架。第36頁/共41頁2023/4/2537

意義：共同維持紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)（雙凹盤形態(tài)）和柔韌性。第37頁/共41頁1.3膜糖類（10％，以寡糖鏈形式位于質(zhì)膜外

）

每條寡糖鏈一般少于15個糖單位，糖鏈末端常為唾液酸，使細(xì)胞膜帶負(fù)電。

寡糖鏈與膜蛋白的Asn-NH2或與Ser-OH/Thr-OH

以N-或O-糖苷鍵相連，構(gòu)成糖蛋白；

寡糖鏈與膜脂(與cer以O(shè)-糖苷鍵)連接，構(gòu)成糖脂；

寡糖鏈中的常見單糖(見下表)：第38頁/共41頁

常見膜糖基

種類