細(xì)胞生物學(xué)（王金發(fā)版）第三章細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸

第三章細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸3.1概述3.1.1定義幾個(gè)概念的區(qū)分：細(xì)胞質(zhì)膜、內(nèi)膜系統(tǒng)、生物膜；細(xì)胞質(zhì)、原生質(zhì)、細(xì)胞溶膠、原生質(zhì)體。細(xì)胞質(zhì)膜：包圍在細(xì)胞表面的細(xì)胞膜。內(nèi)膜系統(tǒng)：細(xì)胞內(nèi)部的封閉膜結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為內(nèi)膜系統(tǒng)，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等。生物膜：包括細(xì)胞質(zhì)膜及膜系統(tǒng)。細(xì)胞質(zhì)：細(xì)胞膜內(nèi)，不包括細(xì)胞核的細(xì)胞部分。原生質(zhì)：細(xì)胞質(zhì)加上細(xì)胞核，即細(xì)胞膜內(nèi)的所有部分。胞質(zhì)溶膠：細(xì)胞勻漿經(jīng)超速離心除去所有細(xì)胞器和顆粒后的上清液部分，即不包括細(xì)胞器的細(xì)胞質(zhì)部分。原生質(zhì)體：細(xì)胞膜加上原生質(zhì)。3.1.2質(zhì)膜功能（1）屏障作用，保護(hù)細(xì)胞，并維持膜空間環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定性。（3）參與細(xì)胞的識(shí)別、粘附，在細(xì)胞的遷移分化，細(xì)胞器、生物活性物質(zhì)的功能定位等過程中發(fā)揮重要的作用。（2）參與膜結(jié)構(gòu)與外界環(huán)境之間物質(zhì)、能量、信息的交流。3.2膜結(jié)構(gòu)的研究材料——紅細(xì)胞3.2.1紅細(xì)胞作為研究材料的特點(diǎn)（1）紅細(xì)胞數(shù)量大，取材容易，價(jià)格便宜。（2）紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成熟細(xì)胞內(nèi)沒有膜相細(xì)胞器，只有細(xì)胞質(zhì)膜。（2）紅細(xì)胞質(zhì)膜具有很大的變形性、柔韌性、可塑性。3.2.2紅細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)紅細(xì)胞研究紅細(xì)胞的相關(guān)研究證明了細(xì)胞膜是包括脂的雙層結(jié)構(gòu)。紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)（1）紅細(xì)胞的膜骨架結(jié)構(gòu)組成：由膜蛋白和細(xì)胞骨架，以及其它相關(guān)蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。功能：維持紅細(xì)胞的形狀，協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。（2）紅細(xì)胞膜蛋白的組成主要由三種蛋白：帶3蛋白、血影蛋白、血型糖蛋白。帶3蛋白：二聚體的糖蛋白，多次穿膜蛋白。Cl-交換通道。血影蛋白：膜下纖維狀蛋白，兩個(gè)亞基反向平行排列，螺旋狀，形成異二聚體，兩個(gè)異二聚體頭頭連接形成四聚體。膜骨架組織者，參與帶3蛋白與細(xì)胞骨架的連接。血型糖蛋白：?jiǎn)未未┠?，?xì)胞外結(jié)構(gòu)結(jié)合糖鏈，富含唾液酸。多種類型，決定血型；唾液酸富含負(fù)電荷，可以防止紅細(xì)胞在循環(huán)過程中經(jīng)過狹小的血管時(shí)相互聚集沉積在血管中。其它：肌動(dòng)蛋白，細(xì)胞骨架成分，多個(gè)血影蛋白結(jié)合位點(diǎn)。錨定蛋白，連接肌動(dòng)蛋白與帶3蛋白。帶4.1蛋白；內(nèi)收蛋白。脂質(zhì)體紅細(xì)胞放在低滲溶液后制成的封閉膜結(jié)構(gòu)。功能：（1）研究膜蛋白的功能。（2）制作打靶藥物。3.3細(xì)胞質(zhì)膜3.3.1細(xì)胞質(zhì)膜的物質(zhì)基礎(chǔ)脂質(zhì)（1）組成：包括三大類：磷脂、鞘脂、膽固醇。磷脂：=1\*GB3①結(jié)構(gòu)分子極性頭端：各種磷脂酰堿基。分子疏水尾端：兩條鏈烴，14-24個(gè)偶數(shù)碳原子，有一條常有一個(gè)或幾個(gè)雙鍵。=2\*GB3②功能構(gòu)成細(xì)胞膜的基本成分；鏈烴的長度和不飽和度的不同可以影響磷脂的相互位置，進(jìn)而影響膜的流動(dòng)性。鞘脂：鞘氨醇的衍生物。膽固醇：=1\*GB3①結(jié)構(gòu)羥基團(tuán)組成的極性頭部、非極性的類固醇環(huán)結(jié)構(gòu)、非極性的鏈烴尾部。動(dòng)物中含量較高，植物中不存在。酵母中為麥角固醇。=2\*GB3②功能調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性、加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性。（2）膜脂的功能=1\*GB3①膜基本骨架。=2\*GB3②膜蛋白的溶劑。=3\*GB3③為某些膜蛋白維持構(gòu)象，表現(xiàn)活性提供環(huán)境。膜蛋白（1）組成按其位置分為三類：整合蛋白（穿膜蛋白）、膜旁蛋白、脂錨定蛋白。穿膜蛋白：一般以α螺旋穿膜；細(xì)菌孔蛋白以β折疊片穿膜。膜旁蛋白：位于膜內(nèi)外表面，以非共價(jià)鍵與膜上脂類連接。脂錨定蛋白：與膜脂以共價(jià)鍵連接。分為三類：在胞質(zhì)內(nèi)側(cè)，以Cys（?；珿ly（異戊二烯化）連接；在胞質(zhì)外側(cè)，通過短的寡糖與GP相連。（2）功能Transport;Catalyze;Conjuction;Receptor（3）膜蛋白的研究方法=1\*GB3①膜蛋白的分離：去垢劑。=2\*GB3②膜蛋白的位置測(cè)定：非通透性的試劑對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)記或修飾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。=3\*GB3③膜蛋白的功能研究：構(gòu)建脂質(zhì)體。膜糖（1）組成存在方式：大部分與膜蛋白共價(jià)形成糖蛋白，小部分與脂質(zhì)共價(jià)形成糖脂。與蛋白質(zhì)的連接方式有兩種：N-連接（天冬酰胺，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成），O-連接（絲氨酸、蘇氨酸，高爾基體合成）。（2）功能接觸抑制；信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；蛋白質(zhì)分選；細(xì)胞保護(hù)。3.3.2膜的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型流動(dòng)鑲嵌模型膜不對(duì)稱性（1）表現(xiàn)：膜脂、膜蛋白、膜糖的不對(duì)稱性。包括分布，種類等的不對(duì)稱。（2）功能：保證了生命活動(dòng)的方向性。（3）實(shí)驗(yàn)證明：冷凍斷裂法；放射性標(biāo)記法（膜蛋白位置的測(cè)定）；脂酶處理法（外翻脂質(zhì)體）。膜的流動(dòng)性（1）表現(xiàn)：膜脂的流動(dòng)性：側(cè)向擴(kuò)散；旋轉(zhuǎn)；翻轉(zhuǎn)（翻轉(zhuǎn)酶）。膜蛋白的流動(dòng)性：膜蛋白一般不移動(dòng)，除非行使功能，以保持構(gòu)象的穩(wěn)定；一些膜蛋白可以隨機(jī)移動(dòng)；一些膜蛋白直接移動(dòng)到細(xì)胞的另一處；移動(dòng)距離小。（2）影響因素：脂肪酸鏈：疏水尾小，流動(dòng)快；不飽和鍵多，流動(dòng)快。膽固醇：相變溫度以上，限制膜流動(dòng)性；相變溫度以下，增加膜的流動(dòng)性溫度：溫度高，流動(dòng)性大。（3）實(shí)驗(yàn)證明：人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)；淋巴細(xì)胞的成斑和成帽反應(yīng)；熒光漂白恢復(fù)；電子自旋共振譜技術(shù)。3.4膜的功能——物質(zhì)運(yùn)輸3.4.1膜運(yùn)輸?shù)男问脚c特點(diǎn)根據(jù)運(yùn)輸時(shí)對(duì)ATP的需求，膜運(yùn)輸形式分為兩大類：主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸。被動(dòng)運(yùn)輸根據(jù)運(yùn)輸時(shí)是否需要載體分為：擴(kuò)散與促進(jìn)擴(kuò)散。擴(kuò)散定義：非電解質(zhì)在電化學(xué)梯度作用下，直接通過膜。影響因素：脂溶性，分子大小，帶電性。氣體分子、小的不帶電極性分子、脂溶性分子易通過；大的不帶電的極性分子和各種帶電的極性分子難通過。促進(jìn)擴(kuò)散定義：難通過的必需物質(zhì)在易化載體的幫助下通過膜。電化學(xué)梯度下，通過易化載體的構(gòu)象變化。易化載體包括：載體蛋白及通道蛋白。特點(diǎn)：速度快，速度與溶質(zhì)濃度成正比；飽和性；特異性；可被特異抑制劑抑制。離子載體：大多數(shù)是細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素，能夠極大提高膜對(duì)某些離子的通透性。包括通道形成離子載體（短桿菌肽）、離子運(yùn)載離子載體（纈氨霉素）。水通道。主動(dòng)運(yùn)輸（1）概念：膜運(yùn)輸?shù)鞍自诖x能偶聯(lián)下，逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)孜?，具有選擇性，飽和性。能量來源：ATP，光能，電子流，物質(zhì)濃度梯度。（2）分類：初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸，次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸。（3）主動(dòng)運(yùn)輸泵F型泵：需要ATP供能，不需磷酸化。細(xì)菌質(zhì)膜，線粒體、葉綠體膜上，ATPase。P型泵：需要ATP供能，同時(shí)需要磷酸化。V型泵：需要ATP供能，不需磷酸化，位于小泡膜上。ABC型泵，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。（4）意義建立，維持細(xì)胞、細(xì)胞器內(nèi)外環(huán)境的物質(zhì)濃度，以使細(xì)胞維持正常生理功能。3.4.2細(xì)菌中的主動(dòng)運(yùn)