脂質(zhì)與生物膜

脂質(zhì)與生物膜本章主要內(nèi)容：

生物膜的基本結(jié)構(gòu)生物膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)生物膜與信息傳遞細(xì)胞信號傳導(dǎo)分子第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞結(jié)構(gòu)雙層膜的：細(xì)胞核、線粒體、葉綠體單層膜的：細(xì)胞膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、液泡細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位

無膜結(jié)構(gòu)的：核糖體、中心體第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天生物膜生物膜系統(tǒng)：細(xì)胞膜、核膜以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體等由膜圍繞而成的細(xì)胞器，在結(jié)構(gòu)和功能上都是緊密聯(lián)系的統(tǒng)一整體，它們形成的結(jié)構(gòu)體系，叫做細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)。生物膜：細(xì)胞膜、核膜和各種細(xì)胞器的膜的化學(xué)組成相似（主要由蛋白質(zhì)和脂類組成），基本結(jié)構(gòu)大致相同（雙層磷脂分子作基本骨架．蛋白質(zhì)以不同方式鑲嵌其間），統(tǒng)稱為生物膜。第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天原核生物只有質(zhì)膜，而真核生物除了質(zhì)膜，還有細(xì)胞器的膜，如核膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等。

幾乎所有的生理活動都與生物膜相關(guān)，例如物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞的分裂、運(yùn)動、相互識別和通訊，以至腫瘤的發(fā)生等。第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天生物膜是細(xì)胞及細(xì)胞器的屏障第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1.生物膜的化學(xué)組成

所有生物膜幾乎都是由蛋白質(zhì)和脂類兩大物質(zhì)組成，尚含有少量糖、金屬離子和水。1.1膜脂（脂質(zhì)）

磷脂（甘油磷脂、鞘磷脂）糖脂膽固醇第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天（1）脂質(zhì)脂質(zhì)是構(gòu)成生物膜最基本的結(jié)構(gòu)物質(zhì)脂質(zhì)包括磷脂（甘油磷脂、鞘氨醇磷脂）、膽固醇和糖脂等，其中以磷脂為主要成分。1、構(gòu)成生物膜的主要物質(zhì)第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天磷脂

甘油磷脂鞘磷脂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

親水頭部(hydrophilichead)

：由磷酸相連的取代基團(tuán)(含氨堿或醇類)構(gòu)成

疏水尾部(hydrophobictail)：由脂肪酸鏈構(gòu)成的。在生物膜中磷脂的親水頭位于膜表面，而疏水尾位于膜內(nèi)側(cè)

第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天以甘油為基礎(chǔ)形成的甘油磷脂（glycerophospholipid）“頭”“兩條尾巴”第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一組由磷酰膽堿(少數(shù)為磷酰乙醇胺)結(jié)合神經(jīng)酰胺組成的磷脂。是神經(jīng)組織各種膜和紅細(xì)胞膜的主要結(jié)構(gòu)脂質(zhì)之一。鞘磷脂第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天。第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

微團(tuán)雙分子層

脂質(zhì)體膜的基本結(jié)構(gòu)——脂質(zhì)雙層（Lipidbilayer）waterwater第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天糖脂（glycolipid）糖脂是糖和脂質(zhì)的復(fù)合體。糖脂的含量占膜脂總量的5%以下，在神經(jīng)細(xì)胞質(zhì)膜上糖脂含量較高，占到5%～10%?？煞譃閮深悾禾乔拾滨ズ吞歉视王ァＬ乔拾滨ナ怯汕拾贝?、脂肪酸及糖類組成，分布較廣，幾乎所有動物細(xì)胞膜都有，特別是神經(jīng)細(xì)胞含量豐富。第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天糖脂的結(jié)構(gòu)（糖甘油酯）（糖鞘氨脂）第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天固醇（sterol）又稱甾醇，也是膜脂的組分。動物膜的固醇主要是膽固醇（cholesterol）植物細(xì)胞膜系統(tǒng)中膽固醇含量很低，常見的固醇是豆固醇（stigmasterol）和谷固醇（sitosterol）。許多真菌和酵母菌的膜固醇以麥角固醇（ergosterol）為主

第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天幾種固醇的結(jié)構(gòu)第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1.2膜蛋白

膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜實(shí)施功能的場所?？梢苑譃橥庵艿鞍缀蛢?nèi)在蛋白。它們是受體，酶，抗原，通道和骨架蛋白等。

外周蛋白（peripheralprotein）分布于雙層脂膜的外表層。與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白比較親水，能溶解于水。內(nèi)在蛋白（integralprotein）蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。難溶于水，且不容易從膜中分離出來。主要以

-螺旋形式存在。第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天外周蛋白和膜內(nèi)

（嵌入）蛋白外周蛋白嵌入（膜內(nèi)）蛋白糖蛋白pH改變、螯合劑、尿素、碳酸鹽可除去外周蛋白第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天外周蛋白這類蛋白約占膜蛋白的20－30%，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結(jié)合。外周蛋白與膜的結(jié)合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白能溶解于水。第20頁,共57頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)在蛋白內(nèi)在蛋白約占膜蛋白的70-80%，蛋白的部分或全部嵌在雙層脂膜的疏水層中。這類蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水鍵與膜脂相結(jié)合，而且不容易從膜中分離出來。它們主要以

-螺旋和

-折疊形式存在，其中又以

-螺旋更普遍。第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)在蛋白第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天膜內(nèi)（嵌入）蛋白第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天跨膜蛋白（transmembraneprotein)第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1.3膜糖生物膜中的寡糖鏈在信息傳遞和細(xì)胞的相互識別方面有重要作用。生物膜中含有一定的寡糖類物質(zhì)。它們大多與膜蛋白結(jié)合，少數(shù)與膜脂結(jié)合。糖類在膜上的分布是不對稱的，全部都處于細(xì)胞膜的外側(cè)。糖蛋白上的寡糖鏈總是指向細(xì)胞的外面第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天生物膜上各種化學(xué)組成之間的關(guān)系胞液胞外第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天二、生物膜的結(jié)構(gòu)

（一）脂質(zhì)雙層流動鑲嵌模型：突出了膜的流動性和膜蛋白的分布不對稱性。

第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2.生物膜的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1生物膜的運(yùn)動膜脂分子：分子擺動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、側(cè)向運(yùn)動、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動等。膜蛋白：擴(kuò)散運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共57頁，2024年2月25日，星期天影響膜流動的因素1.

脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加。2.

脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。3、膽固醇：膜流動性的調(diào)節(jié)劑（防止脂質(zhì)轉(zhuǎn)向晶態(tài)）。4.

鞘磷脂：含量越高則膜流動性越強(qiáng)5.

其他因素：膜蛋白和膜脂的結(jié)合方式、溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。液晶態(tài)晶態(tài)=生物膜功能喪失相變溫度第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天膜的不對稱性質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異，稱為膜的不對稱性。膜脂、膜蛋白和復(fù)合糖在膜上均呈不對稱分布，導(dǎo)致膜功能的不對稱性和方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號的接受和傳遞也有一定方向。第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天膜脂的不對稱性脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷脂的含量比例也不同。導(dǎo)致膜兩側(cè)的電荷數(shù)量、流動性的差異膜蛋白的不對稱性

膜蛋白的不對稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性和分布的區(qū)域性。各種膜蛋白在膜上都有特定的分布區(qū)域。復(fù)合糖的不對稱性

無論在任何情況下，糖脂只分布于細(xì)胞膜的外表面，這些成分可能是細(xì)胞表面受體，并且與細(xì)胞的抗原性有關(guān)。第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

要點(diǎn):生物膜的基本結(jié)構(gòu)是脂質(zhì)雙層,蛋白質(zhì)或鑲嵌在膜上或結(jié)合在膜的表面,膜上的寡糖鏈總是指向膜的胞外一側(cè)。膜上的成分是運(yùn)動的,隨溫度變化,脂質(zhì)雙層呈液晶態(tài)或凝膠態(tài).膜的相變溫度與膜上脂肪酸烴鏈的長度和飽和程度有關(guān)。脂質(zhì)雙層的組成成分呈不對稱分布。第33頁,共57頁，2024年2月25日，星期天三.

物質(zhì)的過膜轉(zhuǎn)運(yùn)3.1物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ?、維持細(xì)胞的容積、形態(tài)、滲透壓、電解質(zhì)的濃度，為細(xì)胞的生理活動提供適宜的環(huán)境。2、從環(huán)境攝取營養(yǎng)物質(zhì)，向環(huán)境排出代謝廢物。3、小分子轉(zhuǎn)運(yùn)、大分子轉(zhuǎn)運(yùn)第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3.2小分子物質(zhì)和離子的過膜轉(zhuǎn)運(yùn)

簡單擴(kuò)散（simplediffusion)順濃度梯度不需要供應(yīng)能量

促進(jìn)擴(kuò)散（facilitateddiffusion）順濃度梯度不需要供應(yīng)能量需要通道蛋白或載體蛋白介導(dǎo)

主動轉(zhuǎn)運(yùn)（activetransport)逆濃度梯度消耗能量(如ATP)需要轉(zhuǎn)運(yùn)載體第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天簡單擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散主動運(yùn)輸物質(zhì)的電化學(xué)梯度

第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

簡單擴(kuò)散——順濃度梯度注意電荷、極性與大小的影響

促進(jìn)擴(kuò)散——順濃度梯度注意需要載體或通道協(xié)助

通道載體第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

以鈉鉀泵，又稱Na+K+ATP酶（Na+K+ATPase）為例。它是廣泛存在于動物細(xì)胞膜上的離子運(yùn)載體，為蛋白二聚體。其功能是保持細(xì)胞內(nèi)高鉀低鈉，細(xì)胞外高鈉低鉀的濃度梯度，轉(zhuǎn)運(yùn)過程消耗ATP。

鈉鉀泵有兩種構(gòu)型：EI型：親鈉排鉀，脫磷酸的形式EII型：親鉀排鈉，磷酸化的形式兩種構(gòu)型發(fā)生一次互變，轉(zhuǎn)運(yùn)出3個Na+

，輸入2個K+

，消耗一分子ATP。主動運(yùn)輸?shù)?8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3.3

大分子物質(zhì)的過膜轉(zhuǎn)運(yùn)涉及膜結(jié)構(gòu)的變化，因此又稱跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，包括胞吐作用和胞吞作用。1．胞吐作用蛋白質(zhì)、激素等被包裝形成分泌小泡，分泌小泡與膜融合，融合的外側(cè)面產(chǎn)生一個裂口，將排放物釋放出去。2．胞吞作用某些多肽激素、低密度脂蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、上皮細(xì)胞增殖促進(jìn)因子及毒素等的轉(zhuǎn)運(yùn)。

第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天四生物膜與信息傳遞

生物膜對信息分子具有選擇性的通透屏障作用。大部分信息分子難于通透生物膜，主要依賴信息分子的專一性受體來完成。細(xì)胞膜上的受體首先與胞外的信息分子（第一信使）專一結(jié)合，使受體活化，活化的受體通過偶聯(lián)蛋白（G蛋白）或直接使效應(yīng)酶活化，在該酶的催化下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的新的信息分子（第二信使），在第二信使作用下，細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)，最終細(xì)胞作出相應(yīng)的功能應(yīng)答第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天一、受體

（一）受體及其類型1．受體：是一類能夠識別有生物活性的化學(xué)信號物質(zhì)（配體），并特異性地與之結(jié)合，從而引起細(xì)胞一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生特定的生物學(xué)效應(yīng)的生物大分子。受體主要是糖蛋白和脂蛋白。與受體特異性識別并結(jié)合的生物活性物質(zhì)稱為配體。配體與受體結(jié)合后引發(fā)機(jī)體細(xì)胞某一特定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)，這一特定結(jié)構(gòu)稱之為效應(yīng)器。三者之間的生物學(xué)效應(yīng)呈級聯(lián)放大的趨勢。

第42頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2．受體類型（受體存在部位不同分）

（1）質(zhì)膜受體（受體鑲嵌在質(zhì)膜中）通道性受體：受神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)的離子通道G蛋白偶聯(lián)受體。具有內(nèi)在酶活性的受體：酪氨酸受體激酶如胰島素、生長因子的受體及一些癌基因的表達(dá)產(chǎn)物。絲氨酸-蘇氨酸激酶受體：以cGMP為第二信使。與酪氨酸酶活性相關(guān)的受體（2）胞內(nèi)受體有的在胞漿內(nèi)，稱為胞質(zhì)受體，如糖皮質(zhì)激素；有的在胞核內(nèi)，稱為核內(nèi)受體，如性激素，VD等。

第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1、離子通道型受體

共同特點(diǎn)是：具有多亞基組成受體/離子通道復(fù)合體，除本身有信號接受部位外，又是離子通道，其跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟，反應(yīng)快，一般只需幾毫秒（1）配體（非電壓）依賴性復(fù)合體（2）電壓依賴性復(fù)合體（3）脅迫控制的復(fù)合體第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天2、G蛋白偶聯(lián)受體其中G蛋白稱為鳥苷酸結(jié)合蛋白，處于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)，包括α、β、γ三個亞基。它在整個信息傳遞過程中作為中間接受體，傳遞受體與效應(yīng)器之間的信息。這類受體具有相同的作用模式：跨膜受體與激素結(jié)合，導(dǎo)致受體變構(gòu)；變構(gòu)受體在胞漿側(cè)與G蛋白結(jié)合，從而改變質(zhì)膜上效應(yīng)酶的活性；改變活性的效應(yīng)酶可催化第二信使的產(chǎn)生或減少；第二信使作用于特定蛋白，通過特定蛋白引發(fā)特定的生物學(xué)效應(yīng)。第45頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天3內(nèi)在酶活性受體酪氨酸受體激酶如胰島素、生長因子的受體具有細(xì)胞外受體結(jié)構(gòu)域的酪氨酸激酶，膜外信號物質(zhì)結(jié)合受體部分后激活其細(xì)胞內(nèi)的激酶活性域，從而對底物的酪氨酸殘基進(jìn)行磷酸化。在細(xì)胞信號的穿膜轉(zhuǎn)導(dǎo)中起作用。所有的RTKs都是由三個部分組成的：含有配體結(jié)合位點(diǎn)的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域、單次跨膜的疏水α螺旋區(qū)、含有酪氨酸蛋白激酶（RTK）活性的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。表皮生長因子（epidermalgrowthfactor,EGF）受體胰島素和胰島素樣生長因子-1（insulinandinsulin-likegrowthfactor-1,IGF-1）受體神經(jīng)生長因子（nervegrowthfactor,NGF）受體成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblastgrowthfactor,FGF）受體血小板生長因子（platelet-derivedgrowthfactor,PDGF）受體血管內(nèi)皮生長因子（vascularendothelialgrowthfactor,VEGF）受體第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天絲氨酸-蘇氨酸激酶受體是單次跨膜蛋白受體，在胞內(nèi)區(qū)具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性，該受體以異二聚體行使功能。主要配體是轉(zhuǎn)化生長因子-βs。（transforminggrowthfactor-βs，TGF-βs。）家族成員，包括TGF-β1~TGF-β5，這些成員具有類似結(jié)構(gòu)與功能，對細(xì)胞具有多方面的效應(yīng)。依細(xì)胞類型不同，可能抑制細(xì)胞增殖、刺激胞外基質(zhì)合成、刺激骨骼的形成、通過趨化性吸引細(xì)胞和作為胚胎發(fā)育過程中的誘導(dǎo)信號等。第49頁,共57頁，2024年2月25日，星期天4與酪氨酸酶活性相關(guān)的受體缺少細(xì)胞內(nèi)催化活性的酶聯(lián)受體。其配體多為細(xì)胞因子，此受體的細(xì)胞內(nèi)區(qū)無蛋白激酶活性，而是通過偶聯(lián)方式激活Janus家族的酪氨酸蛋白激酶（JAKs），隨之通過信號級聯(lián)