生物物理課12

1、1生物物理學(xué)生物物理學(xué)(第二部分)隋森芳隋森芳 （2003.11.7）2什么是生物物理學(xué)？什么是生物物理學(xué)？3 生物物理學(xué)的定義是生物物理學(xué)領(lǐng)域幾乎每一本教科書都難以回答的問題！ 要從物理科學(xué)與生物科學(xué)之間的關(guān)系來認(rèn)識生物物理學(xué)！4生物物理學(xué)的核心是生物學(xué)生物學(xué)！5生物物理學(xué)的基本思路是相互作用(interactions)！6G蛋白偶聯(lián)受體對蛋白偶聯(lián)受體對腺苷酸環(huán)化酶的腺苷酸環(huán)化酶的激活途徑示意圖激活途徑示意圖7G蛋白介導(dǎo)的跨膜信號傳導(dǎo)蛋白介導(dǎo)的跨膜信號傳導(dǎo)Epinephrine binds to a specific receptor.The occupied receptor causes

2、 the replacement of the GDP bound to Gs by GTP, activating Gs.GTPGDPGs (a subunit) moves to adenylate cyclase and activates it.ATPcAMPAdenylate cyclase catalyzes the formation of 3,5-cyclic AMP.項(xiàng)目切入點(diǎn)8生物物理學(xué)生物物理學(xué)(二二)的研究對象的研究對象9生物膜的基本結(jié)構(gòu)特征生物膜的基本結(jié)構(gòu)特征膜主要是由脂類膜主要是由脂類(lipid) (lipid) 和蛋白質(zhì)以和蛋白質(zhì)以非共價(jià)非共價(jià)鍵相互作用鍵相互作

3、用結(jié)合而成的二維流動(dòng)體系。結(jié)合而成的二維流動(dòng)體系。脂類分子呈連續(xù)的脂類分子呈連續(xù)的雙分子層雙分子層(bilayer)(bilayer)排列排列。膜具有膜具有雙親性雙親性(amphipathic nature(amphipathic nature) )。蛋白質(zhì)相對于脂雙層的蛋白質(zhì)相對于脂雙層的不同鑲嵌方式不同鑲嵌方式。生物膜中各種組分的生物膜中各種組分的分布是高度不對稱的分布是高度不對稱的。10生物膜的主要功能生物膜的主要功能它們是把細(xì)胞分割成一個(gè)個(gè)它們是把細(xì)胞分割成一個(gè)個(gè)“小室小室” ” (compartment) (compartment) 的物理屏障。的物理屏障。它們具有選擇通透性。它們具

4、有選擇通透性。它們是它們是“小室小室”間傳遞化學(xué)信息和能量間傳遞化學(xué)信息和能量的介面。的介面。它們?yōu)榈鞍踪|(zhì)的合成、加工與修飾、分它們?yōu)榈鞍踪|(zhì)的合成、加工與修飾、分選與定位，提供了工作平臺(tái)和輸運(yùn)載體。選與定位，提供了工作平臺(tái)和輸運(yùn)載體。111.1.對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識12對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1765年年, Benjamin Franklinl將橄欖油倒入將橄欖油倒入CommenCommen池塘中，注意到由風(fēng)所吹起的池塘中，注意到由風(fēng)所吹起的水面微波被平息了。水面微波被平息了。l注意到同樣數(shù)量的油永遠(yuǎn)覆蓋同樣大小的面積。注意到同樣數(shù)量的油永遠(yuǎn)覆蓋同樣大小的面積。lF

5、ranklinFranklin還計(jì)算到（根據(jù)油量和面積）油層的厚度還計(jì)算到（根據(jù)油量和面積）油層的厚度是是2525，而且，而且“它不可能擴(kuò)展得更薄了。事實(shí)證明，它不可能擴(kuò)展得更薄了。事實(shí)證明，用現(xiàn)代方法測定的橄欖油的單分子層的厚度幾乎與用現(xiàn)代方法測定的橄欖油的單分子層的厚度幾乎與FranklinFranklin當(dāng)時(shí)估算的一樣！當(dāng)時(shí)估算的一樣！13對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1902年，年，E.Overtonl發(fā)現(xiàn)分子的極性越大，進(jìn)入細(xì)胞的速度越?。话l(fā)現(xiàn)分子的極性越大，進(jìn)入細(xì)胞的速度越??；l增加分子的非極性基團(tuán)，分子進(jìn)入細(xì)胞的速增加分子的非極性基團(tuán)，分子進(jìn)入細(xì)胞的速度增加；度增加；l基于

6、脂溶性物質(zhì)容易透過質(zhì)膜，基于脂溶性物質(zhì)容易透過質(zhì)膜，OvertonOverton提提出質(zhì)膜是由一層薄的類脂所組成。出質(zhì)膜是由一層薄的類脂所組成。l- Vjschr. Naturforsch Ges. Zurich 44 (1899)88-98.14對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1917年，年， Langmuir 發(fā)現(xiàn)脂肪酸放在水和發(fā)現(xiàn)脂肪酸放在水和空氣界面上形成單分空氣界面上形成單分子膜子膜 -Langmuir film.Langmuir film.15對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1925年，年，E.Gorter and F.Grendel 從紅細(xì)胞膜抽提出磷脂，用表面天平測從紅

7、細(xì)胞膜抽提出磷脂，用表面天平測出被抽提出的磷脂鋪成單層膜時(shí)所占有出被抽提出的磷脂鋪成單層膜時(shí)所占有面積大約是紅細(xì)胞表面積的面積大約是紅細(xì)胞表面積的2 2倍。提出雙倍。提出雙分子類脂層是細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)。分子類脂層是細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)。l- J. Exp. Med. 41 (1925) 439-443.16對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1935年，年，J.F.Danielli and H.Davsonl胎魚卵的脂滴實(shí)驗(yàn)：胎魚卵的脂滴實(shí)驗(yàn)：l卵脂滴表面張力低，而純化后的脂滴表面張力大卵脂滴表面張力低，而純化后的脂滴表面張力大大提高；大提高；l純化后的脂滴表面吸附蛋白之后，表面張力降低純化后的脂

8、滴表面吸附蛋白之后，表面張力降低大大提高；大大提高；l提出兩層球蛋白層夾著脂雙分子層的三夾層結(jié)構(gòu)提出兩層球蛋白層夾著脂雙分子層的三夾層結(jié)構(gòu)（the unit membrane modelthe unit membrane model）. .17對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1972年，年，S.J.Singer and G.Nicholson，提提出出液體鑲嵌模型液體鑲嵌模型（The fluid mosaic The fluid mosaic modelmodel）：l強(qiáng)調(diào)膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性強(qiáng)調(diào)膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性l強(qiáng)調(diào)膜組分的不對稱性強(qiáng)調(diào)膜組分的不對稱性l膜蛋白以不同鑲嵌方式與膜結(jié)合膜蛋白以不同鑲

9、嵌方式與膜結(jié)合 - Science 175 (1972) 720-731.1819對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1977年，年， M.K.Jain and H.B.White，提提出板塊模型出板塊模型：l在流動(dòng)的類脂雙分子層中存在許多大小不同，在流動(dòng)的類脂雙分子層中存在許多大小不同，剛度較大的彼此獨(dú)立移動(dòng)的類脂板塊（有序剛度較大的彼此獨(dú)立移動(dòng)的類脂板塊（有序結(jié)構(gòu)板塊）。因此，膜平面實(shí)際上是由組織結(jié)構(gòu)板塊）。因此，膜平面實(shí)際上是由組織結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)不同的許多板塊組成。結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)不同的許多板塊組成。l膜功能的多樣性可能與板塊的性質(zhì)和變化有膜功能的多樣性可能與板塊的性質(zhì)和變化有關(guān)。關(guān)。 -

10、 Adv. Lipid Res. 15 (1977) 1-60.2021對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識1997年，年， K. Simons， 細(xì)胞膜中的功能化筏細(xì)胞膜中的功能化筏(Functional rafts in cell manbrane):(Functional rafts in cell manbrane):l細(xì)胞的質(zhì)膜上存在一些特殊的疇結(jié)構(gòu)域微區(qū)。細(xì)胞的質(zhì)膜上存在一些特殊的疇結(jié)構(gòu)域微區(qū)。它們富含糖基鞘磷脂，膽固醇和鞘磷脂，它們富含糖基鞘磷脂，膽固醇和鞘磷脂，4 4o oC C不溶于非離子型去污劑不溶于非離子型去污劑TritonTritonX100X100。l這種特殊的微疇結(jié)

11、構(gòu)域提供了一個(gè)可以側(cè)向這種特殊的微疇結(jié)構(gòu)域提供了一個(gè)可以側(cè)向移動(dòng)的平臺(tái)（筏）。一些蛋白選擇性地富集移動(dòng)的平臺(tái)（筏）。一些蛋白選擇性地富集于筏上，而另一些蛋白質(zhì)則排擠出筏。于筏上，而另一些蛋白質(zhì)則排擠出筏。l功能：膜的分選與運(yùn)輸；信號傳導(dǎo)等。功能：膜的分選與運(yùn)輸；信號傳導(dǎo)等。 - Simons & Ikonen, Nature 387 (1997) 569-57222caveolin232.2.生物膜的基本組成生物膜的基本組成24生物膜的基本組成生物膜的基本組成25生物膜的基本組成生物膜的基本組成 (一一)細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)膜與細(xì)胞骨架26生物膜的基本組成生物膜的基本組成細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)

12、膜 所有細(xì)胞的表面都包圍著一層膜，在動(dòng)物細(xì)胞中，我所有細(xì)胞的表面都包圍著一層膜，在動(dòng)物細(xì)胞中，我們通常將其稱為質(zhì)膜們通常將其稱為質(zhì)膜(plasma membrane)(plasma membrane)。而對于其它。而對于其它生物體，則根據(jù)其細(xì)胞種類分別稱為細(xì)胞質(zhì)膜生物體，則根據(jù)其細(xì)胞種類分別稱為細(xì)胞質(zhì)膜(cytoplasmic membrane)(cytoplasmic membrane)、表面膜、表面膜(surface (surface membrane)membrane)、原生質(zhì)膜、原生質(zhì)膜(plasmalemma)(plasmalemma)等。等。 這層質(zhì)膜構(gòu)成了細(xì)胞質(zhì)與外環(huán)境的反應(yīng)界面

13、，是細(xì)胞這層質(zhì)膜構(gòu)成了細(xì)胞質(zhì)與外環(huán)境的反應(yīng)界面，是細(xì)胞對所有的胞外刺激產(chǎn)生最初反應(yīng)的地方。所有的營養(yǎng)對所有的胞外刺激產(chǎn)生最初反應(yīng)的地方。所有的營養(yǎng)物質(zhì)都要經(jīng)過它進(jìn)入細(xì)胞；所有排泄、分泌的分子也物質(zhì)都要經(jīng)過它進(jìn)入細(xì)胞；所有排泄、分泌的分子也要通過它排出細(xì)胞。要通過它排出細(xì)胞。27生物膜的基本組成生物膜的基本組成細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜一些非離子小分子如水、尿素、一些非離子小分子如水、尿素、O O2 2、COCO2 2、甘油等，、甘油等，及許多脂溶性分子可以自由通過細(xì)胞的質(zhì)膜。及許多脂溶性分子可以自由通過細(xì)胞的質(zhì)膜。而葡萄糖而葡萄糖(glucose)(glucose)和氨基酸和氨基酸(amino acid

14、)(amino acid)等分子的跨等分子的跨膜運(yùn)輸則需要一些特定的膜蛋白形成的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。膜運(yùn)輸則需要一些特定的膜蛋白形成的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。離子的跨膜運(yùn)輸也需要專門的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，如，離子的跨膜運(yùn)輸也需要專門的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，如，NaNa+ +-K-K+ +- -ATPATP酶是利用蛋白水解酶是利用蛋白水解ATPATP的能量把的能量把NaNa+ +運(yùn)出細(xì)胞，把運(yùn)出細(xì)胞，把 K K+ +運(yùn)進(jìn)細(xì)胞；運(yùn)進(jìn)細(xì)胞；CaCa2 2+ATP+ATP酶則是把酶則是把CaCa2+2+泵到胞外。泵到胞外。胰島素胰島素 (insulin) (insulin) 等多肽類激素可以與質(zhì)膜外表面的等多肽類激素可以與質(zhì)膜外表面的受體蛋白結(jié)合

15、，引起膜內(nèi)表面的響應(yīng)，然后將信號傳受體蛋白結(jié)合，引起膜內(nèi)表面的響應(yīng)，然后將信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)。遞到細(xì)胞內(nèi)。28生物膜的基本組成生物膜的基本組成細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)：細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)： 與原核細(xì)胞不同，與原核細(xì)胞不同，真核細(xì)胞具有復(fù)真核細(xì)胞具有復(fù)雜的內(nèi)膜系統(tǒng)，雜的內(nèi)膜系統(tǒng)，即細(xì)胞質(zhì)中有許即細(xì)胞質(zhì)中有許多膜性細(xì)胞器多膜性細(xì)胞器(membrane-bound (membrane-bound organelle)organelle)。29細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)：線粒體：線粒體 線粒體線粒體( (mitochondria) )是真核細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。是真核細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。線粒體具有高度特異化的兩層膜結(jié)構(gòu)，即外

16、膜線粒體具有高度特異化的兩層膜結(jié)構(gòu)，即外膜( (outer membrane) )和內(nèi)膜和內(nèi)膜( (inner membrane) )，其直徑約，其直徑約1 1 m m。 線粒體外膜含有大量的孔道蛋白線粒體外膜含有大量的孔道蛋白( (porin), ), 它們穿越磷它們穿越磷脂雙分子層形成大的水溶性的通道。這些通道對于分子量脂雙分子層形成大的水溶性的通道。這些通道對于分子量小于小于10kd10kd的分子是自由通透的。的分子是自由通透的。 線粒體內(nèi)膜以高度折疊的形式形成嵴線粒體內(nèi)膜以高度折疊的形式形成嵴( (cristae) )狀結(jié)構(gòu)，狀結(jié)構(gòu)，以增加總的內(nèi)表面積。以增加總的內(nèi)表面積。線粒體內(nèi)膜蛋

17、白質(zhì)的含量很高，按線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)的含量很高，按重量計(jì)算，蛋白質(zhì)約占重量計(jì)算，蛋白質(zhì)約占7070，脂類約占，脂類約占3030。 內(nèi)膜上的內(nèi)膜上的許多蛋白質(zhì)是與其能量轉(zhuǎn)換功能相關(guān)的，一組是呼吸鏈電許多蛋白質(zhì)是與其能量轉(zhuǎn)換功能相關(guān)的，一組是呼吸鏈電子傳遞酶復(fù)合體，其功能是引導(dǎo)電子有序地從一個(gè)載體蛋子傳遞酶復(fù)合體，其功能是引導(dǎo)電子有序地從一個(gè)載體蛋白傳遞到另一個(gè)載體蛋白；另一組是白傳遞到另一個(gè)載體蛋白；另一組是ATPATP合成酶復(fù)合體，合成酶復(fù)合體，用于催化用于催化ATPATP的合成。的合成。3031細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)：溶酶體：溶酶體溶酶體溶酶體( (lysosome) )是細(xì)胞內(nèi)主要的消化系

18、統(tǒng)，是細(xì)胞內(nèi)主要的消化系統(tǒng)，內(nèi)含大量內(nèi)含大量的酸性水解酶的酸性水解酶( (包括磷酸酶、硫酸酶、酯酶、蛋白酶和糖包括磷酸酶、硫酸酶、酯酶、蛋白酶和糖苷酶等苷酶等) )，用于把多肽、多糖、多聚核苷酸、糖脂等水解，用于把多肽、多糖、多聚核苷酸、糖脂等水解成單體。成單體。溶酶體內(nèi)水解酶的溶酶體內(nèi)水解酶的最適最適pHpH值為值為5 5，這個(gè)低，這個(gè)低pHpH值微環(huán)境是值微環(huán)境是由溶酶體膜上的質(zhì)子由溶酶體膜上的質(zhì)子ATPATP酶維持的。酶維持的。待水解的生物大分子通過內(nèi)吞小泡待水解的生物大分子通過內(nèi)吞小泡( (endocytic compartent) )進(jìn)入溶酶體。進(jìn)入溶酶體。溶酶體酶在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成

19、溶酶體酶在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成，溶酶體在溶酶體在trans Golgi面面形成形成。32細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng): 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體( (Golgi apparatus)的膜將細(xì)胞質(zhì)的膜將細(xì)胞質(zhì)與其圍成的腔隔開。與其圍成的腔隔開。 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rough endoplasmic reticulum)可能直接可能直接與核膜相連與核膜相連, , 其細(xì)胞質(zhì)面附著著大量的核糖體，是其細(xì)胞質(zhì)面附著著大量的核糖體，是膜膜蛋白合成的場所蛋白合成的場所。 滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smooth endoplasmic reticulum)則是合則是合成膜脂的

20、場所成膜脂的場所, , 包括磷脂和膽固醇包括磷脂和膽固醇?；鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)與高。滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體的膜上都可以進(jìn)行爾基體的膜上都可以進(jìn)行蛋白和脂的糖基化蛋白和脂的糖基化。 高爾基體參與蛋白質(zhì)和脂類的分選與定向運(yùn)輸。高爾基體參與蛋白質(zhì)和脂類的分選與定向運(yùn)輸。 高爾基體還參與蛋白聚糖高爾基體還參與蛋白聚糖(proteoglycans)的合成的合成, , 參與這些反應(yīng)的酶也主要集中于參與這些反應(yīng)的酶也主要集中于trans高爾基體的膜上。高爾基體的膜上。33細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng): 膜囊泡膜囊泡細(xì)胞內(nèi)有許許多多的膜囊泡細(xì)胞內(nèi)有許許多多的膜囊泡(membrane (membrane vesicle)ves

21、icle)，它們主要參與各種各樣的運(yùn)輸，它們主要參與各種各樣的運(yùn)輸過程。這些過程。這些膜囊泡將蛋白和脂類運(yùn)向細(xì)胞膜囊泡將蛋白和脂類運(yùn)向細(xì)胞內(nèi)的特定地點(diǎn)內(nèi)的特定地點(diǎn)，同時(shí)，它們還是胞吐作用，同時(shí)，它們還是胞吐作用(exocytosis)(exocytosis)和胞吞作用和胞吞作用(endocytosis)(endocytosis)的的載體。載體。34細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)：核膜：核膜 真核生物的遺傳物質(zhì)被核膜真核生物的遺傳物質(zhì)被核膜( (nuclear membrane) )所所包圍包圍( (細(xì)胞處于分裂時(shí)除外細(xì)胞處于分裂時(shí)除外) )。 核膜由內(nèi)膜與外膜組成。核膜由內(nèi)膜與外膜組成。核膜的內(nèi)外膜

22、是連續(xù)的，核膜的內(nèi)外膜是連續(xù)的，這一點(diǎn)與線粒體的內(nèi)外膜分離是不同的。內(nèi)核膜上連接這一點(diǎn)與線粒體的內(nèi)外膜分離是不同的。內(nèi)核膜上連接著染色質(zhì)著染色質(zhì)( (chromatin) )；外核膜表面結(jié)合著核糖體外核膜表面結(jié)合著核糖體( (ribosome) )，而且其某些區(qū)域與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而且其某些區(qū)域與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)( (endoplasmic reticulum) )膜相連膜相連。 核膜上面有核孔。核孔參與調(diào)節(jié)生物大分子在核基核膜上面有核孔。核孔參與調(diào)節(jié)生物大分子在核基質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)之間的運(yùn)輸。蛋白進(jìn)入核內(nèi)是質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)之間的運(yùn)輸。蛋白進(jìn)入核內(nèi)是ATPATP依賴性過依賴性過程，而且還需要特定的氨基酸定位序列。核孔直徑約

23、程，而且還需要特定的氨基酸定位序列。核孔直徑約nmnm，允許直徑，允許直徑9nm9nm以下的分子自由通過以下的分子自由通過, , 說明核孔是有說明核孔是有一定柔性的。一定柔性的。35生物膜的基本組成生物膜的基本組成膜與細(xì)胞骨架：膜與細(xì)胞骨架：細(xì)胞骨架可以穩(wěn)定細(xì)胞膜細(xì)胞骨架可以穩(wěn)定細(xì)胞膜, 維持維持細(xì)胞形狀。細(xì)胞形狀。Membrane-attached cytoskeletal networks provide mechanical support to plasma membrane. 是維是維持紅細(xì)胞耐性及變形性的主要組分。持紅細(xì)胞耐性及變形性的主要組分。36SDS polyacrylami

24、de-gel electrophoresisthe proteins in the human red blood cell membrane紅細(xì)胞膜骨架蛋白：紅細(xì)胞膜骨架蛋白： 血影蛋白血影蛋白(spectrin) 錨蛋白（錨蛋白（ankyrin 膜整合帶膜整合帶3蛋白蛋白 (Band 3) 血型糖蛋白血型糖蛋白 (glycophorin) 帶帶4.1蛋白蛋白(band4.1) 肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白(actin)37Spectrin molecules from human red blood cellsEach spectrin heterodimer consists of two anti

25、parallel polypeptide chains.38Spectrin-based cytoskeleton on the cytoplasmic side of the human red blood cell membrane39 血影蛋白血影蛋白(spectrin)(spectrin)是紅細(xì)胞中一種主要的是紅細(xì)胞中一種主要的膜連接蛋白膜連接蛋白(membrane-associated protein)(membrane-associated protein)。已經(jīng)有證據(jù)表明，血影蛋白可能通過三種方式已經(jīng)有證據(jù)表明，血影蛋白可能通過三種方式非價(jià)鍵的與質(zhì)膜結(jié)合。非價(jià)鍵的與質(zhì)膜結(jié)合。 血

26、影蛋白可以通過錨蛋白（血影蛋白可以通過錨蛋白（ankyrinankyrin）與膜）與膜整合蛋白帶整合蛋白帶3 3蛋白蛋白(Band 3)(Band 3)連接，從而橋連到膜連接，從而橋連到膜上。帶上。帶3 3蛋白是鑲嵌在質(zhì)膜上的內(nèi)在蛋白。錨蛋蛋白是鑲嵌在質(zhì)膜上的內(nèi)在蛋白。錨蛋白的白的N N端與帶端與帶3 3蛋白結(jié)合，其另一端與血影蛋白蛋白結(jié)合，其另一端與血影蛋白結(jié)合。結(jié)合。 血影蛋白還可以通過帶血影蛋白還可以通過帶4.14.1蛋白蛋白(band4.1)(band4.1)與與膜上的血型糖蛋白膜上的血型糖蛋白(glycophorin)(glycophorin)連接。連接。 此外，血影蛋白還可以直接與

27、質(zhì)膜內(nèi)表面的此外，血影蛋白還可以直接與質(zhì)膜內(nèi)表面的帶有負(fù)電荷的絲氨酸磷脂帶有負(fù)電荷的絲氨酸磷脂(PS)(PS)結(jié)合。結(jié)合。4041 正常紅細(xì)胞的外形呈雙凹型，正常紅細(xì)胞的外形呈雙凹型， 當(dāng)病變時(shí)，如一當(dāng)病變時(shí)，如一些溶血性貧血癥，紅細(xì)胞可呈現(xiàn)異常的形態(tài)些溶血性貧血癥，紅細(xì)胞可呈現(xiàn)異常的形態(tài): :球形球形( (遺傳性球形紅細(xì)胞增多癥，遺傳性球形紅細(xì)胞增多癥，hereditary spherocytosis HS) )，橢圓形橢圓形( (遺傳性橢圓形紅細(xì)胞增多癥，遺傳性橢圓形紅細(xì)胞增多癥，hereditary elliptocytosis HE) )，卵圓形卵圓形( (遺傳性卵圓形紅細(xì)胞增多癥，遺

28、傳性卵圓形紅細(xì)胞增多癥，hereditary ovalocytosis HO) ) 這些病人紅細(xì)胞形態(tài)變化的原因，多是由于這些病人紅細(xì)胞形態(tài)變化的原因，多是由于先天性膜骨架蛋白缺失或變異所致先天性膜骨架蛋白缺失或變異所致。42球形球形, ,HS (hereditary spherocytosis): spectrin，ankyrin,橢圓形橢圓形, ,HE (hereditary elliptocytosis): spectrin, Band 4.1, glycorin卵圓形卵圓形, ,HO (hereditary ovalocytosis): Band 3 43整合素蛋白與細(xì)胞骨架的結(jié)合整合

29、素蛋白與細(xì)胞骨架的結(jié)合：很多細(xì)胞外基質(zhì)分子中含有：很多細(xì)胞外基質(zhì)分子中含有RGD（ArgGlyAsp）序列，）序列，這是整合素蛋白的一個(gè)通用識別序列。與胞外基質(zhì)分子的結(jié)合，可以引起整合素蛋白的聚集這是整合素蛋白的一個(gè)通用識別序列。與胞外基質(zhì)分子的結(jié)合，可以引起整合素蛋白的聚集以及細(xì)胞骨架的組裝。很多胞質(zhì)蛋白參與了細(xì)胞骨架的重組過程，如以及細(xì)胞骨架的組裝。很多胞質(zhì)蛋白參與了細(xì)胞骨架的重組過程，如talin，paxillin，vinculin等，它們可以與整合素蛋白等，它們可以與整合素蛋白 亞基的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域相互作用，同時(shí)又可以與亞基的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域相互作用，同時(shí)又可以與actin纖維結(jié)纖維結(jié)合，將整合

30、素蛋白與細(xì)胞骨架連接起來。合，將整合素蛋白與細(xì)胞骨架連接起來。44A model for how transmembrane linker glycoproteins in the plasma membrane connect intracellular matrix at a focal contact.45生物膜的基本組成生物膜的基本組成 (二二)膜脂l磷脂l糖脂l固醇膜蛋白46膜脂膜脂 細(xì)胞中含有兩種脂類。一種屬非極性脂質(zhì)，如由脂肪酸與甘油酯化所形成的三酯。它們是一類疏水的脂質(zhì)，稱為真脂。另一類屬極性脂質(zhì)，這種脂質(zhì)分子具有一個(gè)親水的頭部（即極性端）和一個(gè)疏水 的 尾 部 （ 即 非 極

31、 性 端 ） ， 具 有 雙 親 性（amphipathic或amphiphilic）的特點(diǎn)，這種脂質(zhì)稱為類脂。生物膜中的脂類，大都是極性脂質(zhì)，主要包括三種類型：磷脂（phosnholipid）、固醇（sterol）和糖脂（glycolipid）。 l微米l微米面積的類脂雙層膜（lipid bilayer）大約有5 106個(gè)類脂分子。471) 1) 磷脂磷脂 含有磷酸基團(tuán)的脂類稱為磷脂。它們是生含有磷酸基團(tuán)的脂類稱為磷脂。它們是生物膜中最重要的脂類。物膜中最重要的脂類。 磷脂分子都含有親水的極性頭部和疏磷脂分子都含有親水的極性頭部和疏水尾鏈。這兩部分通過水尾鏈。這兩部分通過甘油骨架甘油骨架或或

32、神經(jīng)鞘神經(jīng)鞘氨醇氨醇(sphingosine)(sphingosine)骨架相連接，甘油骨架骨架相連接，甘油骨架在原核和真核細(xì)胞膜中都廣泛存在，而神在原核和真核細(xì)胞膜中都廣泛存在，而神經(jīng)鞘氨醇骨架則主要存在于動(dòng)物中。經(jīng)鞘氨醇骨架則主要存在于動(dòng)物中。48以甘油為骨架的磷脂以甘油為骨架的磷脂即甘油分子中三個(gè)羥基有兩個(gè)與高級脂肪酸形成酯，另一個(gè)與磷酸衍生物形成酯：其中R1、R2為脂肪酸碳?xì)滏?。根?jù)X的成分不同，可以形成不同的磷脂。49(1)磷脂酸膽堿（磷脂酸膽堿（phosphatidylcholine，PC） 磷脂酸膽堿亦稱卵磷脂(lecithin)。它是動(dòng)物細(xì)胞膜中含量最豐富的磷脂，約占膜脂的40

33、50。磷脂酰膽堿有控制動(dòng)物機(jī)體代謝，防止脂肪肝形成的作用 (?)。(2) 磷脂酸乙醇胺（磷脂酸乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE） XCH2CH2NH2 磷脂酸乙醇胺又稱腦磷脂（cephalin）。它是細(xì)菌細(xì)胞膜的主要磷脂，其脂肪酸碳?xì)滏湶伙柡统潭缺攘字Ｄ憠A高。磷脂酰乙醇胺與血液凝結(jié)有關(guān)。 50(3) 磷脂酰肌醇（磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI） 磷脂酰肌醇的含量一般為510。它在神經(jīng)組織（主要在髓鞘）中含量較高。據(jù)報(bào)道，它在細(xì)胞信息傳遞過程中起著重要的作用。(4)磷脂酰絲氨酸（磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）

34、磷脂酰絲氨酸廣泛分布于各類細(xì)胞膜系中，但其濃度通常低于磷脂總量的10。在中性pH時(shí)，帶負(fù)電荷。51(5) 磷脂酸（磷脂酸（phosphatidic acid，PA） XH 磷脂酸在上述磷脂的生物合成中起著關(guān)鍵作用。它分布廣泛，以低濃度（占全部磷脂含量的15%）存在許多組織之中。52(6) 磷脂酰甘油（磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol，PG） 磷脂酸甘油的含量變化很大，在動(dòng)物細(xì)胞膜系中含量很低，在植物細(xì)胞膜中一般高達(dá)2030的含量（葉綠體中為 4060）。革蘭氏陽性細(xì)菌中則高達(dá) 70。它也是二磷脂酸甘油生物合成的前體。53(7) 二磷脂酸甘油（二磷脂酸甘油（diphospha

35、tidylglycerol，DPG） 二磷脂酸甘油是由二個(gè)磷脂酸（phosphatedc acid）分別與甘油縮合而成，亦稱心磷脂（cardiolipin，CL）。 它主要存在于線粒體、葉綠體和許多細(xì)菌中, 特別于線粒體內(nèi)膜。這種磷脂由于只帶磷酸基團(tuán)而帶負(fù)電荷。54 A: PCB: PEC: PSD: PIE: PGF: DPG55以神經(jīng)鞘氨醇為骨架的磷脂以神經(jīng)鞘氨醇為骨架的磷脂神經(jīng)鞘氨醇(sphinogsine)的C2上的氨基(-NH2)與脂肪酸(R)縮合生成神經(jīng)鞘脂類(sphingolipid), Cl上的羥基與磷 酸 衍 生 物 ( X ) 縮 合 即 生 成 磷 酸 神 經(jīng) 鞘 脂 類

36、(phosphasphingolipid):若: X磷脂膽堿(PC)，則生成神經(jīng)鞘磷脂神經(jīng)鞘磷脂(sphingomyelin, SM ). 若: XH, 則生成神經(jīng)酸胺（神經(jīng)酸胺（ceramide）。562) 2) 糖脂糖脂 糖脂（糖脂（glycolipidsglycolipids）廣泛分布于動(dòng)物、植）廣泛分布于動(dòng)物、植物和微生物細(xì)胞的膜系中。它是生物膜中的寡物和微生物細(xì)胞的膜系中。它是生物膜中的寡糖與脂質(zhì)結(jié)合形成的一種類脂。糖脂中類脂的糖與脂質(zhì)結(jié)合形成的一種類脂。糖脂中類脂的極性頭部基團(tuán)是通過糖苷鍵與糖分予相連，而極性頭部基團(tuán)是通過糖苷鍵與糖分予相連，而不是象磷脂那樣通過磷酸酯鍵相連接。不是

37、象磷脂那樣通過磷酸酯鍵相連接。生物膜生物膜中的糖脂只存在于脂雙層的外層表面，一般不中的糖脂只存在于脂雙層的外層表面，一般不超過脂分子的超過脂分子的1010。 糖脂分為糖鞘脂和甘油醇糖脂兩類。糖脂分為糖鞘脂和甘油醇糖脂兩類。57糖鞘脂類糖鞘脂類(glycosphingolipids)(glycosphingolipids) 動(dòng)物細(xì)胞中的糖脂主要以糖鞘脂類的形式存動(dòng)物細(xì)胞中的糖脂主要以糖鞘脂類的形式存在。這類糖脂包括兩個(gè)種類在。這類糖脂包括兩個(gè)種類, , 腦苷類脂腦苷類脂和和神經(jīng)神經(jīng)節(jié)苷脂節(jié)苷脂。 由于糖鞘脂在質(zhì)膜的外單層含量很高，這就由于糖鞘脂在質(zhì)膜的外單層含量很高，這就有助于質(zhì)膜表面通過寡糖鏈

38、部分與外源配體相有助于質(zhì)膜表面通過寡糖鏈部分與外源配體相互作用，或起著調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)受體的作用。再者，互作用，或起著調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)受體的作用。再者，鞘糖脂可作為胚胎細(xì)胞分化的標(biāo)記物，被其他鞘糖脂可作為胚胎細(xì)胞分化的標(biāo)記物，被其他細(xì)胞的表面所識別，這是細(xì)胞識別和分化的重細(xì)胞的表面所識別，這是細(xì)胞識別和分化的重要基礎(chǔ)。最近，還發(fā)現(xiàn)其在蛋白分選中起作用。要基礎(chǔ)。最近，還發(fā)現(xiàn)其在蛋白分選中起作用。58 糖鞘脂類糖鞘脂類(glycosphingolipids)(glycosphingolipids)(1) 腦苷類脂腦苷類脂(cerebroside)糖分子與神經(jīng)鞘脂類的末端羥甲基，通過糖苷鍵相連接，這類糖脂呈電中

39、性。如半乳糖神經(jīng)酰胺,它是腦中重要的類脂成分，也廣泛分布于哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜系中:59(2) 神經(jīng)節(jié)苷脂（神經(jīng)節(jié)苷脂（ganglioside) 在這類化合物中，與神經(jīng)鞘脂類相連的部分含有1個(gè)或多個(gè)唾液酸殘基(sialic acid residues), 也稱為N乙酸神經(jīng)氨酸 (Nacetylneuraminic acid，NANA). 神經(jīng)節(jié)甘脂屬于酸性糖脂，帶負(fù)電，主要存在于許多動(dòng)物細(xì)胞，特別是神經(jīng)細(xì)胞的外膜中。它是細(xì)胞表面負(fù)電荷主要來源。60NANA: sialic acid, Gal: galactose, Glc: glucose, GalNac: N-acetylgalactosamin

40、e. Right: the structure of sialic acid 613) 3) 固醇（固醇（sterolsterol）(1) 動(dòng)物固醇動(dòng)物固醇(zoosterol) 膽固醇膽固醇(cholesterol)是最重要的一種動(dòng)物固醇。由于膽結(jié)石幾乎完全是由膽固醇組成的，膽固醇的名稱也由此而來。膽固醇是雙親性分子。其一端帶有一個(gè)極性親水羥基，另一端含疏水碳?xì)滏湣?膽固醇在哺乳類的質(zhì)膜中含量豐富。此外，高爾基體膜、溶酶體膜中含量也很豐富。而在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及線粒體膜中含量少。62(2) 植物固醇（植物固醇（phytosterol）常 見 的 高 等 植 物 細(xì) 胞 膜 中 的 固 醇 是 豆 固

41、 醇（stigmasterol）和谷固醇（sitosterol），它們分別存在于大豆、麥芽中。植物固醇是植物細(xì)胞的重要組分，不能為動(dòng)物所吸收利用。它們通常在C24上和（或）在 C22上有雙鍵。63膽固醇的確切的生理功能還不十分清膽固醇的確切的生理功能還不十分清楚楚 ! 已知與生物膜的相行為，流動(dòng)性，膜的分選與已知與生物膜的相行為，流動(dòng)性，膜的分選與運(yùn)輸。運(yùn)輸。 膜中膽固醇含量與細(xì)胞老化膜中膽固醇含量與細(xì)胞老化(aging)有一定關(guān)聯(lián)。有一定關(guān)聯(lián)。 64膜的不對稱性膜的不對稱性65膜組成的不對稱性膜組成的不對稱性有些細(xì)胞是有極性的，如上皮細(xì)胞。細(xì)胞膜的橫向不對稱性，即內(nèi)外兩個(gè)片層的組成不同。細(xì)胞

42、膜的側(cè)向分布的不對稱性，即二維平面內(nèi)膜組分的分布是不均一的。不同細(xì)胞器中脂類組成是不同的。66質(zhì)膜可劃分成不同的功能區(qū)質(zhì)膜可劃分成不同的功能區(qū) 上皮細(xì)胞的質(zhì)膜上皮細(xì)胞的質(zhì)膜可劃分成形態(tài)不同可劃分成形態(tài)不同功能區(qū)域。功能區(qū)域。 上皮細(xì)胞（如腸和上皮細(xì)胞（如腸和腎臟上皮細(xì)胞）的腎臟上皮細(xì)胞）的質(zhì)膜被質(zhì)膜被緊密連接緊密連接（tight junctiontight junction）分隔為分隔為頂生結(jié)構(gòu)域頂生結(jié)構(gòu)域(apical domain) (apical domain) 和和基底結(jié)構(gòu)域基底結(jié)構(gòu)域(basolateral (basolateral domain)domain)。67膜組成側(cè)向分布的

43、不對稱性膜組成側(cè)向分布的不對稱性Lipid domainsDepending on whether the domains on both surfaces colocalize, four discrete bilayer thicknesses could be present in these membranes.68Lateral sorting of membrane proteins69膜脂內(nèi)外分布的不對稱性膜脂內(nèi)外分布的不對稱性脂的類型脂的類型內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)外側(cè)外側(cè)鞘磷脂鞘磷脂1783磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿2674磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺7723磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸955糖脂糖脂59

44、570膜脂內(nèi)外分布的不對稱性膜脂內(nèi)外分布的不對稱性外層l glycolipidslPhosphatidylcholine(PC)lCholesterol內(nèi)層lphosphatidylserine (PS)lphosphatidyl-ethanolamine (PE)lphosphatidylinositol (PI)由于脂分子不能自發(fā)地在單層與單層之間以適當(dāng)?shù)乃俣确D(zhuǎn)，由于脂分子不能自發(fā)地在單層與單層之間以適當(dāng)?shù)乃俣确D(zhuǎn)，這種不對稱可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成時(shí)已經(jīng)開始了。這種不對稱可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成時(shí)已經(jīng)開始了。 脂雙層的不對稱性有重要的生物學(xué)功能脂雙層的不對稱性有重要的生物學(xué)功能!71不同細(xì)胞器膜的不同

45、細(xì)胞器膜的脂類脂類組成不同組成不同大鼠肝臟，大鼠肝臟，PL:磷脂，磷脂，C:膽固醇，膽固醇，G:糖脂，其它脂未標(biāo)記。糖脂，其它脂未標(biāo)記。72不同細(xì)胞器膜的不同細(xì)胞器膜的磷脂磷脂組成不同組成不同大鼠肝臟：大鼠肝臟：PC，PE，SM, PS，PI，CL73不同細(xì)胞器膜脂組成特點(diǎn)不同細(xì)胞器膜脂組成特點(diǎn)質(zhì)膜：質(zhì)膜：PC，SM，glycolipids, Chol.線粒體內(nèi)膜：幾乎不含線粒體內(nèi)膜：幾乎不含Chol., 富含富含CL核膜核膜/ER/線粒體外膜：脂類組成類似線粒體外膜：脂類組成類似Golgi膜：介于膜：介于ER與質(zhì)膜之間與質(zhì)膜之間74老化過程膜脂的變化老化過程膜脂的變化75紅細(xì)胞老化過程膜脂的

46、變化紅細(xì)胞老化過程膜脂的變化人紅細(xì)胞人紅細(xì)胞有壽命大約為有壽命大約為120120天，兔約為天，兔約為2020天，天，狗約為狗約為100100天。天。人紅細(xì)胞大約每天更新率為人紅細(xì)胞大約每天更新率為2 210101111，細(xì)胞存活，細(xì)胞存活時(shí)間受許多因素影響。時(shí)間受許多因素影響。老化紅細(xì)胞消亡有兩條途徑：一個(gè)是老化細(xì)胞老化紅細(xì)胞消亡有兩條途徑：一個(gè)是老化細(xì)胞自身破溶；另一個(gè)是被吞噬細(xì)胞含噬。無論是自身破溶；另一個(gè)是被吞噬細(xì)胞含噬。無論是自溶或被含噬都與膜結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。自溶或被含噬都與膜結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。成熟的紅細(xì)胞在血液中占絕大多數(shù)，它們無核、成熟的紅細(xì)胞在血液中占絕大多數(shù)，它們無核、自身無修復(fù)

47、能力，易被檢測。自身無修復(fù)能力，易被檢測。76紅細(xì)胞老化過程膜脂的變化紅細(xì)胞老化過程膜脂的變化密度梯度離心：老化的紅細(xì)胞的密度比年輕者高密度梯度離心：老化的紅細(xì)胞的密度比年輕者高.老化細(xì)胞膜表面抗原的變化老化細(xì)胞膜表面抗原的變化.老化細(xì)胞膜老化細(xì)胞膜滲透脆性高滲透脆性高. .C/PC/P比值變化：比值變化：0.780.780.09 0.09 正常正常 0.96 0.960.09 0.09 老化老化脂雙層不對稱性：脂雙層不對稱性：老化過程，老化過程，PC、PE，SM兩側(cè)兩側(cè)分布無顯著變化，而分布無顯著變化，而PS原來幾乎全部在內(nèi)側(cè)，老化原來幾乎全部在內(nèi)側(cè)，老化后有后有10翻向外側(cè)。老化細(xì)胞的骨架

48、蛋白變化與翻向外側(cè)。老化細(xì)胞的骨架蛋白變化與PS結(jié)合松弛，造成結(jié)合松弛，造成PS外翻，同時(shí)造成細(xì)胞形狀改變！外翻，同時(shí)造成細(xì)胞形狀改變！表面電荷：表面電荷：sialic acid, PS.sialic acid, PS.77Age-dependent changes of sphingomyelin and phosphatidylcholine in human aorta. 78Phospholipid and cholesterol content in rat hearts as a function of age.79Alteration of lipid composition d

49、uring physiological processes, such as agingalteration of lipid composition cholesterol/phospholipids: cholesterol sphingomyelin/PC: sphingomyelin saturated/unsaturated: saturated 80膜蛋白膜蛋白81膜蛋白膜蛋白1) 膜外周蛋白膜外周蛋白2) 通過一段疏水肽鏈插入脂雙層中，從而通過一段疏水肽鏈插入脂雙層中，從而 拋錨在膜上拋錨在膜上3) 膜整合蛋白膜整合蛋白(膜內(nèi)在蛋白膜內(nèi)在蛋白)4) 膜外周結(jié)構(gòu)域與特定的糖脂或脂肪

50、酸形膜外周結(jié)構(gòu)域與特定的糖脂或脂肪酸形 成共價(jià)連接將蛋白拋錨在膜上成共價(jià)連接將蛋白拋錨在膜上82膜蛋白鑲嵌方式膜蛋白鑲嵌方式 83第一類是第一類是膜外周蛋白膜外周蛋白(peripheral membrane proteins, extrinsic membrane proteins) 這些蛋白主要通過靜電作用與磷脂的極性頭這些蛋白主要通過靜電作用與磷脂的極性頭部或其它膜蛋白相結(jié)合。部或其它膜蛋白相結(jié)合。適當(dāng)加大溶液中的離子適當(dāng)加大溶液中的離子強(qiáng)度，可以使這一類蛋白從膜上脫落下來強(qiáng)度，可以使這一類蛋白從膜上脫落下來( (easily detached without the use of det

51、ergent) )。 如細(xì)胞色素和如細(xì)胞色素和ATPATP合成酶的合成酶的F1F1亞基，它們亞基，它們沒有疏水片斷使之錨定于脂雙層。一些胞外基質(zhì)沒有疏水片斷使之錨定于脂雙層。一些胞外基質(zhì)與細(xì)胞膜外表面的結(jié)合，以及一些骨架蛋白與細(xì)與細(xì)胞膜外表面的結(jié)合，以及一些骨架蛋白與細(xì)胞膜胞質(zhì)面的結(jié)合都可以屬于第一類膜蛋白。胞膜胞質(zhì)面的結(jié)合都可以屬于第一類膜蛋白。84 Some proteins exhibit both a solute and a membrane-bound form. 如；谷氨酸脫氫酶如；谷氨酸脫氫酶 ( (glutamate dehydrogenase) ) 屬于屬于mitochod

52、rial soluble matrix enzymes 的一種的一種, , 在生理?xiàng)l件下結(jié)合于線粒體內(nèi)膜的在生理?xiàng)l件下結(jié)合于線粒體內(nèi)膜的cardiolipin，活性被抑制。在離子濃度提高時(shí)，如活性被抑制。在離子濃度提高時(shí)，如NH4+NH4+濃度升濃度升高，該蛋白從膜上脫下而成為高，該蛋白從膜上脫下而成為 to activate glutamate formation.The current sewing machine modelSecA binds functionally and with high affinity at sites of SecYEGDF plus acidic pho

53、spholipid (Stage 1). This binding of the SecB-preprotein complex activates SecA (Stage 2). ATP binding (Stage 3) drives the insertion of a 30-kDa domain of SecA into, and partially across, the membrane (Stage 4). This SecA insertion is accompanied by the insertion of a “l(fā)oop” of about 25aminoacyl re

54、sidues of the preprotein across the membrane. Hydrolysis of a second ATP are necessary for SecA deinsertion (Stage 5). When SecA is in the deinserted state, it can exchange freely with cytosolic SecA. SecA can rebind to SecYEGDF(Stage 1), associate with the translocation intermediate(Stage 2), and b

55、ind ATP (Stage 3) and insert (Stage 4). (J.Biol.Chem,1996, 271, 29514-29516)86第二類膜蛋白是通過一段疏水肽鏈插入第二類膜蛋白是通過一段疏水肽鏈插入脂雙層中，從而拋錨在膜上。脂雙層中，從而拋錨在膜上。 目前尚未得到確鑿的證據(jù)證明這一類蛋白的目前尚未得到確鑿的證據(jù)證明這一類蛋白的疏水片斷插入膜的外單層中。但實(shí)驗(yàn)表明，疏水片斷插入膜的外單層中。但實(shí)驗(yàn)表明，影響膜功能的一些毒素（如蜂毒素）可能部影響膜功能的一些毒素（如蜂毒素）可能部分插入膜的外表面。分插入膜的外表面。87The possible binding models

56、 of melittin on the membranes88 BoumaBouma等人根據(jù)等人根據(jù)ApoHApoH的晶的晶體結(jié)構(gòu)提出了體結(jié)構(gòu)提出了ApoHApoH的膜結(jié)合模的膜結(jié)合模型。型。BoumaBouma等人發(fā)現(xiàn)等人發(fā)現(xiàn)ApoHApoH的第的第五結(jié)構(gòu)域有一塊面積約為五結(jié)構(gòu)域有一塊面積約為20002000平方埃的正電區(qū)。這一區(qū)域含平方埃的正電區(qū)。這一區(qū)域含有有1212個(gè)個(gè)Lys, 1 Arg Lys, 1 Arg 和和 1 His1 His（圖（圖B B）。這個(gè)正電荷區(qū)域與）。這個(gè)正電荷區(qū)域與負(fù)電磷脂的負(fù)電荷相互作用，負(fù)電磷脂的負(fù)電荷相互作用，而而Ser311-Ser-Leu-Ala-P

57、he-Ser311-Ser-Leu-Ala-Phe-Trp-Lys317Trp-Lys317則插入膜中，則插入膜中，Trp316Trp316就位于就位于ApoHApoH與膜結(jié)合與膜結(jié)合的界面處。的界面處。載脂蛋白載脂蛋白H H的膜結(jié)合模型的膜結(jié)合模型89(A)(B) ApoHApoH在膜表面有兩種狀態(tài)的模型圖在膜表面有兩種狀態(tài)的模型圖 (Wang et al. Biophysical. J. 2002)90第三類和第四類膜蛋白都是膜整合蛋白第三類和第四類膜蛋白都是膜整合蛋白(膜膜內(nèi)在蛋白內(nèi)在蛋白)，transmembrane protein, integral membrane protein

58、. 膜整合蛋白含有較大的極性氨基酸序列位于胞外膜整合蛋白含有較大的極性氨基酸序列位于胞外或胞漿側(cè)，分別與膜脂的極性頭部及細(xì)胞內(nèi)外環(huán)或胞漿側(cè)，分別與膜脂的極性頭部及細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境發(fā)生相互作用。境發(fā)生相互作用。這些胞外和胞漿結(jié)構(gòu)域通過一這些胞外和胞漿結(jié)構(gòu)域通過一條或幾條跨過膜脂雙分子層的疏水肽段（通常條或幾條跨過膜脂雙分子層的疏水肽段（通常20203030氨基酸殘基）相連接氨基酸殘基）相連接。其中含有一條跨膜序。其中含有一條跨膜序列的屬于第三類膜蛋白，含有多條跨膜序列的屬列的屬于第三類膜蛋白，含有多條跨膜序列的屬于第四類膜蛋白。于第四類膜蛋白。91 紅細(xì)胞膜上的血型糖蛋白以及很紅細(xì)胞膜上的血型糖蛋白

59、以及很多膜上的受體都只有一條跨膜序列，多膜上的受體都只有一條跨膜序列，屬于第三類膜蛋白。屬于第三類膜蛋白。 92a a-domain -domainStructure of insulin receptor according to Sui et al. (Biochemistry 1988). The distribution of domains of a a-helical, -sheet, and random-coil structure as predicted by the probabilistic method.extracellular: 913 a.a.In bilaye

60、r: 23 a.a.Cytoplasm : 423 a.a.93 一些通道蛋白或離子泵則屬于第四類膜蛋白。這類蛋白中，一般含有幾段疏水片段，可以多次一般含有幾段疏水片段，可以多次跨膜。跨膜。 如紅細(xì)胞膜上的帶3蛋白(Band 3)就是通過七條跨膜片段而形成的陰離子通道蛋白。細(xì)菌視紫紅質(zhì)(Bacteriorhodopsin, bR)是嗜鹽細(xì)菌的紫膜上光驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子泵，它也有七段跨膜區(qū),膜內(nèi)的跨膜序列均呈現(xiàn)a螺旋結(jié)構(gòu)。 由于跨膜蛋白在膜中有確定的取向，它們呈現(xiàn)出一種功能的不對稱性。 這些蛋白只有用適當(dāng)?shù)娜ノ蹌┎拍軓哪ど先芙膺@些蛋白只有用適當(dāng)?shù)娜ノ蹌┎拍軓哪ど先芙庀聛硐聛怼?94 嗜鹽菌(Halobacter