學(xué)姐第4章細(xì)胞質(zhì)膜上課

細(xì)胞生物學(xué)

CellBiology

第四章細(xì)胞質(zhì)膜

PlasmaMembrane

細(xì)胞為什么要有細(xì)胞膜？細(xì)胞膜應(yīng)有的特性是什么？

在漫長(zhǎng)的生命進(jìn)化過(guò)程中質(zhì)膜的出現(xiàn)是一個(gè)重要的關(guān)鍵階段，有了它才確定了細(xì)胞為生命的基本單位。質(zhì)膜的最基本作用：①對(duì)外屏蔽作用；②維持細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定；是細(xì)胞與周圍環(huán)境和細(xì)胞與細(xì)胞間進(jìn)行物質(zhì)交換和能量、信息傳遞的重要通道；其他：保護(hù)、連接、運(yùn)動(dòng)等。

細(xì)胞質(zhì)膜（plasmamembrane）也稱細(xì)胞膜（cellmembrane），是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類組成的生物膜。真核細(xì)胞內(nèi)部存在由膜圍繞構(gòu)建的各種細(xì)胞器。細(xì)胞內(nèi)的膜（internalmembrane）系統(tǒng)與細(xì)胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為生物膜（biomembrane）,它們具有共同的結(jié)構(gòu)特征。細(xì)胞質(zhì)膜（plasmamembrane）：又稱細(xì)胞膜。內(nèi)膜：形成各種細(xì)胞器的膜。生物膜（biomembrane）：質(zhì)膜和內(nèi)膜的總稱。細(xì)胞外被：也叫糖萼，由質(zhì)膜表面寡糖鏈形成。膜骨架：質(zhì)膜下起支撐作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細(xì)胞外被、質(zhì)膜和表層胞質(zhì)溶膠構(gòu)成細(xì)胞表面。

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分一、細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型

已知質(zhì)膜的主要成分是脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和少量的糖類，那么這些組分在膜中是如何排列和組織的，它們之間如何相互作用？關(guān)于膜的分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，有很多模型被提出。膜結(jié)構(gòu)模型研究進(jìn)程1895，Overton，細(xì)胞膜由脂類構(gòu)成1925，Gorter等，膜由雙層脂類構(gòu)成1935，Denielli等，三明治模型1972，Singer等，流動(dòng)鑲嵌模型1975，Wallach，晶格鑲嵌模型1977，Jain等，板塊鑲嵌模型1959，Robertson，單位膜模型1988Simon，脂筏模型(lipidraftsmodel)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)模型的研究進(jìn)程脂質(zhì)雙分子層→三明治模型→單位膜模型

↗晶格鑲嵌模型（液晶態(tài)模型）→流動(dòng)鑲嵌模型→板塊鑲嵌模型

↘脂筏模型1935J.F.DanielliandH.Davson1925E.GorterandGrendel1895E.OvertonLordLangmuir凡是溶于脂肪的物質(zhì)容易穿過(guò)膜脂單層是20世紀(jì)初膜結(jié)構(gòu)質(zhì)膜是由雙層脂分子構(gòu)成球形蛋白質(zhì)分子附著在脂雙層的兩側(cè)表面(一)片層結(jié)構(gòu)模型1925年，兩位荷蘭科學(xué)家Gorter和Grendel用有機(jī)溶劑抽提人的紅細(xì)胞膜的膜脂成分并測(cè)定膜脂單層分子在水面的鋪展面積，發(fā)現(xiàn)它為紅細(xì)胞表面積的二倍，提示了質(zhì)膜是由雙層脂分子構(gòu)成的。E.Gorter1935年，Danielli和Davson發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油-水界面的表面張力低得多。已知脂滴表面如果吸附有蛋白質(zhì)成分則表面張力降低,由此推測(cè)，質(zhì)膜中含有蛋白質(zhì)成分。從測(cè)定膜的表面張力得出細(xì)胞膜的“三明治結(jié)構(gòu)模型”，即蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)。

（二）三明治結(jié)構(gòu)模型

球形蛋白磷脂雙分子層球形蛋白

這個(gè)模型表明，細(xì)胞膜中有兩層磷脂分子，其疏水脂肪酸鏈在膜的內(nèi)側(cè)彼此相對(duì)，而分子的親水端則朝向膜的內(nèi)外表面，球形蛋白質(zhì)分子附著在脂雙層的兩側(cè)表面。這一模型影響達(dá)20年之久。

Danielli-DavsonModel(三)單位膜模型1959年,J.D.Robertson用電鏡觀察了各種膜后發(fā)現(xiàn)膜呈三層式結(jié)構(gòu)。內(nèi)外兩側(cè)為電子密度高的暗線，中間為電子密度低的明線。該模型認(rèn)為明線部分是膜中間的雙層脂類分子，而暗線部分則為膜兩側(cè)的單層蛋白質(zhì)分子。這些蛋白質(zhì)以單層肽鏈β折疊形式存在，通過(guò)靜電作用與磷脂極性端相結(jié)合。因此，生物膜也被稱為單位膜(Unitmembrane)。單位膜模型

Robertson用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的紅細(xì)胞細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這種三層結(jié)構(gòu)即為“單位膜”plasmamembraneJ.D.Robertson1959用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成，總厚約7.5nm?！獑挝荒つＰ蛦挝荒がF(xiàn)指在電鏡下呈現(xiàn)“暗-明-暗”三層式結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)脂類暗線明線暗線橫切面單位膜模型的不足之處在于把膜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)描寫(xiě)成靜止的不變的。2nm3.5nm2nm不足之處：（1）單位膜為一種靜態(tài)單一的結(jié)構(gòu),無(wú)法說(shuō)明膜的動(dòng)態(tài)變化，（2）單位膜模型無(wú)法解釋各種膜的不同功能，（3）各種不同細(xì)胞和同一細(xì)胞中的不同部分膜的厚度實(shí)際上并不都是7.5nm。60年代以后，科學(xué)家應(yīng)用一系列新技術(shù)，證明膜中的蛋白質(zhì)和脂類分子主要以疏水鍵相結(jié)合。電鏡冰凍蝕刻技術(shù)證明：脂類雙分子層中心部分有蛋白質(zhì)顆粒分布。紅外光譜分析證明膜蛋白不是β折疊結(jié)構(gòu)而是α-螺旋的球狀結(jié)構(gòu)。熒光標(biāo)記和細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)證明：生物膜具有液體的性質(zhì)。（四）流動(dòng)鑲嵌模型

1972年，S.J.Singer和G.Nicolson對(duì)單位膜學(xué)說(shuō)作了修正，提出流動(dòng)鑲嵌模型。該模型主要是把生物膜看成是嵌有球形蛋白質(zhì)的脂類二維排列的液態(tài)體，膜中脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體，它既具有固體分子排列的有序性，又具有液體的流動(dòng)性，呈液晶態(tài)。該模型強(qiáng)調(diào)：(1)膜的流動(dòng)性，即蛋白質(zhì)和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)；（2）膜蛋白分布的不對(duì)稱性。S.J.Singer&G.Nicolson1972根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，提出了“流動(dòng)鑲嵌模型”。

流動(dòng)鑲嵌模型

流動(dòng)鑲嵌模型該模型強(qiáng)調(diào)了膜的流動(dòng)性，蛋白質(zhì)和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)；膜蛋白分布的不對(duì)稱性，有的鑲嵌在脂雙分子層表面，有的則全部或部分嵌入其內(nèi)，有的橫跨整個(gè)脂類區(qū)。該模型認(rèn)為膜的結(jié)構(gòu)成分不是靜止的而是動(dòng)態(tài)的，膜脂雙分子層就像輕油般的流體，具有流動(dòng)性，能迅速地在膜平面進(jìn)行側(cè)向運(yùn)動(dòng)。流動(dòng)鑲嵌模型比較合理地解釋了膜中所發(fā)生的生理現(xiàn)象，特別是它以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)分析膜中各種化學(xué)組分的相互關(guān)系，受到了人們的廣泛關(guān)注。該模型不足之處是忽視了蛋白質(zhì)分子對(duì)流動(dòng)性的控制作用和膜的各部分流動(dòng)性的不均勻性。通過(guò)進(jìn)一步的研究，有學(xué)者提出了強(qiáng)調(diào)生物膜的膜脂處于無(wú)序（流動(dòng)性）和有序（晶態(tài)）之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的“液晶態(tài)模型”；以及強(qiáng)調(diào)生物膜是由具有流動(dòng)性程度不同的“板塊”鑲嵌而成的“板塊鑲嵌模型”等；支持完善了這個(gè)模型。板塊鑲嵌模型主要內(nèi)容膜中具有高度流動(dòng)性的區(qū)域和非隨機(jī)分布的區(qū)域同時(shí)存在，生物膜是由具有不同流動(dòng)性的“板塊”鑲嵌而成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。主要依據(jù)

各種不同的脂類分子分別具有各自的相變溫度。在一定的溫度下，有的膜脂處于流動(dòng)的液晶態(tài)，有的處于不流動(dòng)的晶態(tài)。這樣生物膜就形成了流動(dòng)性程度不同的板塊鑲嵌分布。（五）脂筏模型1、筏概念的形成傳統(tǒng)的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)認(rèn)為，脂類在雙層膜中主要是作為膜蛋白的溶劑，不同的膜蛋白決定了細(xì)胞膜具有不同的功能。隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到細(xì)胞膜上可以由特定的脂成分形成微小的脂質(zhì)功能區(qū)，這些脂質(zhì)微區(qū)可以“篩選”其中的蛋白質(zhì)組分，一些蛋白質(zhì)傾向于在脂微區(qū)中富集，而另一些蛋白質(zhì)被排斥在外。這種搭載著蛋白質(zhì)的由鞘脂類和膽固醇動(dòng)態(tài)聚集而成的，組成了相對(duì)穩(wěn)定的具有一定功能的微區(qū)漂浮在二維流動(dòng)的細(xì)胞膜中，人們形象地稱之為“功能筏”（functionalrafts）

（五）脂筏模型2、筏的起源在細(xì)胞內(nèi)的形成可能起源于高爾基體上特定膜微疇結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。3、筏的功能

可作為細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸和信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中蛋白質(zhì)的?？空?。

（五）脂筏模型

1988年K.Simons等人提出脂筏模型。富含膽固醇和鞘磷脂的區(qū)域，載有蛋白質(zhì)，這些區(qū)域比膜的其他部分厚，更有秩序且較少流動(dòng)性。推測(cè)100nm的脂筏可載600個(gè)蛋白質(zhì)分子。意義：★許多蛋白聚集在脂筏內(nèi)，便于相互作用；★提供了一個(gè)有利于蛋白質(zhì)變構(gòu)的微環(huán)境。

4、從脂筏的角度來(lái)看，膜蛋白可以分為三類：

（1）存在于脂筏中的蛋白質(zhì)：包括糖磷脂酰肌醇錨定蛋白，某些跨膜蛋白，Hedgehog蛋白，雙乙?；鞍兹纾悍鞘荏w酪氨酸激酶Src、G蛋白的Gα亞基、血管內(nèi)皮細(xì)胞的一氧化氮合酶。

（2）存在于脂筏之外無(wú)序液相的蛋白質(zhì)；

（3）介于兩者之間的蛋白質(zhì)，如某些蛋白在沒(méi)有接受到配體時(shí)，對(duì)脂筏的親和力低，當(dāng)結(jié)合配體，發(fā)生寡聚化時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)移到脂筏中。（五）脂筏模型5、脂筏的概念：是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域。6、脂筏模型（lipidrafts）：脂質(zhì)雙分子層不是一個(gè)完全均勻的二維流體，膜中富含膽固醇和鞘磷脂的區(qū)域，其中聚集一些特定的蛋白質(zhì)區(qū)。7、特點(diǎn)：這些區(qū)域比膜的其他部分厚，更有秩序且較少流動(dòng)性。其周圍是流動(dòng)性較高的液態(tài)區(qū)。8、功能：參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用以及膽固醇

代謝運(yùn)輸?shù)取Ｖぃ╨ipidrafts）模型脂筏模型包括液態(tài)有序相中的脂（紅色），液晶相中的脂（藍(lán)色），膽固醇（橙色）。膽固醇主要分布在液態(tài)有序相中，外層的脂筏主要富含鞘磷脂和鞘糖脂，對(duì)應(yīng)的內(nèi)層脂筏包含有脂肪酸鏈更偏向于飽和的甘油脂。GPI-錨固蛋白偶聯(lián)于質(zhì)膜外層的脂筏，Src激酶偶聯(lián)于質(zhì)膜內(nèi)層的脂筏。Glyco-phosphatidyl-inositol近年來(lái)的研究表明，脂筏功能的紊亂涉及多種疾病的發(fā)生。一些感染性疾病，心血管疾病，腫瘤，肌營(yíng)養(yǎng)不良癥，阿爾采默癥，HIV，朊病毒病等可能與脂筏功能紊亂有著密切的關(guān)系。（五）脂筏模型雖然越來(lái)越多的試驗(yàn)證實(shí)脂筏的存在及其重要，但是脂筏在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中的功能是如何實(shí)現(xiàn)的，在功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程當(dāng)中組分和結(jié)構(gòu)的變化又是什么樣？必須要在單分子水平上對(duì)脂筏內(nèi)生物分子行為（包括構(gòu)象變化、相互識(shí)別、相互作用等）進(jìn)行實(shí)時(shí)﹑動(dòng)態(tài)檢測(cè)，籍此深入闡明在脂筏的功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程當(dāng)中的構(gòu)效、構(gòu)性關(guān)系等變化。因此要采用靈敏的單分子研究?jī)x器，來(lái)準(zhǔn)確而又較為直觀的研究脂筏的結(jié)構(gòu)特性、形成、運(yùn)動(dòng)與內(nèi)在化機(jī)制等。

（六）目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歸納含極性頭、非極性尾的磷脂分子自發(fā)形成封閉的膜系統(tǒng)：頭朝外，尾相對(duì)；蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙層中：不同的方式；生物膜=蛋白質(zhì)在脂雙層分子中的二維溶液；生物膜可彎曲、折疊、延伸，處于動(dòng)態(tài)變化中。

細(xì)胞質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。動(dòng)物細(xì)胞膜通常含有等量的脂類和蛋白質(zhì)。

二、膜脂膜脂的特點(diǎn)：

膜脂都是兼性分子，其分子結(jié)構(gòu)中含有親水和疏水兩部分。兩條脂肪酸鏈幾乎彼此平行，分子的兩端，形成所謂極性的頭部和非極性的尾部，頭部具有親水性而尾部具有疏水性。在水溶液中會(huì)自動(dòng)形成雙分子層結(jié)構(gòu)，即親水的頭部朝向膜的兩表面，疏水端朝向膜的中央。二、膜脂（一）成分膜脂主要包括甘油磷脂、鞘脂和固醇三種類型。（二）膜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式（三）脂質(zhì)體

1、甘油磷脂

是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的50％以上。（1）類型：以甘油為骨架的磷脂類，主要有：磷脂酰膽堿（PC、卵磷脂）磷脂酰絲氨酸（PS）磷脂酰乙醇胺（PE、腦磷脂）磷脂酰肌醇（PI）雙磷脂酰甘油（DPG、心磷脂）（2）甘油磷脂分子的主要特征是：具有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性的尾（脂肪酸鏈），存在于線粒體內(nèi)膜和某些細(xì)胞細(xì)菌質(zhì)膜上的心磷脂具有4個(gè)非極性尾部。脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，多數(shù)碳鏈由16或18個(gè)碳原子組成。常含有1-2個(gè)不飽和脂肪酸（如油酸）。

1、甘油磷脂疏水尾部親水的頭部心磷脂

甘油磷脂

2、鞘脂（1）鞘磷脂

鞘磷脂（Sphingomyelin，SM）在腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富。以鞘胺醇（Sphingoine）為骨架，與一條脂肪酸鏈組成疏水尾部，親水頭部也含膽堿與磷酸結(jié)合。

原核細(xì)胞、植物中沒(méi)有鞘磷脂。鞘磷脂（2）糖脂組成：含有低聚糖的脂類分布：糖脂普遍存在于原核和真核細(xì)胞的質(zhì)膜上（5％以下）,神經(jīng)細(xì)胞糖脂含量較高（5-10％）功能：主要與膜受體有關(guān)

例如：人紅細(xì)胞表面的ABO血型由糖脂決定（2）糖脂

類型：半乳糖腦苷脂神經(jīng)節(jié)苷脂唾液酸神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)元質(zhì)膜中具有特征性的成分，是一類膜上的受體，已知破傷風(fēng)毒素、霍亂毒素、干擾素、促甲狀腺素、絨毛膜促性腺激素和5-羥色胺等的受體就是不同的神經(jīng)節(jié)苷脂。半乳糖腦苷脂神經(jīng)節(jié)苷脂唾液酸3、固醇

——膽固醇及其類似物統(tǒng)稱固醇

膽固醇主要存在真核細(xì)胞膜上，含量一般不超過(guò)膜脂的1/3，大多數(shù)植物細(xì)胞和細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜中沒(méi)有膽固醇。膽固醇在調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性及降低水溶性物質(zhì)的通透性等方面都起著重要的作用。膽固醇（二）

膜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式側(cè)向運(yùn)動(dòng)（lateraldiffusion）在同一單分子層內(nèi)的脂類分子極易與鄰近分子交換位置。這種運(yùn)動(dòng)始終保持脂分子在質(zhì)膜中排布的方向：親水朝向膜表面，疏水尾朝向膜內(nèi)部。這種運(yùn)動(dòng)方式快速頻繁，是膜脂分子的基本運(yùn)動(dòng)方式。自旋運(yùn)動(dòng)（rotation）每個(gè)脂分子都圍繞其長(zhǎng)軸做快速旋轉(zhuǎn)。擺尾運(yùn)動(dòng)（flexion）脂分子尾部的擺動(dòng)；膜脂的脂肪酸鏈有韌性，可彎曲，最大彎曲發(fā)生在脂雙層的中心部分，最小程度的彎曲接近極性頭部。翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（flip-flop）膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)至另一層的運(yùn)動(dòng)，對(duì)維持膜的不對(duì)稱性很重要。很少發(fā)生，也可由膜蛋白協(xié)助完成。雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生頻率還不到脂分子側(cè)向交換頻率的10－10。但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生頻率很高。膜脂的分子運(yùn)動(dòng)1側(cè)向運(yùn)動(dòng)2自旋運(yùn)動(dòng)3擺尾運(yùn)動(dòng)4伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)5翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)6旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)

（三）脂質(zhì)體（liposome）

脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜。脂質(zhì)體的類型脂質(zhì)體的應(yīng)用研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)；脂質(zhì)體中裹入DNA可用于基因轉(zhuǎn)移；在臨床治療中,脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體。

脂質(zhì)體的類型

(a)水溶液中的磷脂分子團(tuán)；

(b)球形脂質(zhì)體；

(c)平面脂質(zhì)體膜；

(d）用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖

三、膜蛋白（一）基本類型（二）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式（三）去垢劑(detergent)外在（外周）膜蛋白

(extrinsic/peripheralmembraneproteins)

水溶性蛋白,靠離子鍵或其它弱鍵與膜表面的膜蛋白分子或膜脂分子結(jié)合，可用高鹽和堿性pH條件分離，但膜結(jié)構(gòu)不破壞。內(nèi)在（整合）膜蛋白

(intrinsic/integralmembraneproteins)

水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，與膜結(jié)合緊密，需用去垢劑使膜崩解后才可分離。脂錨定膜蛋白（lipid-anchoredproteins)

通過(guò)磷脂或脂肪酸錨定，共價(jià)結(jié)合。（一）膜蛋白的類型外在膜蛋白（extrinsicprotien）離子鍵氫鍵內(nèi)在膜蛋白分子均為雙性分子：非極性區(qū)（疏水區(qū)）插在脂雙層分子之間，極性區(qū)（親水區(qū)）則朝向膜的表面。

疏水性穿膜區(qū)親水區(qū)親水區(qū)內(nèi)在膜蛋白為跨膜蛋白（transmembraneproteins），水不溶性蛋白?？缒そY(jié)構(gòu)域?yàn)?至多個(gè)疏水的α螺旋。與膜的結(jié)合緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來(lái)。內(nèi)在膜蛋白（intrinsicproteins）兩親分子α螺旋膜蛋白的類型1、2整合蛋白；3、4脂錨定蛋白；5、6外周蛋白外在膜蛋白內(nèi)在膜蛋白脂錨定膜蛋白

脂錨定膜蛋白

脂錨定膜蛋白是通過(guò)與之共價(jià)相連的脂分子（如脂肪酸或糖脂）插入膜的脂雙分子層中，從而錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上。與脂肪酸結(jié)合的脂錨定膜蛋白多分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，與糖脂相結(jié)合的脂錨定膜蛋白多分布在質(zhì)膜外側(cè)。

脂錨定膜蛋白的3種類型

A脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N端的甘氨酸殘基上；B由15或20個(gè)碳鏈長(zhǎng)的烴鏈結(jié)合到膜蛋白C端的半胱氨酸殘基上；C通過(guò)糖脂錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上。

（二）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式1、膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心的相互作用。2、跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸殘基通過(guò)Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用。3、某些膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基上共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子,插入脂雙層之間,進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力。內(nèi)在膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域是與膜脂結(jié)合的主要部位，具體作用方式主要有三種。1、跨膜結(jié)構(gòu)域含20個(gè)左右的AA殘基形成α螺旋；2、某些α螺旋的外側(cè)是非極性鏈，內(nèi)側(cè)是極性鏈，可以形成特異性的離子跨膜通道；3、某些跨膜蛋白，如E.coli外膜上的孔蛋白和葉綠體線粒體外膜上的孔蛋白，其跨膜的結(jié)構(gòu)域是β折疊，反向平行的β折疊相互作用形成非特異的跨膜通道，允許分子量小于104的小分子自由通過(guò)。

（三）去垢劑去垢劑是一端親水、另一端疏水的兩性小分子,是分離與研究膜蛋白的常用試劑。

去垢劑可分為離子型去垢劑(SDS)和非離子型去垢劑（TritonX-100）離子型去垢劑不僅可以使細(xì)胞膜崩解，使膜蛋白釋放出來(lái)，而且可以破壞蛋白質(zhì)內(nèi)部的共價(jià)鍵，破壞蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象。非離子型去垢劑也可以引起膜崩解，但對(duì)于蛋白質(zhì)的作用比較溫和，因此為了獲得有生物活性的膜蛋白時(shí)，常使用非離子型去垢劑。

脫氧膽酸鈉十二烷基磺酸鈉

Triton-X-100辛基-β-D吡喃葡萄糖

四、膜糖生物膜中的糖都是以糖脂或糖蛋白的形式存在的。糖脂和糖蛋白上所連接的糖基具有重要的生物學(xué)功能，糖基不同的種類及排列順序就可作為某些特定的識(shí)別信號(hào)。例如人的ABO血型。細(xì)胞外被（糖萼）糖蛋白：（蛋白＋寡糖）膜上的蛋白與寡糖鏈相連的結(jié)構(gòu)糖脂：（脂類＋寡糖）膜上的磷脂與寡糖鏈相連的結(jié)構(gòu)功能：對(duì)膜蛋白起保護(hù)作用；在細(xì)胞識(shí)別中起重要作用。位于細(xì)胞膜外側(cè)；有些膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器的內(nèi)側(cè)（溶酶體）

糖脂與糖蛋白糖-共價(jià)鍵-脂糖-共價(jià)鍵-蛋白

整合膜蛋白外周膜蛋白細(xì)胞骨架纖維

糖

糖蛋白

糖脂膽固醇細(xì)胞外被(糖萼）:在大多數(shù)真核細(xì)胞的表面，富糖類的周緣區(qū)稱為細(xì)胞外被。作用：保護(hù)、潤(rùn)滑細(xì)胞；細(xì)胞識(shí)別和黏附?jīng)Q定ABO血型的糖脂

第二節(jié)生物膜基本特征與功能一、膜的流動(dòng)性：生物膜的基本特征之一，是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的必要條件。膜的流動(dòng)主要是由脂類和蛋白質(zhì)的流動(dòng)引起的。二、膜的不對(duì)稱性

一、膜的流動(dòng)性1、膜脂的流動(dòng)性 膜脂的流動(dòng)性主要由脂分子本身的性質(zhì)決定的,脂肪酸鏈越短,不飽和程度越高,膜脂的流動(dòng)性越大。

影響膜脂流動(dòng)性的因素2、膜蛋白的流動(dòng)性主要有側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式。旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散指膜蛋白圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。熒光抗體免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)、光脫色恢復(fù)技術(shù)檢測(cè)膜蛋白的流動(dòng)性。3、膜的流動(dòng)性與生命活動(dòng)

研究膜蛋白或膜脂流動(dòng)性的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一。用熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細(xì)胞表面某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光淬滅變暗。由于膜的流動(dòng)性，淬滅區(qū)域的亮度逐步增加，最后恢復(fù)到與周圍的熒光強(qiáng)度相等?？筛鶕?jù)熒光恢復(fù)的速度推算出膜蛋白或膜脂擴(kuò)散速率。光脫色恢復(fù)技術(shù)（FluorescenceRecoveryAfterPhotobleaching）FRAP

①脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)：長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動(dòng)性降低。②脂肪酸鏈的飽和度：不飽合脂肪酸具有較低的相變溫度，脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，膜流動(dòng)性就越高。③膽固醇：在相變溫度以上，限制膜的流動(dòng)性；在相變溫度以下，則可以增加膜的流動(dòng)性。④卵磷脂/鞘磷脂：卵磷脂所含的脂肪酸鏈的不飽和程度高，鏈較短，相變溫度低；其比值高則流動(dòng)性大。⑤其他因素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。

影響膜脂流動(dòng)性的因素

3、膜的流動(dòng)性與生命活動(dòng)細(xì)胞質(zhì)膜適宜的流動(dòng)性是生物膜正常功能的必要條件。酶活性與流動(dòng)性有極大的關(guān)系，流動(dòng)性大活性高。如果沒(méi)有膜的流動(dòng)性，細(xì)胞外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)法進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)合成的胞外物質(zhì)及細(xì)胞廢物也不能運(yùn)到細(xì)胞外，這樣細(xì)胞就要停止新陳代謝而死亡。膜流動(dòng)性與信息傳遞有著極大的關(guān)系。如果沒(méi)有流動(dòng)性，能量轉(zhuǎn)換是不可能的。膜的流動(dòng)性與發(fā)育和衰老過(guò)程都有相當(dāng)大的關(guān)系。

二、膜的不對(duì)稱性細(xì)胞質(zhì)膜各膜面的名稱

膜脂的不對(duì)稱性膜蛋白的不對(duì)稱性膜蛋白的不對(duì)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；膜的不對(duì)稱性與生命活動(dòng)

樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜可從脂雙層中央斷開(kāi)，各斷面命名為：ES：細(xì)胞外表面（extrocytoplasmicsurface）；PS：原生質(zhì)表面（protoplasmicsurface）；EF：細(xì)胞外小葉斷裂面（extrocytoplasmicface）；PF：原生質(zhì)小葉斷裂面（protoplasmicface）。（一）細(xì)胞質(zhì)膜各膜面的名稱SM：鞘磷脂；PC卵磷脂；PS磷脂酰絲氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CI：膽固醇

（二）膜脂分布的不對(duì)稱性膜脂分布的不對(duì)稱性含膽堿的磷脂多分布在外層；膽固醇的分布集中于細(xì)胞膜的外層，糖脂也存在于外層。含氨基的磷脂多分布在內(nèi)層；帶有負(fù)電荷的磷脂酰絲氨酸位于內(nèi)層，其結(jié)果是兩個(gè)單層間有明顯的電荷差。

膜糖的不對(duì)稱性

（三）膜蛋白分布的不對(duì)稱性外周蛋白分布的不對(duì)稱整合蛋白內(nèi)外兩側(cè)氨基酸殘基數(shù)目不對(duì)稱

（四）膜的不對(duì)稱性與生命活動(dòng)

膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對(duì)稱性導(dǎo)致了膜功能的不對(duì)稱性和方向性，保證了生命活動(dòng)的高度有序性。AnOverviewofmembranefunctions

1.Definetheboundariesofthecellanditsorganelles.2.Svidemechanismsforcell-to-cellcontact,communicationandadhesion

三、與細(xì)胞質(zhì)膜相關(guān)的膜骨架

細(xì)胞質(zhì)膜常常與膜下結(jié)構(gòu)(主要是細(xì)胞骨架系統(tǒng))相互聯(lián)系,協(xié)同作用,并形成細(xì)胞表面的某些特化結(jié)構(gòu)以完成特定的功能。（一）膜骨架

指細(xì)胞質(zhì)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)胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。（二）紅細(xì)胞的生物學(xué)特性

哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞核和內(nèi)膜系統(tǒng)，細(xì)胞膜既有良好的彈性又有較高的強(qiáng)度，并且細(xì)胞膜和膜骨架的蛋白比較容易純化、分析。紅細(xì)胞經(jīng)過(guò)低滲