細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸詳解演示文稿

細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共102頁(yè)。優(yōu)選細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運(yùn)輸當(dāng)前2頁(yè)，總共102頁(yè)。3.1.1細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)膜:包括細(xì)胞質(zhì)膜(plasmamembrane)、內(nèi)膜(internalmembrane)，習(xí)慣上把細(xì)胞所有膜結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為生物膜(biomembrane)。

細(xì)胞的生物膜結(jié)構(gòu)當(dāng)前3頁(yè)，總共102頁(yè)。3.1.2細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜是多功能的結(jié)構(gòu)體系，圖示它的主要功能:

細(xì)胞膜的功能

當(dāng)前4頁(yè)，總共102頁(yè)。1.界膜和區(qū)室化(delineationandcompartmentalization)

劃定了細(xì)胞的邊界，并在胞內(nèi)劃分了許多以膜包被的區(qū)室。2.調(diào)節(jié)運(yùn)輸(regulationoftransport)

膜為兩側(cè)的分子交換提供了一個(gè)屏障，一方面可以讓某些物質(zhì)"自由通透"，另一方面又作為某些物質(zhì)出入細(xì)胞的障礙。3.功能區(qū)室化通過(guò)形成膜結(jié)合細(xì)胞器，使細(xì)胞內(nèi)的功能區(qū)室化。例如細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等膜結(jié)合細(xì)胞器的基本功能是參與蛋白質(zhì)的合成、加工和運(yùn)輸；而溶酶體的功能是起消化作用，酸性水解酶主要集中在溶酶體。當(dāng)前5頁(yè)，總共102頁(yè)。4.信號(hào)的檢測(cè)與傳遞(detectionandtransmissionofsignals)

細(xì)胞質(zhì)膜中具有各種不同的受體，能夠識(shí)別并結(jié)合特異的配體，進(jìn)行信號(hào)的傳遞。5.參與細(xì)胞間的相互作用(intercellularinteraction)

在多細(xì)胞的生物中，細(xì)胞通過(guò)質(zhì)膜（包括膜中的一些蛋白）進(jìn)行細(xì)胞間的多種相互作用，包括細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞粘著、細(xì)胞連接等。6.能量轉(zhuǎn)換(energytransduction)

細(xì)胞膜的另一個(gè)重要功能是參與細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換。例如葉綠體利用類(lèi)囊體膜上的結(jié)合蛋白進(jìn)行光能的捕獲和轉(zhuǎn)換，最后將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存在碳水化合物中。當(dāng)前6頁(yè)，總共102頁(yè)。3.2紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)紅細(xì)胞(redbloodcell，erythrocyte)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的細(xì)胞，特別是成熟的紅細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞器，質(zhì)膜是它的惟一結(jié)構(gòu)，并且易于提純和分離，是研究膜結(jié)構(gòu)的最好材料。3.2.1紅細(xì)胞的生物學(xué)紅細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)

成熟的紅細(xì)胞呈雙面凹或單面凹陷的盤(pán)狀(下圖)，直徑為7.5～8.3μm，厚度1.7μm，體積8.3μm3，表面積為14.5μm2，表面積與體積的比值較大，有利于細(xì)胞變形、氣體交換和攜帶。

當(dāng)前7頁(yè)，總共102頁(yè)。電子顯微鏡下的紅細(xì)胞當(dāng)前8頁(yè)，總共102頁(yè)。紅細(xì)胞的功能紅細(xì)胞的主要功能是將肺吸進(jìn)的氧運(yùn)送到身體的其他組織，并帶走呼出的CO2。肌體內(nèi)紅細(xì)胞的運(yùn)輸作用當(dāng)前9頁(yè)，總共102頁(yè)。紅細(xì)胞血影將紅細(xì)胞分離后放入低滲溶液中，水很快滲入到細(xì)胞內(nèi)部，使紅細(xì)胞膨脹、破裂，從而釋放出血紅蛋白(是紅細(xì)胞中惟一一種非膜蛋白)，此時(shí)的紅細(xì)胞就變成了沒(méi)有內(nèi)容物的空殼，由于紅細(xì)胞膜具有很大的變形性、柔韌性和可塑性，當(dāng)紅細(xì)胞的內(nèi)容物滲漏之后，它的膜可以重新封閉起來(lái)，此時(shí)的紅細(xì)胞被稱(chēng)為血影(ghost)。紅細(xì)胞血影及封閉、未封閉小泡的形成當(dāng)前10頁(yè)，總共102頁(yè)。3.2.2紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究■關(guān)于膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的早期研究

●CharlesOverton的研究工作18世紀(jì)90年代，Overton用植物的根毛作實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)很容易進(jìn)入細(xì)胞，而水溶性的物質(zhì)卻不能。實(shí)際上他發(fā)現(xiàn)了親脂性(lipophilic)物質(zhì)與細(xì)胞的關(guān)系。根據(jù)這一研究結(jié)果，Overton認(rèn)為在細(xì)胞的外被中有脂的存在，他還進(jìn)一步推測(cè)，細(xì)胞的外被中很可能有膽固醇和卵磷脂的存在，這種推測(cè)后來(lái)被證明是完全正確的。●IrvingLangmuir的研究工作

將紅細(xì)胞的脂提取后鋪展在Langmuir水盤(pán)(LangmuirTrough)的水面上，研究了脂的展層行為，提出脂單層(lipidmonolayer)的設(shè)想。脂單層概念是20世紀(jì)初膜結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)，導(dǎo)致了脂雙層的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)前11頁(yè)，總共102頁(yè)。Langmuir水盤(pán)中展現(xiàn)單脂層當(dāng)前12頁(yè)，總共102頁(yè)。紅細(xì)胞膜脂雙層概念的提出1925年兩位荷蘭科學(xué)家E.Gorter和F.Grendel分離純化了紅細(xì)胞，從一定數(shù)量的紅細(xì)胞中抽提脂類(lèi)，按Langmuir的方法進(jìn)行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，Gorter和Grendel發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測(cè)的面積同實(shí)際測(cè)量的紅細(xì)胞的表面積之比約為1.8～2.2∶1，為了解釋這一結(jié)果，他們提出紅細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)是脂雙層(lipidbilayer)的概念。當(dāng)前13頁(yè)，總共102頁(yè)。3.2.3紅細(xì)胞質(zhì)膜紅細(xì)胞的壽命約為120天，在生存期中大約行程500，000米。在血液循環(huán)中，紅細(xì)胞要穿過(guò)小于自身直徑一半的微小通道(脾竇)、在脾臟內(nèi)要經(jīng)受氧少、低pH值等不利環(huán)境的考驗(yàn)、在心臟內(nèi)又要受到瓣膜渦流沖擊。不難想像，紅細(xì)胞在這樣長(zhǎng)而艱險(xiǎn)的運(yùn)輸途徑中保持結(jié)構(gòu)的完好，它的質(zhì)膜起了重要作用，可以推測(cè)，紅細(xì)胞的質(zhì)膜一定有非常特別的結(jié)構(gòu)，僅僅是雙脂層可能難以解釋。當(dāng)前14頁(yè)，總共102頁(yè)。紅細(xì)胞膜骨架紅細(xì)胞質(zhì)膜的內(nèi)側(cè)有一種特殊的結(jié)構(gòu)，是由膜蛋白和纖維蛋白組成的網(wǎng)架，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。紅細(xì)胞膜骨架結(jié)構(gòu)當(dāng)前15頁(yè)，總共102頁(yè)?！黾t細(xì)胞膜蛋白的組成分離紅細(xì)胞膜后可用陰離子去垢劑溶解膜蛋白，并通過(guò)SDS和聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)分離膜蛋白。通過(guò)單向SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，發(fā)現(xiàn)大約有15種主要的蛋白帶，相對(duì)分子質(zhì)量為15kDa到250kDa。

人紅細(xì)胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部(A)是考馬斯藍(lán)染色的膠;(B)表示凝膠上主要蛋白質(zhì)的位置。當(dāng)前16頁(yè)，總共102頁(yè)。幾種主要的紅細(xì)胞膜蛋白是(其中血影蛋白、血型糖蛋白、帶3蛋白約占膜蛋白的60%以上):

●血影蛋白(spectrin)●血型糖蛋白A(glycophorinA)●帶3蛋白(band3protein)●肌動(dòng)蛋白(actin)●錨定蛋白(ankyrin)●帶4.1蛋白(band4.1protein)●內(nèi)收蛋白(adducin)當(dāng)前17頁(yè)，總共102頁(yè)。■紅細(xì)胞膜骨架的形成紅細(xì)胞膜骨架的結(jié)構(gòu)如圖所示。

紅細(xì)胞膜骨架的結(jié)構(gòu)當(dāng)前18頁(yè)，總共102頁(yè)。紅細(xì)胞膜骨架蛋白的主要成分包括:血影蛋白、肌動(dòng)蛋白、錨定蛋白、帶3蛋白、帶4.1蛋白等。紅細(xì)胞膜骨架的網(wǎng)狀支架的形成及與膜的結(jié)合過(guò)程大致分為三步：●首先是血影蛋白與4.1蛋白、肌動(dòng)蛋白的相互作用●4.1蛋白同血型糖蛋白相互作用●第三是錨定蛋白與血影蛋白、帶3蛋白的相互作用當(dāng)前19頁(yè)，總共102頁(yè)。3.3質(zhì)膜的化學(xué)組成脂和蛋白質(zhì)是膜的主要成分，同時(shí)還有少量的糖類(lèi)。構(gòu)成膜的蛋白質(zhì)與脂的比例依據(jù)膜的類(lèi)型(如質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜)、細(xì)胞類(lèi)型(肌細(xì)胞、肝細(xì)胞)、生物類(lèi)型(動(dòng)物、植物和原核生物)的不同而不同(表3.1)。一般而言，脂占50%，蛋白質(zhì)占40%，碳水化合物約占1-10%。

當(dāng)前20頁(yè)，總共102頁(yè)。干重的百分比(%)膜蛋白質(zhì)脂碳水化合物質(zhì)膜紅細(xì)胞49438神經(jīng)鞘18793肝細(xì)胞543610核膜66322高爾基體642610內(nèi)質(zhì)網(wǎng)622710線(xiàn)粒體外膜5545痕跡量?jī)?nèi)膜7822-葉綠體7030-不同生物膜中的蛋白、脂和碳水化合物的量

當(dāng)前21頁(yè)，總共102頁(yè)。3.3.1膜脂(membranelipids)

所有的膜脂都具有雙親媒性(amphipathic)，即這些分子都有一個(gè)親水末端(極性端)和一個(gè)疏水末端(非極性端)。這種性質(zhì)使生物膜具有屏障作用，大多數(shù)水溶性物質(zhì)不能自由通過(guò)，只允許親脂性物質(zhì)通過(guò)。膜脂的主要類(lèi)型膜脂是生物膜的基本組成成分，約占膜的50%，主要有三大類(lèi):磷脂、糖脂、膽固醇。

當(dāng)前22頁(yè)，總共102頁(yè)?！窳字?phospholipids)含有磷酸基團(tuán)的脂稱(chēng)為磷脂，是細(xì)胞膜中含量最豐富和最具特性的脂。它有一個(gè)極性的頭部和一個(gè)疏水的尾部磷脂酰乙醇胺的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前23頁(yè)，總共102頁(yè)。膽固醇(cholesterol)細(xì)胞膜上另一類(lèi)脂是固醇類(lèi)的膽固醇，膽固醇存在于真核細(xì)胞膜中。動(dòng)物細(xì)胞膜膽固醇的含量較高，有的占膜脂的50%，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，酵母細(xì)胞膜中是麥角固醇。

膽固醇的結(jié)構(gòu)當(dāng)前24頁(yè)，總共102頁(yè)。膽固醇的分子較其他膜脂要小，雙親媒性也較低。膽固醇的親水頭部朝向膜的外側(cè),疏水的尾部埋在脂雙層的中央。膽固醇在脂雙層中的位置當(dāng)前25頁(yè)，總共102頁(yè)?！瞿ぶ奶匦院凸δ?/p>

不同類(lèi)型的膜含有不同類(lèi)型的膜脂，使這些膜具有不同的特性脂人的紅細(xì)胞人的髓鞘牛心臟線(xiàn)粒體E.coli磷脂酸(PA)1.50.500磷脂酰膽堿(PC)1910390磷脂酰乙醇胺(PE)18202765磷脂酰甘油(PG)00018磷脂酰絲氨酸(PS)8.58.50.50心磷脂0022.512鞘磷脂17.58.500糖脂102600膽固醇222630某些生物膜膜脂的組成(脂總重量百分?jǐn)?shù))

當(dāng)前26頁(yè)，總共102頁(yè)。膜脂都是兩性物質(zhì)，都具有親水的極性頭和疏水的非極性的尾，大多數(shù)磷脂和糖脂在水溶液中能夠自動(dòng)形成雙分子層結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些兼性分子被水環(huán)境包圍時(shí)，它們就聚集起來(lái)，將疏水的尾部埋在里面，親水的頭部露在外面與水接觸?？赡苡袃煞N形式:形成球狀的分子團(tuán)(micelles)，把尾部包在里面；或者形成雙分子層(bilayers)，把疏水的尾部夾在頭部的中間，或形成脂質(zhì)體(liposome)。脂在水中的行為當(dāng)前27頁(yè)，總共102頁(yè)。膜脂的主要功能是構(gòu)成膜的基本骨架，此外還有其他一些重要功能脂存在的膜功能主要磷脂

磷脂酰膽堿存在于大多數(shù)膜中形成脂雙層磷脂酰乙醇胺存在于大多數(shù)膜中起界膜的作用，防止水磷脂酰絲氨基存在于大多數(shù)膜中溶性物質(zhì)的自由擴(kuò)散次要磷脂

心磷脂線(xiàn)粒體內(nèi)膜激活染色體磷脂酰肌醇(PI)存在于大多數(shù)膜作為三磷酸肌醇的供體鞘脂大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞，特別是神經(jīng)細(xì)胞屏障作用，激活某些酶糖脂葉綠體類(lèi)囊體的膜的主要脂類(lèi)屏障作用膽固醇大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞膜大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞膜膜的流動(dòng)性表:某些膜脂的功能當(dāng)前28頁(yè)，總共102頁(yè)。3.3.2膜的碳水化合物約占膜重量的1～10%，糖含量的多少依細(xì)胞的不同而不同。細(xì)胞質(zhì)膜上所有的膜糖都位于質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則位于內(nèi)表面?！瞿ぬ堑姆N類(lèi)

自然界存在的單糖及其衍生物有200多種，但存在于膜的糖類(lèi)只有其中的9種，而在動(dòng)物細(xì)胞膜上的主要是7種。

細(xì)胞膜中常見(jiàn)的七種糖類(lèi)

當(dāng)前29頁(yè)，總共102頁(yè)。膜糖的存在方式真核細(xì)胞質(zhì)膜中的糖類(lèi)是通過(guò)共價(jià)鍵同膜脂或膜蛋白相連，即以糖脂或糖蛋白的形式存在于細(xì)胞質(zhì)膜上。糖同氨基酸的連接主要有兩種形式，即O-連接和N-連接?！馩-連接:是糖鏈與肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸殘基相連，O-連接糖鏈較短，約含4個(gè)糖基。●N-連接:是糖鏈與肽鏈中天冬酰胺殘基相連，N-連接的糖鏈一般有10個(gè)以上的糖基。另外，N連接的方式較O連接普遍。糖與多肽連接的兩種方式當(dāng)前30頁(yè)，總共102頁(yè)?！瞿ぬ堑墓δ?/p>

膜糖可以提高膜的穩(wěn)定性，增強(qiáng)膜蛋白對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性，幫助膜蛋白進(jìn)行正確的折疊和維持正確的三維構(gòu)型。同時(shí)膜糖也參與細(xì)胞的信號(hào)識(shí)別、細(xì)胞的粘著。如同某些糖脂一樣，膜蛋白中的糖基是細(xì)菌和病毒感染時(shí)的識(shí)別和結(jié)合位點(diǎn)。另外，糖蛋白中的糖基還幫助新合成蛋白質(zhì)進(jìn)行正確的運(yùn)輸和定位?！馎BO血型決定子(determinant)，即ABO血型抗原，它是一種糖脂，其寡糖部分具有決定抗原特異性的作用(圖)。人的血型是A型、B型、AB型還是O型，是由紅細(xì)胞膜脂或膜蛋白中的糖基決定的。A血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳糖(Gal)，O型則沒(méi)有這兩種糖基，而AB型的人則在末端同時(shí)具有這兩種糖。血型抗原當(dāng)前31頁(yè)，總共102頁(yè)。3.3.3膜蛋白(membraneprotein)由膜脂構(gòu)成膜的基本結(jié)構(gòu)，但是生物膜的特定功能主要是由蛋白質(zhì)決定的。功能越復(fù)雜的膜，其上的蛋白質(zhì)種類(lèi)越多。膜蛋白的分類(lèi)

據(jù)膜蛋白與膜脂的關(guān)系分為整合蛋白、外周蛋白、脂錨定蛋白。1.整合蛋白(integralprotein)又稱(chēng)內(nèi)在蛋白(intrinsicprotein)，跨膜蛋白(transmembraneprotein)，部分或全部鑲嵌在細(xì)胞膜中或內(nèi)外兩側(cè)。

整合蛋白當(dāng)前32頁(yè)，總共102頁(yè)。2.外周蛋白(peripheralprotein)又稱(chēng)附著蛋白(protein-attached)。這種蛋白完全外露在脂雙層的內(nèi)外兩側(cè)，主要是通過(guò)非共價(jià)鍵附著在脂的極性頭部，或整合蛋白親水區(qū)的一側(cè)，間接與膜結(jié)合。

圖外周蛋白當(dāng)前33頁(yè)，總共102頁(yè)。3.脂錨定蛋白(lipid-anchored)又稱(chēng)脂連接蛋白(lipid-linkedprotein)，通過(guò)共價(jià)鍵的方式同脂分子結(jié)合，位于脂雙層的外側(cè)。同脂的結(jié)合有兩種方式，一種是蛋白質(zhì)直接結(jié)合于脂雙分子層，另一種方式是蛋白并不直接同脂結(jié)合，而是通過(guò)一個(gè)糖分子間接同脂結(jié)合。

脂錨定蛋白

當(dāng)前34頁(yè)，總共102頁(yè)。膜蛋白的功能胞質(zhì)膜有著許多重要的生物學(xué)功能，這些功能大多數(shù)是由膜蛋白來(lái)執(zhí)行的(圖，表)。

膜蛋白的某些功能

當(dāng)前35頁(yè)，總共102頁(yè)。表:某些膜蛋白及其功能功能蛋白示例作用方式運(yùn)輸?shù)鞍譔a＋泵主動(dòng)將Na+泵出細(xì)胞，K+泵入細(xì)胞連接蛋白整合素將細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長(zhǎng)因子(PDGF)受體同細(xì)胞外的PDGF結(jié)合、在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)，引起細(xì)胞的生長(zhǎng)與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細(xì)胞外信號(hào)作用下，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生當(dāng)前36頁(yè)，總共102頁(yè)?！瞿さ鞍椎难芯糠椒ā衲さ鞍椎姆蛛x十二烷基磺酸鈉(SDS)和TritonX-100都是去垢劑，哪一種可用于分離有生物功能的膜蛋白？●去垢劑的作用機(jī)理

去垢劑是一端親水一端疏水的雙親媒性分子，它們具有極性端和非極性的碳?xì)滏湣．?dāng)它們與膜蛋白作用時(shí)，可以用非極性端同蛋白質(zhì)的疏水區(qū)作用，取代膜脂，極性端指向水中，形成溶于水的去垢劑-膜蛋白復(fù)合物，從而使膜蛋白在水中溶解、變性、沉淀當(dāng)前37頁(yè)，總共102頁(yè)。去垢劑在膜蛋白分離中的作用

(a)去垢劑分子，具有極性和非極性端;(b)去垢劑包裹在膜蛋白的疏水區(qū)，極性區(qū)朝向外側(cè)，使蛋白質(zhì)成為水溶性，從而與膜分離。

當(dāng)前38頁(yè)，總共102頁(yè)。膜蛋白在膜中位置測(cè)定

請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種方法檢測(cè)跨膜蛋白的哪一部分位于膜的外側(cè)，哪一部分位于膜的內(nèi)側(cè)?

當(dāng)前39頁(yè)，總共102頁(yè)。3.4膜的分子結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)雖然細(xì)胞質(zhì)膜是包裹在細(xì)胞最外層的界膜，但由于細(xì)胞的新陳代謝活動(dòng)必須同細(xì)胞外進(jìn)行物質(zhì)交換，這就要求細(xì)胞質(zhì)膜具有特殊的結(jié)構(gòu)，以保證生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。

3.4.1結(jié)構(gòu)模型●1890年，E.Overton發(fā)現(xiàn)了脂溶性物質(zhì)容易透過(guò)細(xì)胞，提出了脂肪柵的膜結(jié)構(gòu)設(shè)想。●1925年，荷蘭的兩位科學(xué)家E.Gorter和F.Grendel根據(jù)對(duì)紅細(xì)胞的研究，提出細(xì)胞的外面有一個(gè)雙脂分子層結(jié)構(gòu)。當(dāng)前40頁(yè)，總共102頁(yè)。■片層結(jié)構(gòu)模型(Lamellastructuremodel)1935年JamesDaniellie和HughDavson提出"雙分子片層"結(jié)構(gòu)模型,該模型是第一次用分子術(shù)語(yǔ)描述的結(jié)構(gòu)，并將膜結(jié)構(gòu)同所觀察到的生物學(xué)理化性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)，對(duì)后來(lái)的研究有很大的啟發(fā)。質(zhì)膜的片層結(jié)構(gòu)模型當(dāng)前41頁(yè)，總共102頁(yè)。單位膜模型(unitmembrane

model)1959年，利用電子顯微鏡技術(shù)對(duì)各種膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究，在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜是類(lèi)似鐵軌結(jié)構(gòu)("railroadtrack")，兩條暗線(xiàn)被一條明亮的帶隔開(kāi)，顯示暗——明——暗的三層，總厚度為7.5nm，中間層為3.5nm，內(nèi)外兩層各為2nm。并推測(cè):暗層是蛋白質(zhì)，透明層是脂，并建議將這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為單位膜。

質(zhì)膜的單位膜模型

當(dāng)前42頁(yè)，總共102頁(yè)?！隽鲃?dòng)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)1972年Singer和Nicolson總結(jié)了當(dāng)時(shí)有關(guān)膜結(jié)構(gòu)模型及各種研究的新成就，提出了流動(dòng)鑲嵌模型。這一模型強(qiáng)調(diào)了膜的流動(dòng)性和不對(duì)稱(chēng)性，較好地體現(xiàn)細(xì)胞的功能特點(diǎn)，被廣泛接受，也得到許多實(shí)驗(yàn)的支持。質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型

當(dāng)前43頁(yè)，總共102頁(yè)?！龃竽c桿菌細(xì)胞質(zhì)膜●流動(dòng)鑲嵌模型同樣適合原核生物?！窬哂须p層膜結(jié)構(gòu)的只是革藍(lán)氏陰性菌，如大腸桿菌。對(duì)于革藍(lán)氏陽(yáng)性菌，如鏈球菌、葡萄球菌等只有單層膜結(jié)構(gòu)?！裨诟锼{(lán)氏陰性菌的外膜上有豐富的孔蛋白。

大腸桿菌的雙層質(zhì)膜細(xì)菌質(zhì)膜中的孔蛋白當(dāng)前44頁(yè)，總共102頁(yè)。Q:孔蛋白只存在于雙層膜的外膜中，為什么？由于孔蛋白的孔徑大，所以只能存在于外膜，而不能存在于內(nèi)膜。內(nèi)膜有界膜的作用，如果有孔蛋白，則失去界膜的功能。當(dāng)前45頁(yè)，總共102頁(yè)。3.4.2膜的不對(duì)稱(chēng)性(membraneasymmetry)細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分的種類(lèi)和數(shù)量呈現(xiàn)不均勻分布?！霾粚?duì)稱(chēng)性的表現(xiàn)膜的主要成分是蛋白、脂和糖，膜的不對(duì)稱(chēng)性主要是指這些成分分布的不對(duì)稱(chēng)以及這些分子在方向上的不對(duì)稱(chēng)?！衲ぶ牟粚?duì)稱(chēng)性膜脂的不對(duì)稱(chēng)性表現(xiàn)在脂雙層中分布的各類(lèi)脂的比例不同，各種細(xì)胞的膜脂不對(duì)稱(chēng)性差異很大。

膜脂的不對(duì)稱(chēng)分布當(dāng)前46頁(yè)，總共102頁(yè)。●膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)

每種膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，與其功能相適應(yīng)，這是膜蛋白不對(duì)稱(chēng)性的主要因素。膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性包括外周蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)以及整合蛋白內(nèi)外兩側(cè)氨基酸殘基數(shù)目的不對(duì)稱(chēng)。

紅細(xì)胞血型糖蛋白A在質(zhì)膜中不對(duì)稱(chēng)分布

當(dāng)前47頁(yè)，總共102頁(yè)?！衲ぬ堑牟粚?duì)稱(chēng)膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，無(wú)論是糖蛋白還是糖脂的糖基都是位于膜的外表面。

磷脂與糖脂分布的不對(duì)稱(chēng)性膜糖分布的不對(duì)稱(chēng)性當(dāng)前48頁(yè)，總共102頁(yè)。不對(duì)稱(chēng)性的意義膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致了膜功能的不對(duì)稱(chēng)性和方向性。保證了生命活動(dòng)的高度有序性。膜脂在膜中的分布是不對(duì)稱(chēng)的，雖然這種不對(duì)稱(chēng)性的生物學(xué)作用還了解得很少，但已經(jīng)取得了不少進(jìn)展。如糖脂是位于脂雙層的外側(cè)，其作用可能作為細(xì)胞外配體(ligand)的受體。磷脂酰絲氨基主要集中在脂雙層的內(nèi)葉，在生理pH下帶負(fù)電荷，這種帶電性使得它能夠同帶正電的物質(zhì)結(jié)合，如同血型糖蛋白A跨膜α螺旋鄰近的賴(lài)氨酸、精氨酸結(jié)合。磷脂酰膽堿出現(xiàn)在衰老的淋巴細(xì)胞外表面，作為讓吞噬細(xì)胞吞噬的信號(hào)。磷脂酰膽堿也出現(xiàn)在血小板的外表面，此時(shí)作為血凝固的信號(hào)。磷脂酰肌醇主要集中在內(nèi)葉，它們?cè)趯⒓?xì)胞質(zhì)膜的刺激向細(xì)胞質(zhì)傳遞中起關(guān)鍵作用。膜不僅內(nèi)外兩側(cè)的功能不同，分布的區(qū)域?qū)δ芤灿杏绊?。造成這種功能上的差異，主要是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不對(duì)稱(chēng)引起的。細(xì)胞間的識(shí)別、運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸、信號(hào)傳遞等都具有方向性。這些方向性的維持就是靠分布不對(duì)稱(chēng)的膜蛋白、膜脂和膜糖來(lái)提供當(dāng)前49頁(yè)，總共102頁(yè)。■不對(duì)稱(chēng)性的研究方法研究膜結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)性的方法有很多種，其中最重要的就是冰凍斷裂技術(shù)，此外還有同位素標(biāo)記法、酶水解法等?！?/p>

冰凍斷裂(freezefracture)法冰凍斷裂法不僅可用于研究膜組份分布的不對(duì)稱(chēng)，也是膜的脂雙層結(jié)構(gòu)的直接證據(jù)的來(lái)源。冰凍斷裂(freezefracture)一種制備電子顯微鏡樣品的方法。將組織放在液氮中快速下冷凍，然后用冰刀使樣品斷裂分割，通過(guò)金屬?gòu)?fù)形可進(jìn)行電鏡觀察。冰凍斷裂技術(shù)顯示的脂雙層及膜蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)性

當(dāng)前50頁(yè)，總共102頁(yè)。1.放射性標(biāo)記法(radioactivelabelingprocedure)實(shí)驗(yàn)中首先要分離細(xì)胞膜，然后用乳過(guò)氧化物酶進(jìn)行膜蛋白標(biāo)記。過(guò)氧化物酶的分子較大而不能透過(guò)細(xì)胞膜，這樣可以用于標(biāo)記膜外表面的蛋白，標(biāo)記后，分離膜蛋白，電泳分離和放射自顯影進(jìn)行鑒定。研究細(xì)胞膜蛋白分布不對(duì)稱(chēng)的一種方法。實(shí)驗(yàn)中首先要分離細(xì)胞膜,然后用乳過(guò)氧化物酶進(jìn)行膜蛋白標(biāo)記。由于過(guò)氧化物酶的分子較大而不能透過(guò)細(xì)胞膜,這樣可以用于標(biāo)記膜外表面的蛋白,包括外周蛋白和整合蛋白的外部分。標(biāo)記后,分離膜蛋白,電泳分離和放射自顯影進(jìn)行鑒定。若是要標(biāo)記膜內(nèi)側(cè)的蛋白,則需將膜置于低離子強(qiáng)度的溶液中以提高膜的通透性,使乳過(guò)氧化物酶進(jìn)入膜泡進(jìn)行內(nèi)側(cè)蛋白的標(biāo)記。放射性標(biāo)記法測(cè)定膜蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)性

當(dāng)前51頁(yè)，總共102頁(yè)。在酶法標(biāo)記測(cè)定膜蛋白的定向?qū)嶒?yàn)中若是要標(biāo)記膜內(nèi)側(cè)的蛋白，該如何處理？將人工脂質(zhì)體放入低滲溶液中，這樣，乳過(guò)氧化物酶就能進(jìn)入脂質(zhì)體進(jìn)行內(nèi)側(cè)蛋白質(zhì)標(biāo)記。乳過(guò)氧化物酶就能進(jìn)入脂質(zhì)體進(jìn)行內(nèi)側(cè)蛋白質(zhì)標(biāo)記當(dāng)前52頁(yè)，總共102頁(yè)。2.脂酶處理法既可以用胰蛋白酶處理法研究膜蛋白的定位，也可以用磷脂酶處理法來(lái)研究膜脂在脂雙層中的定位。

用脂酶處理法研究膜脂分布的不對(duì)稱(chēng)性

當(dāng)前53頁(yè)，總共102頁(yè)。請(qǐng)說(shuō)明磷脂酶處理法研究紅細(xì)胞膜脂在脂雙層中定位的原理由于紅細(xì)胞具有血影現(xiàn)象，只要將紅細(xì)胞置于低離子濃度的溶液中，紅細(xì)胞就會(huì)發(fā)生滲漏釋放出內(nèi)含物，得到只有紅細(xì)胞膜的空殼。然后調(diào)整溶液中的Mg2+離子濃度，改變紅細(xì)胞小泡的狀態(tài)。若是從溶液中除去Mg2+，則形成外翻的小泡，若是加入Mg2+則是正常方向的小泡，然后用脂酶分別處理這兩種紅細(xì)胞膜。常用的脂酶是磷脂酶(phospholipase)，這種酶也是因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量大而不通過(guò)細(xì)胞膜，所以磷脂酶只能附著在膜泡的外表面，能夠被磷脂酶水解的就是位于外表面的磷脂，然后再根據(jù)它原來(lái)的狀態(tài)，確定在紅細(xì)胞膜脂中的定向。當(dāng)前54頁(yè)，總共102頁(yè)。3.5物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

3.5.1質(zhì)膜物質(zhì)運(yùn)輸概述

細(xì)胞質(zhì)膜不僅僅作為物質(zhì)出入細(xì)胞的障礙，還要具有控制分子和離子通過(guò)的能力。換句話(huà)說(shuō)，細(xì)胞質(zhì)膜必須具有選擇性地進(jìn)行物質(zhì)跨膜運(yùn)輸、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)和離子的平衡及滲透壓平衡的能力。

物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸當(dāng)前55頁(yè)，總共102頁(yè)。物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆懂牎窦?xì)胞運(yùn)輸(cellulartransport):細(xì)胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換;●胞內(nèi)運(yùn)輸(intracellulartransport):真核生物細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合細(xì)胞器與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境進(jìn)行的物質(zhì)交換;●轉(zhuǎn)細(xì)胞運(yùn)輸(transcellulartransport):物質(zhì)穿越細(xì)胞的運(yùn)輸。這種運(yùn)輸主要是細(xì)胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換，包括細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、原材料的攝取和代謝廢物的排除及產(chǎn)物的分泌。如細(xì)胞從血液中吸收葡萄糖以及細(xì)胞質(zhì)膜上的離子泵將Na+泵出、將K+泵入細(xì)胞都屬于這種運(yùn)輸范疇。是真核生物細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合細(xì)胞器與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境進(jìn)行的物質(zhì)交換。包括細(xì)胞核、線(xiàn)粒體、葉綠體、溶酶體、過(guò)氧化物酶體、高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)交換。這種運(yùn)輸不僅僅是物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，而是從細(xì)胞的一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)出去，實(shí)際上是穿越細(xì)胞的運(yùn)輸。在多細(xì)胞生物中，整個(gè)細(xì)胞層作為半滲透性的障礙，而不僅僅是細(xì)胞質(zhì)膜。如植物的根部細(xì)胞負(fù)責(zé)吸收水份和礦物鹽，然后將它們運(yùn)輸?shù)狡渌M織即是這種運(yùn)輸。當(dāng)前56頁(yè)，總共102頁(yè)。膜運(yùn)輸機(jī)制:被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸

動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)娜齻€(gè)差異:起始條件不同、運(yùn)輸方式不同、產(chǎn)生的結(jié)果不同。被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸

當(dāng)前57頁(yè)，總共102頁(yè)。從起始條件、運(yùn)輸方式、產(chǎn)生的結(jié)果等三個(gè)方面進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸和被動(dòng)運(yùn)輸?shù)谋容^。被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸起始條件細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)濃度大大高于細(xì)胞內(nèi)的濃度細(xì)胞外被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)的濃度可能高于、也可能低于細(xì)胞內(nèi)的濃度運(yùn)輸方式通過(guò)擴(kuò)散或運(yùn)輸?shù)鞍仔纬傻耐ǖ肋M(jìn)入細(xì)胞通過(guò)具有酶活性的運(yùn)輸?shù)鞍?泵)，在能量的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)出細(xì)胞產(chǎn)生的結(jié)果最后使細(xì)胞內(nèi)外的濃度達(dá)到平衡最后細(xì)胞內(nèi)外的濃度處于穩(wěn)定，建立了濃度梯度當(dāng)前58頁(yè)，總共102頁(yè)?！裎镔|(zhì)輸入細(xì)胞的四種方式溶質(zhì)分子可通過(guò)四種不同的方式跨膜運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)乃姆N基本機(jī)制

圖中用較大號(hào)字母表示溶液的高濃度。(a)通過(guò)脂雙層的簡(jiǎn)單擴(kuò)散；(b)通過(guò)膜整合蛋白形成的水性通道進(jìn)行的被動(dòng)運(yùn)輸;(c)通過(guò)同膜蛋白的結(jié)合進(jìn)行的幫助擴(kuò)散，也同(a)和(b)一樣，只能從高濃度向低濃度運(yùn)輸;(d)通過(guò)載體介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸，這種載體主要是酶，能夠催化物質(zhì)從低濃度向高濃度運(yùn)輸。

當(dāng)前59頁(yè)，總共102頁(yè)。■膜運(yùn)輸?shù)鞍?membranetransportprotein)參與被動(dòng)和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪さ鞍妆环Q(chēng)為膜運(yùn)輸?shù)鞍?。鑒定膜運(yùn)輸?shù)鞍椎姆椒ǎ阂环N是親和標(biāo)記法(affinitylabeling)，另一種是膜重建(membranereconstitution)。

鑒定膜運(yùn)輸?shù)鞍椎膬煞N方法

膜運(yùn)輸?shù)鞍资悄ふ系鞍?，或是大的跨膜分子?fù)合物，功能是參與被動(dòng)運(yùn)輸(促進(jìn)擴(kuò)散)或主動(dòng)運(yùn)輸(運(yùn)輸泵)。參與促進(jìn)擴(kuò)散的膜運(yùn)輸?shù)鞍纂m然沒(méi)有酶活性，但是具有酶催化的特點(diǎn)，如可達(dá)到最高速率、具有特異性和競(jìng)爭(zhēng)抑制等，因此，運(yùn)輸?shù)鞍子直环Q(chēng)為透性酶(permease)。當(dāng)前60頁(yè)，總共102頁(yè)。目前有兩種鑒定方法,一種是親和標(biāo)記法(affinitylabeling),另一種是膜重建(membranereconstitution)。上:親和標(biāo)記法,在此法中常常用到特異的運(yùn)輸系統(tǒng)的抑制劑。下:膜重建法。在親和標(biāo)記法中,主要是用放射性標(biāo)記的分子抑制某種物質(zhì)的運(yùn)輸.這種抑制作用是由抑制劑同膜運(yùn)輸?shù)鞍椎慕Y(jié)合引起的,然后分離膜蛋白,鑒定同抑制劑結(jié)合的膜蛋白。例如細(xì)胞松弛素B是葡萄糖運(yùn)輸?shù)鞍椎囊种苿?因此將放射性標(biāo)記的細(xì)胞松弛素加入到細(xì)胞液中,就可同膜中葡萄糖運(yùn)輸?shù)鞍捉Y(jié)合,然后從膜中分離蛋白,通過(guò)放射性分析鑒定膜運(yùn)輸?shù)鞍?。在膜重建法?首先要分離純化膜蛋白,然后將分離純化的蛋白質(zhì)同磷脂混合,構(gòu)建人工脂質(zhì)體，然后檢測(cè)脂質(zhì)體的運(yùn)輸能力。當(dāng)前61頁(yè)，總共102頁(yè)。離子載體在膜運(yùn)輸?shù)鞍坠δ苎芯恐械膽?yīng)用人們對(duì)自然狀態(tài)下的膜運(yùn)輸特性的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自離子載體(ionophore)的應(yīng)用。短桿菌肽

A(gramicidinA)是一種形成通道的離子載體，它具有疏水的側(cè)鏈，兩個(gè)分子在一起形成跨膜的通道。它能夠有選擇地將單價(jià)陽(yáng)離子順電化學(xué)梯度通過(guò)膜(圖3-49)，可被短桿菌肽A離子通道運(yùn)輸?shù)年?yáng)離子有∶H+〉NH4+〉K+〉Na+〉Li+。

短桿菌肽A離子載體作用機(jī)制

離子載體是一些能夠極大提高膜對(duì)某些離子通透性的載體分子。大多數(shù)離子載體是細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素,它們能夠殺死某些微生物,其作用機(jī)制就是提高了靶細(xì)胞膜通透性,使得靶細(xì)胞無(wú)法維持細(xì)胞內(nèi)離子的正常濃度梯度而死亡,所以離子載體并非是自然狀態(tài)下存在于膜中的運(yùn)輸?shù)鞍?而是人工用來(lái)研究膜運(yùn)輸?shù)鞍椎囊粋€(gè)概念。根據(jù)改變離子通透性的機(jī)制不同,將離子載體分為兩種類(lèi)型:通道形成離子載體(channel-formingionophore)和離子運(yùn)載的離子載體(ion-carryingionophore)。

當(dāng)前62頁(yè)，總共102頁(yè)。纈氨霉素(valinomycin)是一種由12個(gè)氨基酸組成的環(huán)形小肽。將纈氨霉素插入脂質(zhì)體后，通過(guò)環(huán)的疏水面與脂雙層相連，極性的內(nèi)部能精確地固定K+。它在一側(cè)結(jié)合K+，然后向內(nèi)側(cè)移動(dòng)通過(guò)脂雙層，在另一側(cè)將K+釋放到細(xì)胞內(nèi)。

離子運(yùn)載的離子載體的作用機(jī)制從上面介紹的兩個(gè)離子載體的例子可以得到兩個(gè)基本結(jié)論:①膜運(yùn)輸?shù)鞍拙哂羞x擇性;②膜運(yùn)輸?shù)鞍淄ㄟ^(guò)兩種機(jī)制進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸，一是形成水性通道，二是同被運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)結(jié)合，以可動(dòng)的形式穿膜，即可動(dòng)載體(mobilecarrier)的運(yùn)輸。當(dāng)前63頁(yè)，總共102頁(yè)。3.5.2被動(dòng)運(yùn)輸(passivetransport)非電解質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散跨過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜必須具備兩個(gè)條件:第一，該物質(zhì)在細(xì)胞外的濃度很高;第二，細(xì)胞質(zhì)膜必須對(duì)這種物質(zhì)具有通透性。膜對(duì)某種溶質(zhì)具有透性，必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件之一：(1)這種物質(zhì)能夠直接穿過(guò)脂雙層，或是(2)膜中有可允許該溶質(zhì)通過(guò)的跨膜孔道。

當(dāng)前64頁(yè)，總共102頁(yè)。擴(kuò)散與滲透細(xì)胞質(zhì)膜具有兩個(gè)基本的特性∶允許小分子物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜，也可以讓水通過(guò)滲透進(jìn)出細(xì)胞質(zhì)膜。但是擴(kuò)散和滲透是兩個(gè)不同的概念。●擴(kuò)散(diffusion)是指物質(zhì)沿著濃度梯度從半透性膜濃度高的一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)的過(guò)程，通常把這種過(guò)程稱(chēng)為簡(jiǎn)單擴(kuò)散。●滲透(osmosis)的含義則是指水分子以及溶劑通過(guò)半透性膜的擴(kuò)散。它們都是從自由能高的部位向自由能低的部位置ATP移動(dòng)。簡(jiǎn)單擴(kuò)散和滲透的比較當(dāng)前65頁(yè)，總共102頁(yè)。根據(jù)水與水中溶質(zhì)在膜通透性上的差別，才將膜稱(chēng)為半透性(semipermeable)。當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透性的膜脂分隔開(kāi)后，高溶質(zhì)濃度的一側(cè)是高滲的(hypertonic)，而低溶質(zhì)一側(cè)則是低滲的(hypoosmotic)。若兩側(cè)的溶質(zhì)濃度相等，則稱(chēng)為等滲(iso-osmotic)。當(dāng)前66頁(yè)，總共102頁(yè)?！霰粍?dòng)運(yùn)輸:

簡(jiǎn)單擴(kuò)散(simplediffusion)及限制因素簡(jiǎn)單擴(kuò)散是被動(dòng)運(yùn)輸?shù)幕痉绞剑恍枰さ鞍椎膸椭?，也不消耗ATP，而只靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差，通過(guò)擴(kuò)散發(fā)生的物質(zhì)運(yùn)輸。簡(jiǎn)單擴(kuò)散的限制因素是物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性?！裰苄?脂溶性越強(qiáng)，通過(guò)脂雙層膜的速率越快。溶質(zhì)的脂溶性與通過(guò)細(xì)胞膜能力的關(guān)系●相對(duì)分子質(zhì)量:相對(duì)分子質(zhì)量小，脂溶性高的分子才能快速擴(kuò)散。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推測(cè)質(zhì)膜的通透性孔徑不會(huì)大于0.5～1.0nm，能夠擴(kuò)散的最小分子是水分子。物質(zhì)的帶電性:當(dāng)前67頁(yè)，總共102頁(yè)。物質(zhì)的帶電性:一般說(shuō)來(lái)，氣體分子（如O2、CO2、N2）、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過(guò)質(zhì)膜，大的不帶電的極性分子（如葡萄糖）和各種帶電的極性分子都難以通過(guò)質(zhì)膜。不同分子對(duì)人工磷脂雙層的通透性當(dāng)前68頁(yè)，總共102頁(yè)?！霰粍?dòng)運(yùn)輸:促進(jìn)擴(kuò)散(facilitateddiffusion)及特點(diǎn)

促進(jìn)擴(kuò)散是指非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì)，如氨基酸、糖和金屬離子等借助細(xì)胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學(xué)濃度梯度，不消耗ATP進(jìn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)輸方式。促進(jìn)擴(kuò)散同樣不需要消耗能量，并且也是從高濃度向低濃度進(jìn)行。當(dāng)前69頁(yè)，總共102頁(yè)。促進(jìn)擴(kuò)散同簡(jiǎn)單擴(kuò)散相比，具有以下一些特點(diǎn)∶●

促進(jìn)擴(kuò)散的速度要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)?！窬哂酗柡托?當(dāng)溶質(zhì)的跨膜濃度差達(dá)到一定程度時(shí)，促進(jìn)擴(kuò)散的速度不再提高。●具有高度的選擇性:如運(yùn)輸?shù)鞍啄軌驇椭咸烟强焖龠\(yùn)輸，但不幫助與葡萄糖結(jié)構(gòu)類(lèi)似的糖類(lèi)運(yùn)輸?！衲み\(yùn)輸?shù)鞍椎倪\(yùn)輸作用也會(huì)受到類(lèi)似于酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制，以及蛋白質(zhì)變性劑的抑制作用。當(dāng)前70頁(yè)，總共102頁(yè)。圖3-54促進(jìn)擴(kuò)散與簡(jiǎn)單擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)比較當(dāng)前71頁(yè)，總共102頁(yè)。通道蛋白與促進(jìn)擴(kuò)散

通道蛋白(channelprotein)是一類(lèi)橫跨質(zhì)膜，它們都是通過(guò)疏水的氨基酸鏈進(jìn)行重排，允許適宜的分子通過(guò)。通道蛋白具有選擇性，所以在細(xì)胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動(dòng)運(yùn)輸，并且是從高濃度向低濃度運(yùn)輸，所以不消耗能量。極性(帶電性)通道的形成

a)由單亞基膜蛋白形成的通道;(b)由多亞基蛋白形成的通道

當(dāng)前72頁(yè)，總共102頁(yè)。有人說(shuō)膜脂的功能僅作為膜的骨架，并作為非脂溶性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的障礙，你認(rèn)為此說(shuō)有何不妥?膜脂的主要功能是構(gòu)成膜的基本骨架。去除膜脂，則使膜解體。另外膜脂也是膜蛋白的溶劑，一些蛋白通過(guò)疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上得以執(zhí)行特殊的功能。有研究表明，膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境，一般情況下，膜脂本身不參與反應(yīng)(細(xì)菌的膜脂參與反應(yīng))。膜上有很多酶的活性依賴(lài)于膜脂的存在。如果去掉脂類(lèi)，酶蛋白即失去活性，加上脂類(lèi)，又可使活性恢復(fù)。有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部基團(tuán)存在時(shí)才有功能。當(dāng)前73頁(yè)，總共102頁(yè)。現(xiàn)已鑒定過(guò)的離子通道蛋白在膜中都有開(kāi)和關(guān)兩種構(gòu)型相當(dāng)于門(mén)，所以將通道蛋白形成的通道稱(chēng)為門(mén)控通道(gatedchannel)。

當(dāng)前74頁(yè)，總共102頁(yè)。電位-門(mén)控通道(voltage-gatedchannels)這類(lèi)通道的構(gòu)型變化依據(jù)細(xì)胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài)，主要是通過(guò)膜電位的變化使其構(gòu)型發(fā)生改變，從而將"門(mén)"打開(kāi)。含羞草的葉片在觸摸時(shí)發(fā)生的葉卷曲就是通過(guò)電位-門(mén)控通道傳遞信號(hào)的。含羞草展開(kāi)與收縮受電位-門(mén)控通道的控制這類(lèi)通道的構(gòu)型變化依據(jù)細(xì)胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài)，主要是通過(guò)膜電位的變化使其構(gòu)型發(fā)生改變,從而將“門(mén)”打開(kāi)。在很多情況下,門(mén)通道有其自己的關(guān)閉機(jī)制,它能快速地自發(fā)關(guān)閉。開(kāi)放往往只有幾毫秒時(shí)間。在這短暫瞬息時(shí)間里,一些離子、代謝物或其它溶質(zhì)順著濃度梯度自由擴(kuò)散通過(guò)細(xì)胞膜。電位-門(mén)控通道在神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)中起主要作用,電位�門(mén)控通道也存在于其他的一些細(xì)胞,包括肌細(xì)胞、卵細(xì)胞、原生動(dòng)物和植物細(xì)胞。當(dāng)前75頁(yè)，總共102頁(yè)。配體-門(mén)控通道(ligandgatedchannel)這類(lèi)通道在其細(xì)胞內(nèi)或外的特定配體（ligand）與膜受體結(jié)合時(shí)發(fā)生反應(yīng),引起門(mén)通道蛋白的一種成分發(fā)生構(gòu)型變化,結(jié)果使“門(mén)”打開(kāi)。因此這類(lèi)通道被稱(chēng)為配體-門(mén)控通道，它分為細(xì)胞內(nèi)配體和細(xì)胞外配體兩種類(lèi)型。

當(dāng)前76頁(yè)，總共102頁(yè)?！衩{迫門(mén)控通道(stretch-gatedchannel)這種通道的打開(kāi)受一種力的作用，聽(tīng)覺(jué)毛狀細(xì)胞的離子通道就是一個(gè)極好的例子。聽(tīng)覺(jué)毛狀細(xì)胞的機(jī)械敏感門(mén)通道作用原理當(dāng)前77頁(yè)，總共102頁(yè)。載體蛋白(carrierprotein)與促進(jìn)擴(kuò)散載體蛋白需要同被運(yùn)輸?shù)碾x子和分子結(jié)合，然后通過(guò)自身的構(gòu)型變化或移動(dòng)完成物質(zhì)運(yùn)輸。葡萄糖可通過(guò)載體蛋白進(jìn)行促進(jìn)擴(kuò)散。運(yùn)輸葡萄糖的載體蛋白主要是通過(guò)構(gòu)型的變化進(jìn)行葡萄糖的運(yùn)輸。紅細(xì)胞質(zhì)膜載體蛋白促進(jìn)葡萄糖擴(kuò)散示意圖當(dāng)前78頁(yè)，總共102頁(yè)。載體蛋白需要同被運(yùn)輸?shù)碾x子和分子結(jié)合，然后通過(guò)自身的構(gòu)型變化或移動(dòng)完成物質(zhì)運(yùn)輸?shù)哪さ鞍?。載體蛋白促進(jìn)擴(kuò)散時(shí)同樣具有高度的特異性，其上有結(jié)合點(diǎn)，只能與某一種物質(zhì)進(jìn)行暫時(shí)性、可逆的結(jié)合和分離。而且，一個(gè)特定的載體只運(yùn)輸一種類(lèi)型的化學(xué)物質(zhì)，甚至一種分子或離子。載體蛋白既參與被動(dòng)的物質(zhì)運(yùn)輸，也參與主動(dòng)的物質(zhì)運(yùn)輸。由載體蛋白進(jìn)行的被動(dòng)物質(zhì)運(yùn)輸，不需要ATP提供能量。載體蛋白對(duì)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程具有類(lèi)似于酶與底物作用的動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)、可被類(lèi)似物競(jìng)爭(zhēng)性抑制、具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制等酶的特性。但與酶不同的是:載體蛋白不對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)分子作任何共價(jià)修飾。當(dāng)前79頁(yè)，總共102頁(yè)。水的被動(dòng)運(yùn)輸水是一種特別的物質(zhì)，之所以特別是因?yàn)樗肿与m然不溶于脂，并且具有極性，但也很容易通過(guò)膜。水通道蛋白(aquaporin)

大多數(shù)水是直接通過(guò)脂雙層進(jìn)入細(xì)胞的，也有些水是通過(guò)水通道蛋白進(jìn)行擴(kuò)散的。動(dòng)物和植物細(xì)胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)幾種不同的水通道蛋白。水通道蛋白AQP1是人的紅細(xì)胞膜的一種主要蛋白。它能夠讓水自由通過(guò)(不必結(jié)合)，但是不允許離子或是其他的小分子(包括蛋白質(zhì))通過(guò)。AQP1水通道蛋白當(dāng)前80頁(yè)，總共102頁(yè)。水通道蛋白(aquaporin)一種水的分子通道。在動(dòng)物和植物細(xì)胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有幾種不同的水通道蛋白。在動(dòng)物細(xì)胞中已經(jīng)鑒定了水通道蛋白家族中的六個(gè)成員，在植物中發(fā)現(xiàn)了具有類(lèi)似功能的蛋白質(zhì)。膜的水通道蛋白AQP1是1988年發(fā)現(xiàn)的，開(kāi)始將這種蛋白稱(chēng)為通道形成整合蛋白(CHIP)，是人的紅細(xì)胞膜的一種主要蛋白。它可以使紅細(xì)胞快速膨脹和收縮以適應(yīng)細(xì)胞間滲透性的變化。AQP1蛋白也存在于其他組織的細(xì)胞中。AQP1是由四個(gè)相同的亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基的相對(duì)分子質(zhì)量為28kDa，每個(gè)亞基有六個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，在跨膜結(jié)構(gòu)域2與3、5與6之間有一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是水通過(guò)的通道。另外，AQP1的氨基端和羧基端的氨基酸序列是嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的，因此，同源跨膜區(qū)(1，4、2，5、3，6)在質(zhì)膜的脂雙層中的方向相反。AQP1對(duì)水的通透性受氯化汞的可逆性抑制，對(duì)汞的敏感位點(diǎn)是結(jié)構(gòu)域5與6之間的189位的半胱氨酸。其他幾種AQP1與腎功能有關(guān)。當(dāng)前81頁(yè)，總共102頁(yè)。AQP1是由四個(gè)相同的亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基的相對(duì)分子質(zhì)量為28kDa，每個(gè)亞基有六個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，在跨膜結(jié)構(gòu)域2與3、5與6之間有一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是水通過(guò)的通道。水孔蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域該蛋白的氨基端與羧基端是完全對(duì)稱(chēng)，即1，4、2，5、3，6完全對(duì)稱(chēng)。當(dāng)前82頁(yè)，總共102頁(yè)。3.5.3主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)能夠逆濃度梯度或電化學(xué)梯度將物質(zhì)輸入、輸出細(xì)胞和細(xì)胞器。

■主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)

主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn):①逆梯度運(yùn)輸;②依賴(lài)于膜運(yùn)輸?shù)鞍?③需要代謝能，并對(duì)代謝毒性敏感;④具有選擇性和特異性。●建立濃度梯度或電化學(xué)梯度細(xì)胞靠主動(dòng)運(yùn)輸建立和維持各種離子在細(xì)胞內(nèi)的不同濃度(下表)，這些離子的濃度差異對(duì)于細(xì)胞的生存和行使功能至關(guān)重要。當(dāng)前83頁(yè)，總共102頁(yè)。典型動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的比較成份細(xì)胞內(nèi)濃度(mM)細(xì)胞外濃度(mM)陽(yáng)離子

Na+5-15145K+1405Mg2+*0.51-2Ca2+*10-71-2陰離子

Cl-5-15110固定的陰離子**高0*表中給出的Ca2+和Mg2+的濃度是游離存在于胞質(zhì)溶膠中的濃度;Mg2+在細(xì)胞中的總濃度為2mM，Ca2+則是1-2mM。但它們大多是與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起的，Ca2+則存在于細(xì)胞器中。**指細(xì)胞內(nèi)存在的帶負(fù)電的有機(jī)分子，它們不能通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜。當(dāng)前84頁(yè)，總共102頁(yè)。消耗能量主動(dòng)運(yùn)輸是消耗代謝能的運(yùn)輸方式，有三種不同的直接能量來(lái)源載體蛋白功能能量來(lái)源直接能源

Na+-K+泵Na+的輸出和K+的輸入ATP細(xì)菌視紫紅質(zhì)H+從細(xì)胞中主動(dòng)輸出光能磷酸化運(yùn)輸?shù)鞍准?xì)菌對(duì)葡萄糖的運(yùn)輸磷酸烯醇式丙酮酸間接能源

Na+、葡萄糖泵協(xié)同運(yùn)輸?shù)鞍譔a+、葡萄糖同時(shí)進(jìn)入細(xì)胞Na+離子梯度F1-F0ATPaseH+質(zhì)子運(yùn)輸，H+質(zhì)子梯度驅(qū)動(dòng)主動(dòng)運(yùn)輸中能量來(lái)源當(dāng)前85頁(yè)，總共102頁(yè)。參與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸ATPase(transportATPase)參與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白常被稱(chēng)為泵(pump)，這是因?yàn)樗鼈兡芾媚芰孔龉ΑＳ捎谒鼈兿牡拇x能多數(shù)來(lái)自ATP，所以又稱(chēng)它們?yōu)槟衬矨TPase。共有四種類(lèi)型的運(yùn)輸ATPase，或稱(chēng)運(yùn)輸泵:P型離子泵(P-typeionpump)，或稱(chēng)P型ATPase。此類(lèi)運(yùn)輸泵運(yùn)輸時(shí)需要磷酸化(P是phosphorylation的縮寫(xiě))，包括Na+-K+泵、Ca2+離子泵。V型泵(V-typepump)，或稱(chēng)V型ATPase，主要位于小泡的膜上(V代表vacuole或vesicle)，如溶酶體膜中的H+泵，運(yùn)輸時(shí)需要ATP供能，但不需要磷酸化。F型泵(F-typepump)，或稱(chēng)F型ATPase。這種泵主要存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線(xiàn)粒體膜和葉綠體的膜中，它們?cè)谀芰哭D(zhuǎn)換中起重要作用，是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯(lián)因子(F即fector的縮寫(xiě))。選擇性和特異性:

不同的運(yùn)輸泵轉(zhuǎn)運(yùn)不同的離子當(dāng)前86頁(yè)，總共102頁(yè)。P型、V型和F型運(yùn)輸泵的結(jié)構(gòu)當(dāng)前87頁(yè)，總共102頁(yè)。ABC運(yùn)輸?shù)鞍?ATP-bindingcassettletransportor)，這是一大類(lèi)以ATP供能的運(yùn)輸?shù)鞍?，已發(fā)現(xiàn)了100多種，存在范圍很廣，包括細(xì)菌和人。當(dāng)前88頁(yè)，總共102頁(yè)?！鲋鲃?dòng)運(yùn)輸?shù)姆较蚋鶕?jù)載體對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的能力和方向分為單向運(yùn)輸(uniports)和偶聯(lián)運(yùn)輸(couplingtransport)兩種類(lèi)型。

當(dāng)前89頁(yè)，總共102頁(yè)。■P-型離子運(yùn)輸泵的作用機(jī)理P型泵的主要特點(diǎn):都是跨膜蛋白，并且是由一條多肽完成所有與運(yùn)輸有關(guān)的功能，包括ATP的水解、磷酸化和離子的跨膜運(yùn)輸。●

Na+/K+泵(Na+/K+pump，Na+/K+ATPase)的結(jié)構(gòu)、作用原理Na+/K+泵是動(dòng)物細(xì)胞中由ATP驅(qū)動(dòng)的將Na+

輸出到細(xì)胞外同時(shí)將K+輸入細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸泵，又稱(chēng)Na+泵或Na+/K+交換泵。實(shí)際上是一種Na+/K+ATPase。▲結(jié)構(gòu):

Na+/K+ATPase由兩個(gè)大亞基(α亞基)和兩個(gè)小亞基(β亞基)組成。α亞基是跨膜蛋白，在膜的內(nèi)側(cè)有ATP結(jié)合位點(diǎn);在α亞基上有Na+和K+結(jié)合位點(diǎn)(下圖)。

當(dāng)前90頁(yè)，總共102頁(yè)。Na+/K+ATPase的結(jié)構(gòu)當(dāng)前91頁(yè)，總共102頁(yè)。運(yùn)輸機(jī)制

Na+/K+ATPase運(yùn)輸分為六個(gè)過(guò)程。每水解一個(gè)ATP，運(yùn)出3個(gè)Na+

，輸入2個(gè)K+

。Na+/K+泵工作的結(jié)果，使細(xì)胞內(nèi)的Na+濃度比細(xì)胞外低10-30倍，而細(xì)胞內(nèi)的K+濃度比細(xì)胞外高10-30倍。

Na+/K+-ATPase工作原理示意圖

當(dāng)前92頁(yè)，總共102頁(yè)。●

Ca2+

泵(Ca2+pump，Ca2+ATPase)的結(jié)構(gòu)和作用原理▲結(jié)構(gòu)：有10個(gè)跨膜區(qū)▲激活:兩種激活機(jī)制，Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復(fù)合物的激活;蛋白激酶C激活?！\(yùn)輸機(jī)制:類(lèi)似于Na+/K+ATPase。每水解一個(gè)ATP將兩個(gè)Ca2+離子從胞質(zhì)溶膠輸出到細(xì)胞外。Ca2+-ATPase的結(jié)構(gòu)和功能位點(diǎn)當(dāng)前93頁(yè)，總共102頁(yè)?！鰠f(xié)同運(yùn)輸(cotransport)協(xié)同運(yùn)輸又稱(chēng)偶聯(lián)運(yùn)輸，它不直接消耗ATP，但要依賴(lài)離子泵建立的電化學(xué)梯度，所以又將離子泵稱(chēng)為初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸(primaryactive)，將協(xié)同運(yùn)輸稱(chēng)為次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸(secondaryactive)。動(dòng)物細(xì)胞中，質(zhì)膜上的鈉泵和載體協(xié)作完成葡萄糖、氨基酸等的逆濃度梯度的協(xié)同運(yùn)輸。葡萄糖與Na+離子的協(xié)同運(yùn)輸

當(dāng)前94頁(yè)，總共102頁(yè)。■細(xì)菌中的主動(dòng)運(yùn)輸在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)一些特殊的主動(dòng)運(yùn)輸方式，如磷酸化運(yùn)輸、運(yùn)輸ATP酶、細(xì)菌的視紫紅質(zhì)等，這些運(yùn)輸方式的能量來(lái)源各不相同?！窳姿峄\(yùn)輸(phosphorylatingtransport)又稱(chēng)為基團(tuán)轉(zhuǎn)運(yùn)。其機(jī)理是通過(guò)對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)的分子進(jìn)行共價(jià)修飾（主要是進(jìn)行磷酸化）使其在細(xì)胞中始終維持"較低"的濃度，從而保證這種物質(zhì)不斷地沿濃度梯度從細(xì)胞外向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)菌細(xì)胞中糖的磷酸化運(yùn)輸當(dāng)前95頁(yè)，總共102頁(yè)?！窦?xì)菌視紫紅質(zhì)質(zhì)子泵(bacteriorhodopsinprotonpump)嗜鹽的厭氧菌halobacteriumhalobium的細(xì)胞質(zhì)膜上能被光線(xiàn)激活的蛋白質(zhì)，稱(chēng)為細(xì)菌視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)。該蛋白含有七個(gè)α螺旋，每個(gè)螺旋長(zhǎng)3-4nm，在蛋白的中部有幾個(gè)能夠吸收光的視黃醛基團(tuán)，又稱(chēng)發(fā)色基團(tuán)；當(dāng)該基團(tuán)被一個(gè)光量子激活時(shí)，就能引起整個(gè)分子的構(gòu)型發(fā)生變化，導(dǎo)致兩個(gè)H+從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)送到細(xì)胞外.當(dāng)前96頁(yè)，總共102頁(yè)。●ABC運(yùn)輸?shù)鞍着c主動(dòng)運(yùn)輸ABC運(yùn)輸?shù)鞍资且淮箢?lèi)運(yùn)輸?shù)鞍?，最早在?xì)菌中發(fā)現(xiàn)。E.coli具有兩層膜，ABC運(yùn)輸?shù)鞍孜挥诩?xì)菌的內(nèi)膜。ABC運(yùn)輸?shù)鞍字饕獏⑴c運(yùn)輸糖、氨基酸和小肽，運(yùn)輸時(shí)需要水解ATP提供能量。ABC運(yùn)輸?shù)鞍字饕獏⑴c運(yùn)輸糖、氨基酸和小肽，運(yùn)輸時(shí)需要水解ATP提供能量。E.coli周質(zhì)空間主動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)的

當(dāng)前97頁(yè)，總共102頁(yè)。簡(jiǎn)述Na+/K+泵(Na+/K+pump,Na+/K+ATPase)的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制Na+/K+泵是動(dòng)物細(xì)胞中由ATP驅(qū)動(dòng)的將Na+輸出到細(xì)胞外同時(shí)將K+輸入細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸泵，又稱(chēng)Na+泵或Na+/K+交換泵。實(shí)際上是一種Na+/K+ATPase。Na+/K+ATPase是由兩個(gè)大亞基(α亞基)和兩個(gè)小亞基(β亞基)組成。α亞基是跨膜蛋白，在膜的內(nèi)側(cè)有ATP結(jié)合位點(diǎn)，細(xì)胞外側(cè)有烏本苷(ouabain)結(jié)合位點(diǎn);在α亞基上有Na+和K+結(jié)合位點(diǎn)。Na+/K+ATPase運(yùn)輸分為六個(gè)過(guò)程:①在靜息狀態(tài)，Na+/K+泵的構(gòu)型使得Na+結(jié)合位點(diǎn)暴露在膜內(nèi)側(cè)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Na+