《生物化學》生物膜

第七章

生物膜

所有細胞原生質(zhì)團的外面都有一層由脂類和蛋白質(zhì)為主要成分組成的薄膜，它將內(nèi)含物與外界環(huán)境隔開，這層膜稱細胞膜(cellmembrane)，又稱外周膜、原生質(zhì)膜或質(zhì)膜。此外，真核細胞中還有廣泛的內(nèi)膜系統(tǒng)把內(nèi)部空間分割成若干獨立的區(qū)室，即組成具有各種特定功能的亞細胞結(jié)構(gòu)和細胞器，例如，細胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、過氧化物酶體、葉綠體、液泡等，構(gòu)成這些亞細胞結(jié)構(gòu)或細胞器的膜稱為胞內(nèi)膜。我們把細胞膜和胞內(nèi)膜通稱為生物膜(biologicalmembranes,biomembranes)。1《生物化學》生物膜5/9/2024第一節(jié)

概述細胞膜是把細胞質(zhì)與外界環(huán)境隔開的一層半透膜，厚度為5~10nm。真核細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)形成的各種細胞器，將細胞的內(nèi)環(huán)境分隔成各個互相聯(lián)系又相對獨立的區(qū)間。在不同的細胞器內(nèi)分布著不同的酶系，進行不同類型的代謝反應，從而實現(xiàn)了細胞結(jié)構(gòu)和功能的“區(qū)域”化，使細胞內(nèi)的復雜代謝活動相互聯(lián)系，又互不干擾，協(xié)調(diào)一致地進行。一、細胞膜二、細胞內(nèi)膜2《生物化學》生物膜5/9/2024簡介幾種主要細胞器的結(jié)構(gòu)和功能1.細胞核2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)3.線粒體4.高爾基體5.葉綠體6.溶酶體和過氧化物酶體

3《生物化學》生物膜5/9/2024第二節(jié)

生物膜的化學組成與結(jié)構(gòu)一、生物膜的化學組成生物膜主要由脂質(zhì)(主要為磷脂）、蛋白質(zhì)（包括酶）和少量糖(糖蛋白和糖脂）組成。（一）膜脂1.膜脂的種類主要包括磷脂、固醇及糖脂等

2.膜脂的多態(tài)性組成生物膜的膜脂是兩性分子，且非極性部分所占比例較大。這一特性使之在水中容易自動聚集成微團結(jié)構(gòu)或片狀雙分子層結(jié)構(gòu)。4《生物化學》生物膜5/9/2024（二）膜蛋白1.外周膜蛋白質(zhì)（peripheralmembraneprotein)分布在脂雙層的內(nèi)、外層表面上，借靜電相互作用和氫鍵跟內(nèi)在蛋白質(zhì)的親水結(jié)構(gòu)域或膜脂的極性頭基結(jié)合。2.內(nèi)在膜蛋白質(zhì)(integralmembraneprotein)主要特征為水不溶性，靠跟脂雙層的疏水相互作用與膜結(jié)合的。蛋白質(zhì)分子的非極性氨基酸殘基常以α-螺旋形式與脂雙層的疏水部分相互作用（細菌膜的內(nèi)在蛋白質(zhì)中常見有借多股β桶結(jié)合的)。3.兼在蛋白質(zhì)(amphitropicprotein)有時存在于細胞溶膠，有時處于跟膜結(jié)合之中。5《生物化學》生物膜5/9/2024（三）膜糖類生物膜中含有一定量的糖類，它們主要是以糖蛋白和糖脂的形式存在。在細胞質(zhì)膜表面分布較多，一般占質(zhì)膜總量的2％~10％。分布于質(zhì)膜表面的糖殘基形成一層多糖-蛋白復合物。與膜蛋白和膜脂結(jié)合的糖類主要有中性糖、氨基糖和唾液酸等。糖脂主要為神經(jīng)糖脂。糖蛋白和糖脂與細胞的抗原結(jié)構(gòu)、受體、細胞免疫反應、細胞識別、血型及細胞癌變等均有密切關(guān)系。6《生物化學》生物膜5/9/2024二、生物膜的結(jié)構(gòu)生物膜是由膜脂、膜蛋白、膜糖定向、定位排列、高度組織化的分子裝配體。它是一種超分子復合物，具有特定的分子結(jié)構(gòu)。1.膜組分在脂雙層兩側(cè)分布的不對稱性7《生物化學》生物膜5/9/20242.生物膜的流動性生物膜的流動性：主要指膜脂和膜蛋白所作的各種形式的運動。膜脂的流動性主要體現(xiàn)在：（1）脂質(zhì)在膜內(nèi)的側(cè)向擴散或側(cè)向移動（2）酶催化下的跨膜運動：（3）脂雙層中脂質(zhì)有序液態(tài)與無序液態(tài)的轉(zhuǎn)變膜蛋白在膜上至少可作兩種形式的運動:（1）沿著與膜平面垂直的軸作旋轉(zhuǎn)運動（2）沿著膜表面作側(cè)向擴散運動，這種側(cè)向擴散在多數(shù)情況下是隨意和無序的。8《生物化學》生物膜5/9/20243.生物膜的流動鑲嵌模型9《生物化學》生物膜5/9/2024第三節(jié)物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運物質(zhì)通過生物膜的過程有簡單擴散（也叫被動轉(zhuǎn)運)、促進擴散（也叫易化擴散）、主動轉(zhuǎn)運、基團轉(zhuǎn)位以及內(nèi)吞外吐等。10《生物化學》生物膜5/9/2024一、離子與小分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運對于離子與小分子物質(zhì)而言，物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運可分為兩種形式：一種是被動轉(zhuǎn)運(passivetransport)，另一種是主動轉(zhuǎn)運(activetransport)。（一）被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運分為簡單擴散(simplediffusion)和易化擴散(facilitateddiffusion)，兩者的差別在于后者需要蛋白質(zhì)的主動參與。（二）主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運是一種直接依賴于能量并且逆濃度梯度或逆電化學梯度進行的轉(zhuǎn)運方式。能量的來源可能直接偶聯(lián)于ATP的水解，或者偶聯(lián)于某一離子順濃度梯度的轉(zhuǎn)移。主動轉(zhuǎn)運可導致一種物質(zhì)在膜一側(cè)的積累，對細胞的生命活動具有特別重要的意義。11《生物化學》生物膜5/9/2024介紹幾種主動轉(zhuǎn)運體系1.Na+/K+ATP酶驅(qū)動的主動轉(zhuǎn)運12《生物化學》生物膜5/9/20242.ATP驅(qū)動的Ca2+泵維持了胞質(zhì)中較低的鈣濃度Na+/K+ATP酶作用機制模式圖質(zhì)膜鈣泵、肌質(zhì)網(wǎng)及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣泵都是膜內(nèi)蛋白，作用機制與Na+/K+ATP酶的機制相似，也都有2種構(gòu)象存在形式13《生物化學》生物膜5/9/20243.離子梯度為次級主動轉(zhuǎn)運提供能量以大腸桿菌（E.coli）半乳糖苷的運輸為例，這種轉(zhuǎn)運使得細胞中乳糖的含量比周圍培養(yǎng)基中離出100倍。大腸桿菌中乳糖的吸收14《生物化學》生物膜5/9/20244.基團運送細菌中葡萄糖以基團運送方式通過質(zhì)膜模式圖15《生物化學》生物膜5/9