膜结构与特性自学

1、会计学1膜结构与特性自学膜结构与特性自学PlasmamembraneUnit membrane膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构细胞膜细胞膜内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体溶酶体溶酶体过氧化氢体过氧化氢体核膜核膜核糖体核糖体中心粒中心粒微管微管微丝微丝中等纤维中等纤维细胞质基质细胞质基质核仁核仁染色质染色质核基质核基质biological membrane 膜的性质：膜的性质：水的透过速度远远高于各种溶质分子水的透过速度远远高于各种溶质分子对脂溶性物质优先渗透对脂溶性物质优先渗透表面张力低表面张力低膜表面在生理膜表面在生理pH值下带负电荷，并有两性值下带负电荷，并有两性的性质

2、，在外界的的性质，在外界的pH值影响下膜表面电荷值影响下膜表面电荷发生改变。发生改变。在脂类溶剂或蛋白酶处理后溶解。在脂类溶剂或蛋白酶处理后溶解。 推论：推论： 质膜的化学组成主要是脂类和蛋白质。质膜的化学组成主要是脂类和蛋白质。周边蛋白周边蛋白 (peripheral protein) 内在蛋白内在蛋白 (integral protein)糖脂糖脂(glycolipid) 胆固醇胆固醇(cholesterol) 磷脂磷脂(phospholipids) 膜膜 脂脂(membrane lipids) 膜膜 蛋蛋 白白(membrane proteins) 膜膜 糖糖(membrane sugar

3、s) 第一节第一节 膜的化学组成膜的化学组成膜膜脂脂磷磷 脂脂胆固醇胆固醇糖糖 脂脂磷酸甘油脂磷酸甘油脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸一、膜脂一、膜脂 最简单的磷最简单的磷酸甘油脂是磷脂酸甘油脂是磷脂酸，含一分子甘酸，含一分子甘油，一分子磷酸油，一分子磷酸，两个脂肪酸长，两个脂肪酸长链。链。（一）磷脂（一）磷脂X极性头部基团（极性头部基团（亲水）亲水）非极性尾部基团（疏水非极性尾部基团（疏水）磷脂酸的磷酸基团与其他分磷脂酸的磷酸基团与其他分子结合可形成多种磷脂子结合可形成多种磷脂 （二）（二） 胆固醇胆固醇( (Cholesterol)Chol

4、esterol) 仅存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜仅存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的脂的1/31/3，植物细胞膜中含量较少。，植物细胞膜中含量较少。极性头部极性头部 固醇环结构固醇环结构非极性尾部非极性尾部OH 在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。固醇的突变细胞株很快发生自溶。 提高脂双层的力学提高脂双层的力学 稳定性稳定性 调节脂双层流动性调节脂双层流动性 降低水溶性物质的降低水溶性物质的 通透性。通透性。糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。（三）糖脂（三）糖脂磷脂的物理性质磷脂的物理

5、性质 In aqueous solution, the hydrophobic effect and interactions organize and stabilize phospholipids into one of three structures: a micelle, liposome, or sheetlike bilayer. micelleliposomebilayer In a phospholipid bilayer, which constitutes the basic structure of all biomembranes, fatty acyl chains

6、 in each leaflet are oriented toward one another, forming a hydrophobic core, and the polar head groups line both surfaces and directly interact with the aqueous solution.周边蛋白周边蛋白 含量少含量少 为水溶性分子为水溶性分子 与亲水区作用，非紧密结合于膜表面与亲水区作用，非紧密结合于膜表面内在蛋白内在蛋白 含量多含量多 为兼性分子为兼性分子 与膜脂双层疏水区作用，紧密结合于膜内与膜脂双层疏水区作用，紧密结合于膜内膜蛋白的种

7、类膜蛋白的种类二、膜蛋白二、膜蛋白内在蛋内在蛋白单次白单次跨膜跨膜内在蛋白内在蛋白多次跨膜多次跨膜外周蛋白非穿越外周蛋白非穿越性共价连接单层性共价连接单层脂类脂类外周蛋白与其他外周蛋白与其他膜蛋白非共价连膜蛋白非共价连接接膜蛋白的功能膜蛋白的功能参与膜的结构组成参与膜的结构组成物质运输物质运输机械支持作用机械支持作用信号传导信号传导抗原抗原功能功能 蛋蛋 白白 作作 用用转运转运蛋白蛋白NaNaK K泵泵主动地把主动地把NaNa泵出和泵出和K K泵泵入入连接连接体体整联蛋白整联蛋白连接细胞内肌动蛋白丝和连接细胞内肌动蛋白丝和细胞外基质蛋白质细胞外基质蛋白质受体受体血小板衍生血小板衍生生长因子生

8、长因子(PDGF)(PDGF)受体受体结合细胞外结合细胞外PDGFPDGF，结果产，结果产生引起细胞生长和分裂的生引起细胞生长和分裂的细胞内信号细胞内信号酶酶腺苷酸环化腺苷酸环化酶酶催化细胞内产生催化细胞内产生cAMPcAMP应答应答细胞外信号细胞外信号膜蛋白的功能膜蛋白的功能细胞内细胞内 膜中含有的糖类称为膜膜中含有的糖类称为膜糖类或膜碳水化合物。糖类或膜碳水化合物。膜糖类膜糖类糖类糖类+膜脂膜脂共价键共价键糖糖 脂脂糖类糖类+膜蛋白膜蛋白糖蛋白糖蛋白共价键共价键 细胞衣细胞衣cell coat（糖萼（糖萼glycoalyx）：细胞外表的）：细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起

9、，形成糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞衣或糖萼。一层外被，称细胞衣或糖萼。三、膜糖类三、膜糖类脂双层脂双层膜蛋白膜蛋白细胞衣细胞衣一、片层结构模型一、片层结构模型（lamella structure model) 1935 1935年，年，J. Danielli & H. Davson J. Danielli & H. Davson 发现发现质膜的表面张力比油水界面张力低得多，质膜的表面张力比油水界面张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了第一个细推测膜中含有蛋白质，从而提出了第一个细胞膜分子模型胞膜分子模型“蛋白质蛋白质- -脂类脂类- -蛋白

10、质蛋白质”的的三明治模型，即片层结构模型三明治模型，即片层结构模型。二、单位膜模型（二、单位膜模型（unit membrane model)2nm3.5nm2nm7nm 提出提出“单位膜单位膜”模型，认为模型，认为蛋白质以单层蛋白质以单层折叠形式存在，而且所有的折叠形式存在，而且所有的生物膜有类似的结构。生物膜有类似的结构。三、液态镶嵌模型（三、液态镶嵌模型（fluid mosaic model)fluid mosaic model)第三节第三节 膜的特性膜的特性膜的不对称性膜的不对称性膜的流动性膜的流动性膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性膜脂的不对称性膜脂的不对称性膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性

11、膜脂的流动性膜脂的流动性 跨膜蛋白跨越脂双层有跨膜蛋白跨越脂双层有一定的方向性一定的方向性，如：糖蛋白上的低聚糖残基、酶的作用位点如：糖蛋白上的低聚糖残基、酶的作用位点、细胞骨架等。均位于膜的非胞质侧。、细胞骨架等。均位于膜的非胞质侧。一、一、 膜的不对称性膜的不对称性（一）膜蛋白的不对称性（一）膜蛋白的不对称性 各种膜蛋白在脂类双分子内、外层中都各种膜蛋白在脂类双分子内、外层中都有有特定的位置特定的位置，不对称分布，与其功能特，不对称分布，与其功能特点有密切关系。点有密切关系。一、一、 膜的不对称性膜的不对称性（一）膜蛋白的不对称性（一）膜蛋白的不对称性 膜分子结构的不对膜分子结构的不对称性

12、决定了膜内表面功能称性决定了膜内表面功能的不对称性。的不对称性。（二）脂质双分子层的不对称性（二）脂质双分子层的不对称性u 非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子（磷非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰胆碱、鞘磷脂）。脂酰胆碱、鞘磷脂）。u 胞质侧：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂胞质侧：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。u 糖脂糖脂全部全部分布在非胞质侧的单层脂质分子分布在非胞质侧的单层脂质分子中。中。 脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。明显不同。含含量量百百分分比比5050252525255050总总磷

13、磷脂脂量量神经神经磷脂磷脂磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸磷磷脂脂酰酰乙乙醇醇胺胺外外 层层内内 层层红细胞膜磷脂分子的分布红细胞膜磷脂分子的分布SMSM6 62020PCPC9 92323PEPE25257 7PSPS10100 0PIPI0 00 0总量总量50505050磷脂磷脂 膜内侧脂层膜内侧脂层（） 膜外侧脂层膜外侧脂层（） 低温低温 脂双层脂双层“溶解溶解”，运动性降低，运动性降低 脂双层呈凝胶状，脂双层呈凝胶状，碳氢链排列紧密碳氢链排列紧密 相相 变变(phase transition)二、二、 膜的流动性膜的流动性1.侧向扩散侧向扩散2.旋转旋转3.摆动摆动4.翻

14、转翻转（一）膜脂的流动性（一）膜脂的流动性5.烃链的旋转异构运动烃链的旋转异构运动（二）膜蛋白的运动性（二）膜蛋白的运动性旋转扩散旋转扩散 侧向扩散侧向扩散 摆动摆动 转动转动翻翻转转运运动动伸伸缩缩侧侧向向扩扩散散证据证据1：细胞融合实验：细胞融合实验 证据证据2 2： 成帽反应成帽反应抗原在细胞抗原在细胞表面散在分表面散在分部部在与二价抗在与二价抗体结合后抗体结合后抗原聚集成斑原聚集成斑斑移向一极斑移向一极，形成帽状，形成帽状 固醇环固醇环与磷脂分子与磷脂分子近头部烃链相互作用，近头部烃链相互作用，增加膜的稳定性。降低增加膜的稳定性。降低水溶性物质的通透性。水溶性物质的通透性。 碳氢链碳氢

15、链可以弯曲，可以弯曲，防止低温时膜的流动性防止低温时膜的流动性突然降低。突然降低。（三）影响膜流动的因素（三）影响膜流动的因素1 1. .胆固醇：其含量增加会降低膜的流动性；胆固醇：其含量增加会降低膜的流动性；1 1. .胆固醇：其含量增加会降低膜的流动性；胆固醇：其含量增加会降低膜的流动性；2.2.脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加；越不饱和，使膜流动性增加；3.3.脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低；膜流动性降低；4.4.卵磷脂卵磷脂/ /鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加鞘

16、磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂；，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂；5.5.其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。、酸碱度、离子强度等。（三）影响膜流动的因素（三）影响膜流动的因素Plasmamembrane膜膜脂脂磷磷 脂脂胆固醇胆固醇糖糖 脂脂磷酸甘油脂磷酸甘油脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸一、膜脂一、膜脂 X极性头部基团（极性头部基团（亲水）亲水）非极性尾部基团（疏水非极性尾部基团（疏水）磷脂酸的磷酸基团与其他分磷脂酸的磷酸基团与其他分子结合可形成多种磷脂子结合可形成多种磷脂 In a phospholipid bilayer, which constitutes the basic structure of all biomembranes, fatty acyl chains in each lea