生物化学膜结构与物质转运

1、2022-3-191生命的基本要素：生命的基本要素： 物质、能量、信息物质、能量、信息 决定细胞生长、增殖、分化，决定细胞生长、增殖、分化，直至衰老、死亡直至衰老、死亡 信息传递失误、调节障碍信息传递失误、调节障碍 引起疾病的产生引起疾病的产生 信息流信息流（占主导地位占主导地位)2022-3-192 体内外各种刺激体内外各种刺激信息分子信息分子靶细胞受体靶细胞受体跨膜转导跨膜转导 胞内第二信使胞内第二信使 按一定的途径按一定的途径 传递信息传递信息直接影响酶活性直接影响酶活性 调控调控代谢速率代谢速率调控基因表达调控基因表达 生物学效应生物学效应2022-3-193一、理论教学一、理论教学（

2、3636学时）学时） 1 1）生物膜的组成、结构与物质转运）生物膜的组成、结构与物质转运 2 2）代谢调节及基因表达调控）代谢调节及基因表达调控 3 3）信息分子）信息分子 4 4）膜受体与跨膜转导）膜受体与跨膜转导 5 5）胞内信息传递途径）胞内信息传递途径 6 6）癌基因与细胞信息传递）癌基因与细胞信息传递二、实验教学二、实验教学（2424学时学时: : 5 5月月-15-15、1616、2222、2323、2424日。日。可能有变动可能有变动? ?) ) 1) Western-blotting 1) Western-blotting 检测大鼠肝组织清蛋白的表达变化检测大鼠肝组织清蛋白的表

3、达变化 2 2）酶蛋白）酶蛋白(AKP)(AKP)的分离、提取与鉴定技术的分离、提取与鉴定技术 3 3）SephadexSephadex 凝胶过滤层析技术凝胶过滤层析技术2022-3-194主要参考书籍：主要参考书籍：1.刘景生主编，刘景生主编，细胞信息与调控细胞信息与调控.中国协和医科大学出版社中国协和医科大学出版社. 2004.03 2.Reginald H.Garrett. Biochemistry. 生物化学生物化学(影印版影印版).高等高等教育出版社教育出版社. 2005.11 3. Gerald Karp. Cell and Molecular Biology，分子细胞生物，分子细

4、胞生物学学(影印版影印版). 高等教育出版社高等教育出版社. 2006.07*金国琴主编，金国琴主编，生物化学与分子生物学实验讲义生物化学与分子生物学实验讲义.上海中上海中医药大学教材科医药大学教材科. 2008.05 2022-3-195 第一章第一章 生物膜的结构与物质转运生物膜的结构与物质转运 1 1、生物膜的化学组成、生物膜的化学组成 2 2、生物膜的结构、生物膜的结构 3 3、生物膜的合成、生物膜的合成 4 4、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运2022-3-196生物膜生物膜（biological membranebiological membrane）： 细胞质膜以及包裹各种细胞器的

5、膜性结构。细胞质膜以及包裹各种细胞器的膜性结构。基本功能：基本功能：1） 极性物质的通极性物质的通 透屏障；透屏障；2） 维持细胞内环维持细胞内环 境相对恒定境相对恒定;3） 参与细胞各种参与细胞各种 活动。活动。2022-3-1971 1、生物膜的化学组成、生物膜的化学组成 脂类脂类 蛋白质蛋白质 糖类糖类非共价结合，非共价结合，糖类含5左右。左右。两者组成比以两者组成比以1:4 4:1 不等；不等；与膜功能的复杂性有关。与膜功能的复杂性有关。与脂类和蛋白质以与脂类和蛋白质以共价键结合共价键结合，2022-3-198Myelin sheath membrane 18 76 52022-3-1

6、99 1.1 1.1 膜脂膜脂（4040 5050） 1.1.1 1.1.1 磷脂磷脂磷酸甘油酯磷酸甘油酯神经鞘磷脂神经鞘磷脂( (鞘磷脂）鞘磷脂）磷脂磷脂 糖脂糖脂 胆固醇胆固醇生物膜的重要组成分生物膜的重要组成分;主要分布在脑和神经组织。主要分布在脑和神经组织。2022-3-1910 O R1 C O - CH2 OR2 C O CH O CH2 O P O - H (x) O-1)1) 磷酸甘油酯磷酸甘油酯 磷脂酸磷脂酸2022-3-1911磷脂酸磷脂酸(PA)磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱(PC)磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺(PE)磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(PS)磷脂酰甘油磷脂酰甘油(PG)心磷脂心

7、磷脂(DPG)磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇(PI)Phosphatidic acid脂肪酸链的长度脂肪酸链的长度和不饱和程度，和不饱和程度，可影响膜的流动可影响膜的流动性。性。2022-3-19122) 2) 神经鞘磷脂神经鞘磷脂( (鞘磷脂：鞘磷脂：sphingomyelinsphingomyelin) )神经鞘胺醇神经鞘胺醇(sphingosine)神经酰胺神经酰胺(ceramide, Cer)鞘磷脂鞘磷脂(sphingomyelin, SM)2022-3-1913 1.1.21.1.2 糖脂糖脂 ( (鞘鞘) )糖脂（糖脂（GlycosphingolipidsGlycosphingolipids

8、）: : 属于神经鞘氨醇衍生物，结构类似于鞘磷脂。属于神经鞘氨醇衍生物，结构类似于鞘磷脂。 神经酰胺神经酰胺( (cercer) ) + + 单糖（单糖（GalGal/ /GlcGlc） 脑苷脑苷脂脂 神经酰胺神经酰胺( (cercer) ) + + 寡糖寡糖 神经节苷脂神经节苷脂鞘糖脂鞘糖脂* * 甘油糖脂甘油糖脂 -存在于动物的神经细胞中存在于动物的神经细胞中-存在于细菌和植物细胞存在于细菌和植物细胞2022-3-1914 糖脂糖脂 ( GM1 ) 脑苷酯脑苷酯(cerebroside)神经节苷脂神经节苷脂(ganglioside) 神经节苷脂的功能神经节苷脂的功能 1）作为神经细胞膜的重

9、要组成分，与神经可塑性有关；）作为神经细胞膜的重要组成分，与神经可塑性有关；2）作为某些神经递质、激素的受体；）作为某些神经递质、激素的受体；3）在外周可作为某些毒素受体，如分布于小肠上皮细胞的）在外周可作为某些毒素受体，如分布于小肠上皮细胞的GM1 作为霍乱毒素的作为霍乱毒素的受体受体缺失相关的连接酶，可引起严重的肌肉震颤，最终导致瘫痪。缺失相关的连接酶，可引起严重的肌肉震颤，最终导致瘫痪。2022-3-1915神经节苷脂神经节苷脂(GM2)2022-3-19161.1.3 1.1.3 胆固醇胆固醇（cholesterolcholesterol）膜中胆固醇的作用：膜中胆固醇的作用：稳定膜中磷

10、脂两条链的伸展状态，参与调节生物膜的流动性。稳定膜中磷脂两条链的伸展状态，参与调节生物膜的流动性。2022-3-1917 磷酸甘油磷酸甘油酯酯 磷脂磷脂 神经鞘磷神经鞘磷脂脂膜脂膜脂 糖脂糖脂 鞘糖脂鞘糖脂 甘油糖脂甘油糖脂 胆固醇胆固醇脑苷酯脑苷酯 神经节苷脂神经节苷脂PA（母体结构）（母体结构） PC / PE PS / PI / PG/DPG2022-3-19181.1.4 1.1.4 膜脂的结构特征膜脂的结构特征 两性分子两性分子分子的一侧含亲水部分（分子的一侧含亲水部分（极性头部极性头部）分子的另一侧含疏水部分（分子的另一侧含疏水部分（疏水尾部疏水尾部）2022-3-1919 一些主

11、要膜脂的结构一些主要膜脂的结构 胆固醇胆固醇 鞘磷脂鞘磷脂 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱2022-3-19202022-3-1921体外构建体外构建脂质体脂质体*：作为药物的载体，用于肿瘤的靶向治疗。作为药物的载体，用于肿瘤的靶向治疗。2022-3-19221.2 膜蛋白膜蛋白（约占生物膜（约占生物膜50） 功能越复杂的生物膜，其蛋白质含量越高。功能越复杂的生物膜，其蛋白质含量越高。 外周蛋白外周蛋白(peripheral protein) 附着在细胞膜内外表面附着在细胞膜内外表面 内在蛋白内在蛋白（intrinsic protein） 镶嵌在脂双层中镶嵌在脂双层中2022-3-1923外周蛋白外周蛋

12、白 （约占膜蛋白总量的（约占膜蛋白总量的20 30） 一般用温和方法（改变离子强度、一般用温和方法（改变离子强度、pH等）即可提取。等）即可提取。内在蛋白内在蛋白 （约占膜蛋白总量的（约占膜蛋白总量的7070 8080）2022-3-1924 贯串全层的内在蛋白贯串全层的内在蛋白又称又称 跨膜蛋白跨膜蛋白（transmembrane protein） 横跨膜一次的蛋白，称横跨膜一次的蛋白，称1TM蛋白；蛋白； 跨膜四次，称跨膜四次，称4TM蛋白；蛋白； 跨膜七次，称跨膜七次，称7TM蛋白。蛋白。2022-3-19 镶嵌在膜中的蛋白以疏水氨基酸区与脂双层中脂酸烃链镶嵌在膜中的蛋白以疏水氨基酸区与

13、脂双层中脂酸烃链发生疏水相互作用而结合，一般不易被提取。发生疏水相互作用而结合，一般不易被提取。 内在蛋白常需用较剧烈的试剂，如去垢剂、有机溶剂等内在蛋白常需用较剧烈的试剂，如去垢剂、有机溶剂等才能提取出来。即使被提取出来，也易重新聚集而沉淀下来。才能提取出来。即使被提取出来，也易重新聚集而沉淀下来。 成熟红细胞例外，其无细胞器，常作为制备膜蛋白成熟红细胞例外，其无细胞器，常作为制备膜蛋白的材料。的材料。 基本过程：基本过程： 红细胞红细胞低渗溶胀、破膜低渗溶胀、破膜释出释出HbHb保留质膜（即：膜蛋保留质膜（即：膜蛋白）白）SDS-PAGESDS-PAGE电泳电泳染色染色大约见到大约见到15

14、15个蛋白区带。个蛋白区带。2022-3-1926 人红细胞膜蛋白人红细胞膜蛋白SDS-PAGESDS-PAGE图谱图谱 血影蛋白血影蛋白 (外周蛋白外周蛋白) 锚蛋白锚蛋白 带带蛋白蛋白 血型血型 蛋白蛋白血影蛋白血影蛋白带带蛋白蛋白 占占60以上以上血型蛋白血型蛋白2022-3-1927红细胞膜内侧面红细胞膜内侧面血影蛋白血影蛋白（specrin, 3X105/cell，占总外周蛋白的，占总外周蛋白的75 ） 由由 、链构成二聚体，进一步头头相连构成延长的四聚体纤维，链构成二聚体，进一步头头相连构成延长的四聚体纤维，组成纤维状的膜骨架。然后组成纤维状的膜骨架。然后通过锚蛋白与带通过锚蛋白与

15、带蛋白连接，或通过带蛋白连接，或通过带4.1蛋白与血蛋白与血型蛋白连接，分布于质膜内表面。型蛋白连接，分布于质膜内表面。血影蛋白主要作用：血影蛋白主要作用： 在质膜内表面，与肌动蛋白和原肌球蛋白一起构成蛋白网络，以维持在质膜内表面，与肌动蛋白和原肌球蛋白一起构成蛋白网络，以维持红细胞的双凹外形，及必须的变形性、弹性和柔韧性。红细胞的双凹外形，及必须的变形性、弹性和柔韧性。2022-3-1928红细胞膜外侧面红细胞膜外侧面内侧面内侧面带带蛋白蛋白跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白（1x106/cell） 由由2个相同亚基构成的二聚体，每个亚基横跨膜个相同亚基构成的二聚体，每个亚基横跨膜12 14次，构成次，构

16、成阴离子阴离子通道蛋白通道蛋白。带带蛋白的主要作用：蛋白的主要作用： （1）带）带蛋白的膜内侧蛋白的膜内侧N端为膜骨架蛋白及某些酶蛋白提供结合位点；端为膜骨架蛋白及某些酶蛋白提供结合位点； （2）带）带蛋白是转运蛋白，是蛋白是转运蛋白，是HCO3-和和Cl-的交换器。的交换器。2022-3-1929 带带蛋白是阴离子通道蛋白蛋白是阴离子通道蛋白2022-3-1930 血型蛋白（血型蛋白（GLC）跨膜糖蛋白跨膜糖蛋白（6 X105/cell） GLCA由由131个个aa构成，横跨膜构成，横跨膜1次；次； 膜外侧有膜外侧有16个寡糖链个寡糖链末端末端为唾液酸，为唾液酸，带负电带负电； 血型糖蛋白的主要作用：血型糖蛋白的主要作用： （1）使红细胞表面带大量负电荷，避免红细胞凝集；）使红细胞表面带大量负电荷，避免红细胞凝集； （2） GLCA膜内侧膜内侧C端为膜骨架蛋白提供结合位点；端为膜骨架蛋白提供结合位点； （3） GLCA含有流感病毒和恶性疟原虫的结合含有流感病毒和恶性疟原虫的结合部位部位。2022-3-1931人红细胞血型糖蛋白（人红细胞血型糖蛋白（Glycophorin）的结构）的结构2022-3-193