PM06药学

– 脂肪酸链的长度与不饱和度的影响：脂肪酸链越短、
不饱和度越高，流动性越大。 – 胆固醇的影响：降低细胞膜的流动性 – 卵磷脂和鞘磷脂比例的影响：卵磷脂不饱和程度高， 卵磷脂和鞘磷脂比例升高，膜的流动性增加。 – 蛋白质的影响：膜蛋白与膜脂分子的相互作用影响了 膜的流动性。膜内在蛋白越多，膜的流动性就越小。
概 述
• 内膜系统（endomembrance system）： 真核细胞特有的结构，主要包括内质网、 高尔基体、胞内体、溶酶体、微体（过 氧化物酶体）以及各种膜性小泡等。
• 生物膜(biomembrane)：细胞内所有膜 结构的统称。
•真核细胞
一、膜脂的种类和分子结构
• 生物膜上的脂类称为膜脂（membrane lipid）， 主要有三类：
2. 胆固醇（Cholesterol）
• 胆固醇分子散布于磷脂分子 之间，其极性头部紧靠磷脂 分子的极性头部，其余部分 游离。其甾环与磷脂分子临 近头部的脂肪酸链相互作用。
• 调节膜的流动性，增加膜的 稳定性，降低水溶性物质的 通透性等。
•脂双层中的胆固醇
3. 糖脂 (glycolipid)
• 普遍存在于原核和真核细胞的细胞膜上。其含 量约占膜脂总量的5%以下。神经细胞膜上含 量较高，约占5%～10%。 • 糖脂亦为双亲性分子，其极性头为一个或数个 糖基，非极性的尾部为两条烃链。
– 1972 年 提出。Singer, S. J. and Nicolson, G. L., The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science 1972; 175: 720-731 –膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，尾对尾排 列，形成脂质双分子层；
(a) 甘油磷脂---以甘油为骨架
• 磷脂酰胆碱（卵磷脂）(phosphatidyl choline, PC)
• 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）(phosphatidyl ethanolamine, PE)
• 磷脂酰丝氨酸(phosphatidyl serine, PS) • 磷脂酰肌醇(phosphatidyl inositol, PI)
– 其它因素：温度、离子浓度等。
第三节、质膜的生物学功能
• 质膜的保护和屏障作用
• 质膜内外物质的交换：选择性物质运输
• 质膜与细胞的识别和粘合、连接和通讯
• 质膜的跨膜信号转导 • 质膜中的酶参与物质代谢和信号转导
质膜内外物质的交换
• 跨膜转运的类型
• 被动转运(passive transport)：
–动物细胞的糖脂几乎都是由鞘氨醇衍生来的，称为 鞘糖脂。 –细菌和植物细胞的糖脂均由甘油酯类衍生来的。
3. 糖脂 (glycolipid)
• 不同类型糖脂的主要区别在于其极性头部的不 同，它有一个或几个糖残基。
–最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，由一个半乳糖作为 其极性头； – 最复杂的糖脂是神经节苷脂（唾液酸化的鞘糖脂）。
–膜蛋白由内在蛋白和外在蛋白构成；
–内在蛋白通过疏水区镶嵌在脂质双分子层中； –外在蛋白主要靠静电力与膜的内或外表面相互作用；
– 生物膜具有“流动性”和不对称性。
•流动镶嵌模型 (fluid mosaic model)
四、质膜的分子结构
• 脂筏模型 (lipid rafts model)
– 1997年K.Simons et al提出。Functional rafts in Cell membranes. Nature 387:569-572。 – 在生物膜脂双分子层的外层，鞘磷脂与胆固醇富集 而成有序的微功能域，这些微功能域是鞘磷脂与胆 固醇的动态集合，如同“脂筏”一样，脂筏上载着 蛋白质。 – 该模型强调质膜的流动性并非是绝对的，而是有相 对静止的“筏子”。
(b) 鞘磷脂(sphingomyelin)----以鞘氨醇为骨架
细胞膜唯一非甘油磷脂的脂类物质
•磷脂分子的极性端是各种磷脂酰碱基， 称为头部（极性头部），它们多数通过 甘油基团与非极性端相连。
•空间结构符号
•磷脂酰胆碱分子示意图
•磷脂酰胆碱结构式
•磷脂酰胆碱空间结构模型
•磷脂分子的疏水端是两个长短不一的烃链，称为尾部，一般含有 14～24个碳原子，其中一条烃链常含有一个或数个双键（此链称为 不饱和链）。双键的存在造成这条不饱和链有一定角度的弯折。
2. 外在蛋白
• 外在蛋白的特征：
– 分布于膜的内或外表面,不与脂双分子层的疏水内部接触；
– 通过静电作用、离子键及氢键与膜脂的极性头部非共价 结合，或通过与内在蛋白特异结合固定在膜上； – 具有亲水性； – 可以通过改变溶液的离子强度、pH 值、
或加入螯合剂易于从膜上分离。
2. 外在蛋白
• 外在蛋白的类型：
三、质膜的复合糖
• 膜糖类的功能：
– 提高膜的稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白 酶的抗性； – 帮助膜蛋白进行正确的折叠和维持正确的三维构型； – 帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位； – 参与细胞的信号识别、细胞的粘着； – 细菌和病毒感染时的识别和结合位点。
四、质膜的分子结构
• 流动镶嵌模型 (fluid mosaic model)
–简单扩散(simple diffusion)：胞膜内外两侧的小分 子物质完全依浓度梯度进出细胞； –易化扩散(facilitated diffusion)：借助于跨膜蛋白， 细胞膜两侧的大分子物质从浓度高一侧向浓度低一
– 膜脂分子的运动 – 膜蛋白分子的运动 – 影响膜脂流动性和膜蛋白运动性的各种因素
一、质膜的不对称性
1. 膜脂的不对称性
•RBC
一、质膜的不对称性
2. 膜蛋白的不对称性
一、质膜的不对称性
3. 质膜上复合糖的不对称性
糖类只分布在细胞质膜的外表面 – 例如红细胞细胞质膜上的血型糖蛋白(单次跨膜蛋白)
－磷脂（phospholipid)
－胆固醇 (cholesterol)
－糖脂 (glycolipid)
• 膜脂形成生物膜的基本骨架 • 膜脂具有亲水头部(极性端)和疏水尾部（非极 性端），称之为双亲性分子 （amphipathie molecule）或兼性分子
1.磷脂（phospholipid）
• 构成细胞膜的基本成分，约占整个膜脂 的50％以上，包括：
二、质膜的流动性
• 膜蛋白分子的运动 –侧向扩散：许多膜蛋白在膜脂中自由漂浮 和在膜表面扩散 –旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行旋 转运动 – 不是所有的膜蛋白都能扩散运动，许多表面 膜蛋白并不移动，而与其他膜蛋白或细胞内 骨架连接。
小鼠和人细胞 融合过程中膜 蛋白的流动性
二、质膜的流动性
• 影响膜流动性的因素
•Structure of glycophorin A.
一、质膜的不对称性
4. 质膜功能的不对称性
– 各种物质与离子的输送具有方向性 – 各种信号的接受与传递也按一定方向进行
二、质膜的流动性
• 膜脂分子的运动
– 侧向扩散(lateral diffusion) 1：在同一个单分子层内脂 类分子与其邻近的分子交换位置。 – 自旋运动（rotation)2：脂分子围绕与膜平面垂直的纵 轴进行的旋转运动。 – 弯曲运动(flexion) 或摆动3：膜脂分子尾部的左右摆动 – 伸缩振荡运动4： –翻转运动 (flip-flop)5：膜脂分子从脂双层的一层翻转 到另一层的运动。 –碳氢链的异构化互变6：
垢剂或有机溶剂抽提；
– 由粗面内质网合成，经高尔基体加工修饰，通过囊 泡运输转运到质膜上。
1. 内在蛋白
• 内在蛋白的类型 ：
– 典型的内在蛋白－－跨膜蛋白（Transmembrane proteins)：
• 单次跨膜蛋白：红细胞膜上的血型糖蛋白 (glycophorin) • 多次跨膜蛋白：红细胞膜上的带III蛋白 （band 3）
二、质膜的蛋白质
• 膜蛋白承担和执行质膜的各种功能，不同的 细胞其膜蛋白的含量有极大差别。 • 动物细胞质膜上包含各种酶蛋白、载体和通 道蛋白、受体蛋白等。
二、质膜的蛋白质
• 根据质膜上蛋白质与膜脂结合方式及所处位置 的不同，将膜蛋白分为：
– 内在蛋白 (intrinsic proteins) 或 整合蛋白 (integral proteins)、跨膜或镶嵌蛋白 – 外在蛋白(extrinsic proteins)或外周蛋白 (peripheral
proteins)
– 脂锚定膜蛋白（lipid anchored membrane protein）
蛋白质与膜脂的结合方式：①、②整合蛋白；
③、④脂锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白
1. 内在蛋白
• 内在蛋白的特征：
– 全部或部分插入细胞膜内，直接与脂双层的疏水区
域相互作用； – 具有特征性的疏水性氨基酸序列，一般形成跨膜 螺旋区。少数具有 疏水性 片层等结构； – 具有亲脂性或疏水性的特点。不易于分离，需用去
– 红细胞质膜中: 血影蛋白(spectrin)和 锚定蛋白(ankyrin)
•红细胞质膜中的外在蛋白和内在蛋白
3. 脂锚定膜蛋白
• 膜蛋白的肽链并不嵌入膜中，而以其共价连接 的烃链插入于膜脂双层的外或内层。
脂锚定膜蛋白
三、质膜的复合糖
• 所有真核细胞的表面均含有糖类。红细胞膜中 的糖类占膜重量的2%~10%。 • 存在方式：
•磷脂酰丝氨酸带负电荷，其他都是电中性的。
2. 胆固醇（Cholesterol）
• 原核细胞膜上无胆固醇。植物细胞中含量较少， 约占膜脂的2％； • 动物细胞中胆固醇是构成质膜的主要成分，其摩 尔数与磷脂相同； • 双亲性分子：极性头部为羟基团，非极性疏水结 构为甾环和烃链。 • 分子主体由4个联合在一起的甾环构成，具有刚 性结构的特点。