生物膜总结

生物膜

1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？

2、从生物膜结构模型的演化谈谈人们对生物膜结构的认识过程。

3、何谓膜内在蛋白？膜内在蛋白以什么方式与膜脂相结合？

4、比较主动输运与被动输运的特点及其生物学意义。

5、说明Na＋－K＋泵的工作原理及其生物学意义。

生物膜（bioligical membrane）：细胞和细胞器所有膜结构的总称，是镶嵌有蛋白质和糖类（统称糖蛋白）的磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用，并有大量的酶结合位点，也是与许多能量转化和细胞内通讯有关的重要部位。

流体镶嵌模型（fluid mosaic model）：针对生物膜的结构提出的一种模型。在这个模型中，生物膜被描述成镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构和功能上都表现出不对称性。有的蛋白质“镶”在脂双层表面，有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。另外脂和膜蛋白可以进行横向扩散。

生物膜的功能：

跨膜运输

能量转换

信息识别与传递

运动和免疫

1答：生物的基本结构特征是膜的流动性和不对称性。生物膜的流动镶嵌模型：膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构，而具有不同生理功能的蛋白质。流动镶嵌模型主要强调（1）膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动；（2）膜蛋白镶嵌在脂类中表现出分布的不对称性，有的镶嵌在膜的内外表面，有的嵌入或横跨脂双分子层。膜的流动性是表现生物膜正常功能的必要条件，如通过膜的物资运输、细胞识别、细胞免疫、细胞分化及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。膜的不对称性决定了生物膜内外表面功能的特异性。

从生物膜结构模型演化说明人们对生物膜结构的认识过程。

2答：对生物膜的分子结构的认识经历了四个发展阶段：

（1）脂质双分子层模型：研究人员通过实验发现易溶于脂类的物质易通过膜，所以推测膜由脂质构成，有通过计算总面积，得出膜的模型是脂质双分子层，极性的亲水基团朝向外侧的水性环境。

（2）Davson-Danielli模型：即“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治式的细胞膜分子结构模型，这个模型的提出是建立在人们对于蛋白质在细胞膜中作用有了初步认识的基础上。

（3）单位膜模型：即生物膜由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成，该模型继用了前两种模型的合理成分，但未正确解释蛋白质的位置

（4）流动镶嵌模型：该模型强调膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动，膜蛋白镶嵌在脂类中并表现出分布不对称性，而且是通过疏水和亲水相互作用维持膜的结构。该模型强调膜的流动性。生物膜的模型还在不断的完善中，从这一演化过程中可以看出，人们是通过不断的研究，不断地从实验中发现新现象，在前人的研究基础上不断地完善对于生物膜结构的认识。

1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？

生物膜的组成和特点：

膜主要是由脂类(lipid) 和蛋白质以非共价键相互作用结合而成的二维流动体系。

脂类分子呈连续的双分子层(bilayer)排列。

膜具有双亲性。

蛋白质相对于脂双层具有不同镶嵌方式。

生物膜中各种组分的分布是高度不对称的。

生物膜的基本功能：

它们是把细胞分割成一个个“小室”(compartment) 的物理屏障。

它们具有选择通透性。

它们是“小室”间传递化学信息和能量的介面。

它们为蛋白质的合成、加工与修饰、分选与定位，提供了工作平台和输运载体。

2、从生物膜结构模型的演化谈谈人们对生物膜结构的认识过程。

(1)片层结构模型

此模型的主要内容为：细胞膜是由双层脂分子及内外表面附着的蛋白质所构成的。即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构，脂质分子平行排列并垂直于膜平面。

双层脂质分子的非极性端相对，极性端向着膜的内外表面，在内外表面各有一层蛋白质。膜上有一些二维伸展的孔，孔的表面也是由蛋白质包被的,这样使孔具有极性，可提高水对膜的通透性。

这一模型将膜结构同所观察到的生物学理化性质联系起来, 对后来的研究有很大的启发。

缺少必要的细节，是对膜结构的一个较粗浅的认识。

(2)单位膜模型

此模型是由J.D.Robertson于1959年提出的。

单位膜模型是在片层结构模型的基础上发展起来的另一个重要模型。它与片层结构模型有许多相同之处，最重要的修改是膜脂双分子层内外两侧蛋白质存在的方式不同。

单位膜模型强调的是蛋白质为单层伸展的β折叠片状, 而不是球形蛋白。

单位膜模型还认为膜的外侧表面的膜蛋白是糖蛋白,而且膜蛋白在两侧的分布是不对称的。

这一模型的直接证据来自电子显微镜的观察。但这一模型将生物膜描述为三明治式的静态统一结构，解释不了膜的许多生理功能。

把膜看成是静止的无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化。不同的膜其厚度不都是7.5 nm,一般在5～10 nm之间。

如果蛋白质是伸展的, 则不能解释酶的活性同构象的关系。

该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离，有些则很难。

(3)流动镶嵌模型

1970年，Larry Frye等将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说：细胞膜具有流动性

认为生物膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的海洋中。

基本内容：磷脂双分子层构成膜的基本支架。蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层（体现了膜结构内外的不对称性）。磷脂分子是可以运动的，具有流动性。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。大多数的蛋白质分子也是可以运动的。

强调了膜的流动性。强调了膜的不对称性。

忽视了膜蛋白对脂质分子的控制作用。忽视了膜各部分流动的不均一性。

3、何谓膜内在蛋白？膜内在蛋白以什么方式与膜脂相结合？

根据蛋白分离的难易及在膜中分布的位置，膜蛋白基本可分为两大类：膜外在蛋白和膜内在蛋白。

膜内在蛋白通过一段疏水肽链插入脂双层中，从而抛锚在膜上。

膜内在蛋白露出膜外的部分含较多的极性氨基酸，属亲水性，与磷脂分子的亲水头部邻近；嵌入脂双层内部的膜蛋白由一些非极性的氨基酸组成，与脂质分子的疏水尾部相互结合，因此与膜结合非常紧密。

4、比较主动输运与被动输运的特点及其生物学意义。

被动运输方向是沿电化学梯度方向，不需要能量，有的需要载体蛋白介导（协助扩散），有的不需要（简单扩散）。主动运输方向是逆电化学梯度方向，需要能量，需要载体蛋白介导。

被动运输意义：保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质及将分泌物、代谢物