生物化學A（上）-10生物膜

1、1 Classification of Lipids 根據(jù)化學結構及脂的組成，分為： u單純脂類(質)(Simple lipid），包括脂肪、油 和蠟； u復合脂類（Compound Lipid），包括磷脂 （甘油磷脂和鞘磷脂）和糖脂（腦苷脂和神 經節(jié)苷脂）； u異戊二烯類（Isoprene），包括多萜類、固醇 和類固醇類。 單純脂 包括脂肪、油和蠟 3 O R C OH #1 Carbon Acid Group Non-polar End - Hydrophobic End (Fat-soluble tail) Polar End - Hydrophilic End 脂肪酸（Fatty Ac

2、id） Saturated Fatty Acids CH 3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C OH O 12 456783 Octanoic Acid 辛酸辛酸 甲乙丙丁戊己庚辛壬癸甲乙丙丁戊己庚辛壬癸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Unsaturated Fatty Acids 3 - Octenoic Acid 3-辛烯酸 3, 6 - Octadienoic Acid 3，6-辛二烯酸 8:1 (3) 8:2 (3, 6) CH3 CH CH CH2 CH CH CH2 C OH O 12456783 CH3 CH2

3、 CH2 CH2 CH CH CH2 C OH O 12456783 n, ; 與雙鍵的位置 n或 為第一個雙鍵距甲基端C的位置 為第一個雙鍵距羧基端C的位置 cis and trans Fatty Acids （順式）油酸 反油酸 Naturally-occurring Fatty Acids R CH 2 CH CH CH2 CH CH CH2 C OH O 765 43 1、cis form (順式） 2、Not conjugated - isolated double bond. （非共軛，雙鍵是分開的） 3、Even numbered fatty acids（偶數(shù)碳） 人體必需脂肪酸

4、 Essential fatty acid，EFA： 是指人體不可缺少而自身又不能合成，必須 通過食物供給的脂肪酸。 n-6系列中的亞油酸（LA）和n-3系列中的- 亞麻酸（ALA）是人體必需的兩種脂肪酸。 體內多不飽和脂肪酸(n-3，n-6類)合成途徑 EPA DHA 合成前列腺素合成前列腺素的前體的前體 脂肪酸的物理特性 v在水中的溶解度隨著鏈長的增加而降低 v熔點隨著鏈長的增加而增加 v熔點隨著不飽和程度（雙鍵）的增加而降低 12 Fat 膜蛋白的旋轉擴散,膜蛋白圍繞與膜平面相垂直的 軸進行旋轉運動。 膜蛋白旋轉擴散慢于側向擴散。膜蛋白的側向擴 散又顯著慢于膜脂的側向擴散。 膜脂合適的流

5、動性是膜蛋白正常功能表現(xiàn)的必要 條件。 100 膜 蛋 白 的 擴 散 運 動 101 血影（幽靈）蛋白 粘連素（蛋白） 氯-碳酸氫鹽 交換蛋白 連接復合物 (肌動蛋白) 102 紅細胞膜上氯-碳酸氫鹽交換體錨定在膜內結構 上阻止在膜上的自由擴散 嵌入蛋白介導細胞與細胞的相互作用和黏附 細胞質膜上的幾個嵌入蛋白家族為細胞間以 及細胞與間質間的粘連提供了特別位點。例如， 整聯(lián)蛋白（Integrin）以異二聚體的形式錨定在 膜上，胞外域提供了胞外蛋白質特別的結合位點， 如膠原蛋白和纖連蛋白。至少存在14個不同的 亞 基和8個不同的 亞基，可以產生不同的 、 結合 得到不同的結合位點。 103 細胞

6、與細胞相互作用 -四種膜內蛋白質的作用類型 配體結合域黏附域 免疫球蛋白 類結構域 凝集素結構域, 結合碳水化合物 Integrin:整聯(lián)蛋白整聯(lián)蛋白 Cadherin:鈣粘著蛋白鈣粘著蛋白 N-CAM:細胞粘著分子細胞粘著分子 Selectins:選擇蛋白選擇蛋白 104 膜融合是許多生物過程的中心事件 生物膜一個明顯的特征是可以與另一個膜融合而 不失去其完整性。膜雖是穩(wěn)定的，但不是靜止的， 內膜系統(tǒng)中膜狀結構不斷地從高爾基復合體上分 泌形成；外吞、內飲、細胞分裂、精卵細胞融合、 膜包裹病毒進入宿主細胞等都涉及膜的重新形成， 而它們最基本的行為就是兩個膜片段的融合而不 失去完整性。 105

7、高爾基體分泌 泡:胞吐作用 內涵體和溶酶體 的融合:內吞作用 病毒感染 精卵細胞融合 植物小液泡的融合 細胞分裂兩質膜的分開 106 膜的融合 (Membrane Fusion) 膜融合事件 為了融合，兩個膜必須首先相互靠近到分子 距離幾個納米，胞內鈣離子濃度的增加是如胞吐 等融合事件的信號。 膜融合需要：膜相互識別、表面靠近并相對、 雙層結構部分破壞、兩個雙分子層融合為一個連 續(xù)的脂雙分子層。受體調節(jié)的內吞或分泌還需要 融合發(fā)生在合適的時間或者是對特異信號的反應。 107 膜聯(lián)蛋白和融合蛋白 v融合蛋白(fusion protein)參與膜融合，引起特異 識別和短暫、局部脂雙層結構變形促使膜

8、融合。 融合蛋白可搭起膜融合的橋，并帶來融合區(qū)域脂 雙分子層的暫時恢復。 v膜聯(lián)蛋白(annexin)，質膜下存在的一組蛋白，需 要Ca2+，與脂雙分子層的磷脂結合，體外可引起 脂質體的融合，可交叉連接兩個不同膜的脂質分 子，使兩個膜緊靠和穩(wěn)定相對。 108 甲型流感病毒與艾滋病毒 109 Influenza Virus v流行性感冒病毒簡稱流行性感冒病毒簡稱 流感病毒流感病毒，是引起流，是引起流 感的病原體。感的病原體。 v流感是一種流感是一種上呼吸道上呼吸道 急性傳染病急性傳染病，它傳染，它傳染 性強、傳播快、潛伏性強、傳播快、潛伏 期短、發(fā)病率高。已期短、發(fā)病率高。已 引起數(shù)次世界性大流

9、引起數(shù)次世界性大流 行，僅行，僅19181919 年的世界大流行，死年的世界大流行，死 亡人數(shù)就達亡人數(shù)就達2000萬，萬， 對人類的生命健康危對人類的生命健康危 害極大。害極大。 110 流感病毒分類流感病毒分類 v流感流感病毒（病毒（Influenza virus）屬正粘液病毒科，流感?。僬骋翰《究?，流感病 毒屬，包括甲、乙、丙三型，毒屬，包括甲、乙、丙三型，甲型甲型抗原變異性最強，抗原變異性最強，感感 染人類和其他動物染人類和其他動物，引起中、重度疾病，侵襲所有年齡，引起中、重度疾病，侵襲所有年齡 組人群，常引起世界性大流行。乙型變異性較弱，僅感組人群，常引起世界性大流行。乙型變異性

10、較弱，僅感 染人類，一般引起輕微的疾病，主要侵襲兒童，可引起染人類，一般引起輕微的疾病，主要侵襲兒童，可引起 局部爆發(fā)。丙型抗原性比較穩(wěn)定，僅引起嬰幼兒感染和局部爆發(fā)。丙型抗原性比較穩(wěn)定，僅引起嬰幼兒感染和 成人散發(fā)病例成人散發(fā)病例。 v甲型流感病毒甲型流感病毒根據(jù)根據(jù)H和和N抗原不同，又分為許多亞型，抗原不同，又分為許多亞型，H 可分為可分為15個亞型（個亞型（H1H15），），N有有9個亞型（個亞型（N1 N9）。其中僅）。其中僅H1N1、H2N2、H3N2主要感染人類，主要感染人類， 其它許多亞型的自然宿主是多種禽類和動物。其中對禽其它許多亞型的自然宿主是多種禽類和動物。其中對禽 類危害

11、最大的為類危害最大的為H5、H7和和H9亞型毒株。亞型毒株。 111 Life Cycle of Influenza A virus 112 HA：血球凝集素（hemagglutinin） 113 流感病毒進入宿主細胞 的膜融合 A型流感病毒的型流感病毒的HA(血凝素血凝素)的結構域的結構域 受蛋白水解酶 活化后才有感 染細胞的能力 114 A型流感病毒的HA的功能 115 艾滋?。ò滩。ˋIDS) v艾滋病的醫(yī)學全稱是艾滋病的醫(yī)學全稱是“獲得性免疫缺陷綜合征獲得性免疫缺陷綜合征 (Acquired Immunodeficiency Syndrome，縮寫，縮寫 AIDS)”，其病原為，其病

12、原為“人類免疫缺陷病毒人類免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus，縮寫，縮寫HIV)”。 vHIV專門攻擊人體的專門攻擊人體的T淋巴細胞，致使人體免疫功能缺陷，淋巴細胞，致使人體免疫功能缺陷， 進而導致人體喪失了對各種病原體的抵抗能力而發(fā)生多進而導致人體喪失了對各種病原體的抵抗能力而發(fā)生多 種機會性感染、惡性腫瘤和多系統(tǒng)損害的綜合征，最終種機會性感染、惡性腫瘤和多系統(tǒng)損害的綜合征，最終 導致死亡。導致死亡。 116 HIV外界環(huán)境中的生存能力較弱，對物理因素 和化學因素的抵抗能力較低。對熱很敏感，體 外56處理 30min 可使其失去感染性，但 不 能完全滅活血

13、清中的HIV，100處理20 min 可將其完全滅活。除此之外，75%的酒精也可 滅活，但紫外線不能滅活。 變異強：艾滋病毒的變異性很強，給研制預防 性疫苗和治療性藥物帶來了極大困難。 易感性：人群普遍易感，無國界、無季節(jié)性。 HIV感染與人類的行為密切相關，如：多性伴、 吸毒等。 117 AIDS病毒生活史病毒生活史 Protease cuts up the protein 118 HIV感染宿主細胞 HIV外被蛋白gp120與宿主淋巴細 胞CD4作用 細胞因子受體CCR5與CD4- gp120結合，促進gp41氨基端的 膜融合區(qū)域插入宿主質膜 gp41構象改變形成發(fā)夾結構，兩 者的膜靠近

14、HIV與宿主細胞膜融合，RNA基因 組和酶進入宿主引起感染 119 v抑制蛋白酶（Protease inhibitors，PIs）抑制艾滋病病 毒活動所需要的蛋白酶的活動。通常也可以用來抑制復 制活動。 v抑制逆轉錄酶（reverse transcriptase inhibitors，RTIs） 抑制逆轉錄酶的活動。逆轉錄酶是艾滋病病毒用于復制 的酶，缺乏這種酶可以阻止艾滋病病毒建立RNA和 DNA。 非核苷酸反轉錄酶抑制劑； 核苷酸反轉錄酶抑制劑； v抑制進入的藥物抑制艾滋病通過溶解寄主細胞的膜進入 細胞內。 抗AIDS病毒的藥物 120 生物膜和運輸 121 跨膜運輸 生物細胞都要從環(huán)境獲

15、得物質作為生物合成和 能量消耗，還需釋放其代謝物到環(huán)境中去。質膜可 以識別并允許細胞所需物如糖、氨基酸、無機離子 等進入細胞，有時這些成分進入細胞是逆濃度梯度 的，即它們是被“泵”入細胞的，同樣一些分子是 被“泵”出細胞的。小分子物質的跨膜通過跨膜通 道channels、載體carriers或泵pumps進行的。 122 滲透作用 (Osmosis) v滲透作用是在溶質濃度梯度、壓力梯度、或者兩 者下任何差異性通透膜水分子的移動。 v假設在袋內及袋外均裝蒸溜水，溶質濃度內外相 同，故無水濃度梯度并且任何方向均無凈移動。 123 溶質通過透過性膜的移動 不帶電帶 電 124 簡單擴散 特點： v

16、順濃度梯度(電化學梯度)方向擴散(由高到低); v不需能量; v無膜蛋白協(xié)助。 具有極性的水分子比較容易穿膜可能是因為1） 水分子??；2）濃度太高 125 擴散作用 (Simple Diffusion) v分子或離子朝濃度較低處自由運動稱為擴散作用。 v小分子擴散作用說明物質通過細胞膜以達最大體積。 v物質擴散方向取決于其本身濃度梯度，與其他物質無關。 v每種物質的擴散是獨立的，與其他物質是否存在并無關系。 v當沒有濃度梯度時，任何方向之凈移動為零。 v擴散作用為物質進出細胞的短距離運輸方式。 126 協(xié)助擴散 特點：順濃度梯度；不需能量 ；需特異膜蛋白。 轉運膜蛋白 .載體蛋白亦稱通透酶(p

17、ermease) .通道蛋白(chnnel protein)。 載體蛋白的運輸特點： v比自由擴散轉運速率高。 v存在最大轉運速率; 一定限度內運輸速率同物質濃度成 正比。超過一定限度，濃度增加也不增加運輸速率,因膜 上載體蛋白的結合位點已飽和。 v有特異性， 即與特定溶質分子相結合。 127 被動運輸是由膜蛋白促進的 順濃度梯度的擴散 v簡單擴散因膜把胞內和胞外環(huán)境隔開所阻止，膜是一種 選擇性通透屏障，要通過脂雙分子層，極性分子或帶電 溶質必需解除水化膜的水的作用，然后透過約3nm 的介 質（膜）。 v水是一種例外，可很快透過生物膜，機制尚不清楚，膜 兩側溶質濃度差異大時，滲透壓的不平衡引起

18、膜兩側水 的流動，直至兩側的滲透壓相等。 v極性溶質或離子的過膜運輸由膜上的蛋白降低活化能而 對特異的物質提供過膜路徑而通過膜的雙分子層，引起 促進擴散。 128 親水溶質通過生物膜脂雙層的能量變化 除去水化膜 的簡單擴散 跨膜蛋白降低溶 質跨膜運輸?shù)幕?化能 129 紅細胞葡萄糖滲透酶（Glucose Permease）調控被動運輸 紅細胞中能量產生的代謝依賴于葡萄糖不斷地 由血漿中進入紅細胞，葡萄糖通過滲透酶由促進擴 散進入細胞，這一膜蛋白有12個疏水區(qū)域（分子量 約45000 Da），可能跨膜12次，可使葡萄糖進入細 胞內的速度大于沒有時的50000倍。 130 通透酶(Permease

19、) 與特定溶質分子相結合；如葡萄糖的通透酶 只與D-Glc結合（亦可與D半乳糖、D甘露糖 等結合)，但不能和LGlc等L型異構體結合。 通透酶與酶不同：被運輸?shù)奈镔|不改變構型， 而運輸?shù)鞍妆旧韺l(fā)生構象的可逆變化。 131 葡萄糖運輸進入紅細胞模型 D-Glc與T1特異 結合，降低構象 改變的活化能 T1轉變?yōu)門2，影 響Glc跨膜通道 Glc由T2釋放到 胞質 T2構象變回T1 132 氯化物和碳酸氫鹽跨紅細胞膜 的運輸為協(xié)同運輸（Cotransport） v紅細胞膜上存在另一種促進擴散系統(tǒng)陰離子交換體， 對于肌肉及肝臟中CO2回到肺的運輸是必需的。CO2由 血漿進入紅細胞轉化為HCO3-，

20、HCO3-重新回到血漿中 被運輸?shù)椒谓M織。因HCO3-比CO2的溶解度大，這種變 化增加了由組織到肺的CO2運輸?shù)难萘?，在肺?HCO3-重回紅細胞被轉化為CO2，被緩慢呼出。 v氯化物-碳酸氫鹽交換體也被稱為陰離子交換蛋白，可增 加HCO3-對紅細胞膜的透過，這一系統(tǒng)也被稱為協(xié)同運 輸系統(tǒng)。 133 紅細胞膜上氯-碳酸氫鹽交換體 134 主動運輸 (Active Transport) 1.能量推動導致改變的蛋白質推動溶質快速通過膜。 2.通常由ATP供給蛋白質能量。 3.主動運輸中，離子、帶電分子、大分子逆著濃度梯度運 送過細胞膜。 4.負責主動運輸系統(tǒng)者為橫跨雙層脂質的運輸?shù)鞍踪|。有 高

21、度選擇能力，選擇運送的離子及分子的種類。 5.當特殊溶質連接于適當位置，蛋白質則開始作用并接受 能量的推動。 135 主動運輸引起物質的逆濃度梯度運輸 主動運輸是逆濃度梯度運輸，引起物質的積累。主動運輸直 接或間接地依賴于一些放能過程，非熱力學自動發(fā)生，往往 伴隨有光的吸收、氧化作用、ATP水解或其他順濃度梯度的 運輸。在初級主動運輸中，物質的積累直接與放能反應（如 ATPADP+Pi）相連接；次級主動運輸發(fā)生于由初級主動運 輸引起的逆濃度積累的順濃度梯度運輸。 特點：逆濃度梯度、需能、都有載體蛋白。 136 ATP供能的主動運輸 I vI、Na+-K+ pump：維持低Na+高K+的細胞內環(huán)

22、境。結構： 2大亞基2小亞基四聚體、。每一循環(huán)消耗一個ATP，運 出3Na+，運進2K+。Mg2+和少量膜脂有助于其活性提高。 意義: a.維持細胞的滲透壓。b.造成膜電位可提供肌肉 和神經細胞傳導電沖動。c.可提供糖、AA等水溶性小分 子間接主動運輸?shù)哪茉础?vII、Ca2+-ATPase（鈣離子泵）:將Ca2+泵出細胞或泵至 內質網中, 分解1個ATP分子，泵出2個Ca2+ 。I 137 ATP供能的主動運輸II vIII、質子泵proton pump , H+-ATPase P-type:載體蛋白暫時與ATP的磷酸基團結合, 位于動物 細胞的內吞體、溶酶體、高爾基體的囊泡膜上和植物 液泡

23、膜上。 V-type:直接利用ATP，但不與磷酸基團結合，位于真 核細胞內液泡質膜上，包括溶酶體。 F-type:位于線粒體和葉綠體上的酶以相反方式發(fā)揮生 理功能，H沿濃度梯度運動，將所釋放的能量與ATP 合成偶聯(lián)起來，如在線粒體中的氧化磷酸化作用和葉 綠體中的光合作用磷酸化作用。 138 有五種形式的運輸ATPases vP-type ATPase （Prototype） :比如Na+K+- ATPase， Ca2+ATPase vV-type ATPase (真核細胞的vacuole中) vF-type ATPase（F：energy-coupling factors） vA-type A

24、TPase (古細菌Archea中) vE-type ATPase（細胞外膜上，可利用胞外ATP） 139 三種類型離子運輸ATPase亞基結構 140 Na+K+ ATPase 141 Na+ K+ ATPase 驅動的鈉鉀離子運輸 轉運體從胞內結合3Na+ 磷酸化P-酶II 轉運體向胞外釋放 3Na+，從胞外結 合2K+ 酶I去磷酸化 轉運體向胞內釋放2K+ 142 Na+或K+梯度驅動的協(xié)同運輸 143 兩種類型的主動運輸 144 離子梯度為次級主動運輸提供能量 光吸收、氧化作用、ATP水解驅動 的Na+或H+的初級主動運輸所建成的離 子梯度本身可以驅動其他物質的協(xié)同運 輸。 145 腸

25、內皮細胞葡萄糖的運輸 146 三類主要運輸系統(tǒng) 單向轉運同向轉運 /共運輸 反向轉運 147 大分子與顆粒物質的跨膜運輸 真核細胞通過內吞作用endocytosis和外排作用 胞外分泌exocytosis完成大分子與顆粒性物質的 跨膜運輸。轉運過程中，物質包裹在脂雙層膜圍繞 的囊泡中，因此又稱膜泡運輸。這種運輸方式常常 可同時轉運一種或一種以上數(shù)量不等的大分子和顆 粒性物質，有人稱之為批量運輸(bulk transport)。 148 2013年諾貝爾生理或醫(yī)學獎 -細胞囊泡運行調節(jié)機制 149 膜受體 與信號轉導 150 151 信號傳導的特點 152 信號傳導的類型 153 Signal

26、molecules vhormones (e.g., melatonin) vgrowth factors (e.g. epidermal growth factor) vextra-cellular matrix components (e.g., fibronectin) vcytokines (e.g., interferon-gamma) vchemokines (e.g., RANTES) vneurotransmitters (e.g., acetylcholine) vneurotrophins (e.g., nerve growth factor) 154 155 信號傳導的類

27、型 156 配體激活的離子通道 vLigand-gated ion channels are a group of transmembrane ion channel proteins which open to allow ions such as Na+, K+, Ca2+, or Cl- to pass through the membrane in response to the binding of a chemical messenger (i.e. a ligand), such as a neurotransmitter. v比如GABAA受體，N-乙酰膽堿受體，5-HT受體等