細胞4,細胞膜與細胞表面-2012

第四章:細胞質(zhì)膜I.細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型II.生物膜基本特征與功能III.膜骨架1細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型A.生物膜的結(jié)構(gòu)模型三明治式結(jié)構(gòu)模型單位膜模型（1959年）流動鑲嵌模型（1972年）（要點：流動性、鑲嵌性、不對稱性和蛋白質(zhì)的極性。液晶態(tài)模型板塊鑲嵌模型脂筏模型主要包括:磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂）、糖脂、膽固醇（動物細胞）A.膜脂1.2膜的化學組成1.2膜的化學組成與基本功能磷脂構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個膜脂的50%以上。磷脂磷脂構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個膜脂的50%以上。有一個極性頭和兩個非極性尾脂肪酸碳鏈為偶數(shù)不飽和脂肪酸多為順式

磷脂膽固醇:在調(diào)節(jié)膜的流動性，增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)的通透性方面起重要作用。脂筏：質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的動態(tài)微結(jié)構(gòu)域。由于鞘磷脂具有較長的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強，所以這些區(qū)域結(jié)構(gòu)致密，介于無序液體與液晶之間。脂筏就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，與膜的信號轉(zhuǎn)導、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。

主要包括:磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂）、糖脂、膽固醇（動物細胞）糖脂：不同細胞中的含量和種類不同，均具有重要的生物學功能。A.膜脂膜脂的基本功能：構(gòu)成細胞膜的基本骨架。為某些膜蛋白維持其特定的構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境。1.2膜的化學組成與基本功能膜蛋白分類：膜蛋白可通過各種形式與脂雙層交聯(lián)。蛋白質(zhì)與脂雙層交聯(lián)的方式反映其功能。根據(jù)在膜中的位置不同，大致可分為三類。外周(外在)蛋白：為水溶性，靠離子鍵或其他弱相互作用與膜表面的蛋白或脂分子結(jié)合。通過改變?nèi)芤旱碾x子強度甚至提高溫度即可從膜上分離，而膜結(jié)構(gòu)不被破壞。整合(內(nèi)在)蛋白：與膜結(jié)合非常緊密，只有用除垢劑使膜崩解后才能分離出來，占絕大多數(shù)。

脂錨定蛋白：通過與之共價相連的脂分子插入膜脂雙分子層，從而錨定在質(zhì)膜上。

大多數(shù)膜內(nèi)在蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域含有20個左右的疏水氨基酸殘基，形成α螺旋?？缒そY(jié)構(gòu)域兩端攜帶+e的氨基酸殘基與磷脂分子帶-e的極性頭形成離子鍵，或帶-e的氨基酸殘基通過離子與帶+e的磷脂極性頭相互作用。Bacteriorhodopsinconsistslargelyofmembrane-spanningahelices

內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式β

barrel——Anotherstructuralmotifcommoninmembraneproteins跨膜結(jié)構(gòu)域一般僅有10-12個氨基酸殘基。大量存在于線粒體、葉綠體和細菌的外膜，但也僅只是在這些部位比較多。一些是成孔蛋白，選擇性轉(zhuǎn)運通過小的親水分子或離子。一些是非孔蛋白，為受體或酶。single-passtransmembraneproteinsAtransmembraneproteinalwayshasauniqueorientationinthemembrane.ThisreflectsboththeasymmetricmannerinwhichitisinsertedintothelipidbilayerintheERduringitsbiosynthesisandthedifferentfunctionsofitscytosolicandnoncytosolicdomains.Thesedomainsareseparatedbythemembrane-spanningsegmentsofthepolypeptidechain.MembraneProteinsOftenFunctionasLargeComplexesThethree-dimensionalstructureofthephotosyntheticreactioncenterofthebacteriumRhodopseudomonasviridis.Solubilizingmembraneproteinswithamilddetergent.Thedetergentdisruptsthelipidbilayerandbringstheproteinsintosolutionasprotein-lipid-detergentcomplexes.Thephospholipidsinthemembranearealsosolubilizedbythedetergent.Theuseofmilddetergentsforsolubilizing,purifying,andreconstitutingfunctionalmembraneproteinsystems.

為膜蛋白功能檢測提供了方法。C.膜碳水化合物（占膜重量的2-10%）共價連接于外膜的膜脂和膜蛋白.功能：細胞與細胞的相互作用、特別是細胞識別、物質(zhì)交換、接觸抑制、信號轉(zhuǎn)導、還有保護作用。糖蛋白通過短的支鏈碳水化合物部分與其他細胞和胞外結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用.1.3膜的流動性A.膜脂的流動性B.膜蛋白的流動性沿膜平面的側(cè)向運動(~107timespersecond)脂分子圍繞軸心的自旋運動脂分子尾部的擺動雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運動(lessthanonceamonthforanyindividualmolecule)膜脂的流動性主要指脂分子的側(cè)向運動，主要取決于脂分子本身的組成及溫度。膜脂是二維流體，流動性使膜具有融合、形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和分離電荷的能力。主要運動方式：A.膜脂的流動性思考題：從不同的環(huán)境中分離到兩種細菌:一種是從平均溫度為～40℃的溫泉中分離的，另一種是從平均溫度為～4℃的冷水湖中分離的。問:a.請推測兩種細菌的細胞質(zhì)膜中，哪一種具有較多的不飽和脂肪酸?b.那一種細菌質(zhì)膜中的脂肪酸鏈較長?c.在37℃哪一種細菌質(zhì)膜的流動性高?盡管有流動性，脂雙層可以形成有著不同組成的區(qū)域(A)liposomesproducedfroma1:1mixtureofphosphatidylcholineandspingomyelin(B)liposomesproducedfroma1:1:1mixtureofphosphatidylcholine,spingomyelin,andcholesterol.B.膜蛋白的流動性細胞膜中的蛋白質(zhì)也能以側(cè)向擴散等方式運動。主要影響因素:膜中蛋白質(zhì)與脂類的相互作用內(nèi)在蛋白與外在蛋白相互作用膜蛋白復合體的形成膜蛋白與細胞骨架的作用ThelateraldiffusionofmembranelipidscandemonstratedexperimentallybyatechniquecalledFluorescenceRecoveryAfterPhotobleaching(FRAP).

膜蛋白流動性的研究技術(shù)：由于抗體有兩個抗原結(jié)合位點，可交聯(lián)相鄰的膜蛋白，隨著時間的延長，已均勻分布在細胞表面的標記熒光重新排布，聚集在細胞表面的某些部位，此為成斑現(xiàn)象，如聚集在細胞的一端，即為成帽現(xiàn)象。由于某些膜蛋白與膜下細胞骨架相結(jié)合，或者由于細胞中某些特殊結(jié)構(gòu)的限定,以及膜蛋白與膜脂分子的相互作用，使某些膜蛋白的流動性受限。Theproteinscanself-assembleintolargeaggregates(A);theycanbetetheredbyinteractionswithassembliesofmacromoleculesoutside(B)orinside(C)thecell;ortheycaninteractwithproteinsonthesurfaceofanothercell(D).Threedomainsintheplasmamembraneofguineapigspermdefinedwithmonoclonalantibodies.脂不對稱性使內(nèi)外膜具有不同的物理化學性質(zhì)，有助于它們分別進行相應不同的相互作用.脂不對稱性具有重要的功能A.膜脂的不對稱性同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。1.4膜的不對稱性B.膜蛋白的不對稱性整合蛋白在脂雙層中不對稱分布，使膜具有明顯的內(nèi)外面之分。整合蛋白在膜內(nèi)也有方向性。膜碳水化合物只分布在外膜。指細胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它參與維持細胞膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。1.5膜骨架紅細胞質(zhì)膜蛋白及其膜骨架（具有柔韌性,變影性,可塑性）血影蛋白錨蛋白帶3蛋白血型糖蛋白帶4.1蛋白肌動蛋白帶3蛋白和血型糖蛋白是膜整合蛋白，在維持細胞形態(tài)上不起決定性作用，它們?yōu)槟す羌艿鞍滋峁┙Y(jié)合位點。血影蛋白和肌動蛋白不是膜內(nèi)在蛋白，它們在維持膜的形狀及固定其他膜蛋白的位置方面起重要作用。膜骨架蛋白主要包括血影蛋白，肌動蛋白，錨蛋白和帶4.1蛋白等。又稱收縮蛋白，是紅細胞膜骨架的主要成份，約占膜提取蛋白的30%，屬紅細胞的膜下蛋白而非紅細胞膜蛋白。是一種長的、可伸縮的纖維狀蛋白,由兩條相似的亞基構(gòu)成。兩個亞基鏈呈現(xiàn)反向平行排列,

形成異二聚體,兩個異二聚體頭-頭連接成四聚體。5個或6個四聚體的尾端一起連接于短的肌動蛋白纖維并通過非共價鍵與帶4.1蛋白結(jié)合,而帶4.1蛋白又通過非共價鍵與帶3蛋白結(jié)合,

形成“連接復合物”。血影蛋白在整個細胞膜的細胞質(zhì)面下面形成可變形的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),

以維持紅細胞的雙凹圓盤形狀。血影蛋白（spectrin）內(nèi)收蛋白(adducin)可與肌動蛋白及血影蛋白復合體結(jié)合，并且通過Ca2+和鈣調(diào)蛋白的作用影響骨架蛋白的穩(wěn)定性，從而影響紅細胞的形態(tài)。紅細胞膜的剛性和韌性主要由質(zhì)膜蛋白與膜骨架復合體的相互作用來實現(xiàn)。在紅細胞中還存在少量短纖維狀的肌球蛋白纖維，它可能與多個肌動蛋白纖維結(jié)合并將其拉到一起，以維持紅細胞的形態(tài)。錨定蛋白一方面與血影蛋白相連,另一方面與跨膜的帶3蛋白的細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域部分相連,

借助于帶3蛋白將血影蛋白連接到細胞膜上，從而將骨架固定