柴油機噴油器常見故障及維修要點

PAGEPAGE1第六章細胞膜細胞膜(cellmembrane)XE"細胞膜(cellmembrane)"XE"細胞膜(cellmembrane)"是每個細胞把自己的內(nèi)容物包圍起來的一層界膜，又叫質(zhì)膜XE"質(zhì)膜"(plasmamembrane)XE"質(zhì)膜(plasmamembrane)"。細胞膜使細胞與外界環(huán)境有所分隔而又保持種種聯(lián)系。它首先是一個具有高度選擇性的濾過裝置和主動的運輸裝置，保持著細胞內(nèi)外的物質(zhì)濃度差異，控制著營養(yǎng)成分的進入細胞和廢物、分泌物的排出細胞；其次它是細胞對外界信號的感受裝置，介導(dǎo)了細胞外因子對細胞引發(fā)的各種反應(yīng)。它還是細胞與相鄰細胞和細胞外基質(zhì)的連接中介。質(zhì)膜與細胞內(nèi)膜（即各種細胞器的膜）具有共同的結(jié)構(gòu)和相近的功能，統(tǒng)稱為生物膜XE"生物膜"(biologicalmembrane)。生物膜具有各種復(fù)雜奇妙的功能，其基礎(chǔ)在于它的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)。在常規(guī)電鏡超薄切片上，它們呈兩暗夾一明、總寬度約為７nm的膜層。在冷凍蝕刻技術(shù)中，它們可被斷裂成兩個半膜，在斷裂面上可以看到膜內(nèi)顆粒。生物膜都是由脂質(zhì)分子、蛋白質(zhì)分子、糖類分子以非共價結(jié)合的方式組成的。脂質(zhì)分子排列成厚約５nm的連續(xù)雙層，稱為脂雙層（lipidbilayer），構(gòu)成膜的支架，并成為對大多數(shù)水溶性分子的通透屏障；蛋白質(zhì)分子分布在脂雙層內(nèi)，擔(dān)負著作為酶、運輸?shù)鞍?、連接蛋白、膜抗原和受體等的種種特殊使命；存在于膜表面的糖類也參與了膜的一些重要功能。本章將討論細胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，還將討論細胞膜的一部分功能—對小分子物質(zhì)的運輸。膜的其他功能如大分子物質(zhì)的運輸、細胞外信號的識別和傳導(dǎo)、膜抗原和免疫反應(yīng)等內(nèi)容將在其他章節(jié)中介紹。第一節(jié)細胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)從多種細胞分離獲得的純凈質(zhì)膜或各種內(nèi)膜進行化學(xué)分析，結(jié)果表明，各種生物膜都是由脂類、蛋白質(zhì)和糖類這三種物質(zhì)組成的。三種成分的比例在不同的膜有很大變化。例如，主要起絕緣作用的神經(jīng)髓鞘膜上，７５％為脂類，而主要參與能量轉(zhuǎn)換的線粒體內(nèi)膜上，７５％為蛋白質(zhì)。對大多數(shù)細胞來說，脂類約占５０％，蛋白質(zhì)約占４０%－５０％，糖類約占１%－１０％。生物膜之所以具有種種復(fù)雜而重要的功能，不但因為構(gòu)成膜的三種成分各自具有獨特的理化性狀，而且因為這三種成分之間有著巧妙的相互作用，組成特定的結(jié)構(gòu)。對于膜的結(jié)構(gòu)曾先后有過多達５０種的假說。隨著電鏡冷凍蝕刻技術(shù)以及多種生物物理、生物化學(xué)新技術(shù)的應(yīng)用，對膜結(jié)構(gòu)有了逐步深入的認識。１９７２年Singer和Nicolson提出的“液態(tài)鑲嵌模型”（fluidmosaicmodel）是現(xiàn)今我們對膜結(jié)構(gòu)認識的主要依據(jù)。這一模型（圖6－１）的基本內(nèi)容可以概括為以下幾點：脂質(zhì)分子排成雙層構(gòu)成生物膜的骨架；蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌或聯(lián)結(jié)于脂雙層上；膜的兩側(cè)結(jié)構(gòu)是不對稱的；膜脂和膜蛋白具有一定的流動性。圖9－1顯示了膜結(jié)構(gòu)的二維和三維模式圖。圖6－1細胞膜結(jié)構(gòu)（引自DanielS.Friend）參照前書圖9-1本節(jié)所述膜的三種成分各自的性質(zhì)及它們共同組成膜的方式，所根據(jù)的主要是“液態(tài)鑲嵌模型”以及近三十年來對此模型進行補充和修正的新資料、新觀點。分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展和基因組學(xué)研究獲得的信息給我們對膜蛋白的認識帶來了革命性的變化。一、膜脂生物膜上的脂類稱為膜脂，其分子排列成連續(xù)的雙層，構(gòu)成了生物膜的基本骨架（圖9－１）。它使膜具有對大多數(shù)水溶性物質(zhì)不能自由通過的屏障作用，又為各種執(zhí)行特殊功能的膜蛋白提供了適宜的環(huán)境。（一）膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)一個小的動物細胞的質(zhì)膜含有109個脂質(zhì)分子，或者說，每平方微米質(zhì)膜上有5X106個脂質(zhì)分子。膜脂有磷脂、膽固醇和糖脂3種。這3種脂類都是親水脂分子XE"親水脂分子"（amphipathicmolecules）XE"親水脂分子（amphipathicmolecules）"，就是說分子有著一個親水末端（極性端）和一個疏水末端（非極性端）。1.磷脂磷脂是3種膜脂中含量最高的。磷脂分子的極性端是各種磷脂酰堿基，叫作頭部，它們多數(shù)通過甘油基團與非極性端相聯(lián)。根據(jù)磷脂酰堿基的不同，將磷脂分成磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰膽堿、磷脂酰肌醇、鞘磷脂等多種。磷脂分子的疏水端是兩條長短不一的烴鏈，叫做尾部，一般含14～24個碳原子，其中的一條烴鏈常含有一個或數(shù)個雙鍵（此鏈叫做不飽和鏈）。雙鍵的存在造成這條不飽和鏈有一定角度的扭曲（圖6－2）。磷脂分子逐個相依地整齊排列構(gòu)成膜骨架的主要結(jié)構(gòu)，其烴鏈長度和飽和度的不同能影響磷脂分子的互相位置，從而影響膜的流動性；而各種磷脂頭部基團的大小、形狀、電荷的不同則與磷脂-蛋白質(zhì)的相互作用有關(guān)。許多哺乳動物細胞質(zhì)膜上占優(yōu)勢的磷脂是磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰膽堿和鞘磷脂，其中僅有磷脂酰絲氨酸帶負電荷，其他都是電中性的。圖6－2磷脂分子（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-22.膽固醇膽固醇分子的極性頭部是聯(lián)結(jié)于甾環(huán)上的極性羥基基團，甾環(huán)的另一端連接著非極性尾部——一條烴鏈，甾環(huán)本身是非極性的（圖6－3）。在真核細胞質(zhì)膜上，膽固醇分子的數(shù)目可多達與磷脂相等。膽固醇分子散布于磷脂分子之間，其極性頭部緊靠磷脂分子的極性頭部，其強硬的板面狀甾環(huán)結(jié)構(gòu)則使與之相鄰的磷脂烴鏈的一部分不易活動（圖6－4）。通過這種影響，膽固醇對膜的穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用。圖6－3膽固醇分子（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-3圖6－4膜脂雙層中膽固醇分子與磷脂分子的相互關(guān)系（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-43.糖脂糖脂也是親水脂分子，它的極性頭部由一個或數(shù)個糖基組成，非極性尾部是兩條烴鏈。最簡單的糖脂是半乳糖腦苷脂，由一個半乳糖作為其極性頭部；最復(fù)雜的是神經(jīng)節(jié)苷脂，其頭部含一個或多個帶負電荷的唾液酸和其他糖基（圖6－5）。在所有細胞中，糖脂均位于膜的非胞質(zhì)面單層，其糖基暴露在膜外。據(jù)此推測，糖脂的功能與細胞同外環(huán)境的相互作用有關(guān)。糖脂的確切作用仍不清楚。糖脂的數(shù)量可占細胞膜外層脂質(zhì)分子數(shù)的5%。不同種屬以及同一種屬的不同組織其膜上糖脂的種類常有極大的不同。圖6－5糖脂分子（修改自B.Alberts等，1983和2002）參照前書圖9-5表6－1顯示了數(shù)種生物膜的脂質(zhì)成分比較。細菌的質(zhì)膜常由單一種類的磷脂組成，不含膽固醇，膜的力學(xué)強度由細胞壁提供。真核細胞的質(zhì)膜則相反，不僅含膽固醇，而且磷脂種類也多種多樣。表6－1.不同生物膜的脂質(zhì)成分（以占脂質(zhì)總重量的百分比計）肝細胞質(zhì)膜紅細胞質(zhì)膜髓鞘線粒體內(nèi)、外膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大腸桿菌膽固醇172322360磷脂酰乙醇胺71815251770磷脂酰絲氨酸47925微量磷脂酰膽堿24171039400鞘磷脂19188050糖脂7328微量微量0其他22138212730（二）膜脂分子的排列特性由于脂質(zhì)分子所具有的“親水又親脂”的特點，它們在水溶液中能自發(fā)地以特殊方式排列起來——分子與分子互相聚攏，親水頭部暴露于水，疏水尾部則藏于內(nèi)部。這種特殊排列可以形成兩種構(gòu)造，一種是球形的分子團XE"分子團"(micelle)，另一種就是雙分子層XE"雙分子層"(bilayer)（圖6－6）。在雙分子層中，兩層分子的疏水尾部被親水頭部夾在中間。為了更進一步減少在雙分子層的兩端疏水尾部與水接觸的機會，脂質(zhì)分子在水中排成雙層后往往易于形成一種自我封閉的結(jié)構(gòu)——脂質(zhì)體(liposome)（圖9－6）。當(dāng)脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)被打破時，脂質(zhì)分子能很快重新形成新的脂質(zhì)體。脂質(zhì)體常被用作膜研究的實驗?zāi)Ｐ?。顯然，這種在人工條件下自發(fā)形成的脂質(zhì)體與真正的細胞膜的脂雙層有許多共同點。圖6－6脂質(zhì)分子在水環(huán)境中形成的結(jié)構(gòu)（引自B.Alberts等，2002）參照前書圖9-6（三）膜脂的流動性脂質(zhì)分子作為膜骨架的另一要素是它們的流動性。但直至20世紀(jì)70年代研究人員發(fā)現(xiàn)單個脂質(zhì)分子在膜內(nèi)能自由移動后，人們才對這點有明確的認識。用電子自旋共振（ESR）技術(shù)可探測人工合成膜中帶有自旋標(biāo)記（如含硝?；┑膯蝹€脂質(zhì)分子的活動，這類技術(shù)也用于探測分離得到的生物膜乃至整體細胞質(zhì)膜上脂質(zhì)分子的活動。這方面的實驗表明，脂質(zhì)分子在膜內(nèi)的移動有以下幾種形式（圖6－7）：圖6－7磷脂分子在膜內(nèi)的移動（引自B.Alberts等，2002）參照前書圖9-7（1）在同一單層內(nèi)的相鄰分子經(jīng)常互換位置，速率可達每秒鐘107次，這造成膜脂快速的側(cè)向擴散，擴散系數(shù)D約為10-8平方厘米/秒。這意味著一個普通脂質(zhì)分子在1秒鐘內(nèi)移動的距離相當(dāng)于一個大的細菌的長度（達2m）。（2）每個脂質(zhì)分子都圍繞其長軸作快速旋轉(zhuǎn)。（3）分子的烴鏈尾部常發(fā)生擺動。烴鏈靠近雙分子層中線那部分?jǐn)[動度最大，靠近極性頭部那部分?jǐn)[動度最小。（4）脂質(zhì)分子可以從雙分子層的一個單層翻至另一單層，這稱為“翻轉(zhuǎn)”(flip-flop)。磷脂分子的翻轉(zhuǎn)活動在絕大多數(shù)膜上僅偶爾有之，最多一個月發(fā)生一次，只有在活躍合成脂類的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，磷脂經(jīng)常有翻轉(zhuǎn)，該處有一種叫做磷脂轉(zhuǎn)位因子(phospholipidtranslocators)的酶催化著磷脂分子的翻轉(zhuǎn)，并由此形成膜脂分布的不對稱。膽固醇分子的翻轉(zhuǎn)活動是經(jīng)常發(fā)生的，膽固醇經(jīng)常在兩個脂質(zhì)單層之間進行著快速的再分布。從人工合成膜來分析，膜脂的流動性大小除了受溫度影響外，主要取決于磷脂分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和膽固醇含量。單純由磷脂合成的人工脂雙層在某個特定凝結(jié)點溫度下會從液態(tài)轉(zhuǎn)變成結(jié)晶狀或凝膠狀形態(tài)，這種態(tài)的轉(zhuǎn)變叫作“相變（phasetransition）”。磷脂分子的烴鏈愈短，含雙鍵的烴鏈愈多，則烴鏈就愈不易互相集聚，膜也就愈不易凝結(jié)或結(jié)晶，這種脂雙層的相變溫度就低，或者說這種脂雙層在低溫下仍可保持一定的流動性。膽固醇分子在膜流動性的影響方面作用很微妙，它們分布于磷脂分子之間，由于其分子中強硬的板面狀結(jié)構(gòu)，使脂雙層不至于有太大的流動性，另一方面，特別是其含量較高時，能阻止磷脂烴鏈尾的互相集聚，從而抑制了膜的結(jié)晶化，抑制了相變的發(fā)生。細菌、酵母及其他變溫生物體在環(huán)境溫度下降時往往通過調(diào)整其膜脂成分來維持細胞膜的流動性，比如合成含更多順式雙鍵的脂肪酸。膜脂的適當(dāng)流動性對生物膜的功能至關(guān)重要。當(dāng)膜脂雙層的流動性低于一定閾值（或說粘稠度高于一定閾值時），許多跨膜運輸和膜上的酶活動就會停止。而膜脂流動性過高（如缺乏膽固醇的膜），則膜將發(fā)生溶解。（四）脂雙層的不對稱性膜脂的雙層結(jié)構(gòu)在組成成分上是不對稱的。這體現(xiàn)在兩個方面：第一是膜的兩個單層所含的磷脂種類有極大的不同；第二是糖脂全部分布在膜的非胞質(zhì)單層中，其糖基位于質(zhì)膜的外側(cè)或內(nèi)膜的腔面。以人紅細胞上膜脂分布為例可以發(fā)現(xiàn)，頭部含膽堿的磷脂分子（磷脂酰膽堿和鞘磷脂）全部分布在脂雙層的外側(cè)單層，含末端氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸）則幾乎全部位于內(nèi)側(cè)單層。磷脂酰膽堿和鞘磷脂的脂肪酸部分較磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸的脂肪酸部分含雙鍵少，而磷脂酰絲氨酸的頭部是帶負電荷的，顯然，這樣的磷脂分布造成脂雙層的兩個單層的流動性和電荷狀況有較大的差異。磷脂分布的不對稱是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的磷脂轉(zhuǎn)位因子造成的。當(dāng)膜在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成時，該因子催化磷脂分子從一個單層翻轉(zhuǎn)至另一單層。詳見大分子合成運輸有關(guān)章節(jié)。磷脂不對稱分布在質(zhì)膜功能上有重要意義，主要涉及磷脂與膜蛋白的相互作用并由此介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)。首先，分布在質(zhì)膜胞質(zhì)單層的一些磷脂其頭部基團能與胞質(zhì)蛋白相互作用，可能提供了這些蛋白需要的適宜環(huán)境。例如，質(zhì)膜的胞質(zhì)面單層有大量的磷脂酰絲氨酸，提供較多負電荷。蛋白激酶C結(jié)合于質(zhì)膜的胞質(zhì)面，它可以被多種細胞外信號激活，其激活要求帶負電荷的磷脂存在。第二，分布在質(zhì)膜胞質(zhì)單層的另一些磷脂在特定的時間和位置可以發(fā)生頭部基團的修飾，從而生成一個胞質(zhì)蛋白的結(jié)合位點，這一改變直接參與了細胞外信號傳導(dǎo)的過程。例如，磷脂酰肌醇在質(zhì)膜的胞質(zhì)面單層分布數(shù)量不多，它可以被多種脂質(zhì)激酶在其肌醇環(huán)上加上磷酸基團，從而為信號傳導(dǎo)過程中被動員到質(zhì)膜上的胞質(zhì)蛋白提供了結(jié)合位點。這方面的一個重要例子是磷脂酰肌醇3激酶（PI3-kinase）的作用。該酶對細胞外信號作出應(yīng)答而活化，將胞質(zhì)內(nèi)的信號蛋白動員到質(zhì)膜的胞質(zhì)面。第三，分布在質(zhì)膜胞質(zhì)單層的磷脂本身可以被細胞外信號激活而剪切出一些片斷，這些片斷成為一過性的信號中介。例如磷脂酶C，它將質(zhì)膜胞質(zhì)面單層的磷脂剪切成兩個片斷，其中之一留在膜上幫助進一步激活磷脂酶C，另一個進入胞質(zhì)刺激鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放出來。當(dāng)細胞發(fā)生程序性死亡即凋亡的時候，質(zhì)膜上磷脂的不對稱分布也發(fā)生變化：正常時位于胞質(zhì)單層的磷脂酰絲氨酸快速轉(zhuǎn)移至胞外單層。磷脂酰絲氨酸暴露于細胞表面可作為一種信號，引導(dǎo)附近的吞噬細胞如單核細胞將死細胞吞噬掉或消化掉。磷脂酰絲氨酸的翻轉(zhuǎn)可能通過兩種機制：1）正常時催化磷脂酰絲氨酸翻轉(zhuǎn)的磷脂酰絲氨酸轉(zhuǎn)位因子失活；2）造成磷脂酰絲氨酸無選擇地分布于兩個單層的某種“雜生催化酶”活化。二、膜蛋白生物膜所含的蛋白質(zhì)叫做膜蛋白。膜蛋白中有些是運輸?shù)鞍?，轉(zhuǎn)運特殊的分子和離子出入細胞；有些是酶，催化與膜相關(guān)的代謝反應(yīng)；有些是連接蛋白，把細胞骨架與相鄰細胞或細胞外基質(zhì)相聯(lián)結(jié)；有些是抗原，與細胞間識別有關(guān)；還有些是受體，接受和轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞外的化學(xué)信號。由此可見，膜的大部分功能是由膜蛋白完成的。膜蛋白的含量在不同的生物膜有很大變化，一般來說，功能愈復(fù)雜的膜，其上蛋白質(zhì)含量愈高。與膜脂不同，膜蛋白種類繁多，性狀和功能各異。許多膜蛋白的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能都不清楚。在此主要介紹總體上對膜蛋白的存在方式、結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系的最新認識，并以幾個了解較清楚的膜蛋白作為例子討論膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能。（一）膜蛋白的存在方式迄今所了解的膜蛋白的存在方式有如圖6－8所示的7種。圖6－8膜蛋白與脂雙層聯(lián)結(jié)的方式（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-8（1）跨膜蛋白(transmembraneprotein)XE"跨膜蛋白(transmembraneprotein)"以單條–螺旋貫穿脂質(zhì)雙層，稱“單次跨膜”(singlepass)。（2）跨膜蛋白以數(shù)條–螺旋數(shù)次折返穿越脂雙層，稱“多次跨膜”(multiplepass)。單次或多次跨膜的跨膜蛋白的肽鏈有的與膜的胞質(zhì)單層內(nèi)的烴鏈有共價結(jié)合。（3）片層卷起成桶狀貫穿脂雙層，稱筒。（4）膜蛋白位于胞質(zhì)，但其肽鏈的疏水段錨入脂雙層的胞質(zhì)單層。（5）膜蛋白共價結(jié)合在胞質(zhì)單層內(nèi)的烴鏈或基團上。（6）膜蛋白通過一寡糖鏈共價結(jié)合于膜的非胞質(zhì)面單層中含有的稀有磷脂—磷脂酰肌醇上（7）膜蛋白非共價地結(jié)合在其他膜蛋白上。以上述第7種方式存在的膜蛋白叫作周圍膜蛋白(peripheralmembraneprotein)，它們與膜的連接是較松散的。分離提取這類蛋白只需較輕柔的方法即可，例如將膜置于高、低滲或極端pH值的溶液中。這些溶液的作用力只破壞蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的連接而不破壞脂雙層。第6種膜蛋白用特異的磷脂酰肌醇酶－磷脂酶C切割就可被分離。另外幾種膜蛋白即跨膜蛋白和連接于脂質(zhì)分子上的膜蛋白均屬于整合膜蛋白(integralmembraneprotein)，只有用去垢劑或有機溶劑破壞脂雙層，才能將這類蛋白提取出來。每一種跨膜蛋白在膜上有其獨特的存在方式，從中反映出膜蛋白分子的不對稱性。這種不對稱包括：分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成和插入脂雙層的方式是不對稱的；在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體腔中糖基化也是不對稱的——糖總是加在多肽鏈的非胞質(zhì)面一端；巰基的分布也是不對稱的——肽鏈中半胱氨酸上的巰基在胞質(zhì)面總是呈還原狀態(tài)的-SH，在非胞質(zhì)面則形成鏈內(nèi)或鏈間的二硫鍵（S-S）。這些非胞質(zhì)面的二硫鍵能穩(wěn)定肽鏈的折疊結(jié)構(gòu)，或?qū)⑾噜忞逆溌?lián)結(jié)，因而有重要的功能意義。另外，非跨膜的膜蛋白在膜上的定位也是不對稱的，有些只連接在胞質(zhì)單層上，另一些則只連接在非胞質(zhì)單層上。膜蛋白在分子結(jié)構(gòu)和分布上的這種不對稱性，提示了膜兩面在功能上的差異。不同膜蛋白的存在方式與它們的不同功能有關(guān)。只有跨膜蛋白才能在膜兩側(cè)都有作用或?qū)⑽镔|(zhì)轉(zhuǎn)運過膜。細胞表面受體是跨膜蛋白，它們在細胞外側(cè)與信號分子結(jié)合，在內(nèi)側(cè)又激活不同的信號分子。只在細胞一側(cè)發(fā)揮作用的膜蛋白毫無例外地都聯(lián)結(jié)于一側(cè)單層的脂質(zhì)或該側(cè)的其他膜蛋白上。（二）膜蛋白的結(jié)構(gòu)1．螺旋跨膜蛋白也像膜脂分子一樣具有親水脂特點。它們的親水區(qū)域顯露于膜兩側(cè)的水溶液中，它們的疏水區(qū)域則埋于脂雙層的內(nèi)部并與脂質(zhì)分子的疏水尾部互相作用。疏水區(qū)域的肽鏈部分主要由非極性氨基酸組成。肽鍵本身是極性的，而且由于脂雙層內(nèi)部是無水的，肽鍵與肽鍵之間在此易于形成氫鍵。如果肽鏈穿越脂雙層時形成規(guī)則的-螺旋，會使這種氫鍵結(jié)合力達到最大，因此，絕大多數(shù)跨膜蛋白在脂雙層中都呈螺旋結(jié)構(gòu)。穿越脂雙層的肽鏈在脂雙層內(nèi)部一般不改變方向，因為肽鏈要打破氫鍵之間規(guī)則的相互作用力才能彎折。盡管過去十年結(jié)構(gòu)生物學(xué)有很大進展，但由于膜蛋白特別難以結(jié)晶，通過X－線晶體圖像研究膜蛋白整體結(jié)構(gòu)仍未獲得太多資料，折疊的三維結(jié)構(gòu)仍然不詳。但是DNA克隆和測序技術(shù)揭示了許多跨膜蛋白的氨基酸序列，所以從肽鏈的序列預(yù)測哪一段作為跨膜的片斷已經(jīng)很容易。一個片斷如果含有高度疏水的氨基酸達20～30個就可以以螺旋的形式穿越脂雙層。2．筒一部分跨膜蛋白在脂雙層中形成筒結(jié)構(gòu)(barrel)。因為形成筒結(jié)構(gòu)也能滿足肽鍵之間形成氫鍵的要求。多次跨膜蛋白的跨膜部分肽鏈如果形成筒的結(jié)構(gòu)，該蛋白就較螺旋更強硬，也較易結(jié)晶。因此，許多含桶的跨膜蛋白的結(jié)構(gòu)用X－線晶體圖像技術(shù)得到闡明。桶蛋白在線粒體、葉綠體和一些細菌的外膜上很豐富。它們中有些屬于形成孔道的蛋白，在膜上形成含水的通道，選擇性地允許一些親水物質(zhì)通過脂雙層。鏈的數(shù)目變化很大，可以從8條到22條。例如大腸桿菌的OmpA含8條鏈，是細菌對其病毒的受體；大腸桿菌的“孔道蛋白（porin）”含16條鏈，在菌外膜上形成含水通道；大腸桿菌的FepA含22條鏈，作用是運輸鐵離子，筒內(nèi)面由含鐵離子結(jié)合位點的球蛋白結(jié)構(gòu)域鋪滿，在運輸鐵離子的時候該結(jié)構(gòu)域發(fā)生構(gòu)像改變。在各種桶蛋白中，孔道蛋白porin的結(jié)構(gòu)了解得較清楚。16條鏈反向平行形成片層，大小足以卷成圓筒狀結(jié)構(gòu)。極性側(cè)鏈排在筒內(nèi)的含水通道表面，而非極性側(cè)鏈則伸向筒外周與脂雙層的疏水內(nèi)核發(fā)生作用。肽鏈的環(huán)結(jié)構(gòu)往往向孔道腔內(nèi)突起，使孔道變窄，從而僅允許某些物質(zhì)通過，因此許多孔道蛋白的通道作用是高度選擇性的。例如麥芽糖孔道蛋白maltoporin僅允許麥芽糖或麥芽寡糖通過大腸桿菌外膜。筒大多為轉(zhuǎn)運蛋白。有些較小的桶其孔道完全被突向腔心的側(cè)鏈充滿，這些桶起受體或酶的作用，這時桶只是一種形式，使膜蛋白牢固錨定在膜上，并使胞質(zhì)環(huán)的區(qū)段有合適的定向位置，能被一些特異的細胞內(nèi)分子結(jié)合。雖然桶可以有多種功能，它們主要分布仍限于線粒體、葉綠體外膜。真核細胞和細菌的主要的跨膜蛋白還是由跨膜螺旋構(gòu)成的。螺旋可以滑動，可以造成較大的構(gòu)象變化，從而產(chǎn)生將離子通道開放、關(guān)閉的效果，來運輸特定的物質(zhì)，或傳導(dǎo)細胞外信號入細胞。與此相反，筒通過氫鍵緊密地與周邊結(jié)構(gòu)相聯(lián)，本身不易發(fā)生構(gòu)象改變。3．膜蛋白的糖基化動物細胞的絕大部分跨膜蛋白是糖基化的。前已述及，膜蛋白和糖脂一樣，其糖基是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的腔內(nèi)加上去的，所以，寡糖鏈總是位于膜的非胞質(zhì)面。（三）膜蛋白研究的常用方法1．用去垢劑分離提取一般來說，要溶解跨膜蛋白或緊密結(jié)合于膜上的蛋白，必須使用能打破疏水鍵并破壞脂雙層的試劑，其中最常用的就是去垢劑。用去垢劑分離提取跨膜蛋白，是膜蛋白研究的重要手段。去垢劑是小的親水脂分子，當(dāng)它們與膜蛋白作用時，其疏水端與膜蛋白的疏水區(qū)域相結(jié)合，極性端指向水中，形成溶于水的去垢劑-膜蛋白復(fù)合物，從而可使膜蛋白在水中溶解、變性、沉淀。當(dāng)去除去垢劑并加入磷脂后，可使膜蛋白復(fù)性并恢復(fù)功能。極性去垢劑有離子型和非離子型兩種，前者如SDS，后者如Triton。SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)利用離子去垢劑SDS對膜蛋白的強有力分離作用達到純化、分析的目的，是膜研究手段的重大革新。2．利用血影細胞鑒定跨膜蛋白及其分布膜研究的最主要材料來源是動物的紅細胞。其原因是：=1\*GB3①紅細胞易于大量而純凈地獲得，而其他組織多有各種細胞混雜；=2\*GB3②紅細胞無核、無細胞器，可得到單純的質(zhì)膜，而其他細胞中各種內(nèi)膜占總量的95%；=3\*GB3③不含細胞質(zhì)的紅細胞即血影細胞，制備方便，只需將細胞置于低滲溶液中，細胞就腫脹破裂，血紅蛋白就釋出，從而去除了材料中的膜以外蛋白成分；=4\*GB3④血影細胞可以處理成破漏的、重新封閉的等不同狀態(tài)，也可制成內(nèi)面在外的小泡來研究（圖6－9）。這樣，使各種化學(xué)物質(zhì)可以分別只與膜的內(nèi)面或外面接觸，也可同時與內(nèi)、外面接觸。圖6－9不同封閉狀態(tài)的血影細胞和小泡的制備（引自B.Alberts等，2002年）參照前書圖9-9要了解某個膜蛋白是否屬跨膜蛋白，位于膜的哪一面以及它的分子量、帶電狀況等，有以下數(shù)種方法可采用：=1\*GB3①用一種水溶性的共價結(jié)合物如放射性物質(zhì)或熒光素標(biāo)記膜蛋白，該物質(zhì)不能穿入脂雙層，只共價結(jié)合于膜表面的某些基團，然后用SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳分離膜蛋白，所標(biāo)記的蛋白因放射性或熒光存在就清楚地顯示出它處在電泳凝膠上某一帶。它在膜上的情況是這樣獲知的：先使標(biāo)記物與完整的細胞作用，從外面接觸膜，再使標(biāo)記物與內(nèi)面向外的小泡作用，從內(nèi)面接觸膜。如果這兩種情況都得到同一標(biāo)記電泳帶，說明這個膜蛋白是個跨膜蛋白；如果只在一種情況下得到這一標(biāo)記電泳帶，說明這個膜蛋白位于膜的內(nèi)面或外面。=2\*GB3②用一種不能透過膜的蛋白水解酶分別接觸膜的內(nèi)、外面，如果某一蛋白在兩種情況下都被水解，則這是一個跨膜蛋白。=3\*GB3③用標(biāo)記抗體分別接觸膜的內(nèi)、外面，如果兩面都有特異結(jié)合，則是跨膜蛋白。3．冷凍蝕刻技術(shù)又稱冷凍斷裂蝕刻技術(shù)，該技術(shù)將細胞膜冷凍、斷裂和蝕刻后制成復(fù)型膜在透射電鏡下觀察，提供在一定膜區(qū)域內(nèi)膜蛋白數(shù)目、大小的信息，特別重要的是提供膜蛋白在膜的兩個半層的分布位置的信息。圖6－10A示意了該技術(shù)的原理和斷裂表面的命名（參見第二章電子顯微鏡技術(shù)節(jié)）。例如，用冷凍蝕刻技術(shù)制備紅細胞質(zhì)膜的復(fù)型膜，可以看到在兩個斷裂面上有散在的大小均勻的斑點，斑點直徑約7.5nm，在P面上比E面上更集中些，這些都是帶3蛋白（詳見下述）。因為把提純的帶3蛋白整合進人工合成的脂雙層后，其冷凍斷裂面上也同樣能看到這種斑點。在兩個半層被斷裂劈開時，膜蛋白顆粒往往留在本身大部分所在的那個半層上，從對面半層中“拔”出來的那部分就突起在斷裂面上，如果這部分足夠大，就能被看到，由此可以推斷膜蛋白所在半層和膜蛋白的結(jié)構(gòu)特點。圖6－10B可說明在冷凍斷裂技術(shù)制備的紅細胞膜上，為什么能看到帶3蛋白而看不到血型糖蛋白之類的膜蛋白。血型糖蛋白的大部分伸出在質(zhì)膜外表面，突出在斷裂面上的那部分很小，因而不能被看到。圖6－10冷凍蝕刻技術(shù)原理和顯示的膜蛋白（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-104．光漂白后熒光素復(fù)原和光漂白中熒光素丟失膜蛋白側(cè)向擴散速率是用一種叫做“光漂白后熒光素復(fù)原”（FRAP——fluorescencerecoveryafterphoto-bleaching）的技術(shù)來測量的。此法最早用來測量視紫紅質(zhì)分子的擴散。方法是用一束強光照射排列著視紫紅質(zhì)分子的細胞膜一部分，被照的這些分子中的發(fā)色基團就被漂白，經(jīng)過很短的時間，被漂白和未被漂白的視紫紅質(zhì)分子就互相擴散、混合分布了（圖6－11），從中計算出視紫紅質(zhì)分子的擴散系數(shù)為510-9cm2/s。測量其他膜蛋白時，可以把熒光素經(jīng)特異性抗體連接到該膜蛋白分子上，也可以用重組DNA技術(shù)使膜蛋白與綠色熒光蛋白（GFP）融合后表達。小塊區(qū)域內(nèi)膜蛋白上的熒光物質(zhì)被激光束照射后漂白，鄰近區(qū)域未漂白的膜蛋白就擴散進入漂白區(qū)域，熒光復(fù)原所花的時間就用這種技術(shù)得到測量。與此互補的一種技術(shù)叫作“光漂白中熒光素丟失”（FLIP——fluorescencelossinphoto-bleaching），在此，熒光持續(xù)照射一小塊膜區(qū)域，使不斷擴散進入的所有熒光素漂白，從而漸漸耗盡周圍膜上所有的熒光素標(biāo)記分子。在此過程中對照射區(qū)鄰近的非照射區(qū)進行熒光強度的測量，即可獲得膜蛋白分子的擴散系數(shù)。圖6－11光漂白后熒光素復(fù)原和光漂白中熒光素丟失技術(shù)（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-115．重組DNA技術(shù) 要獲得一個多次跨膜蛋白的X線晶體成像圖是很困難的，因此，這類分子的三維結(jié)構(gòu)大多不為人所知，它們執(zhí)行功能的分子機制，比如運輸?shù)鞍兹绾螌㈦x子運送過膜，也無法由此了解。但是，其他一些技術(shù)提供了不少信息，其中最重要的技術(shù)就是重組DNA技術(shù)。編碼運輸?shù)鞍椎腄NA一旦被克隆和測序，人們就能分析出其肽鏈的氨基酸序列，然后就能用親水圖譜（hydropathyplot）推算出其跨膜螺旋的數(shù)目（詳見下述）。針對肽鏈特異片斷合成的抗體，可以用來鑒定特異片斷顯露于膜的哪一側(cè)。在編碼特異片斷肽鏈的DNA序列上制造突變，再把相應(yīng)的突變mRNA注射進培養(yǎng)的哺乳動物細胞或爪蟾卵母細胞，這些細胞合成的突變蛋白可用來研究膜蛋白功能和結(jié)構(gòu)改變的關(guān)系，特異氨基酸序列和肽鏈片斷的重要性就得到了解。例如我們在下文將要談到的，運輸?shù)鞍追肿由蠁蝹€氨基酸的突變可以令其喪失對特異分子的運輸能力，從而使人了解這部分氨基酸序列的重要性。在解釋這類實驗結(jié)果時應(yīng)格外慎重，因為有時發(fā)生在一個部位的序列改變可能引起整個分子構(gòu)象的改變和相關(guān)功能的改變，即使改變的部位原來與該功能并不直接相關(guān)。重組DNA技術(shù)在膜蛋白研究中還有一種重要用途。一旦編碼一個膜蛋白的DNA得到克隆，就能很方便地以它為探針分離得到編碼同源蛋白的相關(guān)DNA，從而在膜運輸?shù)鞍椎难芯恐蝎@得了重要的信息：介導(dǎo)跨膜運輸?shù)牡鞍讓儆跀?shù)目極為有限的幾個家族，家族的成員在分子結(jié)構(gòu)和推想的作用機制上都彼此密切相關(guān)，并且有相同的進化來源。但是一個家族所包含的不同成員可以數(shù)目很大，而且就是一個特定成員還有許多變異體（叫做異構(gòu)體isoforms），這些變異體可以由不同基因編碼，或者由同一基因轉(zhuǎn)錄出來后RNA發(fā)生不同拼接而成。變異體之間的不同可以體現(xiàn)在運輸活性、發(fā)育中表達的階段、組織分布、細胞內(nèi)定位等方面。6．親水性圖譜（Hydropathyplot）如果了解一個膜蛋白的肽鏈序列，使用此法可以預(yù)測能夠形成跨膜螺旋的區(qū)段。以某個已知的標(biāo)準(zhǔn)物為參照，根據(jù)肽鏈上前后各段的氨基酸成分測算得到將該肽鏈各段從非極性溶劑轉(zhuǎn)移至水所需要的自由能，計算根據(jù)的是大小固定的片斷，通常10～20個氨基酸。如圖6－12的A和B所示，每段的親水指數(shù)（hydropathyindex）反映在y軸上，該段在肽鏈上的位置以氨基酸序號反映在x軸上。正值表示轉(zhuǎn)移至水中是需要自由能的，即該段是疏水的，而數(shù)值大小表示所需自由能量的多少。親水指數(shù)的峰值出現(xiàn)在氨基酸序列的疏水片斷的位置。圖中A示血型糖蛋白（glycophorin），含一個單次穿膜螺旋，在親水圖譜上相應(yīng)地有一個峰，B示細菌視紫紅質(zhì)（bacteriorhodopsin），含7個穿膜螺旋，在親水圖譜上相應(yīng)地有7個峰。圖6－12親水圖譜（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-12（四）幾種膜蛋白對膜蛋白的了解很大程度上來自對人類紅細胞質(zhì)膜蛋白的研究。從這種無核細胞膜上得出的結(jié)論，已逐步擴展到了各種有核細胞膜。用SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳分析人紅細胞質(zhì)膜，能檢出15條主要的電泳帶，分子量在15，000-250，000。有三種蛋白質(zhì)占質(zhì)膜蛋白質(zhì)總量的60%，它們是血影蛋白、血型糖蛋白和帶3蛋白。這三種膜蛋白各以不同方式存在于膜上，它們在一定程度上反映了各種類型膜蛋白的情況。因此，這里就以人類紅細胞的這三種膜蛋白和細菌視紫紅質(zhì)為例，對膜蛋白的分子結(jié)構(gòu)和功能作一些闡述。1.血影蛋白(spectrin)XE"血影蛋白(spectrin)"紅細胞質(zhì)膜蛋白絕大部分都是連接于膜胞質(zhì)面的周圍膜蛋白，其中含量最豐富的是血影蛋白。血影蛋白分子呈細長繩索狀，約100nm長。每個分子由兩條長的肽鏈形成異二聚體。兩條肽鏈反向平行，松弛地互相纏繞。每條鏈上有一系列由106個氨基酸形成的重復(fù)結(jié)構(gòu)，這些重復(fù)結(jié)構(gòu)可能是3個一組的–螺旋(圖6－13A)。這樣的二聚體分子頭對頭地互相連接，組成長200nm的四聚體。它們經(jīng)肌動蛋白等數(shù)種蛋白質(zhì)的固著，在整個質(zhì)膜的胞質(zhì)面上形成一個可變形的網(wǎng)架（圖6－13B）。這個以血影蛋白為基礎(chǔ)的骨架系統(tǒng)，對維持紅細胞的雙凹形狀和穿行于毛細血管時的變形能力是至關(guān)重要的。臨床上有遺傳性血影蛋白缺陷的貧血患者，其紅細胞失去雙凹形而呈球形，易于受損，他們的貧血程度也隨血影蛋白缺失程度而加重。在有核細胞的質(zhì)膜下胞質(zhì)區(qū)域（即所謂“皮質(zhì)區(qū)”）也存在著類似的骨架蛋白，富含肌動蛋白細絲，以多種方式附著于質(zhì)膜，其中有結(jié)構(gòu)上同源于血影蛋白的ankryin和帶4.1蛋白（圖6－13B）。圖6－13血影蛋白的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的質(zhì)膜下骨架系統(tǒng)（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-132.血型糖蛋白(glycophorin)XE"血型糖蛋白(glycophorin)"血型糖蛋白是一個小分子跨膜蛋白，肽鏈長131個氨基酸，一個親水氨基端位于質(zhì)膜外表面，分子的大部分也都顯露于質(zhì)膜外表面，該處有16個寡糖側(cè)鏈，其上連接著100多個糖基。這部分占到分子總量的60％。紅細胞表面碳水化合物的絕大部分，包括90％以上的唾液酸及由此所帶的負電荷，都是由血型糖蛋白提供的。它的另一個親水端即羧基端顯露于胞質(zhì)內(nèi)。中間的疏水區(qū)域長23個氨基酸，形成一段螺旋穿越脂雙層，為典型的單次跨膜蛋白結(jié)構(gòu)（圖6－14）。因此血型糖蛋白被稱為單次跨膜蛋白(single-passmembraneprotein)。血型糖蛋白是人紅細胞膜上暴露于外表面的兩個主要蛋白之一，也是第一個被檢出全部氨基酸序列的膜蛋白。在一個細胞上存在上百萬個分子的血型糖蛋白。然而，它在紅細胞質(zhì)膜上的功能尚未完全了解。該蛋白缺如的人在臨床上表現(xiàn)完全正常。值得注意的是，許多細胞表面受體在結(jié)構(gòu)上都屬于單次跨膜蛋白這一類別。圖6－14血型糖蛋白一類的單次跨膜蛋白（引自B.Alberts等，2002年參照前書圖9-14在不同個體的血型糖蛋白，質(zhì)膜外表面的寡糖側(cè)鏈有著結(jié)構(gòu)上的差異，肽鏈的氨基酸序列也可以有差異，由此，血型糖蛋白成為重要的膜抗原－血型抗原。有兩種血型抗原系統(tǒng)與血型糖蛋白有關(guān)，即ABO系統(tǒng)和MN系統(tǒng)。ABO血型系統(tǒng)有O型、A型、B型和AB型四種血型，四種血型抗原的差別是由血型糖蛋白在質(zhì)膜外表面的寡糖側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)決定的(詳見本節(jié)下文“膜糖類”部分)。MN血型系統(tǒng)有M型和N型兩種紅細胞，它們的抗原性與血型糖蛋白的糖鏈和肽鏈兩部分都有關(guān)系。血型糖蛋白正常情況下以同二聚體的形式存在，兩條相同的肽鏈主要通過螺旋之間的非共價結(jié)合力聯(lián)系在一起（參見圖9－13B）。由此看來膜蛋白的跨膜片斷多半不單只是起疏水性錨著的作用，疏水氨基酸序列可以含有介導(dǎo)蛋白與蛋白相互作用的信息。3.帶3蛋白(band3)XE"帶3蛋白(band3)"這一膜蛋白得名于它在SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳中的區(qū)帶位置。其肽鏈長度約有930個氨基酸，肽鏈高度折疊，折返穿越質(zhì)膜12次，因而是一個多次跨膜蛋白(multiple-passmembraneprotein)。用冷凍斷裂電鏡技術(shù)制備紅細胞質(zhì)膜的復(fù)型膜，可以看到在兩個斷裂面上有散在的大小均勻的斑點，斑點直徑約7.5nm，在P面上比E面上更集中些，這些都是帶3蛋白。圖9－10顯示了冷凍斷裂蝕刻技術(shù)制備的紅細胞膜上帶3蛋白的形態(tài)以及該技術(shù)能看到帶3蛋白而看不到血型糖蛋白之類膜蛋白的原因。從圖9－13則可以看到帶3蛋白與紅細胞膜上其他膜蛋白在結(jié)構(gòu)和分布上的差異。對帶3蛋白的功能已有清楚的了解，它是紅細胞質(zhì)膜上的陰離子運輸?shù)鞍?。紅細胞攜帶著組織中的二氧化碳，經(jīng)過肺時將二氧化碳以HCO3-的形式排出，同時攝入Cl-作為交換。這一離子進出的運輸就由帶3蛋白完成。許多有核細胞雖無攜帶二氧化碳的任務(wù)，其膜上也有與之類似的陰離子運輸?shù)鞍?，進行著HCO-3-Cl-交換。它們的作用是維持細胞內(nèi)pH?？梢韵胂?，只有像帶3蛋白這樣的多次穿越脂雙層的大分子跨膜蛋白，才能介導(dǎo)離子的跨膜運輸，因為它的分子大部分在疏水的脂雙層內(nèi)部，可以造成一個環(huán)境，讓帶電分子不與脂雙層疏水內(nèi)部接觸而經(jīng)過膜。同理，單次跨膜蛋白就不大可能擔(dān)負離子運輸?shù)娜蝿?wù)。4.細菌視紫紅質(zhì)（bacteriorhodopsin）XE"細菌視紫紅質(zhì)（bacteriorhodopsin）"細菌視紫紅質(zhì)是從一種嗜鹽菌Halobactariumhalobium的紫膜上提取出來的。這種細菌生長在陽光充足的鹽水池中，在進化過程中，它們的細胞膜上出現(xiàn)了多種能被光線激活的蛋白質(zhì)。“紫膜”是該細菌細胞膜上的一些特化斑塊，上面只含一種蛋白質(zhì)，就是細菌視紫紅質(zhì)。這種膜蛋白的分子中含有一個光吸收基團或發(fā)色基團，被稱為視黃醛，該基團使細菌視紫紅質(zhì)呈紫色。視黃醛就是維生素A的醛類形式，與脊椎動物眼內(nèi)光感受細胞的視紫紅質(zhì)中的發(fā)色成分是相同的。當(dāng)該基團被一個光量子激活時就引發(fā)分子微小的構(gòu)像變化，導(dǎo)致一或兩個H+從細胞內(nèi)被運送至細胞外。在亮光下，每個視紫紅質(zhì)分子每秒可泵出幾百個氫離子。如此造成的細胞內(nèi)外氫離子的濃度和電壓梯度，通過另一個膜蛋白的作用驅(qū)動了ATP的合成，這樣將太陽能轉(zhuǎn)化為細菌生存所需能量。由此可見，細菌視紫紅質(zhì)是該種細菌在進化中形成的一重要的光激活蛋白，它參與了把光能轉(zhuǎn)化為生物能的過程。前已述及，一般膜蛋白因其親水脂特性，只溶于去垢劑而很難結(jié)晶，所以通常用于分析分子三維結(jié)構(gòu)的晶體X光衍射技術(shù)不能提供大多數(shù)膜蛋白的結(jié)構(gòu)細節(jié)。由于視紫紅質(zhì)在紫膜上集中排列，呈二維晶體狀，所以能用一種叫作電子晶體成像(electroncrystallography)的技術(shù)，即低強度電鏡術(shù)(low-intensityelectronmicroscopy)和低角電子衍射分析的結(jié)合，獲得高分辨率的三維結(jié)構(gòu)圖像。結(jié)果表明該分子折疊成7段螺旋，每段含25個氨基酸，7段螺旋近乎垂直地穿過脂雙層,各段角度略有變化（圖6－15）。氫離子可能是經(jīng)由螺旋側(cè)鏈形成的傳遞系統(tǒng)而被運送出膜的：氫離子被發(fā)色基團吸收時先到達鄰近的天冬氨酸側(cè)鏈，然后沿疏水氨基酸側(cè)鏈排成的通道被泵運過膜。圖6－15細菌視紫紅質(zhì)結(jié)構(gòu)圖（引自Alberts，2002）參照前書圖9-15細菌視紫紅質(zhì)可以作為一組膜蛋白的代表。這組膜蛋白的共同點首先是結(jié)構(gòu)近似，都是折疊成7個–螺旋的跨膜蛋白；其次是執(zhí)行功能的方式相同。它們有的屬于光受體蛋白，如脊椎動物視網(wǎng)膜視桿細胞膜上的視紫紅質(zhì)；有的是各種激素的特異性膜表面受體。它們共同的執(zhí)行功能方式是：接收某種細胞外信號自身發(fā)生構(gòu)象變化激活另一個膜蛋白在細胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生一個化學(xué)信號。因此，這組膜蛋白在功能上屬于信號傳導(dǎo)者。盡管細菌視紫紅質(zhì)與哺乳類光感受器上的視紫紅質(zhì)在結(jié)構(gòu)上驚人地相似，但兩者在分子序列上并無相同之處，這表明它們在進化上來源不同。(五)膜蛋白分子的移動性膜蛋白在膜上是經(jīng)常移動、擴散的。與脂質(zhì)分子相比，膜蛋白移動的形式以旋轉(zhuǎn)擴散和側(cè)向擴散為主，沒有翻轉(zhuǎn)活動。旋轉(zhuǎn)指的是分子圍繞垂直于膜平面的軸活動，側(cè)向擴散是指分子在膜上向兩側(cè)移動。側(cè)向擴散最早的直接證據(jù)來自1970年用雜合細胞進行的一項實驗。用細胞融合技術(shù)把一個小鼠細胞和一個人類細胞融合形成一個雜交的異核細胞(heterocaryon)，用不同抗體分別標(biāo)記小鼠細胞和人的細胞質(zhì)膜蛋白，發(fā)現(xiàn)兩套膜蛋白在剛?cè)诤系募毎?，先是處于各自的一半質(zhì)膜區(qū)域，隨后在半小時內(nèi)就擴散開來，互相混雜地分布于整個質(zhì)膜。另一項實驗顯示，當(dāng)抗體結(jié)合至細胞膜特異受體上時，這些受體蛋白常常連結(jié)成較大斑片，這種斑片形成(patching)的過程也進一步證明膜蛋白的側(cè)向擴散作用。用光漂白后熒光素復(fù)原和光漂白中熒光素丟失技術(shù)可測定膜蛋白的擴散速率。用此種方法測出不同細胞膜、不同膜蛋白分子的擴散系數(shù)有很大變化，說明蛋白之間的互相作用在很大程度上影響膜蛋白的擴散速度（圖9－11）。認識到生物膜是一種二維的流體，對理解膜的結(jié)構(gòu)和功能是極大的進步。然而，盡管膜脂和膜蛋白分子都是可移動的，膜蛋白在膜脂中移動的情況并不像冰山在海水中自由漂浮那么簡單。許多現(xiàn)象表明，膜蛋白在膜上往往局限于某一特定區(qū)域，并且這種局限分布往往有著重要的功能意義。例如，小腸上皮細胞的頂部質(zhì)膜上有一些特殊的酶和運輸?shù)鞍?，而在基底和?cè)面質(zhì)膜上的酶和運輸?shù)鞍讋t與之不同，甚至這兩個區(qū)域的膜脂成分也有所不同。這種分布差異顯然與消化吸收有關(guān)。這一現(xiàn)象提示上皮細胞膜能阻擋膜脂和膜蛋白在不同結(jié)構(gòu)域之間發(fā)生擴散。這種阻擋至少部分地通過特殊的細胞間聯(lián)結(jié)（叫作緊密聯(lián)結(jié)，詳見第十一章）實現(xiàn)。構(gòu)成細胞間聯(lián)結(jié)的膜蛋白要發(fā)生側(cè)向擴散顯然也是受限的。當(dāng)然膜結(jié)構(gòu)域的分隔也可以不通過細胞間聯(lián)結(jié)的形式，例如，用熒光抗體標(biāo)記精子細胞膜蛋白，發(fā)現(xiàn)精子頭部前段和頭部后段以及尾部在膜蛋白分布上呈截然分開的三個區(qū)域，而質(zhì)膜本身是連續(xù)的。推測膜蛋白的側(cè)向擴散限制的構(gòu)成可能有4種形式：=1\*GB3①膜蛋白自身聚集成較大的集合體或斑片，集合體或斑片體積大，分子之間互相連接因而不易移動；=2\*GB3②膜蛋白與細胞外大分子連接；=3\*GB3③膜蛋白與細胞內(nèi)大分子連接；=4\*GB3④膜蛋白與另一細胞的膜蛋白連接。三、膜糖類所有真核細胞表面都有糖類，總量占膜重量的1%-10%。自然界存在的單糖及其衍生物有200多種，但存在于膜上的糖類只有其中的9種，在動物細胞膜上的主要是以下7種：半乳糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺和唾液酸。它們以各種形式連接于膜的蛋白和膜脂分子上，位置全部在膜的非胞質(zhì)面，即在質(zhì)膜上位于細胞外側(cè)，在各種細胞器的膜上位于腔面。（一）膜糖類的存在方式（1）以寡多糖共價結(jié)合于膜脂分子上形成糖脂一個糖脂分子上只連接一條寡糖鏈。糖脂分子總是處于非胞質(zhì)單層上，數(shù)目約占該層脂質(zhì)分子的1/10。（2）以寡多糖鏈共價結(jié)合于膜蛋白分子上形成糖蛋白一個糖蛋白分子往往結(jié)合著多條寡糖鏈，糖鏈總是伸向非胞質(zhì)面。寡多糖鏈與蛋白質(zhì)連接的方式有兩種：N-連接是糖鏈與肽鏈中的天冬酰胺殘基形成的，O-連接是糖鏈與肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸殘基形成的。O-連接糖鏈往往較短，約含4個糖基，而N-連接糖鏈與肽鏈一般有10多個糖基，并且形成圍繞甘露糖殘基的核心結(jié)構(gòu)。（3）以多糖鏈共價結(jié)合于膜蛋白形成蛋白多糖蛋白多糖的糖鏈往往構(gòu)成細胞外基質(zhì)的一部分。圖6－16膜糖類和細胞外衣（引自Alberts等，2002）參照前書圖9-16在糖蛋白和糖脂的寡多糖鏈上，糖的聯(lián)結(jié)方式極其多樣。糖基一般不到15個，但常有分支，而且可以有多種共價結(jié)合，不像氨基酸在肽鏈中單一地以肽鍵聯(lián)結(jié)。甚至三個糖可以通過不同方式形成幾百種三糖。“細胞外衣”（cellcoat）XE"\“細胞外衣\”（cellcoat）"或“糖萼”(glycocalyx)通常指真核細胞表面富含糖類的外圍區(qū)域，這一區(qū)域在大多數(shù)細胞寬約20nm。不過這里的糖雖然大部分是與膜蛋白或膜脂相結(jié)合的，但也有一部分實際上是細胞分泌出來后又粘附于膜表面的糖蛋白和蛋白多糖，它們屬于細胞外基質(zhì)成分（圖6－16）。從這一角度來說，細胞質(zhì)膜與細胞外基質(zhì)的分界實際上不易劃定。（二）膜糖類與凝集素凝集素(lectin)XE"凝集素(lectin)"是一類能與糖類特異結(jié)合的蛋白質(zhì)，能使細胞發(fā)生凝集，最初從植物種子分離獲得，有些是劇毒的，因而對種子起了免受動物侵食的保護作用。最近已證明，凝集素廣泛存在于包括哺乳動物在內(nèi)的多種生物體中。令人感興趣的是，它們有些存在于細胞表面，似乎能參與細胞之間的識別。由于凝集素能與細胞表面糖蛋白、蛋白多糖和糖脂結(jié)合，而且因某種凝集素能識別糖基的某個特異序列而與專一的糖類結(jié)合，所以在細胞生物學(xué)中被廣泛用于定位和分離各種含糖的細胞膜分子。表8-1列舉了一些常用的凝集素及其特異的糖基表9－2常用的植物凝集素及其特異識別的糖基凝集素特異糖基伴刀豆球蛋白A-D-葡萄糖、-D-甘露糖大豆凝集素-半乳糖、N-乙酰氨基半乳糖胺麥胚凝集素N-乙酰氨基葡萄糖蓮子凝集素巖藻糖（三）膜糖類的功能膜糖類的功能之一是形成細胞外衣。細胞外衣可能主要起保護作用，即保護細胞免受機械和化學(xué)的損傷，保持細胞與外界物質(zhì)和其他細胞存在一定距離，阻止不需要的蛋白－蛋白相互作用。連接在膜蛋白和膜脂上的糖鏈組成往往十分復(fù)雜，有時似乎表現(xiàn)出一定的規(guī)律性；而且糖鏈所在的位置毫無例外地在膜的非胞質(zhì)面。根據(jù)這兩點，推測膜糖類另一方面的功能可能涉及細胞與其他細胞或細胞外物質(zhì)之間特異的相互作用，包括識別、物質(zhì)交換、接觸抑制等等。膜糖類參與細胞識別一個例證就是前文述及的紅細胞ABO血型抗原中糖類的作用。ABO血型系統(tǒng)有四種血型，A型紅細胞有A抗原，B型紅細胞有B抗原，AB型紅細胞有A和B兩種抗原，而O型紅細胞A和B兩種抗原都不具有，只有H物質(zhì)。四種血型抗原的差別是由血型糖蛋白在質(zhì)膜外表面的寡糖側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)決定的：糖鏈末端半乳糖上加一個巖藻糖就是H物質(zhì)，H物質(zhì)的末端半乳糖上加一個-N-乙酰氨基半乳糖就是A抗原，H物質(zhì)的末端半乳糖上加一個-半乳糖就是B抗原，H物質(zhì)的末端半乳糖上加一個-N-乙酰氨基半乳糖和一個-半乳糖，即兼有A抗原和B抗原(圖6－17)。MN血型系統(tǒng)有M型和N型兩種紅細胞，它們的抗原性與血型糖蛋白的糖鏈和肽鏈兩部分都有關(guān)系。糖鏈的重要性表現(xiàn)在，唾液酸酶處理兩種紅細胞可使它們的抗原性丟失。當(dāng)然，肽鏈序列可能也對MN血型系統(tǒng)抗原性有影響：肽鏈的第1和第5位氨基酸在M抗原是絲氨酸和甘氨酸，而在N抗原則是亮氨酸和谷氨酸。圖6－17ABO血型抗原及其對應(yīng)的糖鏈結(jié)構(gòu)（引自Janeway等，2001）參照前書圖9-17近年來證明結(jié)合在質(zhì)膜上的凝集素能夠識別細胞表面糖脂和糖蛋白上的特異寡多糖，能夠介導(dǎo)一過性的細胞－細胞黏附過程，這些細胞黏附可發(fā)生于精－卵結(jié)合、血液凝集、淋巴細胞動員和炎癥反應(yīng)中。這也是膜糖類涉及細胞－細胞識別的主要證據(jù)。雖然對于膜糖類的生物學(xué)功能的研究近年來積累了不少資料，不過從許多方面看來，要獲得確切的直接證據(jù)是相當(dāng)不易的。第二節(jié)細胞膜的主要功能從上述細胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)可以看到，細胞膜首先是使細胞與外界環(huán)境有所分隔的一個裝置，這項作用是由脂雙層這一膜的骨架形成的，它對水溶性分子是一個通透屏障。同時細胞膜使細胞內(nèi)外保持著種種聯(lián)系，這項作用主要依賴膜蛋白和膜糖。膜蛋白質(zhì)作為酶、運輸?shù)鞍?、連接蛋白、粘附分子、抗原和受體等，賦予細胞膜相應(yīng)的功能。膜糖類主要與抗原、受體和粘附分子作用有關(guān)。我們將細胞膜的功能歸納成下述5項。必須提到的是，其中一些功能，如對小分子和大分子物質(zhì)的運輸，是各種細胞器的膜也具有的，而其它則是質(zhì)膜在與細胞外環(huán)境接觸中特有的。一、物質(zhì)運輸由于脂雙層的特性，細胞膜對于脂溶性小分子允許自由通過。但是，細胞生存和活動需要水溶性的小分子和帶電離子進出細胞，比如小腸上皮細胞吸收營養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖和氨基酸，需要將這些分子經(jīng)頂部質(zhì)膜運入細胞，再經(jīng)底部和側(cè)部質(zhì)膜擴散至組織間液；又如鉀離子必須能自由進出質(zhì)膜才能形成離子梯度，從而維持細胞膜靜息電位。細胞生存和活動還需要蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)進出細胞，這些大分子可以是營養(yǎng)物質(zhì)的運輸形式（比如細胞攝取膽固醇需要將膽固醇和作為載體的低密度脂蛋白一起攝入），也可以是信號物質(zhì)，細胞還要分泌自己制造的蛋白質(zhì)，等等。膜對小分子和大分子的運輸采用全然不同的機制。對小分子物質(zhì)的運輸非脂溶性的小分子依靠膜運輸?shù)鞍讈磉\輸。膜運輸?shù)鞍罪@然都是跨膜蛋白。根據(jù)運輸?shù)鞍滋匦院瓦\輸原理等，可將運輸?shù)鞍追殖蓛深悾狠d體（carrier）和通道(channel)。表6－3顯示了兩種運輸?shù)鞍椎谋容^。對小分子物質(zhì)運輸?shù)膬?nèi)容詳見第九章。表6－3兩種膜運輸?shù)鞍纵d體蛋白通道蛋白運輸原理與所運物質(zhì)結(jié)合,然后自身構(gòu)象改變將物質(zhì)在膜另一側(cè)釋放。形成跨膜的充水通道讓所運物質(zhì)通過。運輸特點主動或被動運輸與所運物質(zhì)互相作用較強速度較慢被動運輸與所運物質(zhì)互相作用較弱速度較快所運物質(zhì)離子、氨基酸、單糖、核苷酸等各種離子對大分子物質(zhì)的運輸對大分子的攝入和排出必須由膜形成運輸小泡來完成，分別叫做胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用(exocytosis)。這種小泡運輸除了發(fā)生在大分子經(jīng)質(zhì)膜的運輸，也發(fā)生在內(nèi)膜系統(tǒng)各細胞器之間的大分子運輸中。胞吞作用胞吞時細胞膜下陷形成胞吞小凹，小凹頸部細胞膜融合，把細胞外大分子裝入胞吞小泡，胞吞小泡進一步在細胞內(nèi)定向運輸，使胞吞物質(zhì)經(jīng)由內(nèi)體(endosome)xe"內(nèi)體(endosome)"到達溶酶體，在那里被消化降解，降解產(chǎn)物進入細胞質(zhì)基質(zhì)為細胞利用。1）吞噬作用和吞飲作用根據(jù)胞吞物質(zhì)的大小和性質(zhì)，把胞吞分為吞噬作用(phagocytosis)和吞飲作用(pinocytosis)兩大類。吞噬作用是指細胞吞噬大的顆粒狀物質(zhì)如細菌、紅細胞等，形成的胞吞小泡直徑＞250nm。吞飲作用是指細胞無選擇性地吞入液體和其中所含的水溶性大分子如蛋白質(zhì)、酶、激素、毒素等，形成的胞吞小泡直徑＜150nm。所有細胞都需要不斷通過吞飲作用攝入液體和大分子物質(zhì)，但吞噬大顆粒的功能只有特化的吞噬細胞才擁有。2）受體介導(dǎo)胞吞許多特異性大分子在膜表面有其受體(receptors)，它們能與受體特異結(jié)合，因而這些大分子物質(zhì)就叫做配體（ligands）。各種配體通過與相應(yīng)受體的特異性結(jié)合吸附在細胞表面然后一起通過胞吞作用被攝入，這種通過受體-配體結(jié)合而選擇性地攝取大分子的胞吞作用稱為受體介導(dǎo)胞吞(receptor-mediatedendocytosis)，可以算作吞飲作用的一種，但因為它的特殊性和重要性，一般作為一種專門的胞吞形式來對待。細胞通過受體介導(dǎo)胞吞可以高效、濃縮地攝取特異性大分子而不順帶將大量液體吞飲進來。主要發(fā)生在以下幾種情況下。首先，被攝取的大分子是結(jié)合了營養(yǎng)物質(zhì)的蛋白質(zhì)，細胞通過吞入低密度脂蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白及其受體，獲得膽固醇和鐵。另外，被攝取的大分子是外來的異種蛋白（常常來自細菌、病毒等），它們結(jié)合在免疫細胞表面的特異受體上，免疫細胞通過受體介導(dǎo)胞吞把膜上的外來蛋白及其受體一起“內(nèi)化”（internalized），然后經(jīng)過加工起到“遞呈”抗原的作用（參見本章下文和第十七章）。還有，結(jié)合到受體上的配體是一些細胞外信號分子，細胞通過受體介導(dǎo)胞吞把膜上的配體和受體一起內(nèi)化，這成為細胞調(diào)控對信號物質(zhì)反應(yīng)強度的一種機制。但是，受體介導(dǎo)胞吞不幸也被病毒所利用：流感病毒和引起艾滋病的HIV都通過這條途徑進入細胞。2．胞吐作用細胞內(nèi)蛋白質(zhì)在高爾基體得到加工后，需要被分泌至胞外的蛋白質(zhì)被分選進入運輸小泡，運送到細胞表面，運輸小泡與細胞膜融合后將蛋白質(zhì)分泌到細胞外，稱為胞吐作用。細胞分泌的途徑有兩種，一種是從高爾基體到細胞表面不斷進行的固有分泌途徑(constitutivesecretorypathway)xe"固有分泌途徑(constitutivesecretorypathway)"；另一種是將分泌物質(zhì)裝在分泌顆粒中，在細胞接到胞外信號后再分泌，稱受調(diào)分泌途徑(regulatedsecretorypathway)xe"受調(diào)分泌途徑(regulatedsecretorypathway)"。胞吞和胞吐作用的相關(guān)內(nèi)容，特別是運輸小泡的結(jié)構(gòu)，詳見第五章。二、細胞識別和細胞粘附許多細胞活動依賴細胞之間的識別和一過性粘附，像免疫細胞及其產(chǎn)物攻擊病變細胞和外來細胞、精子和卵細胞互相結(jié)合等等。膜蛋白和膜糖，特別是膜糖形成糖萼，可以在多細胞的生物體中用于特征性地體現(xiàn)某些特殊的細胞，從而作為細胞的一種標(biāo)識，在細胞識別中發(fā)揮作用。這就像一個人特別的服飾幫助周圍的人識別他一樣。膜糖類參與細胞識別的許多證據(jù)似乎是間接的，比如前已述及的，第一，連接在膜蛋白和膜脂上的糖鏈組成具有高度的復(fù)雜性和多樣性，有時似乎表現(xiàn)出一定的規(guī)律性；第二，糖鏈所在的位置毫無例外地在膜的非胞質(zhì)面；第三，能特異識別糖基并與之結(jié)合的植物凝集素或凝集素結(jié)構(gòu)域可以存在于動物細胞表面，等等。但是，很多例子確實表明膜糖和膜蛋白是細胞之間互相識別和粘附的物質(zhì)基礎(chǔ)，并且現(xiàn)已知道，膜糖類所起的細胞標(biāo)識作用通過一個細胞表面的糖類（以糖脂或糖蛋白的形式）與另一個細胞表面的蛋白質(zhì)（往往以糖蛋白的形式）互相識別進而互相結(jié)合來實現(xiàn)，雖然這種蛋白－糖類相互作用的詳細機制仍不清楚。在此把膜糖和膜蛋白與細胞識別的關(guān)系的例證歸納成以下方面。（一）細胞粘附和遷移細胞粘附分子是一類跨膜糖蛋白，能介導(dǎo)細胞之間的選擇性粘附，在作用過程中需要粘附分子與另一個細胞表面的糖基互相識別并且結(jié)合，其過程與配體－受體作用十分相似，但粘附分子與糖基的親和力較低，因而被看作是一類特殊的受體分子。粘附分子包括鈣粘素、選擇素、整合素和免疫球蛋白超家族等多個家族，它們是胚胎發(fā)育、組織構(gòu)建、免疫反應(yīng)等各種活動中細胞發(fā)生粘附和遷移的關(guān)鍵分子（見第八章）。例如，將胚胎組織中的小腦和視網(wǎng)膜細胞分離后再混合，培養(yǎng)一段時間后能重新形成有原來結(jié)構(gòu)的小腦和視網(wǎng)膜而不是細胞混雜的畸形組織，這是因為兩種組織細胞被不同的粘附分子介導(dǎo)了粘附。選擇素和整合素在白細胞與血管內(nèi)皮細胞的粘附和白細胞遷移中起重要作用。在炎癥部位，趨化物質(zhì)刺激血管內(nèi)皮細胞表達選擇素和整合素。選擇素通過識別了嗜中性粒細胞（一種白細胞）和血小板表面的寡糖進而與之結(jié)合，使白細胞貼附在內(nèi)皮表面滾動，然后整合素以更強的結(jié)合力與白細胞表面作用，使這些細胞穿過內(nèi)皮從血流進入組織局部，產(chǎn)生或促進局部炎癥反應(yīng)。又如，血流中的另一種白細胞淋巴細胞要回流到淋巴結(jié)血管內(nèi)皮細胞并駐留，這叫做“歸巢”。淋巴細胞表面的選擇素通過識別淋巴器官中血管內(nèi)皮細胞表面的寡糖而介導(dǎo)了歸巢。選擇素分子在細胞表面伸出部分含有一個與糖基發(fā)生識別和結(jié)合的凝集素結(jié)構(gòu)域。與之作用的糖以糖脂或糖蛋白的形式存在。（二）精－卵結(jié)合精子和卵子之間的識別依賴精子和卵子膜表面的一些特異蛋白及其受體。獲能精子先與卵子表面糖蛋白構(gòu)成的透明帶發(fā)生初級識別。透明帶成分ZP3為初級精子受體，它和精子表面的初級卵子結(jié)合蛋白互相作用完成精－卵之間的初級識別，并與精子結(jié)合誘發(fā)頂體反應(yīng)。透明帶另一成分ZP2為次級精子受體，與已發(fā)生頂體反應(yīng)的精子互相作用，構(gòu)成精－卵之間的次級識別。在這些過程中中，精子識別了卵子糖萼中的特殊糖基，確切地說，精子膜表面的主要卵子結(jié)合蛋白之一半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶作為凝集素，能識別N－乙酰葡萄糖胺末端的寡糖。精－卵識別保證了受精的種屬特異性，也保證了單精受精，而且，它是受精的啟動步驟。在精－卵識別之后，已完成頂體反應(yīng)的精子進入并穿透卵子的透明帶。受精過程相關(guān)內(nèi)容詳見第十五章。（三）抗原遞呈與免疫應(yīng)答免疫細胞在體內(nèi)不斷循環(huán)，監(jiān)視全身各種細胞是否帶有非己抗原。一旦發(fā)現(xiàn)非己抗原就啟動免疫應(yīng)答。這種監(jiān)控是以T細胞對其它細胞表面遞呈的抗原作出識別為前提的。對抗原的遞呈由細胞膜表面的一些特異分子進行，而T細胞上與它們發(fā)生識別和結(jié)合的也是膜表面的特異分子－T細胞受體和粘附分子。1．主要組織相容性復(fù)合物與蛋白質(zhì)抗原遞呈主要組織相容性復(fù)合物（majorhistocompatibilitycomplex(MHC)）在所有高等脊椎動物細胞都表達，在小鼠叫做H-2抗原，在人類叫做HLA抗原(human-leucocyte-associatedantigens)。MHC是跨膜糖蛋白，其細胞外結(jié)構(gòu)域能與各種肽類分子結(jié)合。MHC分子有I類和II類兩種。I類分子在絕大多數(shù)有核細胞表達，負責(zé)將內(nèi)源性抗原肽遞呈給CD8陽性的T細胞，即細胞毒性T細胞。內(nèi)源性抗原肽指細胞內(nèi)經(jīng)加工的自身抗原、腫瘤抗原、病毒抗原等，所以任何細胞如果內(nèi)部有病毒感染或自身癌變，就成為靶細胞而被T細胞所識別并攻擊。II類分子只表達于“專職的”抗原遞呈細胞（antigen-presentingcells,APC），即巨噬細胞、樹突細胞、B細胞等，負責(zé)將外源性抗原肽遞呈給CD4陽性的T細胞，即輔助T細胞。APC能通過胞吞或胞飲攝取細胞外的外源性抗原，如病原體及其成分、顆粒、毒素等，然后將它們加工成抗原肽在細胞表面遞呈。輔助T細胞繼而激活B細胞制造抗體中和毒素，或激活巨噬細胞吞噬病原體。T細胞不能識別天然的抗原分子，而只能識別與MHC分子結(jié)合在一起的、抗原蛋白的短肽片段，所以，抗原分子必須被細胞降解成肽，并被MHC分子結(jié)合在膜表面，從而被遞呈給T細胞。MHC分子系統(tǒng)有豐富的多態(tài)性，在人群中存在許多變異體，一個個體可以有多達12種變異體，加上它們所結(jié)合的抗原肽的種類變化，提供給T細胞的識別范圍就極其廣泛，因為T細胞受體識別的不僅是抗原肽的特異性，而且還有與之結(jié)合的MHC分子的特異性，實際上識別的是特異的肽與特異的MHC分子的特定組合。T細胞受體與靶細胞或APC的抗原肽－MHC分子的親和力較低，不足以介導(dǎo)細胞之間的結(jié)合，所以需要一種輔助受體來增強細胞之間的粘附。位于細胞毒性T細胞表面的CD8和輔助T細胞表面的CD4都是粘附分子，它們作為輔助受體，分別識別I和II類MHC分子的非多態(tài)性區(qū)域并與之結(jié)合。CD8和CD4都是單次跨膜蛋白，其位于胞質(zhì)的尾部與細胞信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的成分相連，由此參與了T細胞的激活。CD1分子與脂類抗原遞呈脂類抗原主要是來自細菌和真菌的糖脂和磷脂。在細胞中經(jīng)加工后由CD1分子遞呈，供一些具有特殊表型的T細胞亞群識別。CD1分子是細胞表面的糖蛋白，分布于胸腺上皮細胞和各種APC。T細胞對CD1分子遞呈的脂類抗原的識別可以有兩種方式，一是直接識別CD1分子，一是識別CD1分子和脂類抗原兩者。（四）移植排斥反應(yīng)在同種或異種的不同個體之間作組織或器官的移植，會引發(fā)機體的免疫應(yīng)答，導(dǎo)致對移植物的排斥反應(yīng)，這種反應(yīng)由移植物和宿主細胞組織抗原的差異引起。主要引起移植排斥反應(yīng)的抗原是1）主要組織相容性抗原MHC，2）次要組織相容性抗原，3）其它抗原，如人類ABO血型抗原、組織特異性抗原。其中不同種屬和個體之間MHC分子的差異是引起移植排斥反應(yīng)的主要抗原，T細胞識別了外來MHC分子從而對這些細胞發(fā)起攻擊。在脊椎動物，抵御外來脊椎動物細胞入侵應(yīng)該不是自然狀態(tài)下所需要的，所以長期以來科學(xué)家對為什么T細胞不放過外源性MHC深感迷惑。這個問題現(xiàn)在得到答案，就是因為后來發(fā)現(xiàn)，MHC分子本來用于讓T細胞識別和攻擊那些表面遞呈了外來抗原的自體細胞，結(jié)果T細胞用對付結(jié)合著外源性抗原的自身MHC分子相同的辦法，來對付外來MHC分子，就導(dǎo)致T細胞對異體細胞的識別和攻擊。血型抗原造成人類ABO血型系統(tǒng)和MN血型系統(tǒng)，它們是紅細胞膜上糖蛋白。ABO系統(tǒng)四種血型抗原的差別是由血型糖蛋白在質(zhì)膜外表面的寡糖側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)決定的。MN血型系統(tǒng)的抗原性與血型糖蛋白的糖鏈和肽鏈兩部分都有關(guān)系（參見本章第一節(jié)）。血型抗原導(dǎo)致淋巴細胞識別并產(chǎn)生相應(yīng)抗體與之結(jié)合。因此異體之間血型不合的輸血會引起溶血，即抗體作用于紅細胞，激活補體和其它反應(yīng)，最終使輸入的紅細胞破裂。免疫反應(yīng)的有關(guān)內(nèi)容參見第十七章“免疫細胞”。四、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞的生存和活動離不開細胞與外界環(huán)境的信息交流，其中包括細胞與細胞外基質(zhì)之間以及細胞與相鄰細胞之間通過信號分子的相互作用。有些信號物質(zhì)是脂溶性的小分子，可以直接經(jīng)質(zhì)膜擴散進入細胞，例如類固醇激素。而大量的信號物質(zhì)都是蛋白質(zhì)或多肽，它們對細胞的調(diào)控作用不是通過進入細胞發(fā)生的，而是通過激活細胞表面的特異性受體，經(jīng)過細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)實現(xiàn)的。細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)包括信號接收裝置、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)裝置及第二信使。其基本模式是：細胞外信號分子被細胞的接收裝置－受體所感知，然后細胞內(nèi)信號