浙大生物化学7：生物膜PPT课件

三、生物膜的流动性
1、膜脂的流动性
虽然脂双层结构的本身是稳定的，但单个的磷脂 和固醇可在脂质平面内有很大的运动自由，它们 的横向运动很快，几秒之内单个脂分子就可环绕 红细胞的一周。
双分子的内部也是流动的，脂肪酸的碳氢链可通 过碳碳旋转而不断地运动。
另外一种运动就是跨双分子层运动，即flip-flop。
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pH改变、螯合 剂、尿素、碳 酸盐可除去外 周蛋白
外周蛋白
嵌入（膜内）蛋白
去污剂
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糖蛋白
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有些外周膜蛋白共价泊锚在膜脂上
磷脂酰肌醇
有些膜外周蛋白与膜脂有 一个或多个共价结合位点， 如长链脂肪酸、或磷脂酰 肌醇糖基化衍生物。连接 的脂提供了一个疏水的锚 以插入脂双分子层。
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3、糖
糖脂
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二、膜组分的不对称分布
1、膜脂的不对称分布
膜脂组成因不同的界、不同的种、不同的组织、 不同的细胞、不同的细胞器而不同。
膜脂在同一个膜内层和外层的分布不对称。
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2、膜蛋白的不对称分布
不同来源膜的蛋白质组成比其脂质组成的变化更大， 反映了功能的不对称；许多膜蛋白在双分子层上有一 定的取向，很少发生翻转的情况，即使有速度也非常 慢。
生物化学
浙江大学 生命科学学院
江辉
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第七章 生物膜
第一节 生物膜的组成和性质 第二节 生物膜的分子结构 第三节 被动运输和主动运输 第四节 小分子物质的跨膜运输
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第一节 生物膜的组成和性质
生物膜：是构成细胞所有膜的总称。包括细 胞原生质最外面的质膜以及细胞内各种细胞 器的内膜。
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温度引起侧 链热运动
跨膜扩散： “翻跟头”
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脂双层平面 的扩散
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膜流动的程度依赖于脂的组成及温度，低温下 的运动相对较少，脂双分子层几乎呈晶态（类 晶体、半晶体）排列；温度升到一定高度时， 运动增加，膜由晶态向液态转变。
不饱和脂肪酸含量越高，流动性越强。在低温 下，细菌细胞膜中不饱和脂肪酸含量升高。
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2、膜蛋白的运动性
膜蛋白的侧向扩散
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四、“流体镶嵌”结构模型
骨架：脂质双分子层，主要是磷脂和固醇，非极性部分 相对构成双分子层的核心，极性的头部朝外；
膜蛋白：内嵌蛋白跨越整个膜；外周蛋白伸出膜的一面 或另一面；
不对称性：脂质和蛋白质在脂双分子层中的分布不对称。 流动性：膜蛋白在双分子层上可以自由扩散，但是不能
细胞体 纤毛 线粒体
消化泡 内质网 分- 泌泡
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生物膜的组成
膜脂 膜蛋白 糖
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一、膜脂
磷脂
甘油磷脂 鞘磷脂
糖脂
鞘糖脂 甘油糖脂
胆固醇
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1、磷脂：甘油磷脂
O
O
R C O CH2
R' C O CH
O
H
O
H2C
O
P
O
H2 CC
NH3+
O-
COO-
O 磷脂酰丝氨酸
R C O CH2
翻转。
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第三节 被动运输和主动运输
生物膜的主要功能：
能量转换 物质运输 信息识别与传递
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所有生物细胞都要从环境获得原材料为其生物 合成和能量消耗，同时还需释放其代谢物到环 境中去。
甘油糖脂 鞘糖脂
糖蛋白
膜糖蛋白的糖多为氨基糖、乙酰氨基糖 糖基一般与蛋白天冬酰胺侧链上的酰胺N原子、
或者丝氨酸/苏氨酸侧链上的羟基O原子相连
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第二节 生物膜的分子结构
一、生物膜中分子间作用力
静电力 疏水作用 范德华力
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生物膜的一般特征
纸片样结构，厚度5 ~ 8 nm 含有脂类、蛋白质、糖类 非共价组合体 不对称：膜内外表面所含成分不同 流动性：侧向扩散、跨层扩散 电极性、膜电位
H
HH
H3C
(CH2)12
C
C
C
C
CH2 O
H OH NH
鞘糖脂
O R
O R'
O
R C O CH2 R' C O CH
O
H2C O
甘油糖脂 O
R'
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3、胆固醇
真核细胞的细胞 膜中含胆固醇。
真核细胞的细胞 器膜不含胆固醇。
酵母和植物中还 存在麦角甾醇。
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胆固醇
麦角甾醇
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二、膜蛋白
1、内嵌蛋白
生物膜的重要性
生物膜的形成对于生物能量的贮存及细胞间的 通讯起着中心作用。
膜的生物活性来自于膜自身显著的特性：膜连 接紧密但有弹性，允许膜在细胞生长和运动中 改变形状；膜自我封闭，对极性分子有选择性 通透；暂时破裂且可自封闭的能力可保证两个 细胞或两个膜状包裹物的融合。
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膜的电镜横切面照片
一个或多个跨膜区域。 与膜脂结合紧密：疏水相互作用。 不溶于水。 由膜上释放时要用特别的试剂（去
污剂、有机溶剂、变性剂等）。 嵌入蛋白由膜上释放出来以后，一
旦去除变性剂或去污剂会立即引起 蛋白沉淀（不溶聚积物）析出。
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红细胞膜血型糖蛋白 13
跨膜区域富含疏水性氨基 酸，趋向形成α螺旋和β折 叠。
α螺旋和β折叠中主链上肽 键形成蛋白分子内氢键。
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2、外周蛋白
位于膜双层的表面。 水溶性蛋白。 与膜结合力：离子键、氢键。 与膜结合位点：磷脂极性头部和内嵌蛋白亲水结构域 与膜结合疏松：温度的改变、破坏静电或破坏氢键作
用（如加入螯合剂、尿素、碳酸盐或改变pH）可被释 放出来。 生理学功能：这些外周蛋白可作为膜结合酶的调节因 子、或作为连接膜内蛋白与胞间结构的中介物。
磷脂：鞘磷脂
H
HH
H3C (CH2)12 C C C C CH2 OH
H
鞘氨醇
OH NH3+
H
HH
O
CH3
H3C
(CH2)12
CC
C
C
CH2 O P
O
H2 C
H2 C
N+
CH3
H OH NH
O-
CH3
O
神经鞘磷脂 R
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磷脂是生物膜主要组成部分
磷脂在膜双层的分布不对称
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2、糖脂
甘油糖脂 鞘糖脂
脊椎动物视网膜杆状细胞对于接受光为高度特化， 90%以上的膜蛋白是光吸收蛋白-视紫红质；特化较低 的红细胞质膜约含20种显著的蛋白及十几种较少的蛋 白，其中多数的蛋白为运输载体，每一种蛋白运输一 种跨膜的溶质等。
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3、糖的不对称分布
细胞膜和细胞器膜中糖脂和糖蛋白的分布都是 不对称的。
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R' C O CH
O
O
H2C
O
P
O
H2 C
H2 C
NH3+
O-
磷脂酰乙醇胺
O
R C O CH2
R C O CH2
R' C O CH
O
CH3
R' C O CH
O
O
H2C
O
P
O
H2 C
H2 C
N+
CH3
O
H2C O P O
O-
CH3
O-
H HO
磷脂酰胆碱
H
磷脂酰肌醇 OH
OH OH
H
OH-ຫໍສະໝຸດ H H 不是糖基8