[理学]第四章 细胞质膜与.ppt

第四章 细胞质膜 ? 细胞质膜的结构模型 ? 生物膜基本特征与功能 ? 膜骨架 一、生物膜结构模型 ? E.Gorter和F．Grendel（1925）: “蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型 ? J.D.Robertson（1959年）： 单位膜模型(unit membrane model) ? S.J.Singer和G.Nicolson（1972）： 生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model) ? K.Simons et al(1997): 脂筏模型（lipid rafts model） Functional rafts in Cell membranes. Nature 387:569-572 生物膜结构 ? 磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分, 尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白； ? 蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面, 膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者； ?生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体。 “Central dogma ” of membrane biology 二、膜脂——生物膜的基本组成成分 ? 成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固 醇三种类型。 ? 膜脂的４种热运动方式 ? 脂质体（liposome） 膜脂成分 ? 磷脂：膜脂的基本成分（50％以上） ?分为二类: 甘油磷脂和鞘磷脂 ?主要特征：①具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)（心磷脂除外）； ②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由 16,18或20个组成； ③饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪酸(如油酸)； 脂质体（liposome） 脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。 ? 脂质体的类型。 ? 脂质体的应用 脂质体的类型 脂质体的应用 ? 研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质； ? 脂质体中裹入DNA可用于基因转移； ? 在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体。 　 脂质体是由脂双分子层组成的颗粒，可介导基因穿过细胞膜。通过脂质体介导比利用病毒转导进行基因转移具有以下明显的优势:①脂质体与基因的复合过程比较容易;②易于大量生产;③脂质体是非病毒性载体，与细胞膜融合将目的基因导入细胞后，脂质即被降解，无毒，无免疫原性;④DNA或RNA可得到保护，不被灭活或被核酸酶降解;⑤脂质体携带的基因可能转运至特定部位;⑥体外和体内试验都表明，接近染色体大小的DNA片段也能被转运至宿主基因组中并增长;⑦转染过程方便易行，重现性好。 运动方式 ? 沿膜平面的侧向运动（基本运动方式）,其扩散系数为10-8cm2/s； ? 脂分子围绕轴心的自旋运动； ? 脂分子尾部的摆动； ? 双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的10－10。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。 三、膜蛋白 ? 基本类型 ? 内在膜蛋白与膜脂结合的方式 ? 外在膜蛋白与膜脂结合的方式 ? 去垢剂(detergent) ? 外在(外周)膜蛋白 (extrinsic/peripheral membrane proteins )； ? 水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表 面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合， 易分离。 ? 膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。 ? 跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。 ? 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。 ? 去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。 ? 离子型去垢剂(SDS)和非离子型去垢剂（Triton X-100） SDS: CH3-(CH2)11-OSO3-Na+  Triton X-100 二、膜的不对称性 ? 细胞质膜各部分的名称 ? 膜脂与糖脂的不对称性 糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 ? 膜蛋白与糖蛋白的不对称性 膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都 具有明确的方向性；糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面； 膜蛋白的不对称性是生物膜完成复