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第四章 生 物 膜 第一节 生物膜的组成和结构 概念 化学组成 生物膜的分子结构模型 生 物 膜 的 特 性 第一节 生物膜的组成和结构 一、 概念 生物膜是构成细胞所有膜的总称，包括围在细胞质外围的质膜和细胞器的内膜系统。 生物膜是细胞进行生命活动的重要结构基础，能量转换、蛋白质合成、物质运输、信息传递、细胞运动等活动都与膜的作用有着密切的关系。 随着对膜研究的不断深入，形成了一门新学科─膜生物学 (Membrane Biology)。 发现细胞膜结构的实验 实验一：1895年，Overton研究各种未受精卵细胞的透性，发现脂溶性物质很容易透过细胞膜，而不溶于脂肪的物质穿透十分缓慢。????实验二：1925年E.Gorter和F.Grendel用有机溶剂抽提人的红细胞膜的膜脂成分，并测定膜脂单层分子在水面的铺展面积，发现它为红细胞表面积的两倍。????实验三：Danielli 和 Harvey 分别于1931年和1935年发现细胞膜的表面张力显著低于油—水界面的表面张力，已知脂滴表面如吸附有蛋白质成分时，表面张力则降低。???? 实验四：荧光抗体免疫标记实验：用抗鼠细胞膜蛋白的荧光抗体（显绿色荧光）和抗人细胞膜蛋白的荧光抗体（显红色荧光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后使两种细胞融合。 10分钟后不同颜色的荧光在融合细胞表面开始扩散，40分钟后已分辨不出融合细胞表面绿色荧光或红色荧光区域，如加上不同的滤光片则显示红色荧光或绿色荧光都均匀地分布在融合细胞表面。 实 验 结 论  实验一：根据相似相溶原理，说明细胞膜表面应 存在脂类物质。 实验二：说明细胞膜的脂类应有两层。 实验三：说明细胞膜表面还存在着蛋白质。 实验四：说明细胞膜能流动。 二、 化 学 组 成 膜 脂 膜 蛋 白 糖 类 无 机 盐 金 属 离 子 水 1. 膜 脂 磷 脂（主要） 糖 脂 甾 醇 R1 C CH2 鞘磷脂 H H O CH3 H3C-(CH2)12-C C- C- C- CH2-O-P-O-CH2-CH2-N+-CH3 H OH N-H O- CH3 O C R1 （2）糖脂 是糖通过半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接而成的化合物。 膜脂中糖脂主要有鞘糖脂、甘油糖脂 （3） 甾 醇 2. 膜蛋白 ⑴内 在 蛋 白 ⑵外 周 蛋 白 解析膜内在蛋白（受体、离子通道、离子泵、运载体和膜酶）的主要困难： 膜内在蛋白的分离纯化难度很大，用较剧烈的条件（去垢剂、有机溶剂、超声波）才能把它们溶解下来，但一旦除去去垢剂和有机溶剂，则疏水性的膜内在蛋白又聚为不溶性的物质； 大多数膜内在蛋白的含量都很低，即使应用基因工程的方法来大量表达膜内在蛋白亦很困难。 目前所用的分析蛋白质三维结构的方法对非水溶性的膜内在蛋白的分析存在很大的局限性。 膜内在蛋白与膜结合的主要形式： 以单一?螺旋跨膜 以多段 ?螺旋跨膜：发现于光合细菌中的细菌紫膜质（235AA） 以蛋白质分子末端片段插膜 有的膜内在蛋白仅以其短的末端片段插进脂双层 如：细胞色素b5 （cytb5） 以共价键结合的脂插膜 （膜锚定蛋白）： 膜内在蛋白本身并没有进入膜内，它们以共价键 与脂质、脂酰链或异戊烯链结合并通过它们的疏水部分插入到膜内。 3. 糖类 生物膜中的糖类大多与膜蛋白结合 糖蛋白（信息识别） 少数与膜脂结合 糖脂 糖类在膜上的分布 非对称的，全部分布在膜的非细胞质一侧。 三、 生物膜的分子结构模型 流体镶嵌模型 1972年美国Singer和Nicolson提出，认为生物膜是一种流动的、嵌有各种蛋白质的脂质双分子层结构，其中蛋白质犹如一座座冰山漂移在流动脂质的海洋中。 与过去模型的主要差别 突出了膜的流动性 显示了膜蛋白分布的不对称性 ?E.Gorter和F．Grendel（1925）: 膜为双脂分子层结构。 ? Dadielli和Davson(1954)： “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