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 膜的流动性 ◆膜脂的流动性 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的,脂肪酸链越短, 不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动有明显的影 响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜 脂的相变温度以维持膜脂的流动性。在动物细胞中,胆固醇对膜的 流动性起重要的双向调节作用 ◆膜蛋白的流动 荧光抗体免疫标记实验 成斑现象( patching)或成帽现象( capping) ◆膜的流动性受多种因素影响:细胞骨架不但影响膜蛋白的运动 也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是 影响膜流动性的重要因素 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(GO+HBH4 labeling) 膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上 有序的各种生理功能的保证。 、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
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 膜的流动性 膜脂的流动性 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的,脂肪酸链越短, 不饱和程度越高,膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动有明显的影 响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜 脂的相变温度以维持膜脂的流动性。在动物细胞中，胆固醇对膜的 流动性起重要的双向调节作用。 膜蛋白的流动 荧光抗体免疫标记实验 成斑现象(patching)或成帽现象(capping) 膜的流动性受多种因素影响；细胞骨架不但影响膜蛋白的运动， 也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是 影响膜流动性的重要因素 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(GO+3 HBH4 labeling)； 膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上 有序的各种生理功能的保证。 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) ◆糖脂:糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上(5%以下),神经细胞糖脂含量较高 ◆胆固醇:胆固醇存在于真核细胞膜上(30%以下),细菌质膜不含有胆固醇,但某些细 菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类 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°cm2/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-。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。 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 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
◆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)； ◆糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖脂含量较高； ◆胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细 菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。 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10-8 cm2/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。 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 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。 ◆内在(整合)膜蛋白 (intrinsic/ integral membrane proteins) ◇水不溶性蛋白,形成跨膜螺旋,与膜结合紧密, 需用去垢剂使膜崩解后才可分离 ◆脂质锚定蛋白( lipid- anchored proteins) ◇通过磷脂或脂肪酸锚定,共价结合 ◆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)1-0S03-Na CH3 CH3-C- CH2-C (0-CH2-CH2) OH CH3 四、确定膜蛋白方向的实验程序 胰酶消化法 ●同位素标记法 五、光脱色恢复技术 fluorescence recovery after photobleaching, FRAP) ●研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之
(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。 ◆内在（整合）膜蛋白 (intrinsic/ integral membrane proteins)。 水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密， 需用去垢剂使膜崩解后才可分离。 ◆脂质锚定蛋白（lipid-anchored proteins) 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。 ◆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+ CH3 CH3 CH3 – C – CH2 – C – (O-CH2-CH2)10- OH CH3 CH3 四、确定膜蛋白方向的实验程序 胰酶消化法 同位素标记法 五、光脱色恢复技术 (fluorescence recovery after photobleaching, FRAP) 研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一
程序 根据荧光恢复的速度可推算出 膜蛋白或膜脂扩散速度。 ◆膜的流动性:生物膜的基本特征之一, 细胞进行生命活动的必要条件 ◆膜的不对称性 ◆膜的分相现象 七、细胞质膜的功能 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除,其中伴随着能量的传递 ●提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递; ●为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。 八、膜骨架与细胞表面的特化结构 细胞质膜常常与膜下结构(主要是细胞骨架系统)相互联系, 协同作用,并形成细胞表面的某些特化结构以完成特定的功能。 ●膜骨架 ◆膜骨架的概念 ◆指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构, 参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。 ●红细胞的生物学特性 ◆膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度 ●红细胞质膜蛋白及膜骨架 红细胞质膜蛋白及膜骨架 ◆红细胞质膜蛋白的 SDS-PAGE ◆红细胞膜骨架的结构 细胞连接的功能分类 ●封闭连接 (occluding junction ◆紧密连接( tight junction) ●锚定连接( anchoring junctions) ●通讯连接( communicating Junctions ◆间隙连接( gap junction):
程序： 根据荧光恢复的速度可推算出 膜蛋白或膜脂扩散速度。 ◆膜的流动性：生物膜的基本特征之一, 细胞进行生命活动的必要条件。 ◆膜的不对称性 ◆膜的分相现象。 七、细胞质膜的功能 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除,其中伴随着能量的传递; 提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递; 为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行; 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。 八、膜骨架与细胞表面的特化结构 细胞质膜常常与膜下结构(主要是细胞骨架系统)相互联系, 协同作用, 并形成细胞表面的某些特化结构以完成特定的功能。 膜骨架 ◆膜骨架的概念 指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构, 它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。 红细胞的生物学特性 ◆膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。 红细胞质膜蛋白及膜骨架 红细胞质膜蛋白及膜骨架 ◆红细胞质膜蛋白的SDS-PAGE ◆红细胞膜骨架的结构 一、细胞连接的功能分类 封闭连接(occluding junctions) ◆紧密连接(tight junction) 锚定连接(anchoring junctions) 通讯连接(communicating junctions) ◆间隙连接(gap junction)；
◆神经细胞间的化学突触( chemical synapse) ◆植物细胞中的胞间连丝( plasmodesmata) 锚定连接( anchoring junctions) ◆与中间纤维相关的锚定连接: ◆桥粒( desmosome) ◆半桥粒( hemidesm osome) ◆与肌动蛋白纤维相关的锚定连接: ◆粘合带( adhesion belt) ◇粘合斑( focal adhesion) 二、封闭连接 紧密连接是封闭连接的主要形式,存在于上皮细胞之间 紧密连接的结构 ●紧密连接的功能 ◆形成渗漏屏障,起重要的封闭作用 ◆隔离作用,使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能: ◆支持功能 ●紧密连接嵴线中的两类蛋白 ◆封闭蛋白( occludin),跨膜四次的膜蛋白(60KD) ◆ claudin蛋白家族(现已发现15种以上) 、锚定连接 ●锚定连接在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中 含量尤为丰富 ●铺定连接的类型、结构与功能 ●铺定连接的结构组成 锚定连接的类型、结构与功能 ◆与中间纤维相连的锚定连接 ◇桥粒:铆接相邻细胞,提供细胞内中间纤维的锚定位点,形成整体网络,起支持和抵抗外界 压力与张力的作用。 ◇半桥粒:半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合 素将上皮细胞固着在基底膜上,在半桥粒中,中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。 ◆与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 合 带 O040A+6A4,aA0,°aaf30》,6A- DouA ox11Ek4益015;20nm,023E'ax"CA ◇δ3°°B:细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 锚定连接的结构组成 ●通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形
◆神经细胞间的化学突触(chemical synapse)； ◆植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。 锚定连接(anchoring junctions) ◆与中间纤维相关的锚定连接： 桥粒(desmosome) 半桥粒(hemidesm osome); ◆与肌动蛋白纤维相关的锚定连接： 粘合带(adhesion belt)； 粘合斑(focal adhesion) 二、封闭连接 紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间 紧密连接的结构 紧密连接的功能 ◆形成渗漏屏障，起重要的封闭作用； ◆隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能； ◆支持功能 紧密连接嵴线中的两类蛋白： ◆封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）； ◆claudin蛋白家族（现已发现15种以上） 三、锚定连接 锚定连接在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中 含量尤为丰富 锚定连接的类型、结构与功能 锚定连接的结构组成 锚定连接的类型、结构与功能 ◆与中间纤维相连的锚定连接 桥粒: 铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界 压力与张力的作用。 半桥粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合 素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。 ◆与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 粘合带 ： λÓÚ½ôÃÜÁ¬½ÓÏ·½,ÏàÁÚϸ°û¼äÐγÉÒ»¸öÁ¬ÐøµÄ´ø×´½á¹¹¡£¼ä϶Լ15¡«20nm,Ò²³Æ´ø×´ÇÅÁ£ (belt desmosome)¡£ Õ³ºÏ°ß: 细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 锚定连接的结构组成 ●通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形