生物膜的组成与结构

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1、第8章（二）生物膜的组成与结构本节主要内容目的与要求：通过本节学习，要求掌握生物膜的组成和结构特点。第一节生物膜的组成和性质生物膜（biomembranes）是包括细胞膜在内的细胞中全部膜结构的统称。A细胞膜B腔膜C线粒体膜D消化泡（次级溶酶体）E内质网膜F分泌泡所有生物膜主要由蛋白质、脂质和糖类组成，还含有少量的金属离子和水。一、膜脂(lipid)磷脂、少量糖脂和胆固醇的总称，其中以磷脂为主要成分。化学组成磷脂分子中含有亲水性的磷酸酯基和亲脂的脂肪酸链，是优良的两亲性分子极性端非极性端以甘油为骨架，甘油中第1，2位碳原子的两个羟

2、基分别与两个脂肪酸生成酯，第3位碳原子的羟基则与磷酸生成酯。甘油磷酯（主要形式）神经酰胺(Ceramide)脂肪酸部分鞘磷脂结构鞘氨醇(Sphingosine)鞘磷脂(Sphingomyelin)磷酸胆碱神经酰胺部分磷脂分子在水溶液中存在的几种结构形式双层微囊（脂质体）水空气微团磷脂分子（单体）脂单层胆固醇结构糖脂也是构成双层脂膜的结构物质。主要分布在细胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂主要是鞘糖脂（单糖通过-糖苷键与神经酰胺连接）。糖脂（Glycosphingolipids）比如：半乳糖脑苷脂。分子中含有半乳糖残基。注

3、意:脑苷脂中没有磷酸基团。半乳糖脑苷脂生物膜中含有多种不同的蛋白质，通常称为膜蛋白根据它们在膜上的定位情况：可以分为膜周边蛋白质和膜内在蛋白质膜蛋白具有重要的生物功能，是生物膜实施功能的基本场所二、膜蛋白这类蛋白质约占膜蛋白的20－30%，分布于双层脂膜的外表层，主要通过静电引力或范德华力与膜结合。膜周边蛋白质与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来（改变离子强度、加入金属螯合剂）。膜周边蛋白质能溶解于水。膜周边蛋白质（peripheralprotein）膜内在蛋白质（integralprotein）内在蛋白约占膜蛋白的70-80%

4、，蛋白的部分或全部嵌在双层脂膜的疏水层中。这类蛋白的特征是不溶于水，主要靠疏水键与膜脂相结合，而且不容易从膜中分离出来（去垢剂、有机溶剂、超声波等）。内在蛋白与双层脂膜疏水区接触部分，由于没有水分子的影响，多肽链内形成氢键趋向大大增加，因此，它们主要以-螺旋和-折叠形式存在，其中又以-螺旋更普遍。生物膜膜周边蛋白、膜内在蛋白示意图a.b.c.—膜内在蛋白质，d.e.—膜周边蛋白质膜蛋白与脂双层结合的主要形式血影蛋白(Sectrin)膜脂双层膜脂双层三、膜糖生物膜中含有一定的寡糖类物质。它们大多与膜蛋白结合，少数与膜脂结合。糖

5、类在膜上的分布是不对称的，全部都处于细胞膜的外侧。生物膜中组成寡糖的单糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖类化合物在信息传递和相互识别方面具有重要作用。第二节生物膜结构的特点一、生物膜中分子间的作用力静电力、疏水作用、范德华引力二、生物膜结构的主要特征膜组分的不对称分布膜脂和膜蛋白的流动性三、生物膜分子结构模型“流体镶嵌”模型人红细胞膜主要磷脂在脂双层的两侧分布占总量的百分比50255025外层内层膜脂总量鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺蛋白质的分布也是不对称的。不对称导致膜两侧的电荷和流动性

6、等的差异。(1)膜脂的相变相变温度（Tc）凝胶态液晶态生物膜的流动性1.膜脂的流动性（2）膜脂分子运动的几种方式侧向扩散翻转扩散摆动、扭动发红光碱性蕊香红标记的人细胞膜蛋白抗体发绿光荧光素标记的小鼠细胞膜蛋白抗体通过细胞膜融合证明膜蛋白运动示意图2.膜蛋白的运动性侧向运动Singer&Nicolson流动镶嵌模型脂质的提取、分离与分析脂质的有机溶剂提取脂质的层析分离混合脂肪酸的气液色谱分析脂质结构的测定（一）脂质的有机溶剂提取非极性脂质（三酰甘油、蜡和色素等）可用乙醚、氯仿和苯等提取，膜脂可用乙醇或甲醇提取，组织用氯仿：甲醇：水（

7、1：2：0.8）匀浆，再加入过量水，离心后脂质存在于下相氯仿层。脂质的有机溶剂提取脂质的层析分离混合脂肪酸的气液色谱分析脂质结构的测定（二）脂质的层析分离可用硅胶柱层析将脂质分为非极性（氯仿）、极性（丙酮）、荷电（甲醇）等多个组分，也可以用HPLC或TLC分离（罗丹明或碘蒸汽显色）。脂质的有机溶剂提取脂质的层析分离混合脂肪酸的气液色谱分析脂质结构的测定（三）混合脂肪酸的气液色谱分析混合脂肪酸转化为其甲酯混合物，降低沸点后，用气液色谱分析其成分。脂质的有机溶剂提取脂质的层析分离混合脂肪酸的气液色谱分析脂质结构的测定（四）脂质结构的测

8、定脂质结构可用专一性水解和色谱法研究。