第十四章 生物膜的结构与功能

1. 第十四章生物膜的结构与功能 Function and structure of bioomembranes

2. 本章主要内容 生物膜的化学组成 生物膜的结构特点 物质的过膜运输 信号的过膜传导

3. 第一节 生物膜的化学组成

4. 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 生物膜（biomembranes） 是包括细胞质膜在内的细胞中全部膜结构的统称。

5. 化学组成 所有生物膜几乎都是由蛋白质和脂类两大物质组成。尚含有少量糖、金属离子和水（15%-20%） 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 （一）膜脂的种类 1、甘油磷脂 2、鞘磷脂 3、糖脂 4、胆固醇

6. 甘油磷脂（Glycerophospholipids） 主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子与脂肪酸酯基（主要是含16碳的软脂酸和18碳的油酸）相连，第3位碳原子则与磷酸酯基相连。不同的磷脂，其磷酸酯基组成也不相同。

7. 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

8. 糖脂（Glycosphingolipids） 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脑苷脂。 结构为 半乳糖

9. （二）膜脂质的双亲性 微团 双分子层 脂质体

10. 二、膜蛋白 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： 可以分为外周蛋白和内在蛋白 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

11. 外在蛋白 内在蛋白 跨膜蛋白

12. 外周蛋白（peripheral protein） 这类蛋白约占膜蛋白的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。 外周蛋白与膜的结合比较疏松，容易从膜上分离出来。 外周蛋白能溶解于水。

13. 内在蛋白（integral protein） 内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，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。 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。

14. 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。

15. 生物膜的结构

16. 第二节 生物膜的结构特点

17. 一、膜的运动性 分子摆动、旋转异构运动、旋转运动、侧向运动等

18. 膜蛋白的运动 相对运动较慢 侧向运动 旋转扩散

19. 流动镶嵌模型

20. 第三节 物质的过膜运输

21. 基本方式 单向转运 协同转运 （同向、异向）

22. 一、小分子与离子的过膜转运 （一）简单扩散（simple diffusion)包括分子和离子的转运 顺浓度梯度 不需要能量 （二）促进扩散（facilitated diffusion） 1)由高浓度向低浓度 2）不需要能量 3）需通道蛋白或载体蛋白介导

23. （三）主动运输（active transport） 1）转运载体 2）消耗能量 3）逆浓度梯度 如：质子泵、钠-钾泵、钙泵等

24. 主动运输、促进扩散、简单扩散

25. 主动转运举例：Na+-K+ ATPase 是膜上的载体蛋白，称为Na-K泵或 Na-K-ATP酶 由α2β2四个亚基组成 Na-K-ATP酶有两种不同的构型

26. 作用机制： 胞外高Na+,低K+; 胞内高K+,低Na+

27. 二、大分子物质的过膜转运 吞噬作用（phagocytosis） 细胞内吞噬较大的固体颗粒或分子复合物如微生物、细胞碎片等的过程。

28. 第四节 信号的过膜传导

29. 一、受体的概念 是指细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、毒素、药物等）并与之结合的生物大分子。 生物大分子：大多是蛋白质，少量糖脂 受体多位于膜上（膜受体，多为镶嵌糖蛋白）， 少部分在胞内（胞内受体，均为DNA结合蛋白） 配体（ligand） 与受体结合的活性分子。是信息的载体，也称第一信使

30. 二、受体的特点 专一性 可饱和性 受体的特点 可逆性 高亲和性 特定的作用模式

31. 三、受体的分类 I型配体门通道型：乙酰胆碱 Ⅱ型G-蛋白偶联型：肾上腺素，糖原 Ⅲ型酪氨酸蛋白激酶型: 生长因子 Ⅳ型 DNA转录调节型

32. 二、G蛋白偶联型受体系统 （一）G 蛋白：全称为GTP结合调节蛋白。是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。 α βγ三个亚基组成。 • 两种构象： • 非活化型： αβγ GDP 活化型： α GTP 分布极广，参与细胞物质代谢的调节和基因转录的调控

33. G蛋白相偶联受体：一条肽链形成的过膜蛋白，有7个跨膜α-螺旋肽段往返于质膜的脂质双层中G蛋白相偶联受体：一条肽链形成的过膜蛋白，有7个跨膜α-螺旋肽段往返于质膜的脂质双层中

34. (二)蛋白激酶A(PKA)途径 即cAMP-PKA途径： 以靶细胞内cAMP浓度改变和激活蛋白激酶A（protein kinase A,PKA）为主要特征，是激素调节物质代谢的主要途径 功能：1 调节物质代谢 2 调控基因表达

35. 配体与受体结合 交换GTP/GDP（G蛋白活化） 结合并激活AC（腺苷酸环化酶） 生成cAMP（第二信使） 激活PKA 发挥作用

36. （三）蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途径 即甘油二酯(diglyceride，DG)—蛋白激酶C途径 甘油二酯(DG)是该途径的第二信使 当激素与受体结合后经G蛋白转导，激活磷脂酶C，由磷脂酶C将质膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。

37. 脂溶性的DG在膜上累积并使紧密结合在膜上的无活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰岛素、β—肾上腺素等激素和神经递质在细胞膜上的受体，还有糖原合成酶，DNA甲基转移酶，Na’—K’ATP酶和转铁蛋白等)的丝氨酸或苏氨酸的羟基磷酸化。引起细胞内的生理效应。脂溶性的DG在膜上累积并使紧密结合在膜上的无活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰岛素、β—肾上腺素等激素和神经递质在细胞膜上的受体，还有糖原合成酶，DNA甲基转移酶，Na’—K’ATP酶和转铁蛋白等)的丝氨酸或苏氨酸的羟基磷酸化。引起细胞内的生理效应。

38. (四)IP3-Ca++/CaM途径： IP3和Ca2+都是它的第二信使 IP3是水溶性的，在膜上水解生成后进入胞液内与内质网上的Ca2+ 门控通道结合，促使内质网中的Ca2+ 释人胞液中，胞内Ca2+ 水平的升高，使Ca2+／钙调蛋白依赖性蛋白激酶(CaM酶)激活，而CaM酶再激活腺苷酸环化酶、 Ca2+—Mg2+ATP酶等，产生各种生理效应。 IP3可以被磷酸酶水解去磷酸生成肌醇．以终止其第二信使作用。

39. 糖蛋白，由一条或两条多肽链构成，一个跨膜螺旋结构 三个区 胞外区：配体识别和配体结合 跨膜区：高度疏水，一个α-跨膜螺旋 胞内区：功能区 与细胞的增殖、分化、分裂及癌变有关 三、酪氨酸蛋白激酶型受体系统 （一）酪氨酸蛋白激酶型受体 包括胰岛素，生长激素，细胞因子等多肽类激素和生长因子

40. （二）受体酪氨酸蛋白激酶途径

41. 四、DNA转录调节型受体系统 （一） DNA转录调节型受体 • 均属胞内受体。类固醇激素，甲状腺素等受体 • 多为反式作用因子，与DNA顺式作用元件结合，调节基因转录

42. 本 章 结 束