生物膜與細(xì)胞的物理特性

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1、4生物膜與細(xì)胞的物理特性生物膜(biomembrane)是對細(xì)胞膜(cellmembrane)及細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)的統(tǒng)稱。為厚度約7.5nm的3層式膜（各約2.5nm）結(jié)構(gòu)。膜結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)生物膜是由兩層脂類分子以疏水端相對排列成雙分子層骨架，其中結(jié)合了或多或少的蛋白質(zhì)和糖類等分子。4．1生物膜的功能區(qū)域化（compartmentalization)、物質(zhì)通透和輸運(yùn)(transport)的調(diào)節(jié)、能量轉(zhuǎn)換(energyconversion)、外界信號的識別與傳遞、細(xì)胞間相互作用(intercellu

2、larinteraction)、生化活性的定位(locusforbiochemicalactivities)、細(xì)胞的發(fā)育和分化以及神經(jīng)傳導(dǎo)、激素作用等等都與生物膜有密切關(guān)系。4．2生物膜的組成表8—1膜的化學(xué)組成(％)膜的類別蛋白質(zhì)脂類糖類髓鞘18793人紅細(xì)胞質(zhì)膜49438小鼠肝細(xì)胞質(zhì)膜44524變形蟲質(zhì)膜54424鹽桿菌紫膜75250內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜6733線粒體內(nèi)膜76240(1~2)菠菜葉綠體片層膜70300生物膜的組成大體上說，生物膜中的脂類約占總量的50％，蛋白質(zhì)占40％，糖類占2～10％，膜上含有結(jié)合狀態(tài)的結(jié)構(gòu)水，并存在

3、與某些膜蛋白結(jié)合的金屬離子。脂類和蛋白質(zhì)的比例在不同的生物膜中相差很大。功能越復(fù)雜，其蛋白質(zhì)所占的比例越大，反之，功能越簡單，其蛋白質(zhì)的含量和種類越少。一般古細(xì)菌膜不含脂類，而含醚類，甘油與脂肪醇以醚鍵相連。4．2．1膜脂及其分子的雙親性生物膜中的脂類，大多是極性脂類均為雙親性分子根據(jù)疏水部分結(jié)構(gòu)，可以分為3大類，固醇、甘油脂、鞘脂和鞘磷脂。也可分為磷脂(phospholipid)、糖脂(glycolipid)和固醇。鞘脂鞘脂又可分為，腦苷脂（cerebroside，CER）、神經(jīng)節(jié)苷脂（ganglisoides，GM）和鞘磷

4、脂。前兩者是糖脂，神經(jīng)節(jié)苷脂在神經(jīng)細(xì)胞質(zhì)膜中含量最豐富，約占總脂的5~10%。多數(shù)細(xì)胞質(zhì)膜中也含有少量的神經(jīng)節(jié)苷脂，已經(jīng)鑒定出40多種神經(jīng)節(jié)苷脂。4．2．1膜脂及其分子的雙親性主要類型：磷脂(phospholipid)、糖脂(glycolipid)和固醇(stecol)。主要的膜脂（1）、磷脂磷脂是生物膜中最重要、含量又最豐富的脂類，約占膜脂總量的50%以上。所有動物細(xì)胞的膜毫無例外地都含有磷脂。磷酸甘油酯鞘氨醇磷脂磷酸甘油脂游離脂肪酸及其分子式（2）．糖脂（2）．糖脂約占膜脂總量的5%。與磷脂相似，糖脂也可分為兩類：糖基甘油

5、酯和糖鞘脂(glycosphingolipids)，糖鞘脂又分為中性糖鞘脂和酸性糖鞘脂。糖脂廣泛分布于動物、植物和微生物細(xì)胞的膜系統(tǒng)中，生物膜中的糖脂只存在于脂雙層的外層表面，其中的糖殘基暴露于細(xì)胞表面。（3）．固醇類（3）．固醇類固醇是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物。膽固醇對調(diào)節(jié)膜的流動性、加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性有作用。（3）．固醇類膽固醇在哺乳類的質(zhì)膜中約含總脂質(zhì)的45％（50%）。在高爾基體膜、溶酶體膜中，膽固醇的含量也很高，但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜及線粒體膜中含量很低，植物細(xì)胞質(zhì)膜中常見的是豆固醇(sitgmasteol)和谷固醇(sitosetr

6、ol)，二者分別存在于大豆、麥芽中。麥角固醇(ecgosterol)則是真核微生物膜中的主要固醇，主要存在于酵母菌、霉菌中。原核細(xì)胞的質(zhì)膜中則不含膽固醇。膜脂分子糖脂、磷脂和固醇。磷脂根據(jù)磷酸基連接基團(tuán)的不同分為磷脂酰膽堿（phosphatidylcholine，PC；卵磷脂，lecithin）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethannamine，PE；腦磷脂，cephalin）、磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS）、磷脂酰肌醇（phosphatidylinositides，PI，包括PI、PI

7、P和PIP2）、心磷脂（cardiolipin，CL）等；糖脂根據(jù)糖基的不同分為若干種。其中每一種因所含脂肪酸的不同又分為若干種，如根據(jù)脂肪酸鏈的含雙鍵的情況分為飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸（雙鍵的數(shù)目可以為1~5），脂肪酸鏈的長度可為12~26個碳。如果再考慮構(gòu)象變化，每一種中都包括若干種。（4）、膜脂分子的形狀及其雙親性一頭是極性，另一頭是非極性的分子電性（a）電學(xué)磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺在生理?xiàng)l件下是電中性(electroneutral)分子。磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油和二磷脂酰甘油（心磷脂）都屬于負(fù)電性(anio

8、nic)磷脂，在生理?xiàng)l件下，它呈負(fù)電性。（b）水溶特性生物膜中的磷脂、糖脂、膽固醇均為雙親性分子(amphipathicmolecules)或兼性分子（zwitterionic），它們的疏水尾部為脂肪酸、醛、醇、鞘氨醇衍生物或固醇分子的長鏈脂肪酸，親水頭部為磷脂酰堿基、糖殘基