生物膜及其物理特性

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1、第二章生物膜及其物理特性2.1生物膜的形成2.2生物膜的分子模型2.3生物膜分子的運(yùn)動(dòng)特性2.4細(xì)胞膜的特性1112.1生物膜的形成生物膜定義：生物膜是多細(xì)胞膜及細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的統(tǒng)稱2生物膜的化學(xué)組成3（一）膜脂的三種主要類型：磷脂(phospholipid)，糖脂(glycolipid)和固醇（stecol)41磷脂【概念】磷脂分子是一種由甘油、脂肪酸和磷酸所組成的分子磷酸"頭"部是親水的，脂肪酸"尾"部是疏水的。磷脂分子示意圖：5關(guān)鍵特征：組成細(xì)胞膜的是磷脂雙分子層。是兩層磷脂分子"頭"朝外，"尾"朝內(nèi)相對(duì)的結(jié)構(gòu)。（如下圖）6磷脂磷

2、酸甘油酯鞘磷脂磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）磷脂酰絲氨酸72糖脂（1）定義：一種攜有一個(gè)或多個(gè)以共價(jià)鍵連接糖基的復(fù)合脂質(zhì)。是細(xì)胞膜的重要成分。包括甘油糖脂、鞘糖脂、脂多糖等。（2）功能：細(xì)胞膜上的鞘糖脂與細(xì)胞生理狀況密切相關(guān)。即使同一類細(xì)胞,在不同的發(fā)育階段,鞘糖脂的組成也不同。正因?yàn)槟承╊愋颓侍侵悄撤N細(xì)胞在某個(gè)發(fā)育階段所特有的，所以糖脂常常被作為細(xì)胞表面標(biāo)志物質(zhì)。糖脂又是細(xì)胞表面抗原的重要組分，某些正常細(xì)胞癌化后，表面糖脂成分有明顯變化；一些已分離出來的癌細(xì)胞特征抗原，也已證明是糖脂類物質(zhì)。細(xì)胞表面的糖脂還是許多胞

3、外生理活性物質(zhì)的受體,參與細(xì)胞識(shí)別和信息傳遞過程。83固醇類固醇類是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物，又稱類固醇，屬脂類化合物。作用功能：提高脂雙層的力學(xué)穩(wěn)定型；提高脂雙層的流動(dòng)性；維持膜穩(wěn)定性。9膽固醇的分子式問題：細(xì)胞膜中三種脂質(zhì)：磷脂糖脂膽固醇各有什么作用？解答：（1）磷脂雙分子層構(gòu)成細(xì)胞膜的基本骨架，約占整個(gè)膜脂的50%以上，所以它是細(xì)胞膜的基本成分。（2）糖脂與細(xì)胞的識(shí)別、免疫、排泄、血型決定等功能有關(guān)。（3）膽固醇在調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性、增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)的通透性等都起著重要作用；（4）另外，皮膚下的7-脫氫膽固醇經(jīng)紫外線的作

4、用可以轉(zhuǎn)化為維生素D，促進(jìn)Ca和P的吸收。104膜脂分子的雙親性生物膜中的磷脂，糖脂，膽固醇均為雙親性分子，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(zhǎng)鏈脂肪酸，親水頭部為磷脂酰膽堿基，糖殘基或羥基。11膜脂分子的雙親性單分子層水溶液中的分子團(tuán)球形脂質(zhì)體用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖12（二）膜蛋白13膜蛋白是質(zhì)膜（細(xì)胞膜）的重要組成部分，是膜功能的重要體現(xiàn)者。據(jù)估計(jì)，核基因組編碼的蛋白質(zhì)中30%左右的為膜蛋白。根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為：整合蛋白（intergralprotain)外周蛋白（peripheralprota

5、in)（1）整合蛋白(鑲嵌蛋白）特征：水不溶性分布：貫穿整個(gè)脂質(zhì)雙分子層部分插入脂質(zhì)雙分子層（2）外周蛋白（外在蛋白）特征：水溶性分布：膜的內(nèi)外表面14??膜內(nèi)在蛋白??脂錨定蛋白??膜外在蛋白膜蛋白與膜脂結(jié)合的6種方式15膜蛋白的功能（1）轉(zhuǎn)運(yùn)分子進(jìn)入細(xì)胞（2）與細(xì)胞分化及細(xì)胞間連接有關(guān)（3）接收識(shí)別信號(hào)（4）酶（enzymes）作用1617（三）膜糖類分布：在生物膜的非胞質(zhì)面分類：葡萄糖﹑半乳糖﹑甘露糖﹑巖藻糖﹑半乳糖胺﹑葡糖胺和唾液酸等七種。功能：細(xì)胞與環(huán)境相互作用有關(guān)的生命現(xiàn)象，都涉及到糖脂和糖蛋白。18膜糖類：一般以糖

6、脂﹑糖蛋白形式存在，主要分布在細(xì)胞膜的外表面（其他膜性細(xì)胞器的非胞質(zhì)側(cè)）。192.2生物膜的分子模型20212.2.1單位膜模型單層蛋白質(zhì)分子：內(nèi)外兩層（深色帶，各厚2nm）雙層脂類分子：膜中間（淺色帶，3.5nm）蛋白質(zhì)肽鏈β折疊意義：闡述了生物膜形態(tài)上的共性——單位膜缺點(diǎn)：把各種膜視為千篇一律，難以對(duì)不同的生物膜作出合理解釋。222.2.2流動(dòng)鑲嵌模型這一模型是Singer和Nicolson于1972年提出的。主要特點(diǎn)：?強(qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性；?生物膜的各種化學(xué)組分是高度不對(duì)稱的。232.3生物膜分子的運(yùn)動(dòng)特性24生物膜上分子的運(yùn)

7、動(dòng)特性可以說是細(xì)胞行使各類生物功能的基礎(chǔ)，細(xì)胞膜上各類蛋白質(zhì)的功能活性，已廣泛證實(shí)是受細(xì)胞質(zhì)分子骨架的影響的。252.3.1膜脂質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)特性生物膜的流動(dòng)性一般認(rèn)為與脂質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)性正相關(guān)，也就是說，脂質(zhì)分子如果運(yùn)動(dòng)性強(qiáng)，則膜的流動(dòng)性就大；反之亦然。在細(xì)胞內(nèi)，包括細(xì)胞膜和內(nèi)膜系統(tǒng)的生物膜的流動(dòng)性﹑脂質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)性并非一直不變，而是與功能相適應(yīng)，處在一種不斷變化的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)中。26＊脂質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)分析一是脂質(zhì)分子自身的“一維運(yùn)動(dòng)”，即脂酰烴繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)的異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)，磷脂分子以其自身長(zhǎng)軸為軸左右擺動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)。二是脂質(zhì)分子在膜內(nèi)沿膜

8、平面作側(cè)向擴(kuò)散和側(cè)向移動(dòng)的“二維運(yùn)動(dòng)”。三是磷脂分子在脂雙層的兩個(gè)脂分子單層間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)被視為“三維運(yùn)動(dòng)”的磷脂分子運(yùn)動(dòng)方式。發(fā)生的速度通常比較緩慢。27282930313233＊脂質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)手段1電子自