生物膜的結構與功能Functionandstructureofbioomembranes本章主要內容生物膜的化學組成生物膜的結構物質的過膜運輸信號的跨膜傳導第一節生物膜的化學組成所有生物膜幾乎都是由蛋白質和脂類兩大物質組成。尚含有少量糖、金屬離子和水（15%-20%）一、膜脂(lipid)磷脂、少量糖脂和膽固醇的總稱，其中以磷脂為主要成分化學組成

主要是磷酸甘油二脂。甘油中第1，2位碳原子與脂肪酸酯基（主要是含16碳的軟脂酸和18碳的油酸）相連，第3位碳原子則與磷酸酯基相連。不同的磷脂，其磷酸酯基組成也不相同。

甘油磷脂（Glycerophospholipids）磷脂分子中含有親水性的磷酸酯基和親脂的脂肪酸鏈，是優良的兩親性分子極性端非極性端糖脂也是構成雙層脂膜的結構物質。主要分布在細胞膜外側的單分子層中。動物細胞膜所含的糖脂主要是腦苷脂。

結構為糖脂（Glycosphingolipids）半乳糖

根據在膜上的定位情況：外周蛋白內在蛋白

膜蛋白是生物膜實施功能的基本場所。二、膜蛋白這類蛋白約占膜蛋白的20－30%，分布于雙層脂膜的外表層，主要通過靜電引力或范德華力與膜結合。外周蛋白與膜的結合比較疏松，容易從膜上分離出來。外周蛋白能溶解于水。外周蛋白（peripheralprotein）跨膜蛋白三、膜糖

生物膜中含有一定的寡糖類物質。它們大多與膜蛋白結合，少數與膜脂結合。糖類在膜上的分布是不對稱的，全部都處于細胞膜的外側。生物膜中組成寡糖的單糖主要有半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、葡萄糖和葡萄糖胺等。生物膜中的糖類化合物在信息傳遞和相互識別方面具有重要作用。膜的運動性(1)磷脂分子的運動：①在膜內作側向擴散或側向移動；②圍繞與膜平面垂直的軸作旋轉運動；③圍繞與膜平面垂直的軸左右擺動；④膜脂沿縱軸的上下振動；⑤在脂雙層中作翻轉運動；⑥烴鏈圍繞C-C鍵旋轉而導致的異構化運動

(2)膜蛋白的運動1970年Frye和Edidin所做的細胞融合實驗。它們用細胞融合技術將小鼠細胞和人體細胞進行融合，并同時用不同的熒光抗體標記各自細胞表面的蛋白質。當兩種細胞融合形成雜核細胞后，各自特定的蛋白質分布在各自膜表面。一段時間后發現不同的蛋白質已均勻的分布在雜核細胞膜上。流動鑲嵌模型脂雙分子層是細胞膜的主要結構支架；膜蛋白為球蛋白，分布于脂雙層表面或嵌入脂分子中，有的甚至橫跨整個脂雙層；細胞膜具有流動性；組成細胞膜的各種成分在膜中的分布是不均勻的，即具有不對稱性。單向轉運（同向、異向）協同轉運基本方式一、小分子與離子的過膜轉運（一）簡單擴散（simplediffusion)

包括分子和離子的轉運順濃度梯度不需要能量（二）促進擴散（facilitateddiffusion）1)由高濃度向低濃度2）不需要能量3）需通道蛋白或載體蛋白介導（三）主動運輸（activetransport）1）轉運載體2）消耗能量3）逆濃度梯度如：質子泵、鈉-鉀泵、鈣泵等二、大分子物質的過膜轉運吞噬作用（phagocytosis）細胞內吞噬較大的固體顆粒或分子復合物如微生物、細胞碎片等的過程。第四節膜受體介導的信號傳導3、膜受體的分類

G-蛋白偶聯型：腎上腺素，糖原

酶偶聯型:生長因子

離子通道型：乙酰膽堿二、G蛋白偶聯型受體系統（一）G蛋白：全稱為GTP結合調節蛋白。是一類和GTP或GDP相結合的蛋白。αβγ三個亞基組成。

兩種構象：非活化型：αβγGDP活化型：GTPα分布極廣，參與細胞物質代謝的調節和基因轉錄的調控G蛋白相偶聯的受體：一條肽鏈形成的過膜蛋白，有7個跨膜α-螺旋肽段往返于質膜的脂質雙層中1.受體-G蛋白-AC（腺苷酸環化酶）途徑

：以靶細胞內cAMP濃度改變和激活蛋白激酶A（proteinkinaseA,PKA）為主要特征，是激素調節物質代謝的主要途徑功能：調節物質代謝調控基因表達(二)G蛋白偶聯受體信號轉導的主要途徑

配體與受體結合交換GTP/GDP（G蛋白活化）結合并激活AC（腺苷酸環化酶）生成cAMP（第二信使）激活PKA發揮作用2.受體-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途徑

當激素與受體結合后經G蛋白轉導，激活磷脂酶C，由磷脂酶C將質膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)水解成三磷酸肌醇(IP3)和DG。

脂溶性的DG在膜上累積并使緊密結合在膜上的無活性PKC活化。PKC活化后使大量底物蛋白(包括胰島素、β-腎上腺素等激素和神經遞質在細胞膜上的受體，還有糖原合成酶，DNA甲基轉移酶，Na’-K’ATP酶和轉鐵蛋白等)的絲氨酸或蘇氨酸的羥基磷酸化。引起細胞內的生理效應。三、酶偶聯受體介導的信號轉導系統酶偶聯受體具有和G蛋白偶聯受體完全不同的分子結構和特性，其胞質側自身具有酶的活性，或者可直接結合并激活胞質中的酶而不需要G蛋白的參與。已知的六類酶偶聯型受體有：①受體酪氨酸激酶、②受體鳥苷酸環化酶、③受體酪氨酸磷脂酶、④受體絲氨酸/蘇氨酸激酶⑤酪氨酸激酶連接的受體、⑥組氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關）。下面主要介紹受體酪氨酸激酶和受體鳥苷酸環化酶。（一）受體酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶（receptorproteintyrosinekinases，RPTKs）是最大的一類酶偶聯受體。RPTKs都由三部分組成：細胞外結構域、單次跨膜的疏水α螺旋區、細胞內結構域。受體酪氨酸激酶的胞外區是結合配體結構域，配體是可溶性或膜結合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子。胞內段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點。配體（如EGF）在胞外與受體結合并引起構象變化，導致受體二聚化形成同源或異源二聚體，在二聚體內彼此相互磷酸化胞內段酪氨酸殘基，激活受體本身的酪氨酸蛋白激酶活性，二聚體的細胞內結構域裝配成一個信號轉導復合物Ras（ratsarcoma）是原癌基因c-ras表達的產物，是單體GTP結合蛋白，具有弱的GTP酶活性。通過與GTP或GDP的結合調節其活性。（二）受體鳥苷酸環化酶受體鳥苷酸環化酶（receptorguanylatecyclase）是單次跨膜蛋白受體，胞外段是配體結合部位，胞內段為鳥苷酸環化酶催化結構域。受體的配體如心房排鈉肽（ANPs）和腦排鈉肽（BNPs）。當血壓升高時，心房肌細胞分泌ANPs，促進腎細胞排水、排鈉，同時導致血管平滑肌細胞松弛，結果使血壓下降。介導ANP反應的受體分布在腎和血管平滑肌細胞表面。ANPs與受體結合直接激活胞內段鳥苷酸環化酶的活性，使GTP轉化為cGMP，cGMP作為第二信使結合并激活依賴cGMP的蛋白激酶G（PKG），導致靶蛋白的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化而活化，從而引起細胞反應。四、離子通道受體介導的信號轉導離子通道型受體是一類自身為離子通道的受體，離子通道的開放和關閉，稱為門控(gating)。根據門控機制的不同，將離子通道主要分為三大類：(1)化學門控通道，(2)電壓門控通道，(3)機械門控通道，這3種通道蛋白質使不同細胞對外界相應的刺激起反應,完成跨膜信號轉導。離子通道受體介導的信號轉導的特點：不需要產生其它的細胞內信使分子，信號轉導的速度快，對外界作用出現反應的位點較局限。（一）化學門控通道化學門控通道（chemically-gatedionchannel）又稱配體門控性離子通道:由某些化學物質控制其開或關的通道稱，以遞質受體命名，如乙酰膽堿受體通道、谷氨酸受體通道、門冬氨酸受體通道等。N2型Ach受體陽離子通道是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質，形成一種結構為α2βγδ的梅花狀通道樣結構；每個亞單位的肽鏈都要反復貫穿膜4次；在5個亞單位中，Ach的結合位點在α亞單位上，結合后可引起通道結構的開放，然后靠相應離子的易化擴散而完成跨膜信號轉導（二）電壓門控通道

電壓門控通道又稱電壓依賴性或電壓敏感性離子通道:因膜電位變化而開啟和關閉，以最容易通過的離子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通