第十二章生物膜第一节生物膜的组成和结构一、概念二、生物膜的化学组成19世纪末，1895年Overton用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。发现凡是易溶于脂质的物质，也容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，也不容易穿过膜。提出假说：膜是由脂质组成的1897年，Crijins和Hedin用红细胞做实验，同样也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关,且溶解度越大越容易通过。1925年荷兰科学家Gorter和Grendel用有机溶剂从人红细胞质膜中提取脂质，铺成单层分子，发现面积是细胞膜的2倍。结论：细胞膜中的磷脂是双层的。猜想：细胞膜的组成成分中还含有其它物质。20世纪初，科学家将细胞膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，发现细胞不但会被溶解脂质的物质溶解，也会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质）。1935年，Danielli和Davson发现质膜的表面张力比油-水界面的张力低的多，推测膜中含有蛋白质。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。无机盐金属离子水蛋白质/脂类1.膜脂⑴磷脂微团由磷脂形成的双层脂膜的示意图脂质体（2）糖脂(glycolipid)(3)硫脂(sulpholipid)（4）甾醇2.膜蛋白内在蛋白约占膜蛋白的70-80%，有的全部埋于脂双层的疏水区，有的部分嵌在脂双层中，有的横跨全膜。主要靠疏水作用通过某些非极性氨基酸残基与膜脂疏水部分相结合。这类蛋白不易分离，也不易溶于水，用较剧烈的条件（去垢剂、有机溶剂、超声波）才能把它们溶解下来，同时，膜结构也破坏了。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。真核生物有些内在蛋白本身并没有进入膜内，他们通过以共价键与长烃链或糖基化的磷脂酰肌醇结合，再通过他们的疏水部分插入膜内，而这些内在蛋白则被锚定在膜上，这种形式的内在蛋白称为膜锚蛋白。（2）外周蛋白-peripheralprotein3.糖类糖类在膜上的分布三、生物膜的分子结构模型片层结构模型（lamellastructuremodel）此模型的主要内容为：细胞膜是由双层脂分子及内外表面附着的蛋白质所构成的。即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构，脂质分子平行排列并垂直于膜平面。双层脂质分子的非极性端相对，极性端向着膜的内外表面，在内外表面各有一层蛋白质。膜上有一些二维伸展的孔，孔的表面也是由蛋白质包被的,这样使孔具有极性，可提高水对膜的通透性。这一模型将膜结构与所观察到的生物学理化性质联系起来,对后来的研究有很大的启发。缺少必要的细节，是对膜结构的一个较粗浅的认识。单位膜模型（unitmembranemodel）单位膜模型强调的是蛋白质为单层伸展的β折叠片状,而不是球形蛋白。单位膜模型还认为膜的外侧表面的膜蛋白是糖蛋白,而且膜蛋白在两侧的分布是不对称的。这一模型的直接证据来自电子显微镜的观察。但这一模型将生物膜描述为三明治式的静态统一结构，解释不了膜的许多生理功能。把膜看成是静止的无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化。不同的膜其厚度不都是7.5nm,一般在5～10nm之间。如果蛋白质是伸展的,则不能解释酶的活性同构象的关系。该模型也不能解释为什么有的膜蛋白很容易被分离，有些则很难。新技术带来新模型1970年L.D.Frye和H.Edidin的人——鼠细胞融合实验。1970年，LarryFrye等将人和鼠的细胞膜用不同的荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂交细胞的一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。提出假说：细胞膜具有流动性★强调了膜的流动性。★强调了膜的不对称性。§忽视了膜蛋白对脂质分子的控制作用。§忽视了膜各部分流动的不均一性。Wallach于1975年提出晶格镶嵌模型Jain和White于1977年提出板块镶嵌模型近来有人提出脂筏模型目前认为，这些模型并无本质区别，只是对流动镶嵌模型的进一步补充说明，不能作为膜的通用模型。四、生物膜的特性(一）膜分子结构的不对称性（二）膜分子结构的流动性1、膜脂的流动性近年来生物物理及物理技术的发展，可以快速准确地测出分子的运动。应用不同的荧光探针，可以在磷脂分子内分别结合到脂肪酸的长链、甘油骨架及碱基（如胆碱）上，测出磷脂不同部位的运动速度及偏转的角度，可以看出其运动状态。膜脂的基本组分在生理状态下处于相对流动状态，膜脂的运动有下列六种方式。膜脂的分子运动指膜蛋白在生物膜二维流体的侧向移动膜蛋白的侧向扩散的实例膜脂的流动性的大小与磷脂分子中脂肪酸