膜生物物理生物膜的分子結(jié)構(gòu)和功能2010-2-241第一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2422.2.1StructureModelofMembrane1765年,BenjaminFranklin將橄欖油倒入Commen池塘中，注意到由風(fēng)所吹起的水面微波被平息了，同樣數(shù)量的油永遠(yuǎn)覆蓋同樣大小的面積。Franklin還計算到（根據(jù)油量和面積）油層的厚度是25?，而且“它不可能擴展得更薄了。事實證明，用現(xiàn)代方法測定的橄欖油的單分子層的厚度幾乎與Franklin當(dāng)時估算的一樣！第二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2431902年，E.Overton發(fā)現(xiàn)分子的極性越大，進(jìn)入細(xì)胞的速度越?。辉黾臃肿拥姆菢O性基團，分子進(jìn)入細(xì)胞的速度增加；基于脂溶性物質(zhì)容易透過質(zhì)膜，Overton提出質(zhì)膜是由一層薄的類脂所組成。------Vjschr.NaturforschGes.Zurich44(1899)88-98.第三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2441917年，Langmuir

發(fā)現(xiàn)脂肪酸放在水和空氣界面上形成單分子膜

---Langmuirfilm.第四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2451925年，E.GorterandF.Grendel

從紅細(xì)胞膜抽提出磷脂，用表面天平測出被抽提出的磷脂鋪成單層膜時所占有面積大約是紅細(xì)胞表面積的2倍。提出雙分子類脂層是細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)。------J.Exp.Med.41(1925)439-443.第五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2461935年，J.F.DanielliandH.Davson胎魚卵的脂滴實驗：卵脂滴表面張力低，而純化后的脂滴表面張力大大提高；純化后的脂滴表面吸附蛋白之后，表面張力降低；提出兩層球蛋白層夾著脂雙分子層的三夾層結(jié)構(gòu)（theunitmembranemodel）.第六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2471959年，J.D.Robertson發(fā)展了三明治模型，提出單位膜模型（Unitmembranemodel）。得到X-衍射與電鏡結(jié)果的支持。紅細(xì)胞小鼠膀胱上皮細(xì)胞第七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2481959-1972年冰凍蝕刻技術(shù)——雙層膜脂中存在膜蛋白顆粒。免疫熒光標(biāo)記技術(shù)——質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)是流動的。第八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2491972年，S.J.SingerandG.Nicholson，提出液體鑲嵌模型（Thefluidmosaicmodel）：強調(diào)膜結(jié)構(gòu)的流動性強調(diào)膜組分的不對稱性膜蛋白以不同鑲嵌方式與膜結(jié)合

------Science175(1972)720-731.第九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24101977年，

M.K.JainandH.B.White，提出板塊模型：在流動的類脂雙分子層中存在許多大小不同，剛度較大的彼此獨立移動的類脂板塊（有序結(jié)構(gòu)板塊）。因此，膜平面實際上是由組織結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)不同的許多板塊組成。膜功能的多樣性可能與板塊的性質(zhì)和變化有關(guān)。

------Adv.LipidRes.15(1977)1-60.第十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2411第十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24121997年，

K.Simons

細(xì)胞膜中的功能化筏(Functionalraftsincellmanbrane):細(xì)胞的質(zhì)膜上存在一些特殊的疇結(jié)構(gòu)域微區(qū)。它們富含糖基鞘磷脂，膽固醇和鞘磷脂，4oC不溶于非離子型去污劑Triton－X100。這種特殊的微疇結(jié)構(gòu)域提供了一個可以側(cè)向移動的平臺（筏）。一些蛋白選擇性地富集于筏上，而另一些蛋白質(zhì)則排擠出筏。功能：膜的分選與運輸；信號傳導(dǎo)等。

------Simons&Ikonen,Nature387(1997)569-572第十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2413第十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2414第十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2415#流動鑲嵌模型突出了膜的流動性和不對稱性細(xì)胞膜由流動的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個脂雙層，表現(xiàn)出分布的不對稱性第十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24162.2.2LiquidityofMembrane

MembraneLipid

MembraneProtein

第十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二1．MembraneLipid膜脂的流動性——膜脂分子的運動1）

側(cè)向擴散：同一平面上相鄰的脂分子交換位置。2）旋轉(zhuǎn)運動：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行快速旋

轉(zhuǎn)

3）擺動運動：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行左右4）伸縮震蕩：脂肪酸鏈沿著與縱軸進(jìn)行伸縮震蕩運動5）

翻轉(zhuǎn)運動：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另一層。是在翻轉(zhuǎn)酶（flippase）的催化下完成。6）旋轉(zhuǎn)異構(gòu)：脂肪酸鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致異構(gòu)化運動。第十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2418第十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24192、MembraneProtein膜蛋白的分子運動

側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)擴散

旋轉(zhuǎn)擴散指膜蛋白圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動，側(cè)向運動受細(xì)胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細(xì)胞松弛素B能促進(jìn)膜蛋白的側(cè)向運動。第十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2420第二十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2421光漂白熒光恢復(fù)技術(shù)第二十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24223．影響膜流動性的因素膜本身的組分遺傳因子環(huán)境因子等膽固醇：膽固醇的含量增加會降低膜的流動性。脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加。第二十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2423脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動性增加，是因為鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：膜蛋白和膜脂的結(jié)合方式、溫度、酸堿度、離子強度等。第二十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24244.膜流動性的生理意義剛?cè)峒鎮(zhèn)?，既不過剛性又不失其有序性，既不變成的流體又表現(xiàn)著適宜的柔性，從而膜成分得以定向有序地組織著并具有機械性支撐能力，而且造就膜內(nèi)成分之間發(fā)生相互作用的基本條件，膜內(nèi)蛋白才能聚集和組裝，在特殊的位置形成特殊的結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞間連接、神經(jīng)細(xì)胞突觸等。第二十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2425酶活性與膜的流動性原發(fā)高血壓病人,紅細(xì)胞膜脂流動性降低,引起Na+、K+交換活性增加。第二十五頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2426膜的流動性與物質(zhì)運輸膜流動性與物質(zhì)運輸關(guān)系較為明顯。在協(xié)助擴散和主動運輸中，一些載體蛋白分子的運動，取決于它們在膜中脂類分子的流動性。實驗證明，一些特定的物質(zhì)運輸與膜的流動性相關(guān)。第二十六頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2427細(xì)胞信息傳遞＼激素＼藥物的作用與膜流動性關(guān)系第二十七頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2428生理效應(yīng)第二十八頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2429發(fā)育過程中細(xì)胞膜流動性在發(fā)育過程中細(xì)胞膜的流動性有明顯變化。一般細(xì)胞通過代謝等方式調(diào)節(jié)控制膜的流動性，使其維持在相對恒定的適宜的水平已表現(xiàn)其正常功能，如超出調(diào)控范圍，則細(xì)胞難以表現(xiàn)正常功能而發(fā)生病變。第二十九頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-24302.2.3FunctionofMembrane1.區(qū)間化2.物質(zhì)的跨膜運輸3.信號傳遞4.能量傳遞5.細(xì)胞間的相互作用6.生化活性的定位第三十頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2431Localization區(qū)間化生物膜是連續(xù)、環(huán)閉的薄層結(jié)構(gòu)。是細(xì)胞與細(xì)胞間結(jié)構(gòu)上的邊界核膜和細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)以及線粒體、葉綠體膜等將細(xì)胞分隔成相對獨立的空間第三十一頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2432第三十二頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2433TransitionacrosstheMembrane細(xì)胞膜提供的是一種選擇性通透屏障，保證適宜的物質(zhì)從外環(huán)境進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)而排除不適宜物質(zhì)的進(jìn)入。物質(zhì)的跨膜運輸對細(xì)胞的生存和生長至關(guān)重要。第三十三頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2434SignalTransition

細(xì)胞膜在細(xì)胞對外部刺激的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，即信號傳遞、放大與轉(zhuǎn)換作用，除了膜上某些離子通道蛋白或感受器蛋白能感應(yīng)外部電信號外，細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞表面的受體能夠識別與響應(yīng)相應(yīng)的信號分子，以產(chǎn)生對應(yīng)的反應(yīng)與功能。第三十四頁，共三十七頁，編輯于2023年，星期二2010-2-2435Energytransition能量轉(zhuǎn)換例如，光合作用中發(fā)生著最大量的能量轉(zhuǎn)換，太陽光能由膜