1、1. 膜 (membrane)通 常 是 指 分 割 两 个 隔 间 的 一 层 薄 薄 的 结 构 ,可 以 是 自 然 形 成 的 或 是 人造 的 ,有 时 很 柔 软 。 存 在 于 细 胞 结 构 中 的 膜 不 仅 薄 ,而 且 具 有 半 透 性(semipermeable membrane),允 许 一 些 不 带 电 的 小 分 子 自 由 通 过 。2. 细 胞 膜 (cell membrane)细 胞 膜 是 细 胞 膜 结 构 的 总 称 ,它 包 括 细 胞 外 层 的 膜 和 存 在 于 细 胞 质 中的 膜 ,有 时 也 特 指 细 胞 质 膜 。3. 胞 质 膜
2、 (cytoplasmic membrane)存 在 于 细 胞 质 中 各 膜 结 合 细 胞 器 中 的 膜 ， 包 括 核 膜 、 内 质 网 膜 、 高 尔 基体 膜 、 溶 酶 体 膜 、 线 粒 体 膜 、 叶 绿 体 膜 、 过 氧 化 物 酶 体 膜 等 。4. 细 胞 质 膜 (plasma membrane)是 指 包 围 在 细 胞 表 面 的 一 层 极 薄 的 膜 ， 主 要 由 膜 脂 和 膜 蛋 白 所 组 成 。 质膜 的 基 本 作 用 是 维 护 细 胞 内 微 环 境 的 相 对 稳 定 ,并 参 与 同 外 界 环 境 进 行物 质 交 换 、 能 量
3、和 信 息 传 递 。 另 外 , 在 细 胞 的 生 存 、 生 长 、 分 裂 、 分 化中 起 重 要 作 用 。真 核 生 物 除 了 具 有 细 胞 表 面 膜 外 ， 细 胞 质 中 还 有 许 多 由 膜 分 隔 成 的 各 种细 胞 器 ， 这 些 细 胞 器 的 膜 结 构 与 质 膜 相 似 ， 但 功 能 有 所 不 同 ， 这 些 膜 称 为内 膜 (internal membrane),或 胞 质 膜 (cytoplasmic membrane)。 内 膜 包 括细 胞 核 膜 、 内 质 网 膜 、 高 尔 基 体 膜 等 。 由 于 细 菌 没 有 内 膜 ,所
4、以 细 菌 的细 胞 质 膜 代 行 胞 质 膜 的 作 用 。5. 生 物 膜 (biomembrane,or biological membrane)是 细 胞 内 膜 和 质 膜 的 总 称 。 生 物 膜 是 细 胞 的 基 本 结 构 ， 它 不 仅 具 有 界 膜的 功 能 ,还 参 与 全 部 的 生 命 活 动 。6. 膜 骨 架 (membrane skeleton)细 胞 质 膜 的 一 种 特 别 结 构 ， 是 由 膜 蛋 白 和 纤 维 蛋 白 组 成 的 网 架 ， 它 参 与维 持 细 胞 质 膜 的 形 状 并 协 助 质 膜 完 成 多 种 生 理 功 能 ,
5、这 种 结 构 称 为 膜 骨架 。 膜 骨 架 首 先 是 通 过 红 细 胞 膜 研 究 出 来 的 。 红 细 胞 的 外 周 蛋 白 主 要 位 于红 细 胞 膜 的 内 表 面 ,并 编 织 成 纤 维 状 的 骨 架 结 构 ,以 维 持 红 细 胞 的 形 态 ,限 制 膜 整 合 蛋 白 的 移 动 。7. 血 影 蛋 白 (spectrin)又 称 收 缩 蛋 白 ， 是 红 细 胞 膜 骨 架 的 主 要 成 份 ,但 不 是 红 细 胞 膜 蛋 白 的成 份 ,约 占 膜 提 取 蛋 白 的 30%。 血 影 蛋 白 属 红 细 胞 的 膜 下 蛋 白 ， 这 种 蛋 白
6、是 一 种 长 的 、 可 伸 缩 的 纤 维 状 蛋 白 ,长 约 100 nm,由 两 条 相 似 的 亚 基 亚 基 (相 对 分 子 质 量 220kDa)和 亚 基 (相 对 分 子 质 量 200kDa)构 成 。两 个 亚 基 链 呈 现 反 向 平 行 排 列 , 扭 曲 成 麻 花 状 ， 形 成 异 二 聚 体 , 两 个异 二 聚 体 头 -头 连 接 成 200nm 长 的 四 聚 体 。 5 个 或 6 个 四 聚 体 的 尾 端 一起 连 接 于 短 的 肌 动 蛋 白 纤 维 并 通 过 非 共 价 键 与 外 带 4.1 蛋 白 结 合 ,而 带4.1 蛋 白
7、又 通 过 非 共 价 键 与 跨 膜 蛋 白 带 3 蛋 白 的 细 胞 质 面 结 合 , 形 成“连 接 复 合 物 ”。 这 些 血 影 蛋 白 在 整 个 细 胞 膜 的 细 胞 质 面 下 面 形 成 可 变 形的 网 架 结 构 ,以 维 持 红 细 胞 的 双 凹 圆 盘 形 状 。8. 血 型 糖 蛋 白 (glycophorin ) 血 型 糖 蛋 白 又 称 涎 糖 蛋 白 (sialo glycoprotein),因 它 富 含 唾 液 酸 。 血 型糖 蛋 白 是 第 一 个 被 测 定 氨 基 酸 序 列 的 蛋 白 质 ,有 几 种 类 型 ， 包 括A、 B、
8、C、 D。 血 型 糖 蛋 白 B、 C、 D 在 红 细 胞 膜 中 浓 度 较 低 。 血 型 糖 蛋白 A 是 一 种 单 次 跨 膜 糖 蛋 白 , 由 131 个 氨 基 酸 组 成 , 其 亲 水 的 氨 基 端露 在 膜 的 外 侧 , 结 合 16 个 低 聚 糖 侧 链 。 血 型 糖 蛋 白 的 基 本 功 能 可 能 是 在它 的 唾 液 酸 中 含 有 大 量 负 电 荷 ,防 止 了 红 细 胞 在 循 环 过 程 中 经 过 狭 小 血 管时 相 互 聚 集 沉 积 在 血 管 中 。9. 带 3 蛋 白 (band 3 protein)与 血 型 糖 蛋 白 一
9、样 都 是 红 细 胞 的 膜 蛋 白 ,因 其 在 PAGE 电 泳 分 部 时 位于 第 三 条 带 而 得 名 。 带 3 蛋 白 在 红 细 胞 膜 中 含 量 很 高 ， 约 为 红 细 胞 膜 蛋白 的 25%。 由 于 带 3 蛋 白 具 有 阴 离 子 转 运 功 能 ， 所 以 带 3 蛋 白 又 被 称为 “阴 离 子 通 道 ”。 带 3 蛋 白 是 由 两 个 相 同 的 亚 基 组 成 的 二 聚 体 , 每条 亚 基 含 929 个 氨 基 酸 ,它 是 一 种 糖 蛋 白 ， 在 质 膜 中 穿 越 12 14 次 ,因 此 ,是 一 种 多 次 跨 膜 蛋 白
10、。10. 锚 定 蛋 白 (ankyrin)又 称 2.1 蛋 白 。 锚 定 蛋 白 是 一 种 比 较 大 的 细 胞 内 连 接 蛋 白 , 每 个 红细 胞 约 含 10 万 个 锚 定 蛋 白 ， 相 对 分 子 质 量 为 215,000。 锚 定 蛋 白 一 方面 与 血 影 蛋 白 相 连 , 另 一 方 面 与 跨 膜 的 带 3 蛋 白 的 细 胞 质 结 构 域 部 分 相连 , 这 样 ， 锚 定 蛋 白 借 助 于 带 3 蛋 白 将 血 影 蛋 白 连 接 到 细 胞 膜 上 ， 也 就将 骨 架 固 定 到 质 膜 上 。11. 带 4.1 蛋 白 (band 4
11、.1 protein)是 由 两 个 亚 基 组 成 的 球 形 蛋 白 ， 它 在 膜 骨 架 中 的 作 用 是 通 过 同 血 影 蛋 白结 合 ， 促 使 血 影 蛋 白 同 肌 动 蛋 白 结 合 。 带 4.1 蛋 白 本 身 不 同 肌 动 蛋 白 相连 ， 因 为 它 没 有 与 肌 动 蛋 白 连 接 的 位 点 。12. 内 收 蛋 白 (adducin)是 由 两 个 亚 基 组 成 的 二 聚 体 ， 每 个 红 细 胞 约 有 30， 000 个 分 子 。 它的 形 态 似 不 规 则 的 盘 状 物 ， 高 5.4nm,直 径 12.4nm。 内 收 蛋 白 可
12、与 肌 动蛋 白 及 血 影 蛋 白 复 合 体 结 合 ， 并 且 通 过 Ca2+和 钙 调 蛋 白 的 作 用 影 响 骨 架蛋 白 的 稳 定 性 ， 从 而 影 响 红 细 胞 的 形 态 。13. 磷 脂 (phospholipids) 含 有 磷 酸 基 团 的 脂 称 为 磷 脂 ,是 细 胞 膜 中 含 量 最 丰 富 和 最 具 特 性 的 脂 。动 、 植 物 细 胞 膜 上 都 有 磷 脂 , 是 膜 脂 的 基 本 成 分 , 约 占 膜 脂 的 50%以上 。 磷 脂 分 子 的 极 性 端 是 各 种 磷 脂 酰 碱 基 , 称 作 头 部 。 它 们 多 数 通
13、 过 甘油 基 团 与 非 极 性 端 相 连 。 磷 脂 又 分 为 两 大 类 : 甘 油 磷 脂 和 鞘 磷 脂 。 甘 油磷 脂 包 括 磷 脂 酰 乙 醇 胺 、 磷 脂 酰 胆 碱 (卵 磷 脂 )、 磷 脂 酰 肌 醇 等 。磷 脂 分 子 的 疏 水 端 是 两 条 长 短 不 一 的 烃 链 , 称 为 尾 部 , 一 般 含 有14 24 个 偶 数 碳 原 子 。 其 中 一 条 烃 链 常 含 有 一 个 或 数 个 双 键 , 双 键 的存 在 造 成 这 条 不 饱 和 链 有 一 定 角 度 的 扭 转 。磷 脂 烃 链 的 长 度 和 不 饱 和 度 的 不 同
14、 可 以 影 响 磷 脂 的 相 互 位 置 , 进而 影 响 膜 的 流 动 性 。 各 种 磷 脂 头 部 基 团 的 大 小 、 形 状 、 电 荷 的 不 同 则 与 磷脂 -蛋 白 质 的 相 互 作 用 有 关 。14. 胆 固 醇 (cholesterol) 胆 固 醇 存 在 于 真 核 细 胞 膜 中 。 胆 固 醇 分 子 由 三 部 分 组 成 : 极 性 的 头部 、 非 极 性 的 类 固 醇 环 结 构 和 一 个 非 极 性 的 碳 氢 尾 部 。 胆 固 醇 的 分 子 较 其他 膜 脂 要 小 , 双 亲 媒 性 也 较 低 。 胆 固 醇 的 亲 水 头 部
15、 朝 向 膜 的 外 侧 ,疏水 的 尾 部 埋 在 脂 双 层 的 中 央 。 胆 固 醇 分 子 是 扁 平 和 环 状 的 ,对 磷 脂 的 脂肪 酸 尾 部 的 运 动 具 有 干 扰 作 用 ,所 以 胆 固 醇 对 调 节 膜 的 流 动 性 、 加 强 膜 的稳 定 性 有 重 要 作 用 。动 物 细 胞 膜 胆 固 醇 的 含 量 较 高 ,有 的 占 膜 脂 的 50%,大 多 数 植 物 细 胞和 细 菌 细 胞 质 膜 中 没 有 胆 固 醇 ,酵 母 细 胞 膜 中 是 麦 角 固 醇 。15. 脂 质 体 (liposome)将 少 量 的 磷 脂 放 在 水 溶
16、液 中 ,它 能 够 自 我 装 配 成 脂 双 层 的 球 状 结 构 ,这 种 结 构 称 为 脂 质 体 ， 所 以 脂 质 体 是 人 工 制 备 的 连 续 脂 双 层 的 球 形 脂 质 小囊 。 脂 质 体 可 作 为 生 物 膜 的 研 究 模 型 ， 并 可 作 为 生 物 大 分 子 (DNA 分子 )和 药 物 的 运 载 体 ， 因 此 脂 质 体 是 研 究 膜 脂 与 膜 蛋 白 及 其 生 物 学 性 质 的 极好 材 料 。 在 构 建 导 弹 人 工 脂 质 体 时 ,不 仅 要 将 被 运 载 的 分 子 或 药 物 包 入 脂质 体 的 内 部 水 相 ,
17、同 时 要 在 脂 质 体 的 膜 上 做 些 修 饰 ,如 插 入 抗 体 便 于 脂 质体 进 入 机 体 后 寻 靶 。16. 整 合 蛋 白 (integral protein) 又 称 内 在 蛋 白 (intrinsic protein)、 跨 膜 蛋 白 (transmembrane protein), 部 分 或 全 部 镶 嵌 在 细 胞 膜 中 或 内 外 两 侧 ， 以 非 极 性 氨 基 酸 与 脂 双 分 子 层 的非 极 性 疏 水 区 相 互 作 用 而 结 合 在 质 膜 上 。 实 际 上 ,整 合 蛋 白 几 乎 都 是 完全 穿 过 脂 双 层 的 蛋 白
18、 ,亲 水 部 分 暴 露 在 膜 的 一 侧 或 两 侧 表 面 ; 疏 水 区 同脂 双 分 子 层 的 疏 水 尾 部 相 互 作 用 ;整 合 蛋 白 所 含 疏 水 氨 基 酸 的 成 分 较 高 。跨 膜 蛋 白 可 再 分 为 单 次 跨 膜 、 多 次 跨 膜 、 多 亚 基 跨 膜 等 。 跨 膜 蛋 白 一 般 含25% 50%的 螺 旋 , 也 有 折 叠 ， 如 线 粒 体 外 膜 和 细 菌 质 膜 中 的 孔 蛋白 。17. 外 周 蛋 白 (peripheral protein)又 称 附 着 蛋 白 (protein-attached)。 这 种 蛋 白 完 全
19、 外 露 在 脂 双 层 的 内 外两 侧 ,主 要 是 通 过 非 共 价 健 附 着 在 脂 的 极 性 头 部 , 或 整 合 蛋 白 亲 水 区 的一 侧 , 间 接 与 膜 结 合 。外 周 蛋 白 可 用 高 盐 或 碱 性 pH 条 件 分 离 。 实 际 上 ,有 时 外 周 蛋 白 与 整合 蛋 白 是 难 以 区 分 的 ,因 为 许 多 膜 蛋 白 是 由 多 亚 基 组 成 的 ,其 中 有 的 亚基 插 入 在 脂 双 层 ,有 些 亚 基 则 是 外 周 蛋 白 。外 周 蛋 白 为 水 溶 性 , 占 膜 蛋 白 总 量 的 20% 30%, 在 红 细 胞 中
20、占50%, 如 红 细 胞 的 血 影 蛋 白 和 锚 定 蛋 白 都 是 外 周 蛋 白 。 外 周 蛋 白 可 以 增 加膜 的 强 度 ,或 是 作 为 酶 起 某 种 特 定 的 反 应 ,或 是 参 与 信 号 分 子 的 识 别 和 信号 转 导 。18. 脂 锚 定 蛋 白 (lipid-anchored)又 称 脂 连 接 蛋 白 (lipid-linked protein),通 过 共 价 健 的 方 式 同 脂 分 子 结合 ， 位 于 脂 双 层 的 外 侧 。 同 脂 的 结 合 有 两 种 方 式 ， 一 种 是 蛋 白 质 直 接 结 合于 脂 双 分 子 层 ，
21、另 一 种 方 式 是 蛋 白 并 不 直 接 同 脂 结 合 ， 而 是 通 过 一 个 糖 分子 间 接 同 脂 结 合 。通 过 与 糖 的 连 接 被 锚 定 在 膜 脂 上 的 蛋 白 质 主 要 是 通 过 短 的 寡 糖 与 包 埋 在脂 双 层 外 叶 中 的 糖 基 磷 脂 酰 肌 醇 (glycosylphophatidylionositol,GPI)相连 而 被 锚 定 在 质 膜 的 外 侧 。 之 所 以 能 够 在 膜 上 发 现 这 类 脂 锚 定 蛋 白 ,是 因 为 用 特 异 识 别 和 切 割 含 有 肌 醇 磷 脂 的 磷 脂 酶 处 理 细 胞 膜 能
22、 释 放 出 蛋 白质 。 这 类 脂 锚 定 蛋 白 通 常 是 膜 受 体 、 酶 和 细 胞 粘 着 分 子 。 一 种 很 少 见 的 贫血 阵 发 性 血 红 蛋 白 夜 尿 就 是 GPI 合 成 缺 陷 ,导 致 红 细 胞 容 易 破 裂 所至 。另 一 类 存 在 于 细 胞 质 面 脂 锚 定 蛋 白 是 通 过 长 的 包 埋 在 脂 双 层 中 的 碳 氢 链进 行 锚 定 的 。 目 前 至 少 发 现 两 种 蛋 白 (Src 和 Ras)是 通 过 这 种 方 式 被 锚定 在 质 膜 的 细 胞 质 面 ,提 示 这 种 锚 定 方 式 与 细 胞 从 正 常
23、状 态 向 恶 性 状 态 转化 有 关 。19. 片 层 结 构 模 型 (Lamella structure model)1935 年 James Danielli 和 Hugh Davson 所 提 出 ， 又 称 或 三 明 治 式 模 型 。该 模 型 认 为 膜 的 骨 架 是 脂 肪 形 成 的 脂 双 层 结 构 ,脂 双 层 的 内 外 两 侧 都 是由 一 层 蛋 白 质 包 被 ,即 蛋 白 质 -脂 -蛋 白 质 的 三 层 结 构 ,内 外 两 层 的 蛋 白 质层 都 非 常 薄 。 并 且 ,蛋 白 层 是 以 非 折 叠 、 完 全 伸 展 的 肽 链 形 式
24、包 在 脂 双 层的 内 外 两 侧 。 1954 年 对 该 模 型 进 行 了 修 改 ： 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 是 第 一 次 用 分 子 术 语 描 述 的 结 构 , 并 将 膜 结 构 同 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 。20. 单 位 膜 模 型 (unit membrane model)1959 年 J.D.Robertson 所
25、 提 出 。 主 要 是 根 据 电 子 显 微 镜 的 观 察 ， 发 现细 胞 膜 是 类 似 铁 轨 结 构 (“railroad track”), 两 条 暗 线 被 一 条 明 亮 的 带 隔开 ,显 示 暗 -明 -暗 的 三 层 ， 总 厚 度 为 7.5 nm， 中 间 层 为 3.5 nm，内 外 两 层 各 为 2 nm。 并 推 测 :暗 层 是 蛋 白 质 , 透 明 层 是 脂 ,并 建 议 将 这种 结 构 称 为 单 位 膜 。单 位 膜 模 型 是 在 片 层 结 构 模 型 的 基 础 上 发 展 起 来 的 另 一 个 重 要 模 型 。 它与 片 层 结
26、构 模 型 有 许 多 相 同 之 处 ， 最 重 要 的 修 改 是 膜 脂 双 分 子 层 内 外 两 侧蛋 白 质 存 在 的 方 式 不 同 。 单 位 膜 模 型 强 调 的 是 蛋 白 质 为 单 层 伸 展 的 折 叠 片 状 , 而 不 是 球 形 蛋 白 。 另 外 ,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 能 够解 释 细 胞 质 膜 的 一 些 基 本 特 性 ， 例 如 质 膜 有 很 高 的 电 阻 ， 这 是 由 于 膜 脂 的非 极
27、性 端 的 碳 氢 化 合 物 是 不 良 导 体 的 缘 故 ； 再 如 由 于 膜 脂 的 存 在 ， 使 它 对脂 溶 性 强 的 非 极 性 分 子 有 较 高 的 通 透 性 ， 而 脂 溶 性 弱 的 小 分 子 则 不 易 透 过膜 。单 位 膜 也 有 一 些 不 足 首 先 该 模 型 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 ； 其 二 ， 不 同 的 膜 其 厚 度 不 都 是 7.5 nm,一 般 在 5 10 nm 之 间 ； 其 三 ， 如 果 蛋 白 质 是 伸 展 的 , 则 不 能 解 释酶 的 活
28、 性 同 构 型 的 关 系 。 还 有 ， 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 。21. 流 动 镶 嵌 模 型 (fluid mosaic model)1972 年 Singer 和 Nicolson 总 结 了 当 时 有 关 膜 结 构 模 型 及 各 种 研 究 新技 术 的 成 就 ， 提 出 了 流 动 镶 嵌 模 型 ， 认 为 球 形 膜 蛋 白 分 子 以 各 种 镶 嵌 形 式与 脂 双 分 子 层 相 结 合 , 有 的 附 在 内 外 表 面 , 有 的 全 部 或 部 分 嵌 入 膜 中 ,
29、有 的 贯 穿 膜 的 全 层 , 这 些 大 多 是 功 能 蛋 白 。流 动 相 嵌 模 型 有 两 个 主 要 特 点 。 其 一 ,蛋 白 质 不 是 伸 展 的 片 层 ,而 是以 折 叠 的 球 形 镶 嵌 在 脂 双 层 中 ,蛋 白 质 与 膜 脂 的 结 合 程 度 取 决 于 膜 蛋 白 中氨 基 酸 的 性 质 。 第 二 个 特 点 就 是 膜 具 有 一 定 的 流 动 性 ,不 再 是 封 闭 的 片状 结 构 ,以 适 应 细 胞 各 种 功 能 的 需 要 。这 一 模 型 强 调 了 膜 的 流 动 由 性 和 不 对 称 性 ,较 好 地 体 现 细 胞 的
30、 功 能 特点 ,被 广 泛 接 受 ,也 得 到 许 多 实 验 的 支 持 。 后 来 又 发 现 碳 水 化 合 物 是 以 糖 脂或 糖 蛋 白 的 形 式 存 在 于 膜 的 外 侧 表 面 。22. 孔 蛋 白 (porin)孔 蛋 白 是 存 在 于 细 菌 质 膜 的 外 膜 、 线 粒 体 和 叶 绿 体 的 外 膜 上 的 通 道 蛋 白 ,它 们 允 许 较 大 的 分 子 通 过 ,其 中 线 粒 体 孔 蛋 白 可 通 过 的 最 大 分 子 为6000 道 尔 顿 ,而 叶 绿 体 的 孔 蛋 白 则 可 通 过 相 对 分 子 质 量 在 10,000 到13,0
31、00 之 间 的 物 质 。孔 蛋 白 是 膜 整 合 蛋 白 ,它 的 膜 脂 结 合 区 与 其 他 的 跨 膜 蛋 白 不 同 ,不 是 螺 旋 ,而 是 折 叠 。23. 冰 冻 断 裂 (freeze fracture)一 种 制 备 电 子 显 微 镜 样 品 的 方 法 。 将 组 织 放 在 液 氮 中 快 速 下 冷 冻 ， 然 后用 冰 刀 使 样 品 断 裂 分 割 ， 通 过 金 属 复 形 可 进 行 电 镜 观 察 。24. 膜 蛋 白 放 射 性 标 记 法 (radioactive labeling procedure) 研 究 细 胞 膜 蛋 白 分 布 不
32、对 称 的 一 种 方 法 。实 验 中 首 先 要 分 离 细 胞 膜 ,然 后 用 乳 过 氧 化 物 酶 进 行 膜 蛋 白 标 记 。 由 于过 氧 化 物 酶 的 分 子 较 大 而 不 能 透 过 细 胞 膜 ,这 样 可 以 用 于 标 记 膜 外 表 面的 蛋 白 ,包 括 外 周 蛋 白 和 整 合 蛋 白 的 外 部 分 。 标 记 后 ,分 离 膜 蛋 白 ,电 泳分 离 和 放 射 自 显 影 进 行 鉴 定 。 若 是 要 标 记 膜 内 侧 的 蛋 白 ,则 需 将 膜 置 于低 离 子 强 度 的 溶 液 中 以 提 高 膜 的 通 透 性 ,使 乳 过 氧 化
33、物 酶 进 入 膜 泡 进 行内 侧 蛋 白 的 标 记 。25. 相 变 (phase transition)膜 的 流 动 镶 嵌 模 型 说 明 生 物 膜 是 一 种 动 态 的 结 构 , 具 有 膜 脂 的 流 动性 (fluidity)和 膜 蛋 白 的 运 动 性 (mobility)。膜 的 流 动 性 主 要 是 由 膜 的 双 脂 层 的 状 态 变 化 引 起 的 。 在 生 理 条 件 下 , 膜脂 多 呈 液 晶 态 , 温 度 下 降 至 某 点 , 则 变 为 晶 态 。 一 定 温 度 下 , 晶 态 又可 溶 解 再 变 成 液 晶 态 。 这 种 临 界
34、温 度 称 为 相 变 温 度 , 在 不 同 温 度 下 发生 的 膜 脂 状 态 的 改 变 称 为 相 变 (phase transition)。26. 侧 向 扩 散 (lateral diffusion)又 称 侧 向 迁 移 。 在 同 一 单 层 内 的 脂 分 子 经 常 互 相 换 位 , 其 速 度 相 当快 , 有 人 推 测 磷 脂 以 这 种 方 式 从 细 胞 一 端 扩 散 到 另 一 端 只 需 1 2 秒 。这 种 运 动 始 终 保 持 脂 分 子 在 质 膜 中 的 排 布 方 向 ， 亲 水 的 基 团 朝 向 膜 表 面 ，疏 水 的 尾 指 向 膜
35、的 内 部 。27. 翻 转 扩 散 (transverse diffusion)又 称 为 翻 转 (flip-flop)。 它 是 指 脂 分 子 从 脂 双 层 的 一 个 层 面 翻 转 至 另 一个 层 面 的 运 动 。 磷 脂 发 生 翻 转 运 动 时 ,磷 脂 的 亲 水 头 部 基 团 必 须 克 服 内 部疏 水 区 的 阻 力 ,这 在 热 力 学 上 是 不 利 的 。 但 是 有 些 细 胞 含 有 翻 转 酶(flipase)能 够 促 使 某 些 磷 脂 从 膜 脂 的 一 叶 翻 转 到 另 一 叶 ， 所 以 这 些 酶 在 维 持膜 脂 的 不 对 称 分
36、 布 中 起 重 要 作 用 。28. 细 胞 融 合 (cell fusion)自 发 条 件 下 或 人 工 诱 导 下 , 两 个 不 同 基 因 型 的 细 胞 或 原 生 质 体 融 合 形成 一 个 杂 种 细 胞 。 基 本 过 程 包 括 细 胞 融 合 导 致 异 核 体 (heterokaryon)的形 成 , 异 核 体 通 过 细 胞 有 丝 分 裂 导 致 核 的 融 合 , 形 成 单 核 的 杂 种 细 胞 。有 性 生 殖 时 发 生 正 常 的 细 胞 融 合 , 即 由 两 个 配 子 融 合 成 一 个 合 子 。人 、 鼠 细 胞 融 合 实 验 分 三
37、 步 进 行 首 先 用 荧 光 染 料 标 记 抗 体 将小 鼠 的 抗 体 与 发 绿 色 荧 光 的 荧 光 素 (fluorescin)结 合 , 人 的 抗 体 与 发 红 色荧 光 的 罗 丹 明 (rhodamine)结 合 ； 第 二 步 是 将 小 鼠 细 胞 和 人 细 胞 在 灭 活 的仙 台 病 毒 的 诱 导 下 进 行 融 合 ； 最 后 一 步 将 标 记 的 抗 体 加 入 到 融 合 的 人 、 鼠细 胞 中 ， 让 这 些 标 记 抗 体 同 融 合 细 胞 膜 上 相 应 的 抗 原 结 合 。 开 始 ,融合 的 细 胞 一 半 是 红 色 , 一 半
38、是 绿 色 。 在 37 下 40 分 钟 后 , 两 种 颜 色的 荧 光 在 融 合 的 杂 种 细 胞 表 面 呈 均 匀 分 布 ， 这 说 明 抗 原 蛋 白 在 膜 平 面 内 经扩 散 运 动 而 重 新 分 布 。 这 种 过 程 不 需 要 ATP。 如 果 将 对 照 实 验 的 融 合 细胞 置 于 低 温 (1 )下 培 育 , 则 抗 原 蛋 白 基 本 停 止 运 动 。 这 一 实 验 结 果 令 人信 服 地 证 明 了 膜 整 合 蛋 白 的 侧 向 扩 散 运 动 。29. 成 斑 (patching)、 成 帽 (capping)反 应淋 巴 细 胞 通
39、过 产 生 抗 体 对 外 源 蛋 白 进 行 应 答 ,抗 体 分 子 位 于 细 胞 质 膜上 。 蛋 白 质 能 够 在 不 同 的 动 物 中 诱 导 产 生 抗 体 ， 如 果 将 小 鼠 的 抗 体 注 入 兔子 中 ,兔 子 将 会 产 生 抗 小 鼠 抗 体 的 抗 体 。 可 以 从 兔 子 的 血 液 中 分 离 这 种 抗 体 ,并 将 这 种 抗 体 共 价 连 接 到 荧 光 染 料 上 ,就 可 以 通 过 荧 光 显 微 镜 进 行 观 察 。当 兔 子 的 抗 小 鼠 的 抗 体 与 小 鼠 的 淋 巴 细 胞 混 合 时 ,带 有 标 记 的 抗 体 就会 同
40、 小 鼠 淋 巴 细 胞 质 膜 上 的 抗 体 结 合 ,并 分 布 在 整 个 淋 巴 细 胞 的 表 面 ,但 很 快 就 会 成 块 或 成 斑 。 导 致 这 种 现 象 的 原 因 是 抗 体 是 多 价 的 ,每 一个 兔 子 的 抗 体 能 够 同 小 鼠 细 胞 质 膜 表 面 的 多 个 抗 体 分 子 反 应 ,也 就 是 说小 鼠 的 每 一 个 膜 抗 体 将 同 多 个 兔 子 的 抗 体 反 应 。 这 样 , 在 小 鼠 淋 巴 细胞 的 细 胞 质 膜 表 面 形 成 “兔 抗 小 鼠 抗 体 分 子 -小 鼠 膜 结 合 抗 体 ”的 斑 。斑 逐 渐 聚
41、集 扩 大 ,当 小 鼠 淋 巴 细 胞 质 膜 表 面 抗 体 全 部 同 兔 子 的 抗 小 鼠 抗 体结 合 后 ,将 会 在 细 胞 表 面 的 一 侧 形 成 “帽 子 ”结 构 ,最 后 通 过 内 吞 作 用 进入 细 胞 。 很 显 然 ,如 果 小 鼠 细 胞 质 膜 中 的 抗 体 蛋 白 不 能 自 由 的 进 行 侧 向 扩散 的 话 ,斑 和 帽 都 是 不 能 形 成 的 。30. 光 脱 色 荧 光 恢 复 技 术 (fluorescence recovery after photobleaching FRAP)研 究 膜 流 动 性 的 一 种 方 法 。 首
42、先 用 荧 光 物 质 标 记 膜 蛋 白 或 膜 脂 , 然 后 用 激 光 束 照 射 细 胞 表 面 某 一 区 域 , 使 被 照 射 区 域 的 荧 光 淬 灭 变 暗 形成 一 个 漂 白 斑 。 由 于 膜 的 流 动 性 ,漂 白 斑 周 围 的 荧 光 物 质 随 着 膜 蛋 白 或 膜脂 的 流 动 逐 渐 将 漂 白 斑 覆 盖 ， 使 淬 灭 区 域 的 亮 度 逐 渐 增 加 , 最 后 恢 复到 与 周 围 的 荧 光 光 强 度 相 等 。细 胞 膜 蛋 白 的 标 记 方 法 有 很 多 种 。 可 以 用 非 特 异 性 的 染 料 ,如 异 硫氰 酸 荧 光
43、 素 (fluorescein isothiocyanate,FITC)将 细 胞 膜 蛋 白 全 部 进 行 标 记 。也 可 用 特 异 性 的 探 针 ,如 荧 光 抗 体 ,标 记 特 异 的 膜 蛋 白 。 膜 蛋 白 一 旦 被 标记 就 可 用 激 光 束 进 行 局 部 照 射 处 理 ,使 荧 光 脱 色 ,形 成 直 径 约 为 1 m的 白 斑 。 若 是 可 移 动 的 膜 蛋 白 ,则 会 因 蛋 白 的 移 动 ,使 白 斑 消 失 ,若 是 不能 移 动 的 蛋 白 .则 白 斑 不 会 消 失 。根 据 荧 光 恢 复 的 速 度 , 可 推 算 膜 脂 的 扩
44、 散 速 度 为 每 秒 钟 为 几 个 微 米 ，而 膜 蛋 白 的 扩 散 速 度 变 化 幅 度 较 大 ， 少 数 膜 蛋 白 的 扩 散 速 度 可 达 到 膜 脂 的速 度 ， 大 多 数 蛋 白 的 扩 散 速 度 都 比 膜 脂 慢 ， 还 有 一 些 膜 蛋 白 完 全 限 于 某 一个 区 域 。 正 是 这 种 限 制 ， 使 膜 形 成 一 些 特 定 的 膜 微 区 (membrane domain),这 些 微 区 具 有 不 同 的 蛋 白 组 成 和 功 能 。 这 实 际 上 是 膜 蛋 白 不 对 称分 布 带 来 膜 功 能 的 不 对 称 。FRAP 技
45、 术 也 有 它 的 不 足 之 处 。 第 一 ,它 只 能 检 测 膜 蛋 白 的 群 体 移 动 ,而 不 能 观 察 单 个 蛋 白 的 移 动 。 其 次 ,它 不 能 证 明 膜 蛋 白 在 移 动 时 是 否 受 局部 条 件 的 限 制 。 为 了 克 服 这 些 不 足 ,发 展 了 单 颗 粒 示 综 (single-particle tracking,SPT)技 术 ,可 以 用 抗 体 金 (直 径 15 40 nm)来 标 记 单 个 膜 蛋 白 ,然 后 通 过 计 算 机 控 制 的 摄 像 显 微 镜 进 行 观 察 。31. 电 子 自 旋 共 振 谱 技 术
46、 (electron spin-resonance spectroscopy,ESR) 证 明 膜 脂 流 动 性 的 一 种 方 法 。 在 该 技 术 中 将 一 个 含 有 不 配 对 的 电 子 基 团(通 常 是 硝 基 氧 基 团 )加 到 磷 脂 的 脂 肪 酸 尾 端 ， 这 就 是 所 谓 的 自 旋 标 记(spin-label )。 当 将 这 种 脂 暴 露 于 外 加 磁 场 时 ， 由 于 不 配 对 电 子 基 团 的 存 在 ，它 能 够 自 旋 产 生 顺 磁 场 信 号 ， 这 种 共 振 能 够 被 仪 器 检 测 获 得 共 振 谱 。 如 果被 标 记
47、 的 脂 位 于 脂 双 层 ， 根 据 共 振 谱 就 可 以 判 断 膜 脂 的 流 动 性 。32. 细 胞 运 输 (cellular transport) 这 种 运 输 主 要 是 细 胞 与 环 境 间 的 物 质 交 换 ,包 括 细 胞 对 营 养 物 质 的 吸收 、 原 材 料 的 摄 取 和 代 谢 废 物 的 排 除 及 产 物 的 分 泌 。 如 细 胞 从 血 液 中 吸 收葡 萄 糖 以 及 细 胞 质 膜 上 的 离 子 泵 将 Na+泵 出 、 将 K+泵 入 细 胞 都 属 于 这种 运 输 范 畴 。33. 胞 内 运 输 (intracellular
48、transport) 是 真 核 生 物 细 胞 内 膜 结 合 细 胞 器 与 细 胞 内 环 境 进 行 的 物 质 交 换 。 包 括 细胞 核 、 线 粒 体 、 叶 绿 体 、 溶 酶 体 、 过 氧 化 物 酶 体 、 高 尔 基 体 和 内 质 网 等 与细 胞 内 的 物 质 交 换 。34. 转 细 胞 运 输 (transcellular transport) 这 种 运 输 不 仅 仅 是 物 质 进 出 细 胞 ,而 是 从 细 胞 的 一 侧 进 入 ,从 另 一 侧出 去 ,实 际 上 是 穿 越 细 胞 的 运 输 。 在 多 细 胞 生 物 中 ,整 个 细 胞
49、 层 作 为 半 渗透 性 的 障 碍 ， 而 不 仅 仅 是 细 胞 质 膜 。 如 植 物 的 根 部 细 胞 负 责 吸 收 水 份 和 矿物 盐 , 然 后 将 它 们 运 输 到 其 他 组 织 即 是 这 种 运 输 。35. 膜 运 输 蛋 白 (membrane transport protein)膜 运 输 蛋 白 是 膜 整 合 蛋 白 , 或 是 大 的 跨 膜 分 子 复 合 物 , 功 能 是 参 与被 动 运 输 (促 进 扩 散 )或 主 动 运 输 (运 输 泵 )。 参 与 促 进 扩 散 的 膜 运 输 蛋 白虽 然 没 有 酶 活 性 , 但 是 具 有 酶 催 化 的 特 点 ,如 可 达 到 最 高 速 率 、 具 有 特异 性 和 竞 争 抑 制 等 ,因 此 ,运 输 蛋 白 又 被 称 为 透 性 酶 (permease)。 36. 离 子 载 体 (ionophore)离 子 载 体 是 一 些 能 够 极 大 提 高 膜 对 某 些 离 子 通 透 性 的 载 体 分 子 。 大 多 数离 子 载 体 是 细 菌 产 生 的 抗 生 素 ,它 们 能 够 杀 死 某 些 微 生 物 ,其 作 用 机 制就 是 提 高 了 靶 细 胞 膜 通 透 性 ,使 得 靶
