膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式

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.膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式1沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)（基本運(yùn)動(dòng)方式），其擴(kuò)散系數(shù)為10-8cm2/s；2脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)；3脂分子尾部的擺動(dòng)； 4雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生頻率還不到脂分子側(cè)向交換頻率的1010。但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生頻率很高，需要特殊的膜蛋白協(xié)助完成。通道蛋白的特征1轉(zhuǎn)運(yùn)速率高，比載體蛋白高1000倍，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力來自溶質(zhì)的濃度梯度和跨膜電位差；2沒有飽和值，很高的離子濃度下通過的量依然沒有最大值；3離子通道是門控的，活性由通道開啟或關(guān)閉兩種構(gòu)象調(diào)節(jié)；線粒體的超微結(jié)構(gòu)外膜：最外面的一層單位膜結(jié)構(gòu)，光滑而有彈性，含孔蛋白（porin）形成內(nèi)部通道，可以對(duì)細(xì)胞的不同狀態(tài)作出反應(yīng)，可逆地關(guān)閉，通透性較高。標(biāo)志酶是單胺氧化酶。 內(nèi)膜：把膜間隙與基質(zhì)分開的一層單位膜，有很高的蛋白質(zhì)/脂質(zhì)比，具有高度不通透性，物質(zhì)運(yùn)輸借助特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，向內(nèi)折疊形成嵴，增大表面積，能量需求多的細(xì)胞，嵴的數(shù)量多。內(nèi)膜是氧化磷酸化關(guān)鍵場(chǎng)所，內(nèi)膜的嵴上有許多排列規(guī)則的線粒體基粒ATP合酶。標(biāo)志酶是細(xì)胞色素氧化酶。 膜間隙：為內(nèi)外膜之間的腔隙；充滿無定形液體，含許多可溶性酶、底物及輔助因子。標(biāo)志酶是腺苷酸激酶。線粒體基質(zhì)：富含可溶性蛋白質(zhì)的膠狀物質(zhì)，具有特定的pH和滲透壓。含三羧酸循環(huán)酶系，基因中還含有DNA、RNA、核糖體以及轉(zhuǎn)錄、翻譯所必需的重要分子。ATP合酶的分子結(jié)構(gòu)與組成ATP合酶的分子由球形的頭部和基部組成。頭部朝向線粒體基質(zhì)，規(guī)則地排布在內(nèi)膜下并以基部與內(nèi)膜相連。ATP合酶的分子結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)機(jī)制是線粒體研究的重要組成部分。由偶聯(lián)因子1（F1）和偶聯(lián)因子0（F0）兩部分組成。 偶聯(lián)因子1（F1）l 水溶性球蛋白，由3、3、1、1和1等9個(gè)亞基組成；3個(gè)亞基和3個(gè)亞基交替排列，形成“橘瓣”狀結(jié)構(gòu)，和亞基上均有核苷酸結(jié)合位點(diǎn)，其中亞基結(jié)合位點(diǎn)具有催化ATP合成或水解的活性。 l 亞基的一個(gè)結(jié)構(gòu)域構(gòu)成一個(gè)穿過F1的中央軸，亞基的另一個(gè)結(jié)構(gòu)域主要與3個(gè)亞基中的一個(gè)結(jié)合。 l 亞基協(xié)助亞基附著到F0基部，與亞基有很強(qiáng)的親和力，結(jié)合在一起形成“轉(zhuǎn)子”，位于33的中央，共同旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)三個(gè)亞基催化位點(diǎn)的開放和關(guān)閉。 l 亞基是F1和F0相連接所必需的。偶聯(lián)因子0（F0）l F0（偶聯(lián)因子F0）：是嵌合在內(nèi)膜上的疏水蛋白復(fù)合體，F(xiàn)0由a、b、c3種亞基按照a1b2c1012的比例組成一個(gè)跨膜質(zhì)子通道。多拷貝的c亞基形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，a亞基和b亞基二聚體排列在c亞基12聚體形成的環(huán)的外側(cè)，a亞基、b亞基二聚體和亞基共同組成“定子”，也稱外周柄。l F1和F0通過“轉(zhuǎn)子”和“定子”將兩部分連接起來，在合成或水解ATP的過程中，“轉(zhuǎn)子”在通過F0的H+流驅(qū)動(dòng)下在33的中央旋轉(zhuǎn)，依次與3個(gè)亞基作用，調(diào)節(jié)亞基催化位點(diǎn)構(gòu)象的變化；“定子”在一側(cè)將33與F0連接起來并保持固定的位置，F(xiàn)0的作用之一就是將跨膜質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換成扭力距，驅(qū)動(dòng)“轉(zhuǎn)子”旋轉(zhuǎn)。類囊體的結(jié)構(gòu)與功能l 類囊體內(nèi)的空間稱為類囊體腔。l 類囊體有序疊置成垛基粒；l 組成基粒的類囊體為基粒類囊體。l 貫穿于基粒之間不形成垛疊的片層結(jié)構(gòu)為基質(zhì)片層，或基質(zhì)類囊體。l 類囊體的垛疊是動(dòng)態(tài)的，垛疊和非垛疊可以相互轉(zhuǎn)換，全部的類囊體是一個(gè)完整連續(xù)的封閉膜囊；l 類囊體的化學(xué)組成：含豐富的半乳糖糖脂和極少的磷脂，以不飽和脂肪酸為主，脂質(zhì)雙分子層流動(dòng)性非常大。蛋白質(zhì)/脂質(zhì)比很高，與葉綠體行使光合作用有關(guān)。l 類囊體膜上鑲嵌有大小、數(shù)量不等的顆粒：PSII、Ctyb6f復(fù)合物 、PSI、CF0-CF1ATP酶，有利于光合作用的的進(jìn)行。舉例說明線粒體是半自主性細(xì)胞器線粒體和葉綠體的功能主要受細(xì)胞核基因組調(diào)控，但同時(shí)又受到自身基因組的調(diào)控半自主性細(xì)胞器。以非孟德爾方式遺傳。1線粒體和葉綠體的DNA mtDNA /ctDNA形狀、數(shù)量、大??； 雙鏈環(huán)狀（除綠藻mtDNA，草履蟲mtDNA）； mtDNA在動(dòng)物中的拷貝數(shù)（1000-10000bp），ctDNA在植物中大小差異比較大（200-2500kb）； 每個(gè)mtDNA分子大小：人16kb，37個(gè)基因,酵母78kb； 每個(gè)線粒體約含6個(gè)mtDNA，每個(gè)葉綠體約含12個(gè)ctDNA。 mtDNA和ctDNA均以半保留方式進(jìn)行自我復(fù)制；mtDNA復(fù)制的時(shí)間主要在細(xì)胞周期的S期及G2期，DNA先復(fù)制，隨后線粒體分裂。ctDNA復(fù)制的時(shí)間在G1期。復(fù)制仍受核控制。2線粒體和葉綠體中的蛋白質(zhì)l 線粒體和葉綠體合成蛋白質(zhì)的種類十分有限：哺乳動(dòng)物細(xì)胞MtDNA編碼Mt核糖體中2種rRNA（12S和16S），22種tRNA，13種多肽（復(fù)合物中7個(gè)亞基，復(fù)合物中1個(gè)亞基，復(fù)合物中3個(gè)亞基，F(xiàn)0中2個(gè)亞基）； l 葉綠體基因組編碼4種rRNA、30種tRNA和100多種多肽。 l 不同來源的線粒體基因，其表達(dá)產(chǎn)物既有共性，也存在差異（表6-1）l 線粒體或葉綠體蛋白質(zhì)合成體系對(duì)核基因組具有依賴性3線粒體和葉綠體基因組與細(xì)胞核的關(guān)系核質(zhì)互作：在真核細(xì)胞中，細(xì)胞核與線粒體、葉綠體之間在遺傳信息和基因表達(dá)調(diào)控等層次上建立的分子協(xié)作機(jī)制。有序的核質(zhì)互作為真核細(xì)胞的生命活動(dòng)提供必要的保證。核質(zhì)互作的細(xì)胞核或線粒體、葉綠體基因單方面發(fā)生突變，引起細(xì)胞中的分子協(xié)作機(jī)制出現(xiàn)障礙時(shí)，細(xì)胞或真核生物個(gè)體通常會(huì)表現(xiàn)出一些異常的表型。這類表型背后的分子機(jī)制被統(tǒng)稱為核質(zhì)沖突。人類的線粒體疾病是核質(zhì)沖突的結(jié)果，表現(xiàn)為母系遺傳，表明直接的原因來源于線粒體基因的突變。在線粒體和葉綠體的基因表達(dá)過程中，一些基因中的個(gè)別堿基需要接受必要的修飾方可翻譯出正確的蛋白質(zhì)RNA編輯。RNA編輯發(fā)生障礙時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)核質(zhì)沖突的表型，暗示RNA編輯有可能是真核細(xì)胞為有效消除核質(zhì)沖突而獲得的一種分子機(jī)制。 N-連接糖基化是如何進(jìn)行的N-連接糖基化：發(fā)生在rER，一個(gè)由14個(gè)糖殘基的寡糖鏈，在糖基轉(zhuǎn)移酶作用下，從供體磷酸多萜醇上轉(zhuǎn)移到新生肽鏈的特定三肽序列的Asn殘基上；N-連接寡糖鏈都有一個(gè)共同的前體；成熟的N-連接寡糖鏈都含有2個(gè)N-乙酰葡萄糖胺和3個(gè)甘露糖殘基。用信號(hào)肽假說論述蛋白質(zhì)在rER上合成的過程。1蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上起始合成，當(dāng)肽鏈延伸至80個(gè)氨基酸左右，N端的信號(hào)序列暴露出核糖體與SRP結(jié)合使肽鏈延伸暫停，SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的停泊蛋白結(jié)合，GTP與SRP和DP結(jié)合強(qiáng)化這種結(jié)合； 2核糖體/新生肽與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的移位子結(jié)合，SRP脫離信號(hào)序列和核糖體，返回基質(zhì)重復(fù)使用，肽鏈開始延伸； 3信號(hào)肽與移位子組分結(jié)合使孔道打開，信號(hào)肽穿入rER膜引導(dǎo)肽鏈以袢環(huán)的形式進(jìn)入rER腔，是一個(gè)耗能過程；4rER腔面上信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽使其降解，肽鏈延伸直至完成整個(gè)多肽鏈的合成，蛋白質(zhì)進(jìn)入rER腔并折疊，核糖體釋放，移位子關(guān)閉。 蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)的過程。l 線粒體基質(zhì)蛋白N端靶向信號(hào)序列共享相同的基序： 富含疏水性氨基酸、帶正電荷的堿性氨基酸（Arg）和羥基氨基酸（Ser）、缺少帶負(fù)電荷的氨基酸； 形成既具有親水性又具有疏水性的螺旋結(jié)構(gòu)，有利于穿膜。l 基本步驟： 在游離核糖體上合成前體蛋白，與胞質(zhì)蛋白分子伴侶Hsc70結(jié)合，使其保持未折疊或部分折疊狀態(tài)，其N端具有基質(zhì)靶向序列，前體蛋白與內(nèi)外膜接觸點(diǎn)附近的輸入受體結(jié)合，被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入輸入孔；輸入的蛋白通過內(nèi)外膜接觸點(diǎn)的輸入通道； 線粒體基質(zhì)分子伴侶中Hsc70與輸入蛋白結(jié)合并水解ATP以驅(qū)動(dòng)基質(zhì)蛋白的輸入； 輸入的基質(zhì)蛋白其基質(zhì)靶向序列被基質(zhì)蛋白酶切除，同時(shí)Hsc70從新輸入的基質(zhì)蛋白上釋放出來，進(jìn)而折疊，產(chǎn)生活性構(gòu)象。簡(jiǎn)要說明核基因編碼的蛋白質(zhì)分選的2條途徑。l 兩條分選途徑：1翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：在細(xì)胞質(zhì)中游離核糖體上完成多肽合成，然后轉(zhuǎn)運(yùn)至膜圍繞的細(xì)胞器線粒體、葉綠體、過氧化物酶體和細(xì)胞核，或者成為胞質(zhì)基質(zhì)的可溶性駐留蛋白和支架蛋白； 2共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：蛋白質(zhì)合成起始后有信號(hào)肽引導(dǎo)轉(zhuǎn)移至rER，新生肽鏈邊合成邊轉(zhuǎn)入rER，經(jīng)GC運(yùn)至溶酶體、細(xì)胞膜或分泌到細(xì)胞外，包括ER和GC本身的蛋白質(zhì)。 線粒體基質(zhì)蛋白N端靶向信號(hào)序列（導(dǎo)肽）的基序特點(diǎn)。l 線粒體基質(zhì)蛋白N端靶向信號(hào)序列共享相同的基序： 富含疏水性氨基酸、帶正電荷的堿性氨基酸（Arg）和羥基氨基酸（Ser）、缺少帶負(fù)電荷的氨基酸； 形成既具有親水性又具有疏水性的螺旋結(jié)構(gòu)，有利于穿膜。膜泡運(yùn)輸?shù)念愋秃头绞?。COPII包被膜泡的裝配與運(yùn)輸 負(fù)責(zé)順向運(yùn)輸：從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸；COPII包被由下列蛋白組分形成Sar1、Sec23/Sec24復(fù)合物、 Sec13/Sec31復(fù)合物以及大的纖維蛋白Sec16。COPI包被膜泡的裝配與運(yùn)輸 逆向運(yùn)輸：負(fù)責(zé)從高爾基體反面囊膜到順面內(nèi)膜，高爾基體順面內(nèi)膜到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)，回收錯(cuò)誤分選的逃逸蛋白網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸 負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運(yùn)輸；在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑也負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜內(nèi)吞泡(細(xì)胞質(zhì)) 胞內(nèi)體溶酶體運(yùn)輸；細(xì)胞內(nèi)受體的功能結(jié)構(gòu)域受體有三個(gè)結(jié)構(gòu)域： C端結(jié)構(gòu)域：激素結(jié)合位點(diǎn)；中部結(jié)構(gòu)域：富含有Cys、具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)；N端結(jié)構(gòu)域：轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。 cAMP-PKA信號(hào)通路對(duì)真核細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控cAMP-PKA信號(hào)通路對(duì)真核細(xì)胞基因表達(dá)的調(diào)控：應(yīng)答胞外信號(hào)緩慢的反應(yīng)過程，反應(yīng)鏈可表示為：激素G-蛋白偶聯(lián)受體G-蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A（PKA）基因調(diào)控蛋白（CREB）磷酸化基因轉(zhuǎn)錄。 磷脂酰肌醇雙信號(hào)信使通路是如何實(shí)現(xiàn)的？簡(jiǎn)述受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號(hào)通路l 受體酪氨酸激酶（RTKs）：鑒定有50余種，包括7個(gè)亞族，所有RTKs的N端位于細(xì)胞外，是配體結(jié)構(gòu)域，C端位于胞內(nèi)，具有酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域，并有自磷酸化位點(diǎn)。胞外配體是可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，包括多種生長(zhǎng)因子和胰島素，其功能是控制細(xì)胞生長(zhǎng)、分化； l 絕大多數(shù)RTK是單體跨膜蛋白，一個(gè)疏水的跨膜螺旋；配體結(jié)合導(dǎo)致受體二聚化形成二聚體，激活受體的蛋白酪氨酸激酶活性，二聚體內(nèi)彼此交叉磷酸化受體胞內(nèi)肽段的一個(gè)或多個(gè)酪氨酸殘基，結(jié)合多種底物。l 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體受體受體二聚化受體的自磷酸化激活RTK胞內(nèi)信號(hào)蛋白啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)l RTK-Ras信號(hào)通路：Ras蛋白是GTPase開關(guān)。RasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進(jìn)入細(xì)胞核其它激酶或基因調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）的磷酸化修鈽，對(duì)基因的表達(dá)產(chǎn)生多種效應(yīng)。組蛋白的種類和功能組蛋白：是構(gòu)成真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，富含帶有正電荷的Arg和Lys等堿性氨基酸，可以和酸性的DNA緊密結(jié)合。 核小體組蛋白：H2A、H2B、H3和H4，通過C端的疏水氨基酸（Val、Ile）互相結(jié)合，N端帶正電荷氨基酸（Arg、Lys）與DNA分子結(jié)合，幫助DNA卷曲形成核小體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，沒有種屬及組織特異性，在進(jìn)化上十分保守。 H1組蛋白：N端和C端兩個(gè)“臂”的氨基酸的變異較大，在構(gòu)成核小體時(shí)H1起連接作用, 它賦予染色質(zhì)以極性，有一定的種屬及組織特異性。目前所知Caspase依賴性細(xì)胞凋亡的過程死亡受體起始的外源途徑凋亡信號(hào)通路：死亡配體主要是腫瘤壞死因子（TNF)家族成員，死亡配體的生物學(xué)功能是通過與細(xì)胞表面的受體結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的，TNF-R1和Fas是死亡受體家族的代表成員，它們的胞質(zhì)部分均含有死亡結(jié)構(gòu)域（DD），負(fù)責(zé)招募凋亡信號(hào)通路中的信號(hào)分子。線粒體起始的內(nèi)源途徑細(xì)胞受到內(nèi)部或外部的凋亡信號(hào)刺激時(shí)，線粒體外膜的通透性會(huì)發(fā)生改變，向細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中釋放出凋亡相關(guān)因子，引發(fā)細(xì)胞凋亡。哺乳動(dòng)物細(xì)胞接受凋亡信號(hào)刺激，Cytc從線粒體釋放到細(xì)胞質(zhì)中，與另一個(gè)凋亡因子Apaf-1結(jié)合，N端有Caspase募集結(jié)構(gòu)域，與Cytc發(fā)生自身聚合，招募Caspase-9形成調(diào)亡復(fù)合體，自切割活化，進(jìn)一步激活執(zhí)行Caspase，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生。錨定連接及其類型。錨定連接的類型、結(jié)構(gòu)與功能1與中間絲相連的錨定連接：橋粒與半橋粒； 橋粒:細(xì)胞內(nèi)錨蛋白形成獨(dú)特的盤狀胞質(zhì)致密斑，一側(cè)與細(xì)胞的中間絲相連，另一側(cè)與跨膜的粘連蛋白相連，在兩個(gè)細(xì)胞之間形成紐扣式的結(jié)構(gòu)，將相鄰細(xì)胞鉚接在一起。 胞內(nèi)錨蛋白包括：橋粒斑珠蛋白和橋粒斑蛋白； 跨膜粘連蛋白包括：橋粒芯蛋白和橋粒芯膠粘蛋白。 半橋粒: 半橋粒與橋粒形態(tài)類似，但功能和化學(xué)組成不同。它通過細(xì)胞質(zhì)膜上的跨膜粘連蛋白整聯(lián)蛋白，與整聯(lián)蛋白相連的胞外基質(zhì)是層粘連蛋白，將上皮細(xì)胞固著在基底膜上, 在半橋粒中，中間纖維不是穿過而是終止于半橋粒的致密斑內(nèi)。2與肌動(dòng)蛋白纖維相連的錨定連接：黏合帶與黏合斑。 粘合帶：位于緊密連接下方,相鄰細(xì)胞間形成一個(gè)連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)。間隙約30nm，其間由Ca2+依賴跨膜粘連蛋白形成胞間橫橋相連接。細(xì)胞內(nèi)的錨蛋白有連環(huán)蛋白、紐蛋白和-輔肌動(dòng)蛋白等；相連的骨架纖維是肌動(dòng)蛋白纖維。 粘合斑：細(xì)胞通過肌動(dòng)蛋白纖維和整聯(lián)蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接方式，胞外基質(zhì)主要是膠原和纖連蛋白；胞內(nèi)錨蛋白有talin、-輔肌動(dòng)蛋白、filamin和紐蛋白。 間隙連接的基本結(jié)構(gòu)。連接子(connexon) 是間隙連接的基本單位。每個(gè)連接子由6個(gè)connexin分子組成。連接子中心形成一個(gè)直徑約1.5nm的親水性孔道。間隙連接單位由兩個(gè)連接子對(duì)接構(gòu)成。 間隙連接處相鄰細(xì)胞質(zhì)膜間的間隙為23nm 。 已分離20余種構(gòu)成連接子的蛋白，屬同一蛋白家族，其分子量2660KD不等；連接子蛋白具有4個(gè)-螺旋的跨膜區(qū)，是該蛋白家族最保守的區(qū)域；連接子蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)都比較保守，并有相似的抗原性。不同類型細(xì)胞表達(dá)不同的連接子蛋白，間隙連接的孔徑與調(diào)控機(jī)制有所不同。 .