18. 脂錨定蛋白(lipid-anchored)
又稱脂連接蛋白(lipid-linked protein),通過共價健的方式同脂分子結合,位于脂雙層的外側。同脂的結合有兩種方式,一種是蛋白質直接結合于脂雙分子層,另一種方式是蛋白并不直接同脂結合,而是通過一個糖分子間接同脂結合。
通過與糖的連接被錨定在膜脂上的蛋白質主要是通過短的寡糖與包埋在脂雙層外葉中的糖基磷脂酰肌醇
(glycosylphophatidylionositol,GPI)相連而被錨定在質膜的外側。之所以能夠在膜上發現這類脂錨定蛋白,是因為用特異識別和切割含有肌醇磷脂的磷脂酶處理細胞膜能釋放出蛋白質。這類脂錨定蛋白通常是膜受體、酶和細胞粘著分子。一種很少見的貧血?陣發性血紅蛋白夜尿就是GPI合成缺陷,導致紅細胞容易破裂所至。
另一類存在于細胞質面脂錨定蛋白是通過長的包埋在脂雙層中的碳氫鏈進行錨定的。目前至少發現兩種蛋白(Src 和Ras)是通過這種方式被錨定在質膜的細胞質面,提示這種錨定方式與細胞從正常狀態向惡性狀態轉化有關。
19. 片層結構模型(Lamella structure model)
1935年James Danielli和Hugh
Davson所提出,又稱或三明治式模型。該模型認為膜的骨架是脂肪形成的脂雙層結構,脂雙層的內外兩側都是由一層蛋白質包被,即蛋白質-脂-蛋白質的三層結構,內外兩層的蛋白質層都非常薄。并且,蛋白層是以非折疊、完全伸展的肽鏈形式包在脂雙層的內外兩側。1954年對該模型進行了修改:膜上有一些二維伸展的孔,孔的表面也是由蛋白質包被的,這樣使孔具有極性,可提高水對膜的通透性。
這一模型是第一次用分子術語描述的結構, 并將膜結構同所觀察到的生物學理化性質聯系起來, 對后來的研究有很大的啟發。
20. 單位膜模型(unit membrane model)
1959年J.D.Robertson所提出。主要是根據電子顯微鏡的觀察,發現細胞膜是類似鐵軌結構(“railroad track”),
兩條暗線被一條明亮的帶隔開,顯示暗---明---暗的三層,總厚度為7.5 nm,中間層為3.5 nm,內外兩層各為2
nm。并推測:暗層是蛋白質, 透明層是脂,并建議將這種結構稱為單位膜。
單位膜模型是在片層結構模型的基礎上發展起來的另一個重要模型。它與片層結構模型有許多相同之處,最重要的修改是膜脂雙分子層內外兩側蛋白質存在的方式不同。單位膜模型強調的是蛋白質為單層伸展的β折疊片狀,
而不是球形蛋白。另外,單位膜模型還認為膜的外側表面的膜蛋白是糖蛋白,而且膜蛋白在兩側的分布是不對稱的。這一模型能夠解釋細胞質膜的一些基本特性,例如質膜有很高的電阻,這是由于膜脂的非極性端的碳氫化合物是不良導體的緣故;再如由于膜脂的存在,使它對脂溶性強的非極性分子有較高的通透性,而脂溶性弱的小分子則不易透過膜。
單位膜也有一些不足∶首先該模型把膜看成是靜止的,無法說明膜如何適應細胞生命活動的變化;其二,不同的膜其厚度不都是7.5 nm,一般在5~10
nm之間;其三,如果蛋白質是伸展的, 則不能解釋酶的活性同構型的關系。還有,該模型也不能解釋為什么有的膜蛋白很容易被分離,有些則很難。
21. 流動鑲嵌模型(fluid mosaic model)
1972年Singer 和Nicolson 總結了當時有關膜結構模型及各種研究新技術的成就,提出了流動鑲嵌模型,認為球形膜蛋白分子以各種鑲嵌形式與脂雙分子層相結合, 有的附在內外表面, 有的全部或部分嵌入膜中, 有的貫穿膜的全層, 這些大多是功能蛋白。
流動相嵌模型有兩個主要特點。其一,蛋白質不是伸展的片層,而是以折疊的球形鑲嵌在脂雙層中,蛋白質與膜脂的結合程度取決于膜蛋白中氨基酸的性質。第二個特點就是膜具有一定的流動性,不再是封閉的片狀結構,以適應細胞各種功能的需要。
這一模型強調了膜的流動由性和不對稱性,較好地體現細胞的功能特點,被廣泛接受,也得到許多實驗的支持。后來又發現碳水化合物是以糖脂或糖蛋白的形式存在于膜的外側表面。
22. 孔蛋白(porin)
孔蛋白是存在于細菌質膜的外膜、線粒體和葉綠體的外膜上的通道蛋白,它們允許較大的分子通過,其中線粒體孔蛋白可通過的最大分子為6000道爾頓,而葉綠體的孔蛋白則可通過相對分子質量在10,000到13,000之間的物質。
孔蛋白是膜整合蛋白,它的膜脂結合區與其他的跨膜蛋白不同,不是α螺旋,而是β折疊。
23. 冰凍斷裂(freeze fracture)
一種制備電子顯微鏡樣品的方法。將組織放在液氮中快速下冷凍,然后用冰刀使樣品斷裂分割,通過金屬復形可進行電鏡觀察。
24. 膜蛋白放射性標記法(radioactive labeling procedure)
研究細胞膜蛋白分布不對稱的一種方法。
實驗中首先要分離細胞膜,然后用乳過氧化物酶進行膜蛋白標記。由于過氧化物酶的分子較大而不能透過細胞膜,這樣可以用于標記膜外表面的蛋白,包括外周蛋白和整合蛋白的外部分。標記后,分離膜蛋白,電泳分離和放射自顯影進行鑒定。若是要標記膜內側的蛋白,則需將膜置于低離子強度的溶液中以提高膜的通透性,使乳過氧化物酶進入膜泡進行內側蛋白的標記。
25. 相變(phase transition)
膜的流動鑲嵌模型說明生物膜是一種動態的結構, 具有膜脂的流動性(fluidity)和膜蛋白的運動性(mobility)。
膜的流動性主要是由膜的雙脂層的狀態變化引起的。在生理條件下, 膜脂多呈液晶態, 溫度下降至某點, 則變為晶態。一定溫度下, 晶態又可溶解再變成液晶態。這種臨界溫度稱為相變溫度, 在不同溫度下發生的膜脂狀態的改變稱為相變(phase transition)。
26. 側向擴散(lateral diffusion)
又稱側向遷移。在同一單層內的脂分子經常互相換位, 其速度相當快, 有人推測磷脂以這種方式從細胞一端擴散到另一端只需1~2秒。這種運動始終保持脂分子在質膜中的排布方向,親水的基團朝向膜表面,疏水的尾指向膜的內部。