第六部分_生物膜及信号转导途径.doc

第六部分：生物膜与细胞信号转导（申业老师） ---橄榄枝整理 名词解释： 生物膜：指细胞内的膜系统与细胞质膜的统称，包括细胞膜、内膜系统、线粒体、叶绿体内外膜。 膜骨架：指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维持细胞膜的形状并协助细胞膜完成许多生理功能。⒈广义：包括生物体与环境之间，生物体细胞之间，以及细胞内以各种物理化学物质为载体的所有信息交流系统。指细胞受到环境和胞间化学信号刺激后，引起的胞内的生物化学信号传递过程。⒉狭义：细胞感受、转导及传递内外环境刺激并调节细胞反应的生物化学分子机制。 简答题： 组成生物膜的蛋白种类和结构 根据与脂双层的紧密程度，可将膜蛋白分为三类： 整合蛋白(Integral proteins)： 穿透脂双层，所有整合蛋白都是跨膜蛋白穿过整个脂双层，具有突出于膜的胞外和胞质两侧的结构域。某些整合蛋白只有一个跨膜区，有些具有多次跨膜。含有一个或多个跨膜双螺旋，也是兼性的，即兼有亲水和疏水部分，跨膜结构域的氨基酸残基与脂双层的脂酰键之间形成疏水的相互作用，整合膜蛋白伸入胞质或胞外间隙的部分具有亲水性质，可与水溶性物质相互作用。 外周蛋白(Peripheral proteins)： 完全位于脂双层之外，分布在胞质侧或胞外侧，与质膜表面都以非共价键形式连接。研究最好的是位于质膜内表面(胞质面)的外周蛋白，它们在该处形成一个纤维网络，即膜“骨架”，这些蛋白给膜提供机械支持，并为整合蛋白提供锚定位点。 脂锚定蛋白(Lipid-anchored proteins)： 位于脂双层之外，在胞质侧或胞外侧，与相连的脂分子呈共价连接。①蛋白质通过与甘油磷脂酰肌醇(GPI)分子连接的寡糖链结合到膜上，GPI包埋在脂双层外小叶中 ②质膜胞质侧的蛋白质通过长的包埋在脂双层内小叶中的碳氢链锚定在膜上。 试述溶质分子跨膜运动的基本机制 (a)简单扩散(Simple diffusion)：总是从高浓度到低浓度 (b)简单扩散：通过整合蛋白组成的亲水通道，从高浓度到低浓度 (c) 易化扩散(Facilitated diffusion)：溶质分子特异结合到膜蛋白载体(facilitative transporter)上，运动方向从高浓度到低浓度 (d) 主动运输(Active transport )：通过蛋白运输体(protein transporter )由放能过程(如ATP水解)释放的能量，使蛋白运输体上特异结合位点亲和性改变。运动方向总是逆浓度梯度，从低浓度到高浓度。 水分子是怎样跨膜运输？ 渗透作用：水分子从溶质浓度低的区域向溶质浓度高的区域穿过半透膜，从而进行跨膜运输。 水孔蛋白： a. 水孔蛋白能使水分子从一侧被动运输到另一侧，含有水分子高度特异的亲水通道。 水孔蛋白由46个跨膜双螺旋和2个短的螺旋组成(Asn-Pro-Ala)，每个亚基含有一个由疏水氨基酸排列组成的中心通道， 每秒钟能通过约成十亿水分子。 c. 水孔蛋白通道含有一组精确定位的带正电荷的氨基酸，当水通过时，吸引每个水分子中的氧原子，这种相互作用，将水分子在通道内重新定向 d. 在水分子通过水孔蛋白通道时，H+H+却不会穿过通道。原因：9个水分子沿通道排列，在通道中顶部和底部4个水分子是有方向的 ，与蛋白质的骨架的羧基基团相互作用，水分子之间彼此形成氢键，但在通道中心水分子不能与其它水分子形成氢键，打断了通道中质子流动，保证水分子定向流动。 以细菌KcsA钾离子通道为例说明钾离子通道结构与运输的关系 细菌KcsA通道是由四个亚基组成，每个亚基由两个跨膜的螺旋(M1和M2)和通道胞外的孔区域(P)组成，P(a pore region)是由一个长约1/3通道宽度的短的螺旋和一个能形成“衬里的”狭窄的选择性过滤器(selectivity filter)的无螺旋的环(loop)，允许K+通过。 选择性过滤器的衬里含有高度保守的Gly-Tyr-Gly-Val-Thr，这五肽骨架的羧基(C=O)形成四个连续的羰基氧原子环和一个Thr侧链产生的氧原子环。产生5个连续排列的氧原子环。每个环由四个 氧原子组成(四个亚基，各贡献一个)，直径是3nm，而失水K+直径是2.7nm。 当K+进入通道时，电负性的氧原子替代了与K+结合的水分子。 尽管选择性过滤器具有4个K+ 结合位点，但实际上只能同时结合2个K+。 脱水的Na+的直径是1.9nm，此通道不能稳定地与氧原子相互作用. bacterial KcsA channel的开关：可以用hinge-bending model 解释 具有“门”， 每个亚基的M2 helices 与另一个亚基的M2相互交叉形成一个 “helix bundle”，封闭了面向质膜的孔；M2 helices 可以在具有甘氨