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,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,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α螺旋, 也有β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，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β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, 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13,000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α螺旋,而是β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1μm 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(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 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,使得靶细胞无法维 持细胞内离子的正常浓度梯度而死亡,所以离子载体并非是自然状态下存在于膜中的运输蛋白,而 是人工用来研究膜运输蛋白的一个概念。根据改变离子通透性的机制不同,将离子载体分为两种类 型:通道形成离子载体(channel-forming
ionophore)和离子运载的离子载体(ion-carrying ionophore)。 37. 短杆菌肽 A(gramicidin A)
是一种由15个氨基酸组成的线性肽,其中8个是L-氨基酸,7个是D-氨基酸, 它具有疏水的侧链, 两个分子在一起形成跨膜的通道,
所以是一种形成通道的离子载体，它能够有选择地将单价阳离子顺电化学梯度通过膜，不 过它并不显著提高运输速度。可被短杆菌肽
A离子通道运输的阳离子有∶H+ 〉NH4+〉K+ 〉Na+ 〉Li+。 38. 缬氨霉素(valinomycin)
是一种由12个氨基酸组成的环形小肽，它是一种脂溶性的抗生素。将缬氨霉素插入脂质体 后，通过环的疏水面与脂双层相连,
极性的内部能精确地固定K+。它在一侧结合K+,然后向内侧移动通过脂双层,
在另一侧将K+释放到细胞内。缬氨酶素可使K+的扩散速率提高100，000倍，但是它不能有 效地提高Na+的扩散速度。 39. 扩散(diffusion)
是指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过 程称为简单扩散。这种移动方式是单个分子的随机运动，无论开始的浓度有多高，扩散的结果是 两边的浓度达到平衡。虽然这种移动不需要消耗能量，主要是依靠扩散物质自身的力量，但从热 力学考虑，它利用的是自由能。如果改变膜两侧的条件，如加热或加压，就有可能改变物质的流 动方向，其原因就是改变了自由能。所以，扩散是物质从自由能高的一侧向自由能低的一侧流 动。
40.渗透(osmosis)
是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。水的扩散同样是从自由能高的地方向自由能低 的地方移动，如果考虑到溶质的话，水是从溶质浓度低的地方向溶质浓度高的地方流动。 41. 简单扩散(simple diffusion)
简单扩散是被动运输的基本方式,不需要膜蛋白的帮助,也不消耗ATP,而只靠膜两侧保持一定