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21
世纪我国生物膜研究
一
.
国内外
研究状况
1
．生物膜结构研究的进展
生物膜
是由蛋白质、
脂类及糖等组成的超分子体系。
膜蛋白和膜脂结构
研究的最新进展主要是以
下方面。
（
1
）膜蛋白三维结构研究。膜蛋白是生物膜功能的主要体现者，可分为外周膜蛋白和内在膜
蛋白
(integral
membrane
protein)
。后者部分或全部嵌入膜内，有的则跨膜分布。真核细胞所含的蛋白
质，据估计约
1/4
－
1/3
为
内在膜蛋白。人类基因组中编码并可表达为蛋白质的基因约为
30,000
～
40,000
，据估计，表达的蛋白质中内在膜蛋
白也占
1/4
－
1/3
。因此，无论从深入解析生物膜的功能，
还是从后基因组研究考虑，
内在膜蛋白三维结构的研究都是十分重要的。
由于内在膜蛋白三维结构的<
/p>
测定存在较多的困难，至
1997
年，已
获得高分辨率三维结构测定结果的蛋白质总数为
6300
左右，
其
中内在膜蛋白仅占
20
个。近
3
－
5
年内在膜蛋白
三维结构的研究获得明显的进展。至
2002
年，已获
得高分辨率三维结构的蛋白质总数共计
17500
左右，其中内在膜蛋白已增至
69
个。
（
2
）膜脂结构研
究进展。膜脂主要
包括甘油脂（
Glycerolipid
）
，鞘脂（
Sphingolipid
）以及胆固醇（
Cholesterol
）
。对于
甘油脂研究较多，它们不仅是生物膜结构的骨架，其中有些成员还参与了信号转导的过程。近年来的
研究肯定了大多数哺乳动物细胞质膜有微区结构存在，称为“脂筏
lipid raft
”和
Caveolae
。值得注意
的是，它们富含鞘脂和胆固醇，物理状态介于凝胶相与液晶相之间的
Lo
相（
Liquid-
ordered
state
）
。
这些微区结构不被去垢剂所溶解，还各自含有一定量的与信号转导等功能有关的蛋白质。因此
，普遍
认为，它们与信号转导以及物质的跨越细胞运送等功能有密切的关系。
2.
信号转导受体的二聚体化。
林其谁教授报告指出，
生物膜的流动性保证了膜上蛋白的侧向运动。
膜上信号转导受体中相当一<
/p>
部分以单体形式存在，
如表皮生长因子
(
EGF)
受体。有的虽有一部份可以是二
(
多
)
聚体
,
但它们不是活
性二聚体
,
如红细胞生成素
(EPO)
受体等。它们在与配基
结合后，生成活性二聚体，启动了信号转导
途径。跨膜受体一般是指
G
蛋白偶联受体
,
它们能够感受
温度，味觉，光，多肽，氨基酸及其衍生物
等。通常单体与配基结合就能表现活力。但有
一些
G
蛋白偶联受体会形成同源或异源二聚体，从而
表现出功能的多样性。
3
．生物膜的单分子研究
林克椿教授报告说，研究生物单分
子就是对单个分子进行成像观察
,
构象变化
,
动力学
,
操纵以及相
互作用的探讨
,
这是分子生物学深入发展的需要<
/p>
,
代表了
21
世
纪这一领域的前沿。
研究生物单分子之所
以有可能
,
是近年来各种新技术陆续出现的结果。由于生物单分子具有纳米
(nm)
水平的尺寸
,
因
而这类
技术都必需有
nm
级的分辨率。
目前研究方法很多
,
但大体上可归纳为
光学技术和扫描探针技术两大类
,
以及两者间的相互结合。例如
全内反射荧光显微术
(TIRFM),
扫描近场光学显微术<
/p>
(SNOM),
光钳
(Tweezer)
,
单粒子追踪术
(SPD),
原子力显
微术
(AFM)
等。
近年来生物膜的单
分子研究已开始取得了一些
成果
.
如研
究膜蛋白的解折叠
,
受体在膜上的分布
,
受体
-
配体相互作用与信号转导
,
通道的结构、功能与
选择性
,
病毒粒子感染细胞的过程等。
二
.
几个主要领域的研究进展
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