外膜
外膜（Outer Membrane） 是革兰氏阴性菌、线粒体及叶绿体的关键边界结构，具有选择性屏障、信号识别和结构支撑等功能。其组成与功能因生物系统而异，以下分系统解析：
🦠 一、革兰氏阴性菌外膜
1. 结构特征
| 组分 | 化学组成 | 功能 |
|---|---|---|
| 脂多糖（LPS） | 脂质A + 核心多糖 + O抗原 | 内毒素活性（脂质A），免疫逃逸（O抗原） |
| 外膜蛋白 | 孔蛋白（如OmpF/OmpC） | 形成亲水通道（1-2nm），允许小分子通过 |
| 磷脂 | 磷脂酰乙醇胺（为主） | 维持膜流动性，限制疏水分子渗透 |
| 脂蛋白 | Braun脂蛋白（Lpp） | 锚定外膜至肽聚糖层，稳定细胞结构 |
🔬 特殊结构：
LPS不对称分布：外层为LPS（占75%），内层为磷脂 → 形成疏水屏障。
三明治模型：外膜-肽聚糖-内膜共同构成细胞包膜。
2. 功能与临床意义
| 功能 | 机制 | 应用/疾病关联 |
|---|---|---|
| 抗生素屏障 | 孔蛋白孔径限制（＞600Da分子难通过） | 铜绿假单胞菌对万古霉素天然耐药 |
| 内毒素致病 | 脂质A激活TLR4 → 脓毒症休克 | 血液透析用水需去内毒素（＜0.25 EU/mL） |
| 噬菌体受体 | OmpA/OmpC作为病毒吸附位点 | 噬菌体疗法靶点 |
| 生物被膜基质 | LPS参与胞外聚合物（EPS）形成 | 导管相关感染难清除根源 |
🧬 二、线粒体外膜（Outer Mitochondrial Membrane, OMM）
1. 关键组分与功能
| 蛋白/通道 | 功能 |
|---|---|
| VDAC | 电压依赖性阴离子通道，调控代谢物（ATP/ADP/丙酮酸）进出 |
| TOM复合物 | 转位外膜复合体，介导核编码蛋白前体输入 |
| BAX/BAK | 促凋亡蛋白，形成孔道 → 释放细胞色素c → 激活caspase级联 |
| MFN1/2 | 线粒体外膜融合蛋白（调控网络动态） |
2. 线粒体外膜透化（MOMP）
凋亡核心事件：
BAX/BAK寡聚化 → VDAC关闭 → 膜通透性↑ → 细胞色素c释放 → 不可逆凋亡。调控因子：
抗凋亡蛋白：Bcl-2（抑制BAX激活）
促凋亡蛋白：Bid/Bim（激活BAX）
3. 疾病关联
神经退行性疾病：阿尔茨海默病中VDAC1过表达 → 线粒体孔道异常开放 → 神经元死亡。
癌症耐药：肿瘤细胞高表达Bcl-2 → 抑制MOMP → 抵抗化疗诱导凋亡（靶向药：Venetoclax）。
🌿 三、叶绿体外膜
1. 结构特性
| 特征 | 描述 |
|---|---|
| 通透性 | 孔道允许＜10 kDa分子自由通过（如代谢物、核苷酸） |
| 蛋白输入 | TOC复合体（Toc75/Toc34/Toc159）识别转运核编码蛋白前体 |
| 脂质转运 | 磷脂交换蛋白（PEP）介导与内质网脂质交换 |
2. 功能与调控
物质交换枢纽：
外膜通道允许ATP/NADP⁺/磷酸丙糖等进出叶绿体，连接胞质代谢。胁迫响应：
强光下外膜积累类胡萝卜素（如叶黄素） → 淬灭活性氧（ROS）。
⚠️ 四、外膜损伤与修复机制
1. 细菌外膜囊泡（OMV）
形成机制：膜局部出芽 → 释放直径20-250 nm囊泡
生物学作用：
递送毒力因子（如霍乱毒素）
免疫调节（作为疫苗佐剂）
2. 线粒体外膜修复
PINK1/Parkin通路：
线粒体损伤 → PINK1积累于外膜 → 招募Parkin泛素化蛋白 → 自噬清除（线粒体自噬）。
🔬 五、研究技术
| 方法 | 应用目标 | 技术原理 |
|---|---|---|
| LPS提取（热酚法） | 革兰氏阴性菌外膜 | 酚水混合抽提LPS |
| 膜蛋白纯化（Triton X-114） | 整合外膜蛋白 | 温度依赖性相分离 |
| 荧光标记VDAC | 线粒体外膜通透性检测 | 钙黄绿素淬灭实验 |
| 冷冻电镜断层成像 | 叶绿体外膜TOC复合体结构 | 近原子分辨率三维重建 |
💎 总结：外膜的多维生物学意义
动态屏障：
细菌：LPS构建疏水防线 → 抵抗宿主抗菌肽
细胞器：VDAC/TOC精密控运 → 维持代谢稳态
信号枢纽：
LPS激活固有免疫 → 脓毒症风暴
MOMP触发凋亡 → 决定细胞生死
进化创新：
线粒体/叶绿体外膜源于内共生细菌 → 保留孔蛋白等原始特征
治疗靶点：
靶向OMP的抗生素（如多黏菌素E）
抑制MOMP的抗癌药物（BH3模拟物）
📌 核心记忆点：
细菌外膜：LPS = 内毒素 + 免疫逃逸
线粒体外膜：VDAC通代谢 + BAX开凋亡
叶绿体外膜：TOC导蛋白 + 自由通小分子
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