第四章细胞质膜优秀PPT.ppt

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1、第四章细胞质膜第一页，本课件共有42页第一节 细胞质膜的结构模型 一、生物膜的结构模型 二、膜脂 三、膜蛋白第二节 生物膜基本特征与功能 一、膜的流动性 二、膜的不对称性 三、细胞质膜的基本功能第三节 膜骨架 一、膜骨架 二、红细胞的生物膜特性 三、红细胞质膜蛋白及膜骨架第二页，本课件共有42页细胞质膜：又称细胞膜，是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。第三页，本课件共有42页 第一节 细胞质膜的结构模型一、质膜结构的研究历史1.E.Overton 1895 发现凡是溶于脂肪

2、的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.E.Gorter&F.Grendel 1925 用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。第四页，本课件共有42页3、J.Danielli&H.Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。提出“蛋白质-脂质-蛋白质”的三明治式结构模型4、J.D.Robertson 1959年提出了修正模型单位膜模型。用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，它由厚

3、约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。第五页，本课件共有42页第六页，本课件共有42页5、S.J.Singer&G.Nicolson 1972 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。第七页，本课件共有42页 根据Fluid-mosaic model：1.磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；2.蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。3.细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。第八页，本课件共有42页质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形

4、式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。第九页，本课件共有42页 二、膜 脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。（一）、磷脂是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50以上。磷脂分子的主要特征是：1.具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链），线粒体内膜上的心磷脂具有4个非极性尾部。2.脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16，18或20个碳原子组成。3.常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。第十页，本课件共有42页1 1、甘油磷脂 以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子籍磷酸基团连接到脂分子上。主要类

5、型有：磷脂酰胆碱PCPC，旧称卵磷脂 磷脂酰丝氨酸PSPS 磷脂酰乙醇胺PEPE，旧称脑磷脂 磷脂酰肌醇PIPI 双磷脂酰甘油,DPGDPG，旧称心磷脂第十一页，本课件共有42页磷脂酰胆碱第十二页，本课件共有42页2 2、鞘磷脂 鞘磷脂（SM）在脑和神经细胞膜中特别丰富。以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。第十三页，本课件共有42页 （二）、糖 脂是含糖而不含磷酸的脂类，含量约占脂总量的5以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10。糖脂也是两性分子，其结构与SM很相似，只是由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合

6、。最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，在髓鞘的多层膜中含量丰富；变化最多、最复杂的糖脂是神经节苷脂，其头部包含一个或几个唾液酸和糖的残基。神经节苷脂是神经元质膜中具有特征性的成分。第十四页，本课件共有42页第十五页，本课件共有42页 （三）、胆固醇 主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，其功能是提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。第十六页，本课件共有42页第十七页，本课件共有42页第十八页，本课件共有42页膜脂分子的运动方式 侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。旋转运

7、动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。第十九页，本课件共有42页第二十页，本课件共有42页 （四）、脂质体 是一种人工膜。在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径251000nm不等。人工脂质体可用于：1.转基因2.制备的药物3.研究生物膜的特性第二十一页，本课件共有42页第二十二页，本课件共有42页 三、膜蛋白 是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据膜蛋白与脂分子的结合方式，

8、可分为：外周蛋白整合蛋白脂锚定蛋白第二十三页，本课件共有42页第二十四页，本课件共有42页,integral protein,lipid-anchored protein,peripheral protein第二十五页，本课件共有42页l外周蛋白靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合，因此只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来l脂锚定蛋白可以分为两类：糖磷脂酰肌醇(GPI)连接的蛋白，GPI位于细胞膜的外小叶，用磷脂酶C（能识别含肌醇的磷脂）处理细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这类蛋白。多分布在

9、质膜外侧 另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳氢链结合。多分布在质膜内侧第二十六页，本课件共有42页l整合蛋白为跨膜蛋白，是两性分子。与膜的结合非常紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来，如离子型去垢剂SDS，非离子型去垢剂Triton-X100l整合蛋白与膜结合的主要方式有：l跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用l跨膜结构域两端带电荷的AA与磷脂分子之间形成的离子键l某些膜蛋白通过细胞质基质侧的Cys上共价连接的脂肪酸分子，插入到膜双层之间，还有少数蛋白质与糖脂结合第二十七页，本课件共有42页l整合蛋白的跨膜结构域可以是1至多个疏水的螺旋，形成亲水通道的整合蛋白跨膜区域有两种组成形式，一

10、是由多个两性螺旋组成亲水通道；二是由两性折叠组成亲水通道第二十八页，本课件共有42页第二十九页，本课件共有42页第三十页，本课件共有42页桶桶（孔孔蛋蛋白白）第三十一页，本课件共有42页 思考：同为两性分子，去垢剂与膜脂有何不同？思考：同为两性分子，去垢剂与膜脂有何不同？第三十二页，本课件共有42页第二节 生物膜基本特征与功能一、膜的流动性1、膜脂的流动性：以侧向运动为主影响膜脂流动性的因素脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：温度、酸碱度、

11、离子强度等。胆固醇：双重作用第三十三页，本课件共有42页2、膜蛋白的分子运动l可用荧光抗体免疫标记技术和细胞融合技术检测侧向扩散。l膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动时自发的热运动，不需要细胞代谢产物的参加，也不需要提供能量。l膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。l荧光漂白恢复技术3 3、膜流动性的生理意义 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。第三十四页，本课件共有42页第三十五页，本课件共有42页二、膜的不对称性 质膜内外两层的组分和功能的差异，

12、称为膜的不对称性。样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：ESES，细胞外表面；EFEF，细胞外小页断面；PSPS，原生质表面；PFPF，原生质小页断面第三十六页，本课件共有42页第三十七页，本课件共有42页第三十八页，本课件共有42页1 1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS分布在内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的PC降解，PE和PS分别只有20%和10%的被降解。膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域脂筏。2 2、复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。3 3

13、、膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。如各种激素的受体具有极性，细胞色素C位于线粒体内膜M侧。第三十九页，本课件共有42页三、细胞质膜的基本功能1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境2.选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递4.为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行5.介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接6.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构7.膜蛋白的异常与某些疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标第四十页，本课件共有42页 第三节、膜骨架 膜骨架是质膜下纤维蛋白组成的网架结构；位于细胞质膜下约0.2m厚的溶胶层。作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系统，是研究膜骨架的理想材料。红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影（ghost）。第四十一页，本课件共有42页第四十二页，本课件共有42页