第四章 质膜及其表面结构优秀PPT.ppt

《第四章 质膜及其表面结构优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 质膜及其表面结构优秀PPT.ppt（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第四章质膜及其表面结构第一页，本课件共有63页第四章细胞质膜与细胞表面第二页，本课件共有63页1 1 概述概述 细胞质膜细胞质膜(plasmamembrane)是指包围在细胞表面的一层极薄是指包围在细胞表面的一层极薄的膜的膜(图图3-1)，基本作用是保持细胞内微环境的相对稳定，基本作用是保持细胞内微环境的相对稳定，并参并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外，与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外，细胞质细胞质膜在细胞的生存、生长、分裂、膜在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。分化中起重要作用。图3-1细胞质膜模式图第三页，本课件共有63页真核生物除了具有细胞表面膜外，

2、还有真核生物除了具有细胞表面膜外，还有胞质膜胞质膜(cytoplasmicmembrane，图，图3-2)。图3-2细胞内主要的胞质膜第四页，本课件共有63页图3-3细胞的生物膜结构2.细胞的膜结构 膜膜(membrane)是细胞的重是细胞的重要结构，要结构，包括包括细胞质膜细胞质膜(plasmamembrane)、内、内膜膜(internalmembrane)，习惯上把细胞所有膜结构统习惯上把细胞所有膜结构统称为称为生物膜生物膜(biomembrane，图图3-3)。请比较质膜、内膜和生物膜在概念上的异同第五页，本课件共有63页3.3.质膜的化学组成质膜的化学组成 脂和蛋白质是膜的主要成分，

3、脂和蛋白质是膜的主要成分，同时还有少量的糖类。同时还有少量的糖类。构成膜的蛋白质与脂的比例依据膜的类型构成膜的蛋白质与脂的比例依据膜的类型(如质膜、内质网膜、高尔基体膜如质膜、内质网膜、高尔基体膜)、细胞类型细胞类型(肌细胞、肝细胞肌细胞、肝细胞)、生物类型、生物类型(动物、植物和原核生物动物、植物和原核生物)的不同而不同的不同而不同(表表3.1)。一般而言，脂占。一般而言，脂占50%，蛋白质占，蛋白质占40%，碳水化合物约占，碳水化合物约占1-10%。表表3-1不不同同生生物物膜膜中中的的蛋蛋白白、脂脂和和碳碳水水化化合合物物的的量量干重的百分比干重的百分比(%)膜膜蛋白蛋白质脂脂碳水化合物

4、碳水化合物质膜膜红细胞胞49438神神经鞘鞘18793肝肝细胞胞543610核膜核膜66322高高尔基体基体642610内内质网网622710线粒体粒体外膜外膜5545痕迹量痕迹量内膜内膜7822-叶叶绿体体7030-第六页，本课件共有63页3.1 3.1 膜脂膜脂(membrane lipids)(membrane lipids)所有的膜脂都具有双亲媒性(amphipathic)，即这些分子都有一个亲水末端(极性端)和一个疏水末端(非极性端)。这种性质使生物膜具有屏障作用，大多数水溶性物质不能自由通过，只允许亲脂性物质通过。膜脂的主要类型膜脂的主要类型膜脂是生物膜的基本组成成分，膜脂是生物膜

5、的基本组成成分，约占膜的约占膜的50%，主要有三大主要有三大类类:磷脂、糖脂、胆固醇磷脂、糖脂、胆固醇。第七页，本课件共有63页 磷脂磷脂(phospholipids)(phospholipids)含有磷酸基团的脂称为磷脂，是细胞膜中含量最丰富和最具特性的脂。含有磷酸基团的脂称为磷脂，是细胞膜中含量最丰富和最具特性的脂。它有一个极性的头部和一个疏水的尾部它有一个极性的头部和一个疏水的尾部(图图3-12)。脂肪酸碳链为偶数，脂肪酸碳链为偶数，16，18或或20个碳原子。个碳原子。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。图3-12磷脂酰乙醇胺的分子结构第八页，本课件共有63页1

6、、甘油磷脂、甘油磷脂以以甘油甘油为骨架，主要有：为骨架，主要有：磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱phosphatidylcholine，PC（卵磷脂）（卵磷脂）磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸phosphatidylserine，PS磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolamine，PE（脑磷脂）（脑磷脂）磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI双磷脂酰甘油双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,DPG（心磷脂）（心磷脂）第九页，本课件共有63页PhospholipidsinPlasmaMembrane第十页，本课件共有63页2、鞘磷脂、鞘磷脂鞘

7、 磷 脂（sphingomyelin，SM）以 鞘鞘 胺胺 醇醇（sphingosine）为骨架。脑和神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜原核和植物细胞膜中不含。第十一页，本课件共有63页 膜的碳水化合物膜的碳水化合物(membrane carbohydrates)(membrane carbohydrates)膜中的碳水化合物约占膜重量的膜中的碳水化合物约占膜重量的110%，糖含量的多少依细胞的不同而不同。细胞质膜，糖含量的多少依细胞的不同而不同。细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则位于内表面。上所有的膜糖都位于质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则位于内表面。膜糖的种类膜

8、糖的种类 自然界存在的单糖及其衍生自然界存在的单糖及其衍生物有物有200多种，多种，但存在于膜的糖但存在于膜的糖类只有其中的类只有其中的9种，种，而在而在动物细动物细胞膜上的主要是胞膜上的主要是7种种(图图3-16)图3-16细胞膜中常见的七种糖类第十二页，本课件共有63页 膜糖的存在方式膜糖的存在方式 真核细胞质膜中的糖类是通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋白的形式存在于细胞质膜上。糖同氨基酸的连接主要有两种形式，即O-连接和N-连接(图3-17)。O-连接连接:是糖链与肽链中的丝氨酸或苏是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连，氨酸残基相连，O-连接糖链较短，连接糖链较短，约含约含

9、4个糖基。个糖基。N-连接连接:是糖链与肽链中天冬酰胺残是糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，基相连，N-连接的糖链一般有连接的糖链一般有10个以上个以上的糖基。另外，的糖基。另外，N连接的方式较连接的方式较O连接普连接普遍。遍。图3-17糖与多肽连接的两种方式第十三页，本课件共有63页 膜糖的功能膜糖的功能 膜糖在细胞的生命活动中具有重要作用，它们可以膜糖在细胞的生命活动中具有重要作用，它们可以提高膜的提高膜的稳定性稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性，帮助帮助膜蛋白进行正确的折叠和维持正确的三维构型膜蛋白进行正确的折叠和维持正确的三维构型。同时。同时膜

10、糖膜糖也参与细胞的信号识别、细胞的粘着也参与细胞的信号识别、细胞的粘着。如同某些糖脂一样，。如同某些糖脂一样，膜蛋白中的糖基是细菌和病毒感染时的识别和结合位点。另外，膜蛋白中的糖基是细菌和病毒感染时的识别和结合位点。另外，糖蛋白中的糖基还帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位糖蛋白中的糖基还帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位。第十四页，本课件共有63页ABO血型决定子血型决定子(determinant)，即ABO血型抗原，它是一种糖脂，其寡糖部分具有决定抗原特异性的作用(图3-18)。图3-18血型抗原人的血型是A型、B型、AB型还是O型，是由红细胞膜脂或膜蛋白中的糖基决定的。A血型的人红细胞

11、膜脂寡糖链的末端是膜脂寡糖链的末端是N-乙酰半乙酰半乳糖胺乳糖胺(GalNAc)，B血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖膜脂寡糖链的末端是半乳糖(Gal)，O型则没有这两种糖基没有这两种糖基，AB型的人则在末端同时具有这两种糖同时具有这两种糖。第十五页，本课件共有63页 胆固醇(cholesterol)细胞膜上另一类脂是固醇类的胆固醇(图3-13)，胆固醇存在于真真核细胞膜核细胞膜中。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。图3-13胆固醇的结构第十六页，本课件共有63页胆固醇的分子较其他膜脂要小，胆固醇的分子较其他膜

12、脂要小，双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头双亲媒性也较低。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部朝向膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央(图图3-14)。图3-14胆固醇在脂双层中的位置第十七页，本课件共有63页 膜脂的特性和功能膜脂的特性和功能 不同类型的膜含有不同类型的膜脂，使这些膜具有不同的特性(表3-2)。表表3-2某些生物膜膜脂的组成某些生物膜膜脂的组成(脂总重量百分数脂总重量百分数)脂脂人的人的红细胞胞人的髓鞘人的髓鞘牛心牛心脏线粒体粒体E.coli磷脂酸磷脂酸(PA)1.50.500磷脂磷脂酰胆碱胆碱(PC)1910390磷脂磷脂酰乙醇胺乙醇胺(PE)182027

13、65磷脂磷脂酰甘油甘油(PG)00018磷脂磷脂酰丝氨酸氨酸(PS)8.58.50.50心磷脂心磷脂0022.512鞘磷脂鞘磷脂17.58.500糖脂糖脂102600胆固醇胆固醇222630第十八页，本课件共有63页膜脂的主要功能是构成膜的基本骨架，此外还有其他一些重要功膜脂的主要功能是构成膜的基本骨架，此外还有其他一些重要功能能(表表3-3)。表表3-3某些膜脂的功能某些膜脂的功能脂脂存在的膜存在的膜功能功能主要磷脂主要磷脂磷脂磷脂酰胆碱胆碱存在于大多数膜中存在于大多数膜中形成脂双形成脂双层磷脂磷脂酰乙醇胺乙醇胺存在于大多数膜中存在于大多数膜中起界膜的作用，防止水起界膜的作用，防止水磷脂磷脂

14、酰丝氨基氨基存在于大多数膜中存在于大多数膜中溶性物溶性物质的自由的自由扩散散次要磷脂次要磷脂心磷脂心磷脂线粒体内膜粒体内膜激活染色体激活染色体磷脂磷脂酰肌醇肌醇(PI)存在于大多数膜存在于大多数膜作作为三磷酸肌醇的供体三磷酸肌醇的供体鞘脂鞘脂大多数哺乳大多数哺乳动物物细胞，特胞，特别是神是神经细胞胞屏障作用，激活某些屏障作用，激活某些酶糖脂糖脂叶叶绿体体类囊体的膜的主要脂囊体的膜的主要脂类屏障作用屏障作用胆固醇胆固醇大多数大多数动物物细胞膜胞膜大多数大多数动物物细胞膜膜的流胞膜膜的流动性性第十九页，本课件共有63页膜脂都是两性物质膜脂都是两性物质，都具有亲水的极性头和疏水的非极性的尾，大多数磷

15、脂和糖脂在水溶液中能够自动形成双分子层结构。当这些兼性分子被水环境包围时，它们就聚集起来，将疏水的尾部埋在里面，亲水的头部露在外面与水接触。可能有两种形式两种形式:形成球状形成球状的分子团的分子团(micelles)，把尾部包在里面；或者形成双分子层把尾部包在里面；或者形成双分子层(bilayers)，把疏水的尾部夹在头部的中间，把疏水的尾部夹在头部的中间，或形成或形成脂质体脂质体(liposome)(图图3-15)。第二十页，本课件共有63页图3-15脂在水中的行为第二十一页，本课件共有63页3.2 3.2 膜蛋白膜蛋白(membrane protein)(membrane protein)

16、由膜脂构成膜的基本结构，但是生物膜的特定功能主要是由蛋白蛋白质决定质决定的。功能越复杂的膜，其上的蛋白质种类越多。膜蛋白的分类膜蛋白的分类 据膜蛋白与膜脂的关系分为据膜蛋白与膜脂的关系分为整合蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白整合蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白。整合蛋白整合蛋白(integralprotein)又称内在蛋白(intrinsicprotein)，跨膜蛋白(transmembraneprotein)，部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧(图3-19)。图3-19整合蛋白第二十二页，本课件共有63页外周蛋白外周蛋白(peripheralprotein)又称附着蛋白(protein-attached

17、)。这种蛋白完全外露在脂双层的内外两侧，主要是通过非共价键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(图3-20)。图图3-20外周蛋白外周蛋白第二十三页，本课件共有63页脂锚定蛋白脂锚定蛋白(lipid-anchored)又称脂连接蛋白(lipid-linkedprotein)，通过共通过共价键的方式同脂分子结合，位于脂价键的方式同脂分子结合，位于脂双层的外侧双层的外侧。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，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，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而是通过一个糖分子间接

18、同脂结合(图3-21)。图图3-21脂锚定蛋白脂锚定蛋白第二十四页，本课件共有63页 膜蛋白的功能膜蛋白的功能 胞质膜有着许多重要的生物学功能，这些功能大多数是由膜蛋白来执行的(图3-22，表3-4)。第二十五页，本课件共有63页 膜蛋白的研究方法 膜蛋白的分离 离子型去垢剂SDS非离子型去垢剂Triton-X100十二烷基磺酸钠十二烷基磺酸钠(SDS)(SDS)和和Triton X-100Triton X-100都是去垢剂，哪一种可用于分离有生物功能的膜都是去垢剂，哪一种可用于分离有生物功能的膜蛋白？蛋白？第二十六页，本课件共有63页 去垢剂的作用机理去垢剂的作用机理 去垢剂是一端亲水一端疏

19、水的双亲媒性分子，去垢剂是一端亲水一端疏水的双亲媒性分子，它们具有极性端和非极性的碳氢链。当它们具有极性端和非极性的碳氢链。当它们与膜蛋白作用时，可以用它们与膜蛋白作用时，可以用非极性端同蛋白质的疏水区作用，取代膜脂非极性端同蛋白质的疏水区作用，取代膜脂，极性极性端指向水中，端指向水中，形成溶于水的去垢剂形成溶于水的去垢剂-膜蛋白复合物膜蛋白复合物，从而使膜蛋白在水中从而使膜蛋白在水中溶解、变性、沉淀溶解、变性、沉淀(图图3-23)。图图3-23去垢剂在膜蛋白分离中的作用去垢剂在膜蛋白分离中的作用第二十七页，本课件共有63页4 4 膜的分子结构及特点膜的分子结构及特点 虽然细胞质膜是包裹在细胞

20、最外层的界膜，但由于细胞的新陈代谢活动必须同细胞外进行物质交换，这就要求细胞质膜具有特殊的结构，以保证生命活动的正常进行。4.1 4.1 结构模型结构模型 1890年，年，E.Overton发现了脂溶性物质容易透过细胞，提出了脂肪酸的发现了脂溶性物质容易透过细胞，提出了脂肪酸的膜结构设想。膜结构设想。1925年，荷兰的两位科学家年，荷兰的两位科学家E.Gorter和和F.Grendel根据对红细胞的研究，提根据对红细胞的研究，提出细胞的外面有一个双脂分子层结构。出细胞的外面有一个双脂分子层结构。第二十八页，本课件共有63页 片层结构模型片层结构模型(Lamella structure mode

21、l)(Lamella structure model)1935年年JamesDaniellie和和HughDavson提出提出双分子片层双分子片层结构模型结构模型（图（图3-24），该模型是第一次用分子术语描述的结构，并将膜结构同所），该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。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。图图3-24质膜的片层结构模型质膜的片层结构模型第二十九页，本课件共有63页 单位膜模型单位膜模型(unit membrane model)(unit membrane model)1959年，年，

22、J.D.Robertson利用电子显微镜技术对各种膜结构利用电子显微镜技术对各种膜结构进行了详细研究，在电子显微镜下发现细胞膜是类似铁轨结进行了详细研究，在电子显微镜下发现细胞膜是类似铁轨结构构(railroadtrack)，两条暗线被一条明亮的带隔开，显示，两条暗线被一条明亮的带隔开，显示暗暗明明暗的三层，总厚度为暗的三层，总厚度为7.5nm，中间层为，中间层为3.5nm，内外两层各为内外两层各为2nm。并推测。并推测:暗层是蛋白质，透明层是脂，并暗层是蛋白质，透明层是脂，并建议将这种结构称为单位膜（图建议将这种结构称为单位膜（图3-25）。）。图图3-25质膜的单位膜模型质膜的单位膜模型第

23、三十页，本课件共有63页单位膜有一些不足单位膜有一些不足 首先，该模型把膜看成是静止的首先，该模型把膜看成是静止的,无法说明膜如何适应细胞生命无法说明膜如何适应细胞生命活动的变化；活动的变化；其二，不同的膜其厚度不都是其二，不同的膜其厚度不都是75一般在一般在50-100之间；之间；其三，如果蛋白质是伸展的其三，如果蛋白质是伸展的,则不能解释酶的活性同构型的关则不能解释酶的活性同构型的关系；系；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。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。第三十一页，本课件共有63页 流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluid mosaic mo

24、del)(fluid mosaic model)1972年年Singer和和Nicolson总结了当时有关膜结构模型及各种研究总结了当时有关膜结构模型及各种研究的新成就，提出了流动镶嵌模型（图的新成就，提出了流动镶嵌模型（图3-26）。）。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，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。被广泛接受，也得到许多实验的支持。图图3-26质膜的流动镶嵌模型质膜的流动镶嵌模型第三十二页，本课件共有63页1.细细胞胞膜膜由由流流动动的的双双脂脂层层和和嵌嵌在在其其中中的的蛋蛋白白质质组组成。

25、成。2.磷磷脂脂分分子子以以疏疏水水性性尾尾部部相相对对，极极性性头头部部朝朝向向水水相相组组成成生物膜骨架；生物膜骨架；3.蛋蛋白白质质或或嵌嵌在在双双脂脂层层表表面面，或或嵌嵌在在其其内内部部，或或横横跨跨整整个双脂层，表现出分布的不对称性。个双脂层，表现出分布的不对称性。质膜的流动镶嵌模型内容质膜的流动镶嵌模型内容:第三十三页，本课件共有63页脂筏模型（脂筏模型（lipid raft modellipid raft model）在生物膜上胆固醇富集而形成有序脂相,如同脂筏一样载着各种蛋白.脂筏是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域。大小约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。由于

26、鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体。与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。脂筏最初可能在内质网上形成,转运到细胞膜上后,有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞骨架蛋白交联.推测一个100nm大小的脂筏可能载有600个蛋白分子.从脂筏的角度来看，膜蛋白可以分为三类从脂筏的角度来看，膜蛋白可以分为三类：1.存在于脂筏中的蛋白质；包括糖磷脂酰肌醇锚定蛋白，某些跨膜蛋白，Hedgehog蛋白，双乙酰化蛋白如：非受体酪氨酸激酶Src、G蛋白的G亚基、血管内皮细胞的一氧化氮合酶。2.存在于脂筏之外无序液相的蛋白质；3.介于两者之间的蛋

27、白质，如某些蛋白在没有接受到配体时，对脂筏的亲和力低，当结合配体，发生寡聚化时就会转移到脂筏中。第三十四页，本课件共有63页4.2 4.2 膜的不对称性膜的不对称性(membrane asymmetry)(membrane asymmetry)细胞质膜的不对称性是指细胞质膜脂双层中各种成分不是均指细胞质膜脂双层中各种成分不是均匀分布的匀分布的，包括种类和数量的不均匀。不对称性的表现不对称性的表现膜的主要成分是蛋白、脂和糖蛋白、脂和糖，膜的不对称性主要是指这些成分分布的不对称以及这些分子在方向上的不对称。第三十五页，本课件共有63页膜脂的不对称性膜脂的不对称性膜脂的不对称性表现在脂双层中分布的各

28、类脂膜脂的不对称性表现在脂双层中分布的各类脂的比例不同，的比例不同，各种细胞的膜脂不对称性差异很大（图各种细胞的膜脂不对称性差异很大（图3-29）。）。图图3-29膜脂的不对称分布膜脂的不对称分布第三十六页，本课件共有63页膜蛋白的不对称膜蛋白的不对称每种膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，与每种膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，与其功能相适应，这是膜蛋白不对称性的主要因素。膜蛋白的不其功能相适应，这是膜蛋白不对称性的主要因素。膜蛋白的不对称性包括外周蛋白分布的不对称以及整合蛋白内外两侧氨基对称性包括外周蛋白分布的不对称以及整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目的不对称（图酸残基数目的不对称（图3-30）。

29、）。图图3-30红细胞血型糖蛋白红细胞血型糖蛋白A在质膜中不对称分布在质膜中不对称分布第三十七页，本课件共有63页膜糖的不对称膜糖的不对称膜膜糖以糖蛋白或糖脂糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，无论的形式存在，无论是糖蛋白还是糖脂是糖蛋白还是糖脂的糖基都是位于膜的糖基都是位于膜的外表面（图的外表面（图3-31、3-32）。）。图图3-31磷脂与糖脂分布的不对称性磷脂与糖脂分布的不对称性图图3-32膜糖分布的不对称性膜糖分布的不对称性第三十八页，本课件共有63页 不对称性的意义不对称性的意义 膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性对

30、称性和方向性,保证了生命活动的高度有序性。保证了生命活动的高度有序性。膜膜不不仅仅内内外外两两侧侧的的功功能能不不同同,不不同同区区域域的的功功能能也也不不相相同同。造造成成这这种种功功能能上上的的差差异异,主主要要是是膜膜蛋蛋白白、膜脂和膜糖分布不对称引起的。膜脂和膜糖分布不对称引起的。细细胞胞间间的的识识别别、运运动动、物物质质运运输输、信信号号传传递递等等都都具具有有方方向向性性。这这些些方方向向性性的的维维持持就就靠靠分分布布不不对对称称的的膜膜蛋蛋白白、膜脂和膜糖来提供。膜脂和膜糖来提供。第三十九页，本课件共有63页 不对称性的研究方法不对称性的研究方法研究膜结构不对称性的方法有很多

31、种，其中最重要的就是冰冻断裂技术，此外还有同位素标记法、酶水解法等。冰冻断裂冰冻断裂(freeze fracture)(freeze fracture)法法 冰冻断裂法不仅可用于研究膜组份分布的不对称，也是膜的脂双层结构的直接证据的来源（图3-33）。第四十页，本课件共有63页 放射性标记法放射性标记法(radioactive labeling procedure)(radioactive labeling procedure)实验中首先要分离细胞膜，然后用过氧化物酶进行膜蛋白标记。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，标记后，分离膜蛋白，电泳分离和放射自显影进

32、行鉴定。图图3-34放射性标记法测定膜蛋白分布的不对称性放射性标记法测定膜蛋白分布的不对称性第四十一页，本课件共有63页4.3 4.3 膜的流动性膜的流动性 Fluidity of cell membrane Fluidity of cell membraneMembraneproteinfluidity侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。检测：光脱色恢复技术和细胞融合技术。检测：光脱色恢复技术和细胞融合技术。第四十二页，本课件共有63页膜脂分子的运动膜脂分子的运动侧向扩散运动；旋转运动；摆动运动伸缩震荡运动；翻转运动；旋转异构化运动。第四十三页，本课件共有63页利

33、用细胞融合技术观察蛋白质运动利用细胞融合技术观察蛋白质运动 第四十四页，本课件共有63页ExperimentalObservationofFluidityFluorescence recovery after photobleaching FRAP)Fluorescence recovery after photobleaching FRAP)第四十五页，本课件共有63页影响膜蛋白移动的因素影响膜蛋白移动的因素整合蛋白相互间的影响整合蛋白相互间的影响膜骨架的影响膜骨架的影响细胞外基质的影响细胞外基质的影响相邻细胞的影响相邻细胞的影响细胞外配体、抗体、及药物大分子的影响细胞外配体、抗体、及药物大

34、分子的影响第四十六页，本课件共有63页影响膜脂流动性的因素胆固醇胆固醇脂肪酸链的饱和度脂肪酸链的饱和度脂肪酸链的链长脂肪酸链的链长卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂鞘磷脂其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。第四十七页，本课件共有63页Thephysicalstateofthelipidofamembrane相变温度（相变温度（transitiontemperature）在生理条件下在生理条件下,膜脂多呈膜脂多呈拟液态拟液态（liquid-likestate）。温度。温度下降至某点下降至某点,则变为则变为晶态晶态（frozencrystallinegel）。一定温。一定温度

35、下度下,晶态又可熔解再变成液晶态，这种临界温度称为相变温晶态又可熔解再变成液晶态，这种临界温度称为相变温度。度。相变相变(phasetransition)在不同温度下发生的膜脂状态的改变称为相变在不同温度下发生的膜脂状态的改变称为相变。不同的膜脂由于成分不同而各有其相变温度。不同的膜脂由于成分不同而各有其相变温度。第四十八页，本课件共有63页胆固醇的影响胆固醇的影响在相变温度以上在相变温度以上,它可使磷脂分子的脂酰链末端的运它可使磷脂分子的脂酰链末端的运动减小动减小,即限制膜的流动性。即限制膜的流动性。在相变温度以下在相变温度以下,可增加脂类分子脂酰链的运动可增加脂类分子脂酰链的运动,这样可以

36、这样可以增强膜的流动性。增强膜的流动性。脂肪酸链的影响脂肪酸链的影响 膜脂肪酸链对流动性的影响主要是不饱和程度和链的长短：膜脂肪酸链对流动性的影响主要是不饱和程度和链的长短：Thegreaterthedegreeofunsaturationofthefattyacidsofthebilayer,thelowerthetemperaturebeforethebilayergels.Theshorterthefattyacylchainsofaphospholipid,theloweritsmeltingtemperature.第四十九页，本课件共有63页卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂比值的影响鞘磷脂比值的

37、影响哺乳动物膜中哺乳动物膜中,卵磷脂卵磷脂(phosphatidycholine)和鞘磷脂和鞘磷脂(sphingomyelin)的含量约占整个膜脂的的含量约占整个膜脂的50%;50%;卵卵磷磷脂脂所所含含的的脂脂肪肪酸酸链链的的不不饱饱和和程程度度高高,链链较较短短,相相变温度低变温度低,因此卵磷脂含量高因此卵磷脂含量高,流动性大流动性大;而而鞘鞘磷磷脂脂的的脂脂肪肪酸酸链链的的饱饱和和程程度度高高,相相变变温温度度也也高高,因此因此,鞘磷脂的含量高鞘磷脂的含量高,流动性低。流动性低。第五十页，本课件共有63页5 5 细胞膜的功能细胞膜的功能 细胞膜是多功能的结构体系，图3-4勾画出它的主要功

38、能:图3-4细胞膜的功能第五十一页，本课件共有63页界膜和区室化(delineationandcompartmentalization)细胞膜最重要的作用就是勾划了细胞的边界，并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。调节运输(regulationoftransport)膜为两侧的分子交换提供了一个屏障，一方面可以让某些物质自由通透，另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。功能区室化细胞膜的另一个重要的功能就是通过形成膜结合细胞器，使细胞内的功能区室化。例如细胞质中的内质网、高尔基体等膜结合细胞器的基本功能是参与蛋白质的合成、加工和运输；而溶酶体的功能是起消化作用，酸性水解酶主要集中在溶酶体。信号

39、的检测与传递(detectionandtransmissionofsignals)细胞质膜中具有各种不同的受体，能够识别并结合特异的配体，进行信号的传递。参与细胞间的相互作用(intercellularinteraction)在多细胞的生物中，细胞通过质膜（包括膜中的一些蛋白）进行细胞间的多种相互作用，包括细胞识别、细胞粘着、细胞连接等。能量转换(energytransduction)细胞膜的另一个重要功能是参与细胞的能量转换。例如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白进行光能的捕获和转换，最后将光能转换成化学能储存在碳水化合物中。第五十二页，本课件共有63页6 6、膜骨架、膜骨架质质膜膜下下纤纤维维

40、蛋蛋白白组组成成的的网网架架结结构构；位位于于质质膜膜下下约约0.2m厚的溶胶层。厚的溶胶层。主要作用：维持质膜的形态。主要作用：维持质膜的形态。模模式式材材料料：红红细细胞胞，经经低低渗渗处处理理破破裂裂释释放放出出内内容容物物，留下一个保持原形的空壳，称为血影（留下一个保持原形的空壳，称为血影（ghost）。）。第五十三页，本课件共有63页经经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，血影成分主要有：聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，血影成分主要有：1.血影蛋白血影蛋白：由结构相似的：由结构相似的链、链、链组成异二聚体，两个二聚体头与头链组成异二聚体，两个二聚体头与头相接连形成四聚体。相接连形成四聚体。2.锚

41、蛋白（锚蛋白（ankyrin）：）：与血影蛋白和带与血影蛋白和带3蛋白的胞质部相连，将血蛋白的胞质部相连，将血影蛋白网络连接到质膜上。影蛋白网络连接到质膜上。3.带三蛋白带三蛋白：阴离子载体，通过交换：阴离子载体，通过交换Cl，使，使HCO3进入红细胞。为进入红细胞。为二聚体，每个单体跨膜二聚体，每个单体跨膜12次。次。4.血型糖蛋白：血型糖蛋白：单次跨膜糖蛋白，功能尚不明确，与单次跨膜糖蛋白，功能尚不明确，与MN血型有关，与带血型有关，与带4.1蛋白相连。蛋白相连。第五十四页，本课件共有63页红细胞膜骨架的构成：红细胞膜骨架的构成：血影蛋白四聚体游离端与短肌动蛋白纤维（约血影蛋白四聚体游离端

42、与短肌动蛋白纤维（约1315单体）单体）相连，形成血影蛋白网络。通过两个锚定点固定在质膜下方：相连，形成血影蛋白网络。通过两个锚定点固定在质膜下方：通过带通过带4.1蛋白与血型糖蛋白连结；蛋白与血型糖蛋白连结；通过锚蛋白与带通过锚蛋白与带3蛋白相连。蛋白相连。这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性，得以几这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性，得以几百万次地通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉。百万次地通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉。第五十五页，本课件共有63页第五十六页，本课件共有63页质膜的特化结构如如：微微绒绒毛毛、褶褶皱皱、纤纤毛毛、鞭鞭毛毛，结结构构细细微微，只只能能在在电

43、镜下观察到。电镜下观察到。第五十七页，本课件共有63页（一）微绒毛（一）微绒毛microvilli是细胞表面伸出的细长突起，直径约为是细胞表面伸出的细长突起，直径约为0.1m。内内芯芯由由肌肌动动蛋蛋白白丝丝束束组组成成。肌肌动动蛋蛋白白丝丝之之间间由由许许多多微微绒绒毛毛蛋蛋白白（villin）和丝束蛋白（）和丝束蛋白（fimbrin）组成的横桥相连。）组成的横桥相连。微绒毛处质膜有微绒毛处质膜有myosinI构成的侧臂与肌动蛋白丝束相连。构成的侧臂与肌动蛋白丝束相连。作作用用：扩扩大大了了细细胞胞的的表表面面积积，有有利利于于细细胞胞同同外外环环境境的的物物质质交交换。如小肠上微绒毛，使细

44、胞表面积扩大了换。如小肠上微绒毛，使细胞表面积扩大了30倍。倍。第五十八页，本课件共有63页第五十九页，本课件共有63页（二）皱褶（二）皱褶（ruffle）细胞表面的扁形突起，也称为片足（lamellipodia）。巨噬细胞表面的皱褶与吞噬颗粒物质有关。SEMimageofalveolar(Lung)macrophageattackingE.coli.(Showruffleonthecellsurface)第六十页，本课件共有63页（三）内褶（三）内褶内褶（infolding）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。Infolding第六十一页，本课件共有63页（四）（四）纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛是细胞表面的运动装置，结构相似。都来源于中心粒，其详细结构和功能可参见细胞骨架一章。cilia&flagella第六十二页，本课件共有63页第六十三页，本课件共有63页