4细胞膜与细胞表面.ppt

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1、第四章 细胞质膜第一节第一节 细胞质膜的结构模型细胞质膜的结构模型一、一、生物膜的结构模型生物膜的结构模型二、二、膜脂膜脂三、三、膜蛋白膜蛋白第二节第二节 生物膜基本特征和功能生物膜基本特征和功能 一、一、膜的流动性膜的流动性二、二、膜的不对称性膜的不对称性三、三、细胞质膜的基本功能细胞质膜的基本功能第三节第三节 膜骨架膜骨架 一、一、膜骨架膜骨架二、二、红细胞的生物学特性红细胞的生物学特性三、三、红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架l细细胞胞质质膜膜（plasma plasma membranemembrane）又又称称细细胞胞膜膜（cell cell membranemembran

2、e），是是围围绕绕在在细细胞胞最最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。l细胞内的细胞内的膜系统膜系统(具膜的细胞器具膜的细胞器)与与细胞质膜细胞质膜统称为统称为生物膜生物膜（biomembrane）电镜超薄切片技术电镜超薄切片技术细胞质膜结构细胞质膜结构A.红细胞质膜(箭头)B.小鼠膀胱上皮细胞质膜及胞质中囊泡膜一、细胞膜的结构类型l19251925年年E.GorterE.Gorter和和F.GrendleF.Grendle 提提示示了了质质膜膜是是由由双双层层脂脂分子构成的。分子构成的。lDavsonDavson和和DanielliDanielli提出提出“三明

3、治三明治”模型。模型。l19591959年年 J.D.RobertsonJ.D.Robertson提提 出出 了了 单单 位位 膜膜 模模 型型（unit unit membrane membrane modelmodel）即即生生物物膜膜由由蛋蛋白白质质脂脂质质蛋蛋白白质质的的单位膜单位膜构成。构成。l1972年年S.J.Singer和和G.Nicolson提出了提出了流动镶嵌模型流动镶嵌模型（fluid mosaic model）。）。l1988年年Simon提出提出脂筏脂筏模型（模型（lipid raft model）生物膜的结构特性：生物膜的结构特性：1 1、具有、具有极性头部极性头部

4、和和非极性尾部非极性尾部的的磷脂分子磷脂分子在水相中具有自发形成封闭在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相形的膜系统的性质。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相形成成脂分子层脂分子层，它组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构，它组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白。但在脂筏中存在某些有助于其结构相对稳定的中起组织作用的蛋白。但在脂筏中存在某些有助于其结构相对稳定的功能蛋白。功能蛋白。2 2、蛋白质蛋白质以不同的方式以不同的方式镶嵌镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的在脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的类型

5、类型、蛋白分布的不对称性蛋白分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜各自及其与脂分子的协同作用赋予生物膜各自的特性与功能。的特性与功能。3 3、生物膜可看成是在双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液。然而、生物膜可看成是在双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液。然而膜蛋膜蛋白与膜脂白与膜脂之间，之间，膜蛋白与膜蛋白之间膜蛋白与膜蛋白之间及其及其与膜两侧其他生物大分子与膜两侧其他生物大分子的的复杂的相互作用，在不同程度上复杂的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性限制了膜蛋白和膜脂的流动性，同时，同时也形成了赖以完成多种膜功能的也形成了赖以完成多种膜功能的脂筏脂筏等结构。等结构。二、膜脂（一

6、）成份膜脂主要成分：膜脂主要成分：磷脂磷脂、糖脂糖脂和和胆固醇胆固醇。1.1.磷脂磷脂（占整个膜脂的（占整个膜脂的50%50%）磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱（卵磷脂（卵磷脂 PCPC）甘油磷脂甘油磷脂 磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(PSPS)磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺(脑磷脂脑磷脂 PEPE)磷脂磷脂 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇(PIPI)双双磷脂酰甘油磷脂酰甘油（心磷脂（心磷脂 DPGDPG）鞘磷脂鞘磷脂l以以甘油甘油为骨架的为骨架的磷脂类磷脂类，在，在骨架上结合两个脂肪酸链骨架上结合两个脂肪酸链和一个磷酸基团。胆碱、和一个磷酸基团。胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子及其磷酸基团连接到分子及

7、其磷酸基团连接到脂分子上。脂分子上。2.2.糖脂糖脂 普普遍遍存存在在于于原原核核细细胞胞和和真真核核细细胞胞的的细细胞胞膜膜上上，神神经经细细胞胞膜膜上上含含量量较较高高。人人体体的的ABOABO血血型型与与糖糖脂脂有有关关。半乳糖脑脂神经节苷脂硅铝酸 红细胞质膜上的红细胞质膜上的糖鞘脂糖鞘脂是是AB0AB0血型系统的血型系统的血型抗原血型抗原，糖链结构基本相同，只是糖糖链结构基本相同，只是糖链末端的链末端的糖基糖基有所不同。有所不同。A A型血型血的糖链末端为的糖链末端为N-N-乙酰半乙酰半乳糖；乳糖；B B型血型血为半乳糖；为半乳糖；O O型型血血则缺少这两种糖基。则缺少这两种糖基。3.

8、3.胆固醇与中性脂质胆固醇与中性脂质 功能功能：调节膜的流动性，增加膜的调节膜的流动性，增加膜的稳定性以及降低水溶性物质的通透性。稳定性以及降低水溶性物质的通透性。主主要要存存在在真真核核细细胞胞膜膜上上，含含量量一一般般不不超超过过膜膜脂脂的的1/31/3，植植物物细细胞胞膜膜中中含含量量较较少少，其其功功能能是是提提高高双双脂脂层层的的力力学学稳稳定定性性，调调节节双双脂脂层层流流动动性性，降降低低水水溶性物质的通透性。溶性物质的通透性。在在缺缺少少胆胆固固醇醇培培养养基基中中，不不能能合合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。亲水区域疏水区域（二）膜脂的运动

9、方式（二）膜脂的运动方式 1.1.侧向运动：同一平面上相邻分子交换位置。侧向运动：同一平面上相邻分子交换位置。2.2.自旋运动自旋运动:围绕与膜平面垂直的轴进行旋转。围绕与膜平面垂直的轴进行旋转。3.3.脂分子尾部的摆动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。脂分子尾部的摆动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。4.翻转运动翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。5.伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。6.旋转异构化运动：脂肪酸链围绕旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。键旋转。根根据据磷磷脂脂分分子子可可在

10、在水水相相中中形形成成稳稳定定的的脂脂双双层层膜膜的的趋趋势势而制备的而制备的人工膜人工膜（4 4种类型）种类型）。A A 水溶液中的磷脂分子团水溶液中的磷脂分子团B B 球形脂质体球形脂质体C C 平面脂质体膜平面脂质体膜D D 用于疾病治疗的脂质体用于疾病治疗的脂质体C CA AB BD D（三）脂质体（三）脂质体（liposome）三、三、膜蛋白膜蛋白（一）膜蛋白类型（一）膜蛋白类型1、整合蛋白整合蛋白（integral protein）：为跨膜蛋白（为跨膜蛋白（tansmembrane proteins），是两性分子。），是两性分子。2、外周蛋白、外周蛋白（peripheral pro

11、tein）：）：离子键或其它较弱的键与膜表面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的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合分结合3、脂锚定蛋白、脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）：）：与与脂分子（如脂肪酸或糖脂）共价脂分子（如脂肪酸或糖脂）共价连接。连接。（一）膜脂的流（一）膜脂的流动动性性影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素胆固醇胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。脂脂肪肪酸酸链链的的饱饱和和度度：脂脂肪肪酸酸链链所所含含双双键键越越多多越越不不饱饱和和，使使膜膜流流动动性性增加。增加。脂肪酸链的长度脂肪酸链的

12、长度：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵卵磷磷脂脂/鞘鞘磷磷脂脂：该该比比例例高高则则膜膜流流动动性性增增加加，是是因因为为鞘鞘磷磷脂脂粘粘度度高高于卵磷脂。于卵磷脂。其他因素其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。：温度、酸碱度、离子强度等。一、膜的流动性一、膜的流动性（二）膜蛋白的流（二）膜蛋白的流动动性性 主要有主要有侧向扩散侧向扩散和和旋转扩散旋转扩散两种运动方式。两种运动方式。二、膜的不对称性二、膜的不对称性（一）细胞膜各部分的名称（一）细胞膜各部分的名称 l样品经冰冻断裂处理后，细胞膜样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各可从脂双层

13、中央断开，各断面命断面命名为名为：lES，细胞外表面，细胞外表面（extrocytoplasmic surface）lEF，细胞外小页断面，细胞外小页断面（extrocytoplasmic face）lPS，原生质表面，原生质表面（protoplasmic surface）lPF，原生质小页断面，原生质小页断面（protoplasmic face）(二二)膜脂的不对称性膜脂的不对称性l膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在膜的脂双层中膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布呈不均匀分布。如：如：PC（卵磷脂）和和SM（鞘磷脂）主要分布主要分布在外小叶在外小叶，PE（磷脂酰乙醇胺）

14、和和PS（磷脂酰丝氨酸）分布分布在内小叶在内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的的PC降解，降解，PE和和PS分别只有分别只有20%和和10%的被降解。的被降解。l膜脂的不对称性还表现在膜表面具有膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂胆固醇和鞘磷脂等形成的等形成的微结构域微结构域脂筏脂筏。糖蛋白糖蛋白脂肪酸脂肪酸尾部尾部胆固醇胆固醇外围蛋外围蛋白白内内小小叶叶整合蛋白整合蛋白外小叶外小叶醣脂醣脂类类通通道道（三）复合糖的不对称性（三）复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。膜的外表面。（四）膜蛋白的不对称性（

15、四）膜蛋白的不对称性：每每种种膜膜蛋蛋白白分分子子在在细细胞胞膜膜上上都都具具有有特特定定的的方方向向性性和和分分布布的的区区域域性性。如如各各种种激激素素的的受受体体具具有有极极性性，细细胞胞色色素素C位位于于线线粒粒体体内内膜膜M侧。侧。EFPF小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻外小叶断面外小叶断面原生质小叶断面原生质小叶断面三、细胞质膜的基本功能三、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。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，其中伴随着能量的传递。出，其中

16、伴随着能量的传递。3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信号跨膜传递。提供细胞识别位点，并完成细胞内外信号跨膜传递。4.为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行。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；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。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。疗的药物靶标。一、细胞骨架一、细胞骨架l细胞膜常常细胞膜常常与膜下结构与膜下结构（主要是骨架系统）（

17、主要是骨架系统）相互联系，协同作用，并形成细胞表面的某相互联系，协同作用，并形成细胞表面的某些些特化结构特化结构以完成以完成特定特定的的功能功能。l特化结构包括特化结构包括膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛、膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛、细胞的变形足等等细胞的变形足等等 l膜骨架（膜骨架（membrane associated membrane associated cytoskeletoncytoskeleton）是质膜下纤维蛋白组成的网是质膜下纤维蛋白组成的网架结构；位于细胞质膜下约架结构；位于细胞质膜下约0.2m厚的溶胶厚的溶胶层。层。l作作用用：维维持持质质膜膜的的形形状状并并协协助助质质膜膜完

18、完成成多多种种生理功能。生理功能。二、红细胞的生物学特性二、红细胞的生物学特性l红红细细胞胞经经低低渗渗处处理理，细细胞胞破破裂裂释释放放出出内内容容物物，留留 下下 一一 个个 保保 持持 原原 形形 的的 空空 壳壳，称称 为为 血血 影影（ghost）。）。l成成熟熟的的哺哺乳乳动动物物血血红红细细胞胞没没有有核核和和内内膜膜系系统统，是研究膜骨架的理想材料是研究膜骨架的理想材料三、红细胞质膜蛋白及膜骨架三、红细胞质膜蛋白及膜骨架（一）红细胞质膜蛋白主要有：（一）红细胞质膜蛋白主要有：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，两个二聚体头链组成异二聚体，两

19、个二聚体头与头相接连形成四聚体。与头相接连形成四聚体。2、锚蛋白、锚蛋白（ankyrin）：与血影蛋）：与血影蛋白和带白和带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：是阴离子载体，通是阴离子载体，通过交换过交换Cl，使，使HCO 3 进入红细进入红细胞。为二聚体，每个单体含胞。为二聚体，每个单体含929个个氨基酸，跨膜氨基酸，跨膜12次。次。4、血型糖蛋白：、血型糖蛋白：单次跨膜糖蛋白，单次跨膜糖蛋白，约有约有131个氨基酸，个氨基酸，N端在膜外侧，端在膜外侧，结合结合16条寡糖链；条寡糖链；C-端在胞质面，端在胞质

20、面，链较短，与带链较短，与带4.1蛋白相连。蛋白相连。（二）红细胞质（二）红细胞质膜骨架膜骨架l血影蛋白四聚体血影蛋白四聚体游离端游离端与短肌动与短肌动蛋白纤维（约蛋白纤维（约1315单体）相连，单体）相连，形成形成血影蛋白网络血影蛋白网络。通过两个锚。通过两个锚定点固定在质膜下方：定点固定在质膜下方：通过通过带带4.1蛋白与血型糖蛋白蛋白与血型糖蛋白连结；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。l这一骨架系统赋与了红细胞质膜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、动通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉。脉、

21、静脉。阴离子交换剂CHCH残基残基覆盖物覆盖物血型糖蛋白血型糖蛋白锚蛋白锚蛋白血影蛋白血影蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白血影蛋白血影蛋白四聚体四聚体血型糖蛋白血型糖蛋白锚蛋白锚蛋白阴离子交换剂CH残基覆盖物血型糖蛋白锚蛋白血影蛋白原肌球蛋白血影蛋白四聚体血型糖蛋白锚蛋白（三）质膜的特化结构（三）质膜的特化结构l质质膜膜常常带带有有许许多多特特化化的的附附属属结结构构。如如：微微绒绒毛毛、褶褶皱皱、纤纤毛毛、鞭鞭毛毛等等等等，这这些些特特化化结结构构在在细细胞胞执执行行特特定定功功能能方方面面具具有有重重要要作作用用。由由于于其其结结构构细细微微，多多数数只只能能在电镜下观察到。在电镜下观察到。1.微

22、绒毛微绒毛 microvillil直径约为直径约为0.1m。内芯由肌动蛋白丝束组内芯由肌动蛋白丝束组成成。l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（violin）和和丝丝束束蛋蛋白白（fimbrin）组组成成的的横桥横桥相连。相连。l微微绒绒毛毛处处质质膜膜有有肌肌凝凝蛋蛋白白（myosin I）构构成成的的侧侧臂臂与与肌肌动动蛋蛋白白丝丝束束相相连连，从从而而将将肌肌动蛋白丝束固定。动蛋白丝束固定。l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换。如如小小肠肠上上微微绒绒毛毛，使细胞表

23、面积扩大了使细胞表面积扩大了30倍。倍。小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛，冰冻蚀刻小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛，冰冻蚀刻2.皱褶（皱褶（ruffle）细胞表面的扁形突起细胞表面的扁形突起，也称，也称为为片足片足（lamellipodia）。）。在巨噬细胞的表面上，普遍在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。粒物质有关。3.内褶内褶 内褶内褶（infolding）是）是质膜质膜由细胞表面内陷形由细胞表面内陷形成的结构成的结构，以相反的方，以相反的方式扩大了细胞的表面积。式扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液体和这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛离子交换活动比

24、较旺盛的细胞。的细胞。4.纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛l纤纤毛毛（cilia）和和鞭鞭毛毛（flagella）是是细细胞胞表表面面伸伸出出的的条条状状运运动动装装置置。二二者者在在发发生生和和结结构上并没有什么差别。构上并没有什么差别。l纤纤毛毛和和鞭鞭毛毛都都来来源源于于中心粒中心粒。作业：作业：一、解释一、解释 1、生物膜系统、生物膜系统 2、流动镶嵌模型、流动镶嵌模型 3、血影、血影 4、膜骨架、膜骨架二、简答题或论述题二、简答题或论述题1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？它的生理功能有什么联系？2、何谓内在膜蛋白？它以什么方式与膜脂相结、何谓内在膜蛋白？它以什么方式与膜脂相结合？合？3、膜的流动性、膜的不对称性的生理意义是什、膜的流动性、膜的不对称性的生理意义是什么？么？4、红细胞膜骨架的基本结构与功能是什么？、红细胞膜骨架的基本结构与功能是什么？