高中生物竞赛课件：细胞质膜.pptx

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1、细胞质膜第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分第二节 细胞质膜的基本特征与功能第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分一、细胞质膜的结构模型二、膜脂三、膜蛋白质膜又称细胞膜(cell membrane）:围绕在细胞最外层，由脂类、蛋白质和糖类组成的生物膜。生物膜(biomembrane）质膜和细胞内各种膜的统称。质膜在结构上作为细胞的界膜，使细胞具有相对稳定的内环境，同时又是细胞与环境之间的物质运输、能量转换和信息传递之间发挥重要作用。第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分真 核 细 胞 内 膜 系 统(internal membrane)：结构、功能乃至发生上相互关联、由单层膜包被的细胞器或细胞结构

2、，主要包括内质网，高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等真核细胞内的膜(internal membrane)系统：内膜系统+双层膜细胞器(线粒体膜、核膜、叶绿体膜）一、细胞质膜的结构模型脂双层三明治结构模型单位膜流动镶嵌模型脂筏质膜结构的研究历史脂单分子层表面积测定细胞质膜含类脂层膜蛋白结构Gorter,E.;Grendel,F.(1925).“On Bimolecular Layers of Lipoids on the Chromocytes of the Blood”.The Journal of experimental medicine,41(4):439443.质膜结构的研究历史 E.O

3、verton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过细胞膜，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一、细胞质膜的结构模型实验1：植物根尖细胞放入不同浓度的蔗糖溶液中，高渗导致细胞失水，细胞质壁分离细胞有一个边界，且具有一定透性（只有水分子通过），非全透（等渗无质壁分离）实验2：细胞放入不同浓度的油水系统中，油浓度降低油渗透进入细胞，同性相容的原理膜由脂类所组成 1917年，Langmuir提出细胞质膜由一层膜构成质膜结构的研究历史一、细胞质膜的结构模型Langmuir Troughfor monolayer and surface chemistry 1925

4、年荷兰的2位科学家Gorter和Grendel用有机溶剂抽提人的红细胞膜的膜脂成分并测定膜脂单层分子在水面的铺展面积，发现它是红细胞表面积的二倍(1.82.2 1)，提示了质膜是由双层脂分子构成的质膜结构的研究历史一、细胞质膜的结构模型表面积145m2实测100m2“误打误撞”1935年,Daniell&Davson推测：质膜中含有蛋白质成分，并提出“蛋白质-脂质-蛋白质”的三明治式结构型。影响达20年之久质膜结构的研究历史一、细胞质膜的结构模型问题：1）物质能较快的通过活细胞的膜，但用单纯的膜脂形成的膜系统，让这些物质(糖、离子、疏水性物质)进行跨膜运输时，物质跨膜较慢2）质膜表面张力比油水

5、界面的表面张力低得多 脂双层构成膜的基本架构，外面有一些蛋白质均匀排列在脂双分子层表面，并由蛋白形成亲水的极性通道 1959年，Robertson用电镜观察了各种膜后发现膜呈三层式结构，提出了单位膜模型(unit membrane model)，并大胆推断所有的生物膜都由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成 质膜结构的研究历史一、细胞质膜的结构模型图3-1 电镜超薄切片技术显示的细胞质膜结构A.动物细胞质膜(箭头所指)，中间亮带厚约3.5nm，两侧暗带厚约2nm(整个膜厚7.5nm)B.细胞核膜及胞质中囊泡膜也都由单位膜组成锇酸固定细胞，与磷脂极性头部基团亲和力较强暗-亮-暗流动镶嵌模型 flui

6、d mosaic model质膜结构的研究历史一、细胞质膜的结构模型模型强调：(1)膜的流动性膜蛋白和膜脂均可侧向运动(2)膜蛋白分布的不对称性 1988年，Simon和Van Meer提出了脂筏模型(lipid raft model)，该模型认为在甘油磷脂为主体的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等富集区域形成相对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的“脂筏”一样载着执行某些特定生物学功能的各种膜蛋白。（区域部分膜结构的补充）质膜结构的研究历史一、细胞质膜的结构模型Simons K,van Meer G(August 1988).Lipid sorting in epithelial cells.Bioch

7、emistry,27(17):6197202.Simons K,Ikonen E(June 1997).Functional rafts in cell membranes.Nature,387(6633):56972.磷脂酰肌醇锚定蛋白信号蛋白生物膜结构的特征具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水中具有自发形成封闭的膜系统的性质，疏水尾部相对，极性头部朝向水相形成磷脂双分子层，每一层称为一层小叶（leaflet)。脂分子是组成生物膜的基本结构成分一、细胞质膜的结构模型生物膜结构的特征蛋白质以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面生物膜可以看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液在细胞生命活动中

8、，生物膜处于不断的动态变化中。可出现弯曲、折叠、延伸以及非脂双层状态等改变一、细胞质膜的结构模型第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分一、细胞质膜的结构模型二、膜脂三、膜蛋白二、膜脂通过对血影的分析，一般情况下：脂类占40%;蛋白质 占50%;糖类占1-10%（糖脂，糖蛋白）髓鞘质膜二、膜脂（一）成分（二）膜脂的运动方式（三）脂质体通过对血影的分析，一般情况下：脂 类 占 40%蛋白质 占 50%糖 类 占 1-10%（糖脂，糖蛋白）（一）成分磷脂酰丝氨酸 胆固醇 半乳糖脑苷脂 甘油磷脂 固醇 鞘脂 鞘氨醇3-磷酸甘油50%以上1/3以下糖脂5%磷脂酰肌醇信号转导中起作用磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷

9、脂酰胆碱(卵磷脂)最丰富磷酯酰丝氨酸1、甘油磷脂甘油磷酸极性头部非极性尾部u甘油磷脂是膜脂的基本成分，占整个膜脂的50%以上；u内质网合成（心磷脂在线粒体）主要特征：具有与磷酸基团结合的极性头部和两个非极性尾(心磷脂4个非极性尾)，极性头空间占位可影响脂双层曲度；脂肪酸碳链为偶数(16、18)；含有饱和(软、硬脂酸)和不饱和脂肪酸(1-2个双键)(油酸)，多为顺式，产生30角弯曲1、甘油磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺u鞘氨醇的衍生物，主要在高尔基体合成u分为鞘磷脂和鞘糖脂两类一条烃链，一条与鞘氨醇以酰胺键结合的长链脂肪酸神经鞘磷脂（SM，丰度最高）分子结构与甘油磷脂类似，统称磷脂2、鞘脂磷酸胆碱神

10、经鞘磷脂鞘磷脂形成的脂双层厚度较甘油磷脂厚度大A.卵磷脂B.鞘磷脂C.卵磷脂和胆固醇D.鞘磷脂和胆固醇2、鞘脂鞘糖脂p两性分子，极性头部是直接共价结合到鞘氨醇上的一个单糖分子或寡糖链p含量不足膜脂总量的5%(神 经 细 胞 质 膜 上 5%-10%)p种类：神经节苷脂、ABO血型糖脂、脑苷脂p不属于磷脂类2、鞘脂半乳糖脑苷脂神经节苷脂半乳糖脑苷脂 神经节苷脂糖脂唾液酸磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘脂鞘糖脂作为结构脂，主要参与细胞膜系统的组成第二大类膜结构脂质第一大类膜结构脂质含4个闭环，亲水的头部为一个羟基，分子刚性很强的两性化合物特殊结构和强疏水性，不能形成脂双层胆固醇与甘油磷脂互作增加磷脂分子的有序

11、性及脂双层厚度，与鞘磷脂无明显影响Figure 10-4 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)3、固醇：胆固醇及其类似物A.卵磷脂B.鞘磷脂C.卵磷脂和胆固醇D.鞘磷脂和胆固醇X含量：质膜1/3X合成：胞质和内质网X功能：调节膜的流动性，增加膜的稳定性以及降低水溶性物质通透性；脂筏基本结构成分；胆固醇缺乏可导致细胞分裂的抑制；很多重要生物活性分子的前体化合物，如固醇类激素、维生素D和胆酸等。X动物细胞质膜中有胆固醇、植物为豆固醇、真菌为麦角固醇，多数细菌质膜中不含固醇成分抗真菌药物的研发基础3、固醇：胆固醇及其类似物磷脂酸胆碱乙

12、醇胺磷脂酰甘油丝氨酸心肌磷脂鞘磷脂糖脂胆固醇 红细胞神经细胞不同脂类成分的含量二、膜脂（一）成分（二）膜脂的运动方式（三）脂质体通过对血影的分析，一般情况下：脂 类 占 40%蛋白质 占 50%糖 类 占 1-10%（糖脂，糖蛋白）沿膜平面的侧向运动(每秒2m距离，分子换位频率107次/s)脂分子围绕轴心的自旋运动脂分子尾部摆动(脂肪酸链靠近头部的地方摆动较小)双层脂分子之间的翻转运动(内质网膜上频率较高，需翻转酶)Figure 10-11b Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)（二）膜脂的运动方式内质网膜高尔基体高尔基体和其他

13、细胞膜系统中，磷脂的分布是非对称的（三）脂质体(liposome)脂质体：根据磷脂分子可在水相中形成稳定脂双层膜的现象而制备的人工膜（三）脂质体 用途：嵌入不同的膜蛋白，研究膜脂与膜蛋白生物学性质磷脂双分子层寡 糖 链蛋 白有 机 溶剂 处 理去除不溶的蛋白和寡糖链蒸发溶剂 磷脂分散在水中磷脂溶于溶剂，在隔板的小孔上形成平面脂双层膜，研究双分子层的物理性质(溶质的渗透性)氯仿和甲醇氯仿和甲醇(3:1)（三）脂质体(liposome)用途：转基因(转染)通过控制条件可形成大小不一的脂质体（三）脂质体 用途：药物递送体系 脂质体中裹入不同的药物或酶等具有特殊功能的生物大分子，尤其是与单克隆抗体结合

14、的精准靶向目的细胞抗体-药物偶联(ADC)（三）脂质体 用途药物递送体系 脂质纳米粒(Lipid nanoparticle，LNP):指将药物包封于类脂质双分子层内而形成的微型泡囊体特点：容易被抗原呈递细胞吸收，最常被用于疫苗，目前三大mRNA疫苗巨头企业，Moderna、CureVac和BioNTech均采用了LNP递送技术。四种成分：可电离的阳离子磷脂，中性辅助磷脂，胆固醇，聚乙二醇修饰的磷脂HSPC氢化大豆磷脂酰胆碱DSPE二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺DMPC豆蔻酰磷脂酰胆碱DOPC二油酰磷脂酰胆碱第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分一、细胞质膜的结构模型二、膜脂三、膜蛋白三、膜蛋白(memb

15、rane protein)X膜蛋白种类繁多（酵母1/3基因）X赋予生物膜重要的生物学功能（50%以上小分子药物受体为膜蛋白；细胞种类和部位的差异）X根据膜蛋白分离的难易程度及其与脂分子结合的方式，膜蛋白可分为3种类型：内在膜蛋白(整合膜蛋白)外在膜蛋白(周边膜蛋白)脂锚定膜蛋白螺旋螺旋折叠折叠一、膜蛋白的类型 外在膜蛋白又称附着蛋白(protein-attached)。蛋白完全外露在脂双层的内外两侧，为水溶性蛋白，靠离子键或其他较弱的键与膜表面的蛋白质或脂分子结合。只要提高温度或者改变溶液的离子强度就可以将外周蛋白分离下来，但膜结构并不被破坏(如红细胞的血影蛋白和肌动蛋白)1.外在膜蛋白(pe

16、ripheral membrane protein)2.脂锚定膜蛋白(lipid-anchored membrane protein)A：脂肪酸结合到膜蛋白 N 端的甘氨酸残基上，如与肿瘤发生相关的酪氨酸蛋白激酶的突变体v-Src通过与之共价相连的脂分子(脂肪酸或糖脂)插入膜的脂双分子层中，而锚定在细胞质膜上，水溶性蛋白位于脂双层外一、膜蛋白的类型B：由15或20个碳的烃链结合到膜蛋白C端的Cys残基上，有时还有另一条烃链或脂肪酸链结合到近C端的其他Cys残基上，形成双重锚定，如GTP酶超家族的Ras和Rab一、膜蛋白的类型2.脂锚定膜蛋白C：通过糖脂锚定在细胞质膜上(磷脂酰肌醇-寡聚糖-磷酸

17、己醇胺)，都含磷脂酰肌醇基团，称 为 磷 脂 酰 肌 醇 糖 脂(Glycosylphosphatidylinositol)锚定方式，简称GPI锚定方式，蛋白通过与磷酸己醇胺共价结合锚定在质膜外侧寡糖链一、膜蛋白的类型2.脂锚定膜蛋白二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式 又称内在膜蛋白，均为双性分子，同膜脂牢固结合，只有用去垢剂使膜崩解后才可分离出来。整合膜蛋白占整个膜蛋白的70%80%。估计人类基因组中，1/41/3基因编码的蛋白为整合膜蛋白二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式 整合膜蛋白均为跨膜蛋白，可分为：胞质外结构域、跨膜结构域和胞质内结构域a.膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用（

18、最主要最基本的结合方式）b.带正电荷氨基酸残基与带负电荷磷脂分子形成离子键；带负电荷的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等阳离子与磷脂作用c.半胱氨酸残基共价结合脂肪酸分子与膜结合的主要方式：二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式 膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用的具体方式（1）跨膜结构域含有20个左右的疏水氨基酸残基，形成螺旋，疏水侧链通过范德华力与脂肪酸作用单次跨膜蛋白和多次跨膜蛋白血型糖蛋白细菌视紫红质二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式 膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用的具体方式（2）跨膜结构域主要由折叠片(10-12个氨基酸残基)组成，形成跨膜通道，具有疏水性的外

19、侧和亲水性的内侧（孔蛋白）二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式 膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用的具体方式（3）某些螺旋既有极性侧链，又有非极性侧链，多个螺旋形成特异极性分子的跨膜通道，外侧非极性，内侧极性，红细胞膜上的带3蛋白二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式膜蛋白与膜脂的相互作用是复杂的：（1）跨膜蛋白的跨膜结构域各不相同（2）跨膜结构域的轴向与脂膜平面的角度不同（3）膜蛋白多以聚合体的形式行使功能，涉及跨膜结构域之间的相互作用二、整合膜蛋白与膜脂的结合方式膜蛋白与膜脂关系的三维结构分析研究难点：难结晶研究方法：X射线晶体衍射技术、低温电镜单颗粒分析技术（三）去垢剂(deterge

20、nt)去垢剂是一端亲水，一端疏水的两性小分子，分离与研究膜蛋白的常用试剂，可插入膜脂，与膜脂或膜蛋白的跨膜结构域等疏水部位结合，形成可溶性的微粒 去垢剂的特征和功能的参数：微团临界浓度(critical micelle concentration,CMC)(少量去垢剂以单分子状态溶解于水中，达到一定浓度时，可在水中形成微团，此时的去垢剂浓度为CMC)（三）去垢剂(detergent)常用的去垢剂有两类：离子型去垢剂：如SDS，使细胞膜崩解，高浓度可破坏蛋白质中离子键和氢键等非共价键，甚至改变蛋白质亲水部分的构象（SDS凝胶电泳）对蛋白作用剧烈，纯化蛋白时，尤其是获得有活性的蛋白，不做选择非离子

21、去垢剂：如Triton X-100，对蛋白质作用比较温和，用于膜蛋白的分离与纯化，或除去细胞膜系统，以便对细胞骨架蛋白和其他蛋白进行研究膜蛋白去垢剂微团水溶性的蛋白-脂质-去垢剂复合物水溶性的脂质-去垢剂微团（三）去垢剂(detergent)纯化Na+-K+泵可溶性的膜蛋白去垢剂脂质-去垢剂微团加入磷脂（与去垢剂的混合物）除去去垢剂功能性的Na+-K+泵整合到脂质体上（三）去垢剂(detergent)外周蛋白GPI锚定蛋白磷脂酶C整合膜蛋白去垢剂改变pH螯合剂尿素第二节 细胞质膜的基本特征与功能一、膜的流动性二、膜的不对称性三、细胞质膜相关的膜骨架四、细胞质膜的基本功能一、膜的流动性（一）（一

22、）膜脂的流动性膜脂的流动性（二）（二）膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性（三）（三）膜脂和膜蛋白运动速率的检测膜脂和膜蛋白运动速率的检测膜的流动性是所有的生物膜的基本特征，是细胞生长、增殖等生命活动的必要条件。膜的流动状态受细胞代谢过程的调节（一）膜脂的流动性u脂分子侧向运动u脂分子本身性质决定u脂肪酸链越短、不饱和程度越高，流动性越大温度的影响（一）膜脂的流动性各种膜脂具有不同的相变温度，低于相变温度，流动性降低(鞘脂高于磷脂，由鞘脂或卵磷脂组成的脂双层流动性小，磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇和磷脂酰丝氨酸组成的脂双层流动性大)胆固醇的影响（一）膜脂的流动性u双重调节作用:1)与磷脂疏水的尾部相结合使其更

23、为有序、相互作用增强及限制其运动的作用;2)将磷脂分子隔开使其更易流动的功能u胆固醇对膜磷脂分子流动性的的调节作用随温度的不同而改变，相变温度以上降低流动性，增加膜稳定性；相变温度以下增加膜的流动性u通常起到防止膜脂由液相变为固相以保证膜脂处于流动状态的作用（二）膜蛋白的流动性抗鼠细胞质膜的荧光抗体标记鼠细胞抗人细胞质膜的荧光抗体标记人细胞仙台病毒介导融合10min后，荧光开始扩散40min后，无法分辨红绿滤光片观察红绿荧光均匀分布膜蛋白在质膜上运动（二）膜蛋白的流动性成 斑 现 象(patching)或 成 帽 现 象（capping）某些细胞中，荧光标记抗体时间继续延长，已均匀分布在细胞表

24、面的标记荧光会重新排布，聚集在细胞表面的某些部位，即成斑现象，或聚集在细胞的一端，即成帽现象膜蛋白在质膜上运动（二）膜蛋白的流动性 膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动，不需要细胞代谢产物的参加，也不需要能量输入影响膜蛋白流动性的因素：1）温度2）膜下细胞骨架（细胞松弛素B阻断微丝形成流动性增加）3）紧密连接限制A：随机自由移动B：被细胞骨架固定C：沿着细胞骨架移动D：被其他整合膜蛋白限制E：在一定范围内移动F：结合在细胞外基质上上皮细胞豚鼠精细胞（三）膜脂和膜蛋白运动速率的检测荧光漂白恢复技术根据荧光恢复的速度,可推算膜脂或膜蛋白的扩散速度 细胞质膜中磷脂的扩散常数10-8cm2/s

25、(人工膜)，膜蛋白510-11-510-9/s(蛋白在水溶液中的扩散常数510-7/s)用荧光染料标记膜脂或膜蛋白用激光束照射使表面形成漂白斑通过扩散，标记分子进入漂白斑，反差减小标记分子进一步扩散，斑点消失。第二节 细胞质膜的基本特征与功能一、膜的流动性二、膜的不对称性（一）细胞质膜各膜面的名称（二）膜脂的不对称性（三）膜蛋白的不对称性（一）细胞质膜各部分的名称细胞外表面原生质的表面细胞外原生质细胞外小叶断裂面 原生质小叶断裂面 质膜的细胞外表面(extrocytoplasmic surface,ES)与胞外环境接触，这一层脂分子和膜蛋白称细胞膜的外小叶(outer leaflet)质膜的原

26、生质表面(protoplasmic surface,PS):与胞质接触，这一层脂分子和膜蛋白称细胞膜的内小叶(inner leaflet)细胞外小叶断裂面(extrocytoplasmic face，EF)原生质小叶断裂面(protoplasmic face，PF)细胞膜系统拓扑学结构示意图细胞内的膜系统命名：与胞质接触的为PS面，与腔内液体接触的为ES面注意双层膜细胞器！在膜泡出芽、融合、及转运过程中，其拓扑学结构保持不变脂滴特殊细胞器脂滴（lipid droplet）脂肪细胞中储存脂肪，外周仅由一层磷脂分子包被，相当于膜的内小叶，脂肪在内质网内外小叶之间合成，出芽时披上内质网膜的内小叶，形

27、成游离脂滴PSES二、膜的不对称性（一）细胞质膜各膜面的名称（二）膜脂的不对称性（三）膜蛋白的不对称性（二）膜脂的不对称性u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磷脂：非均匀分布，红细胞膜上鞘磷脂和卵磷脂多在质膜外小叶，磷脂酰乙醇胺/肌醇/丝氨酸多在内小叶影响质膜的曲度（二）膜脂的不对称性脂质的分布情况胆固醇基本呈均匀分布（二）膜脂的不对称性糖脂分布表现出完全不对称性细胞质膜上的膜糖都位于质膜外表面，内膜系统中的膜糖则面向细胞器腔面！糖脂、蛋白聚糖、糖蛋白糖萼保护细胞；细胞之间的识别；特异性(如ABO血型系统)岩藻糖岩藻糖半乳糖岩藻糖岩藻糖岩藻糖半乳糖N-乙酰半乳糖胺N-乙

28、酰半乳糖胺（二）膜脂的不对称性影响膜脂不对称分布的因素：1.糖脂不对称分布是完成其生理功能的结构基础；2.磷脂不对称分布：与其合成部位相关甘油磷脂和鞘脂在ER的PS面和高尔基体ES面合成与膜蛋白不对称分布相关（二）膜脂的不对称性膜脂不对称分布的意义：1.细胞上磷酸化的磷脂酰肌醇头部基团面相胞质侧是G蛋白偶联信号转导所需；2.血小板参与的凝血酶活化(磷脂酰丝氨酸由质膜内小叶翻转到外小叶）3.细胞生理状态检测（凋亡）磷脂酶C吞噬细胞（三）膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称：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

29、蛋白内外两侧氨基酸残基数目的不对称。整合膜蛋白方向的确定SDS-PAGE完整的细胞胰酶上 下外侧脂双层内侧低渗处理胰酶3 2 4 5 1 3 2 4 5 1 3 2 4 3组细胞Control胰酶处理低渗+胰酶处理第二节 细胞质膜的基本特征与功能一、膜的流动性二、膜的不对称性三、细胞质膜相关的膜骨架四、细胞质膜的基本功能三、细胞质膜相关的膜骨架Actin stress fibers(red)terminate in focal adhesions(green).Nuclei are in blue形成微绒毛参与细胞爬行形成应力纤维参与细胞形态维持、细胞运动、物质交换和信息传递三、细胞质膜相关的

30、膜骨架（一）膜骨架（二）红细胞的生物学特性（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架（一）膜骨架u概念：指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，从力学上参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能，也称基于肌动蛋白的膜骨架u皮层(cortex)：细胞质膜下约0.2m厚的”溶胶层“，丰富的细胞骨架纤维u研究材料：哺乳动物红细胞（二）红细胞的生物学特性 红细胞直径约7m，寿命120天，发挥生理功能既需较好的弹性，又需较强的刚性成熟的红细胞没有细胞器，质膜是它的唯一的结构，并且易于提纯和分离，是研究膜和膜骨架的最好材料（二）红细胞的生物学特性 将红细胞分离后放入低渗溶液中，水很快渗入到细胞内部，使

31、红细胞膨胀、破裂，从而释放出血红蛋白和其他胞内可溶性的蛋白质，此时的红细胞就变成了没有内容物的空壳，由于红细胞膜具有很大的变形性、柔韧性和可塑性，当红细胞的内容物渗漏之后，红细胞仍然保持原来的形状和大小，这种结构被称为血影(ghost)（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架血影蛋白成分分析：u分离红细胞膜后可用阴离子去垢剂溶解膜蛋白，并通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分离膜蛋白。通过单向SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，发现大约有15种主要的蛋白带，相对分子质量为15kDa到250kDau包括：血影蛋白或称红膜肽(spectrin)、锚蛋白(ankyrin)、带3蛋白、带4.1蛋白、带4.2蛋白

32、和肌动蛋白(actin)、血型糖蛋白(glycoprotein)（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架血影蛋白种类判断：u改变离子强度血影蛋白和肌动蛋白条带消失周边膜蛋白(血影形状变得不规则，膜蛋白流动性增强维持膜形状及固定其他膜蛋白的位置）u去垢剂Triton X-100带3蛋白和血型糖蛋白消失，血影形状仍维持膜整合蛋白u膜骨架蛋白主要包括：血影蛋白、肌动蛋白、锚蛋白、带4.1蛋白u血影蛋白：由链和链组成二聚体，二聚体头部与头部相连形成四聚体，游离端与肌动蛋白纤维相结合u纯化的血影蛋白与肌动蛋白纤维结合力弱，由带4.1蛋白 和 内 收 蛋 白(adducin)的互作增强结合力（三）红细胞质膜蛋白及膜骨

33、架u带4.1蛋白还可以与血型糖蛋白的细胞质结构域或带3蛋白结合，同样也起到使膜骨架网络与质膜蛋白相连的作用。膜骨架网络的形成u膜骨架网络与细胞膜之间的连接主要通过锚蛋白u锚蛋白含有两个结构域：与血影链特异结合与带3蛋白胞质侧位点结合(带3蛋白为膜上Cl-/HCO3-阴离子运输通道，形成跨膜螺旋，N端伸向胞质，为膜骨架蛋白提供结合位点)（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架膜骨架网络的形成 除红细胞外，已发现在其他细胞中也存在于锚蛋白、血影蛋白及带4.1蛋白类似的蛋白质，大多数细胞也都存在膜骨架结构（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架四、细胞质膜的基本功能1.维持稳定的内环境2.物质运输(代谢底物输入与产物输出，伴随能量物质的传递)3.提供细胞识别位点，完成信号转导；病原微生物的识别和侵染4.为酶提供结合位点5.介导细胞间及与胞外基质的连接6.细胞表面特化结构7.膜蛋白异常与遗传病、肿瘤、自身免疫疾病相关，可做药物靶标