细胞膜的结构模型与细胞功能精选PPT.ppt

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1、关于细胞膜的结构模型与细胞功能第1页，讲稿共43张，创作于星期二单位膜单位膜unit membrane：在透射电镜下为在透射电镜下为“两暗夹一明两暗夹一明”三三层结构，厚约层结构，厚约7.5nm。内外两层电子。内外两层电子密度高，中间层电子密度低。密度高，中间层电子密度低。细胞膜细胞膜cell membrane:细胞质与外界相隔的一层界膜又称细胞质与外界相隔的一层界膜又称质膜质膜（plasma membrane)。内膜系统：内膜系统：细胞内的膜性细胞器的统称。细胞内的膜性细胞器的统称。概念概念第2页，讲稿共43张，创作于星期二生物膜：生物膜：质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面具质膜和内膜在

2、起源、结构和化学组成等方面具有相似性，总称为生物膜（有相似性，总称为生物膜（biomembrane）。）。脂类脂类蛋白质蛋白质糖类糖类生物膜生物膜第3页，讲稿共43张，创作于星期二糖类：糖类：2%-10%2%-10%，分布在膜表面，分布在膜表面 细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的化学组成和分子结构膜脂是膜的基本骨架，膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。膜蛋白是膜功能的主要体现者。化学组成化学组成脂类：脂类：50%50%，主要为磷脂、胆固醇和糖脂，主要为磷脂、胆固醇和糖脂蛋白质：蛋白质：40%,40%,膜外在蛋白和膜内在蛋白膜外在蛋白和膜内在蛋白其他：水、无机盐、金属离子其他：水、无

3、机盐、金属离子第4页，讲稿共43张，创作于星期二1.1.磷脂磷脂构成细胞膜的基本成分构成细胞膜的基本成分磷脂的分子结构模型磷脂的分子结构模型 （一）膜脂是两亲性分子（一）膜脂是两亲性分子膜脂：膜脂：磷脂，磷脂，胆固醇，糖脂胆固醇，糖脂头部：头部：极性、亲水性极性、亲水性 磷脂酰碱基磷脂酰碱基尾部：尾部：非极性、疏水性非极性、疏水性 两条脂肪酸链两条脂肪酸链一、形成生物膜基本骨架的膜脂一、形成生物膜基本骨架的膜脂第5页，讲稿共43张，创作于星期二几种磷脂几种磷脂碱基碱基磷酸磷酸甘油甘油脂肪酸脂肪酸头部头部尾部尾部磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰肌醇磷脂酰

4、肌醇第6页，讲稿共43张，创作于星期二胆固醇的结构胆固醇的结构 胆固醇在脂双层中的位置胆固醇在脂双层中的位置 2.2.胆固醇胆固醇分散于磷脂分子之间，调节膜的流动性。分散于磷脂分子之间，调节膜的流动性。OHCH3CH3CH3CH3CH3头部头部尾部尾部甾环甾环烃连烃连第7页，讲稿共43张，创作于星期二3.3.糖脂糖脂所有动物的细胞膜都含有糖脂，由脂类和寡所有动物的细胞膜都含有糖脂，由脂类和寡糖构成，分布于膜的非胞质面。糖构成，分布于膜的非胞质面。头部头部-糖基糖基尾部尾部-两条烃链两条烃链受体结构受体结构细胞识别细胞识别信号转导信号转导头部头部尾部尾部第8页，讲稿共43张，创作于星期二（二）膜

5、脂在水溶液中自动形成双层（二）膜脂在水溶液中自动形成双层水水磷脂分子团磷脂分子团脂质体脂质体第9页，讲稿共43张，创作于星期二二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合生物膜所含的蛋白质叫膜蛋白生物膜所含的蛋白质叫膜蛋白,承担转运蛋白、受体、酶、承担转运蛋白、受体、酶、连接体等许多重要功能。连接体等许多重要功能。膜内在蛋白膜内在蛋白膜外在蛋白膜外在蛋白分为分为第10页，讲稿共43张，创作于星期二（二）膜外在蛋白（二）膜外在蛋白 （占（占20%-30%20%-30%）（一）一）膜内在蛋白膜内在蛋白（又称整合蛋白（又称整合蛋白,占占70%-80%70%-80%）为两亲性分子为

6、两亲性分子,疏水部分嵌入脂质中疏水部分嵌入脂质中,亲水部分暴露于脂双层的内亲水部分暴露于脂双层的内外表面外表面。一次跨膜一次跨膜多次跨膜多次跨膜膜外在蛋白膜外在蛋白通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质结合。多数分通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质结合。多数分布在内表面。布在内表面。部分跨膜部分跨膜第11页，讲稿共43张，创作于星期二三、存在于质膜表面糖脂和糖蛋白三、存在于质膜表面糖脂和糖蛋白分布：分布：呈树枝状突出在膜脂外呈树枝状突出在膜脂外表面或内膜系统的腔面。表面或内膜系统的腔面。细胞外被结构示意图细胞外被结构示意图糖蛋白糖蛋白glycoproteinglycoprotein

7、糖脂糖脂glycolipidglycolipid细胞外被细胞外被分布于细胞膜的非胞质面，能吸附水分，分布于细胞膜的非胞质面，能吸附水分，形成粘性表面，对细胞有保护作用，参形成粘性表面，对细胞有保护作用，参与细胞识别和粘附作用。与细胞识别和粘附作用。第12页，讲稿共43张，创作于星期二细胞膜生物膜的特征细胞膜生物膜的特征一、膜的流动性一、膜的流动性二、膜的不对称性二、膜的不对称性第13页，讲稿共43张，创作于星期二一、细胞膜的流动性一、细胞膜的流动性（一）膜脂的流动性（一）膜脂的流动性 1.1.在相变温度以上的条件下，膜脂运动的方式如下：在相变温度以上的条件下，膜脂运动的方式如下：（1 1）侧向

8、扩散）侧向扩散（2 2）翻转运动）翻转运动（3 3）旋转运动）旋转运动（4 4）弯曲运动）弯曲运动（5 5）伸缩振荡运动）伸缩振荡运动液晶态液晶态晶态晶态温度下降温度下降温度上升温度上升第14页，讲稿共43张，创作于星期二膜脂分子能进行各种运动膜脂分子能进行各种运动脂双层是一种二维流体（液晶态）脂双层是一种二维流体（液晶态）侧向扩侧向扩散散翻转翻转运动运动旋转旋转运动运动弯曲运动弯曲运动伸缩振伸缩振荡运动荡运动第15页，讲稿共43张，创作于星期二2.2.影响膜流动性的因素影响膜流动性的因素（1 1）脂肪酸链的饱和程度与其长度：）脂肪酸链的饱和程度与其长度：流动性降低流动性降低增加流动性。增加流

9、动性。饱和脂肪酸链饱和脂肪酸链直而不弯曲直而不弯曲流动性低流动性低不饱和脂肪链不饱和脂肪链双键处易弯曲双键处易弯曲脂肪酸链尾部不脂肪酸链尾部不易相互靠近易相互靠近脂肪链短脂肪链短降低脂肪酸链尾部的降低脂肪酸链尾部的相互作用相互作用不易凝集不易凝集在相变温度以下在相变温度以下脂肪链长脂肪链长增加分子的有序性增加分子的有序性脂双层是一种二维流体（液晶态）脂双层是一种二维流体（液晶态）第16页，讲稿共43张，创作于星期二脂双层的流动性依赖于其组成成分脂双层的流动性依赖于其组成成分（2 2）动物细胞质膜含有较多的胆固醇。）动物细胞质膜含有较多的胆固醇。胆固醇：磷脂胆固醇：磷脂=1=1：1 1胆固醇调节

10、膜流动性，增加细胞膜稳定性的作用胆固醇调节膜流动性，增加细胞膜稳定性的作用胆固醇胆固醇相变温度以上相变温度以上限制膜的流动性限制膜的流动性相变相变温度温度以下以下阻止磷脂分子互相阻止磷脂分子互相聚集成晶态结构聚集成晶态结构增加脂质分子的有序性增加脂质分子的有序性防止膜的流动性突然降低防止膜的流动性突然降低第17页，讲稿共43张，创作于星期二膜蛋白越多流动性降低。膜蛋白越多流动性降低。（3 3）卵磷脂与鞘磷脂比值：）卵磷脂与鞘磷脂比值：卵磷脂越高流动性越强。卵磷脂越高流动性越强。（4 4）膜蛋白的影响：）膜蛋白的影响：卵磷脂卵磷脂脂肪酸不饱和程度高，相变温度低。脂肪酸不饱和程度高，相变温度低。鞘

11、磷脂鞘磷脂脂肪酸饱和程度高，相变温度高。脂肪酸饱和程度高，相变温度高。第18页，讲稿共43张，创作于星期二利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鼠细胞鼠细胞人细胞人细胞标记蛋白标记蛋白标记蛋白重标记蛋白重新分布新分布细胞融合细胞融合（二）膜蛋白分子在质膜中的运动（二）膜蛋白分子在质膜中的运动运动方式：运动方式：侧向扩散、旋转运动侧向扩散、旋转运动第19页，讲稿共43张，创作于星期二膜脂分子膜脂分子不对称性不对称性膜蛋白膜蛋白不对称性不对称性糖类糖类分布不对称性分布不对称性膜糖分布的不对称性膜糖分布的不对称性 膜蛋白分布的不对称性膜蛋白分布的不对称性 膜蛋白膜蛋白膜糖膜糖二

12、、细胞膜的不对称性二、细胞膜的不对称性物质传递有一定方向，信号的接受和传物质传递有一定方向，信号的接受和传递也有一定方向等。递也有一定方向等。第20页，讲稿共43张，创作于星期二 细胞膜的结构模型细胞膜的结构模型细胞膜电镜照片细胞膜电镜照片第21页，讲稿共43张，创作于星期二E.Overton 1895用植物的根毛作实验用植物的根毛作实验,发现凡是溶发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪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。由连续的脂类物质组成。第22页，讲稿共43张，创

13、作于星期二20世纪初，世纪初，Irving Langmuir 将红细胞的脂提取后铺展将红细胞的脂提取后铺展在在Langmuir 水盘水盘(Langmuir Trough)的水面上，研究的水面上，研究了脂的展层行为，提出脂单层的设想了脂的展层行为，提出脂单层的设想。第23页，讲稿共43张，创作于星期二 1925 年，E.Gorter&F.Grendel 用有机溶剂提取了人用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开类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

14、。成。第24页，讲稿共43张，创作于星期二1、片层结构模型、片层结构模型 细胞的表面张力显著低于油细胞的表面张力显著低于油-水界面的表面张力，因此，水界面的表面张力，因此，细胞膜不可能是单纯由脂类构成的，可能还吸附有蛋白质。细胞膜不可能是单纯由脂类构成的，可能还吸附有蛋白质。1935年年J.Danielli和和H.Davson提出了第一个膜的分提出了第一个膜的分子结构模型子结构模型片层结构模型片层结构模型。第25页，讲稿共43张，创作于星期二2、单位膜模型、单位膜模型 v 1959年，年，J.D.Robertson用电镜用电镜观察细胞膜，发现细胞观察细胞膜，发现细胞膜呈三层式结构。内外膜呈三层

15、式结构。内外两侧为电子密度高的暗两侧为电子密度高的暗线，中间为电子密度低线，中间为电子密度低的明线，即所谓的明线，即所谓“两暗两暗一明一明”，进而提出单位，进而提出单位膜模型。膜模型。第26页，讲稿共43张，创作于星期二3、液态镶嵌模型、液态镶嵌模型 1972 S.J.Singer&G.Nicolson 在在”单位膜单位膜”模型的基础上提出模型的基础上提出“液态镶嵌模型液态镶嵌模型”：把生物膜看成是嵌有球形蛋白质脂类二维排列的液态体，膜中脂双层构把生物膜看成是嵌有球形蛋白质脂类二维排列的液态体，膜中脂双层构成膜的连续主体，它既具有固体分子排列的有序性，又具有液体的流动性，成膜的连续主体，它既具

16、有固体分子排列的有序性，又具有液体的流动性，呈液晶态。膜中球形蛋白质分子以各种形式与脂双分子层相结合。呈液晶态。膜中球形蛋白质分子以各种形式与脂双分子层相结合。蛋白质蛋白质膜脂膜脂第27页，讲稿共43张，创作于星期二其它模型其它模型*晶格镶嵌模型（晶格镶嵌模型（1975年）年）*板块镶嵌模型（板块镶嵌模型（1977年）年）第28页，讲稿共43张，创作于星期二细胞膜的功能细胞膜的功能1、细胞膜的结构特点、细胞膜的结构特点2、细胞膜的物质转运功能、细胞膜的物质转运功能3、细胞膜的受体功能、细胞膜的受体功能 4、其他功能其他功能第29页，讲稿共43张，创作于星期二膜膜 脂：脂：磷脂、胆固醇磷脂、胆固

17、醇膜蛋白：膜蛋白：镶嵌于脂质双层镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）（介导细胞功能的实现）膜膜 糖：糖：糖脂、糖蛋白糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）（起细胞标识的作用）（构成膜的骨架）（构成膜的骨架）1、细胞膜的结构特点、细胞膜的结构特点“液态镶嵌模型液态镶嵌模型”（Fluid mosaic model）第30页，讲稿共43张，创作于星期二v功能：功能：液态，流动性液态，流动性 稳定性构成细胞膜的基架和细胞膜与外界环稳定性构成细胞膜的基架和细胞膜与外界环境的屏障境的屏障v意义：意义：细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂；而细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发生

18、一些较小的断裂，也可以自动融合且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。而修复，仍保持膜的完整性。磷脂双分子层磷脂双分子层第31页，讲稿共43张，创作于星期二蛋白质蛋白质特点：特点：分子大小不同分子大小不同 形态不同形态不同 镶嵌在膜内的深浅不同镶嵌在膜内的深浅不同 功能不同功能不同 第32页，讲稿共43张，创作于星期二 蛋白质蛋白质功能功能形成形成细胞的骨架蛋白细胞的骨架蛋白,可使细胞膜附着在另一细胞的膜上，或使其可使细胞膜附着在另一细胞的膜上，或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上；附着在细胞内或细胞外的某物质上；作为作为“识别蛋白质识别蛋白质”,存在于免疫

19、细胞膜上，能识别异体细胞的蛋存在于免疫细胞膜上，能识别异体细胞的蛋白质或癌细胞；白质或癌细胞；具有具有酶酶的特性的特性,能催化细胞内外的化学反应；能催化细胞内外的化学反应；作为作为“受体蛋白质受体蛋白质”，能与信息传递物质（激素或递质）进行特异能与信息传递物质（激素或递质）进行特异性结合，并引起细胞反应；性结合，并引起细胞反应；作为作为转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵与细胞膜的物质与细胞膜的物质转运功能有关。转运功能有关。第33页，讲稿共43张，创作于星期二糖类糖类v 免疫标志免疫标志v 传递信息传递信息功能：功能：第34页，讲稿共43张，创作于星期

20、二2、细胞膜的物质转运功能、细胞膜的物质转运功能简单扩散（简单扩散（Simple diffusion）易化扩散（易化扩散（Faciliated diffusion）主动转运（主动转运（Active transport）入胞和出胞作用（入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis）第35页，讲稿共43张，创作于星期二v也叫自由扩散（也叫自由扩散（free diffusing），特点是：），特点是：沿浓度梯度（或电化沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；学梯度）扩散；不需要提供能量；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助没有膜蛋白的协助。简单扩散（简单扩散（Simple diffusi

21、on）第36页，讲稿共43张，创作于星期二易化扩散（易化扩散（Facilitated diffusion）：某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电-化化学梯度（由高低）通过细胞膜的转运方式。学梯度（由高低）通过细胞膜的转运方式。分分 类类：（1）载体介导的易化扩散；载体介导的易化扩散；（2）离子通道介导的易化扩散。离子通道介导的易化扩散。第37页，讲稿共43张，创作于星期二细胞生理特特 点点：主动转运（主动转运（Active transport）：在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP，将某种物质逆浓，将某种

22、物质逆浓度梯度进行转运的过程。度梯度进行转运的过程。（1）逆浓度梯度逆浓度梯度转运；转运；（2）耗能耗能（ATP）。第38页，讲稿共43张，创作于星期二主动转运主动转运（据提供能量方式）（据提供能量方式）原发性主动转运原发性主动转运继发性主动转运继发性主动转运直接利用直接利用ATP水解产生的水解产生的能量进行离子的跨膜转运。能量进行离子的跨膜转运。如如Na的转运的转运能量不是直接来自能量不是直接来自ATP的水的水解，来自膜外的高势能解，来自膜外的高势能Na。第39页，讲稿共43张，创作于星期二细胞生理 是指某些物质与细胞膜接触，导致接触部是指某些物质与细胞膜接触，导致接触部位的质膜内陷以包被该

23、物质，然后出现膜结构位的质膜内陷以包被该物质，然后出现膜结构融合和断裂，使该物质连同包被它的质膜一起融合和断裂，使该物质连同包被它的质膜一起进入胞浆的过程，含吞饮（进入胞浆的过程，含吞饮（Pinocytosis）和）和吞噬（吞噬（Phagocytosis）。）。出胞作用（出胞作用（Exocytosis）：出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出的过程，出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出的过程，主要见于细胞的分泌活动等。主要见于细胞的分泌活动等。入胞作用入胞作用（Endocytosis）：第40页，讲稿共43张，创作于星期二存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。

24、存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。3、细胞膜的受体功能、细胞膜的受体功能受体（受体（receptor）：细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学物质）细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列过程，最的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列过程，最终引发细胞的生物学效应。终引发细胞的生物学效应。分类分类：第41页，讲稿共43张，创作于星期二膜受体的特征膜受体的特征 a.特异性特异性 特定的受体只能与特定的物质结合，产生特定的效特定的受体只能与特定的物质结合，产生特定的效应。应。b.饱和性饱和性 膜受体仅占膜蛋白的膜受体仅占膜蛋白的1%2%，数量是有限的，与化，数量是有限的，与化学信号的结合也是有一定限度的。学信号的结合也是有一定限度的。c.可逆性可逆性 受体与化学物质是以非共价键结合，因此在某种情受体与化学物质是以非共价键结合，因此在某种情况下也可分离，并可再次与同类化学物质结合况下也可分离，并可再次与同类化学物质结合第42页，讲稿共43张，创作于星期二 4、其他功能其他功能（1）分隔、形成细胞和细胞器，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境，膜的面积大大增加，提高了发生在膜上的生物功能；（2）屏障作用，膜两侧的水溶性物质不能自由通过；（3）选择性物质运输，伴随着能量的传递；第43页，讲稿共43张，创作于星期二