细胞生物学4

第四章 细胞质膜第一节 细胞质膜的结构模型一、生物膜的结构模型1. 1925年，测定红细胞单层膜脂分子铺展面积为红细胞表面积的 2倍 提示质膜由双层脂分子构成2. 质膜表面张力比油 -水界面表面张力小（ 吸附蛋白可产生） 提出 “蛋白质 -脂质 -蛋白质 ”三明治结构3. 1959年， J.D.Robertson 提出 “单位膜模型 ”pr-脂质 -pr 电镜超薄切片 “暗 -亮 -暗 ”三条带“2-3.5-2”nm4. 1972年， S.J.Singer & G.Nicolson 提出 “流动镶嵌模型 ”强调： 膜的流动性：膜蛋白和膜脂均可侧向运动 膜 pr分布的不对称性：镶在表面、嵌入或横跨脂双份子层“液晶态模型 ”“板块镶嵌模型 ”“脂筏模型 ”膜脂：无序（流动态） 有序（晶态）有流动性程度不同的 “板块 ”镶嵌而成胆固醇、鞘磷脂等组成 “脂筏 ”，运载膜 pr1. 磷脂分子具有极性头部和非极性尾部，且疏水性（非极性）尾部相对，极性头部朝外，在水相中可自发形成封闭的膜系统。2. 蛋白分子以不同方式镶嵌再脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的类型、分布及与脂分子协同作用，赋予其不同的特性和功能。3. 膜 pr-膜脂、膜 pr-膜 pr、膜 pr-生物大分子等相互作用，限制了膜蛋白和膜脂的流动性，形成脂筏结构。对生物膜的认识细胞质膜结构模式图二、膜脂（一）成分磷脂 (phospholipid)糖脂 (glycolipid)胆固醇 (cholesterol)1. 磷脂膜脂的基本成分， 50磷脂甘油磷脂（ phosphoglyceride）鞘磷脂（ sphingolipid）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰肌醇主要特征： 具有一个极性头部和两个非极性尾部（脂肪酸链） 脂肪酸碳链为偶数， 16、 18、 20 含饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（ 30）2. 糖脂5 ，神经元质膜上糖脂含量较高（ 5-10 ）不同细胞糖脂种类不同神经细胞：神经节苷脂红细胞： ABO血型脂葡萄糖N-乙酰葡糖胺半乳糖岩藻糖无： O型N-乙酰氨基半乳糖： A型半乳糖： B型脑细胞：脑苷脂3. 胆固醇1/3调节膜的流动性、增加膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性脂筏的基本结构成分（二）膜脂的运动方式1. 沿膜平面的侧向运动2. 脂分子围绕轴心的自旋运动3. 脂分子尾部的摆动4. 双层脂分子之间的翻转运动（三）脂质体 (liposome)根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的 人工膜人工膜 ，球形脂质直径在 25-1000nm之间。可裹入 DNA,用于转基因；可裹入药物，用于诊断与治疗。三、膜蛋白（一）膜蛋白的类型外在（周边）膜蛋白内在（整合）膜蛋白脂锚定膜蛋白水溶性，易分离（离子强度、温度）结合紧密，去垢剂通过与脂肪酸或糖脂相连锚定（二）内在膜蛋白与膜脂结合的方式1. 跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用2. 跨膜结构域两端携带的氨基酸正电荷的氨基酸残基（ Arg+、 Lys+）负电荷的氨基酸残基 Ca2+/Mg2+磷脂带负电的极性头3. 细胞质基质侧的 Cys残基与脂肪酸分子共价结合跨膜结构域与膜脂的结合方式：1. 含有 20个左右的疏水氨基酸残基，形成 螺旋嗜盐菌的膜蛋白 螺旋 ： 21aa2. 螺旋同时具有极性侧链和非极性侧链，形成特异极性分子的跨膜通道带 3 pr： Cl-/HCO3-的跨膜运输3. 10-12个 aa残基，形成 折叠（三）去垢剂一端亲水另一端疏水的两性小分子，分离与研究膜蛋白的常用试剂离子型去垢剂：十二烷基磺酸钠（ SDS）引起细胞质膜崩解，或与膜 pr疏水部结合从而使其与膜分离引起蛋白质变性非离子型去垢剂： Triton-100引起细胞质膜崩解，但对 pr作用温和第二节 生物膜的基本特征与功能一、膜的流动性（一）膜脂的流动性1. 脂肪酸链越短、不饱和程度越高，膜脂的流动性越大2. 在相变温度范围内，温度越高，膜脂的流动性越大3. 胆固醇对膜的流动性起重要的双重调节作用，多数情况下，防止膜脂由液相变成固相，保证膜处于流动状态（二）膜蛋白的流动性经典实验： 荧光抗体免疫标记实验膜蛋白的运动是自发的热运动，膜蛋白的运动是自发的热运动，不需要代谢产物，也不需要能量不需要代谢产物，也不需要能量成斑现象：成帽现象：荧光标记聚集在细胞表面的某些部位荧光标记聚集在细胞的一端部分膜蛋白不能自由运动，其分布具有区域性，被限制在某个特定区域内膜蛋白与细胞骨架结构相结合 细胞松弛素 B影响膜的流动性的因素：细胞骨架膜蛋白与膜脂的相互作用（三）荧光漂白恢复技术质膜上膜蛋白扩散速率： 5X10-115X10-9CM2/S蛋白在水中的扩散速率： 10-7CM2/S脂分子 -prPr-pr 束缚了膜蛋白的自由扩散二、膜的不对称性（一）细胞质膜各部分的名称ES: 细胞外表面PS: 原生质表面EF:PF:细胞外小页断裂面原生质小页断裂面（二）膜脂的不对称性同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布磷脂甘油磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱（卵磷脂） PC磷脂酰丝氨酸 PS磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） PE磷脂酰肌醇 PIESPSPSPSES糖脂胆固醇ES50%膜脂不对称分布的影响因素磷脂： 1. 合成部位2. 生物学功能3. 空间形状糖脂： 执行生理功能的结构基础胆固醇：（三）膜蛋白的不对称性每种膜蛋白在质膜上都有确定的方向性所有的膜蛋白都在质膜上不对称分布所有的膜蛋白都在质膜上不对称分布细胞表面受体膜上载体蛋白糖蛋白按一定方向传递信号、转运物质糖残基分布在质膜 ES面生物各膜面的名称及不对称性七、细胞膜的功能1. 提供稳定的内环境2. 选择性的物质运输3. 信息识别位点4. 多种酶的结合位点5. 介导细胞与细胞、细胞与基质间的连接6. 参与具有不同功能的细胞表面特化结构7. 膜蛋白的异常与疾病相关，可作为治疗的药物靶标第三节 膜骨架一、膜骨架细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能溶胶层中含丰富的骨架纤维，通过膜骨架与质膜相连二、红细胞的生物学特性红细胞影（血影， blood ghost）当红细胞经低渗处理后，质膜破裂，同时释放出血红蛋