细胞质膜与细胞连接

本章关键点

生物膜结构模型生物膜组成生物膜特点与功效膜骨架（血红细胞）细胞连接细胞质膜与细胞连接第1页基本概念：细胞膜(cellmembrane)：又称细胞质膜，是指围绕在细胞最外层、一薄层由脂质和蛋白质组成膜。质膜使细胞含有相对稳定内环境，并参加细胞之间物质交换、信息和能量传递等过程。生物膜（biomembrane）：真核细胞生物膜包含细胞膜和细胞内膜系统（细胞器膜和双层核被膜）。真核生物生物膜结构相同，功效各异。细胞质膜与细胞连接第2页一、生物膜结构模型

E.Overton

1895年，经过试验证实：脂溶性物质能经过细胞膜，而水溶性物质不能。－－推测细胞膜由连续脂类物质组成。细胞质膜与细胞连接第3页

E.Gorter&F.Grendel1925年经过实

验推测细胞膜由双层脂分子组成；J.Danielli&H.Davson1935提出了”蛋

白质-脂类-蛋白质”三明治模型。认为质膜

由双层脂类分子及其内外表面附着蛋白质

组成。1.“三明治式”质膜结构模型细胞质膜与细胞连接第4页

J.D.Robertson1959年用超薄切片技术取得了清楚细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓“单位膜”模型。它由厚约3.5nm双层脂分子和内外表面各厚约2nm蛋白质组成。2.“单位膜”模型

细胞质膜与细胞连接第5页

S.J.Singer&G.Nicolson1972年依据免疫荧光标识技术、冰冻蚀刻技术研究结果，在”单位膜”模型基础上提出“流动镶嵌模型”。3.流动镶嵌模型

细胞质膜与细胞连接第6页Simon,1988年提出，在以甘油磷脂为主体生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等能形成漂浮在脂双层中“脂筏”，载着能执行特定生物学功效膜蛋白。推测一个100nm脂筏可载有600个蛋白质分子。4.脂筏模型

细胞质膜与细胞连接第7页1.脂分子双层结构是组成膜基本结组成份，疏水非极性尾部相对，极性头部对着水相。2.蛋白质以不一样方式镶嵌在脂双层中，或结合

在其表面。3.膜蛋白和膜质运动在一定程度上受到限制。生物膜结构关键点：细胞质膜与细胞连接第8页二、生物膜组成对红细胞膜分析结果表明：脂类：50％蛋白质：40％糖类：2-10％少许水、无机盐：0-8％细胞质膜与细胞连接第9页（一）膜脂生物膜基本组分，约占膜50%;主要有3类：磷脂、糖脂、胆固醇细胞质膜与细胞连接第10页1.磷脂膜脂基本成份（膜脂总量50％以上）。动植物细胞膜上都有磷脂。主要类型：甘油磷脂和鞘磷脂，甘油磷脂又包含卵磷脂、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺等。细胞质膜与细胞连接第11页

磷脂分子结构特点：a.普通有一个极性头（磷酸和碱基）和两个或四个非极性尾部（脂肪酸链）；b.脂肪酸碳链为偶数；c.含有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。细胞质膜与细胞连接第12页磷脂结构极性亲水头部非极性疏水尾部细胞质膜与细胞连接第13页磷脂分子结构模式图a为磷脂酰乙醇胺分子结构b为立体结构细胞质膜与细胞连接第14页2.糖脂

普遍存在于原核和真核细胞质膜上（含量5%以下）；

神经细胞：糖脂含量相对较高。最简单糖脂：半乳糖脑苷脂类。细胞质膜与细胞连接第15页1.半乳糖脑苷脂，2.GM1神经节苷脂，3.唾液酸

细胞质膜与细胞连接第16页3.固醇含量较少，不超出膜脂含量1/3；动物细胞膜中含固醇主要为胆固醇；

植物与细菌膜脂中主要成份为豆固醇与麦固醇。细胞质膜与细胞连接第17页

胆固醇分子结构羟基组成极性头部非极性类固醇环非极性碳氢尾部细胞质膜与细胞连接第18页胆

固

醇

在

脂

双

层

中

位

置亲水头部朝向膜外侧，疏水尾部埋在脂双层中央。细胞质膜与细胞连接第19页4.脂质体（liposome）

脂质体是依据磷脂分子在水相中形成稳定脂双层膜趋势而制备一个人工膜。细胞质膜与细胞连接第20页类型：球形结构与平面结构脂质体两种。作用：脂质体可用于细胞膜研究、基因转移、疾病诊疗及治疗。细胞质膜与细胞连接第21页(二)膜蛋白

约占膜总含量40％-50％；

种类繁多，约有50余种；

膜功效主要表达者。核基因组编码蛋白质中30%左右为膜蛋白。

细胞质膜与细胞连接第22页

类型：包含3类

膜蛋白

内在膜蛋白（整合膜蛋白）外周膜蛋白（膜周围蛋白）脂锚定蛋白细胞质膜与细胞连接第23页膜蛋白与与膜脂结合方式细胞质膜与细胞连接第24页1.外周膜蛋白：完全位于脂分子双层结构之外；多为水溶性蛋白，经过非共价键（离子键或较弱键）与脂分子极性头部，或整合蛋白亲水区一侧相连；易从膜上分离：经过改变溶液离子强度或提升温度就能够从膜上分离下来。细胞质膜与细胞连接第25页2.脂锚定蛋白：位于脂双层外侧，经过共价键方式与脂分子（脂肪酸或糖脂）结合，锚定在细胞质膜上。细胞质膜与细胞连接第26页3.整合膜蛋白占整个膜蛋白70-80%；整合膜蛋白含疏水(含量高)性和亲水性氨基酸。跨膜蛋白可跨膜屡次，普通含α螺旋或β折叠，形成份子或离子跨膜通道。与膜结合比较紧密，不易于分离：用去垢剂处理使膜崩解后才能从膜上分离出来。细胞质膜与细胞连接第27页①内在膜蛋白与膜结合主要方式：

跨膜结构域与脂双层疏水关键相互作用

跨膜结构域两端与磷脂极性头部相互作用

半胱氨酸残基与脂肪酸共价结合

少数蛋白质与糖脂共价结合细胞质膜与细胞连接第28页②分离内在膜蛋白两种去垢剂：去垢剂是一端含有亲水性，一端含有疏水性两性小分子,是分离与研究整合膜蛋白惯用试剂。去垢剂分两种类型：

离子型去垢剂（十二烷基磺酸钠，SDS）

非离子型去垢剂（TritonX-100）细胞质膜与细胞连接第29页十二烷基磺酸钠（SDS），它不但可使细胞膜崩解,并与膜蛋白疏水部分结合使其分离,而且还能够破坏蛋白内部非共价键,使蛋白质发生变性。非离子去垢剂（TritonX-100）对蛋白质作用比较温和,它能够使膜脂溶解，又不会使蛋白质变性。它不但用于膜蛋白分离与纯化,也用于除去细胞膜系统,方便对细胞骨架蛋白和其它蛋白进行研究。细胞质膜与细胞连接第30页4.膜蛋白功效运输蛋白：运转特殊分子或离子进入细胞；连接蛋白：起连接作用；受体蛋白：起信号接收与转导作用；酶：催化与酶相关代谢反应。细胞质膜与细胞连接第31页三、生物膜特点1.膜脂流动性

膜流动性

膜不对称性（一）膜流动性细胞质膜与细胞连接第32页膜脂分子运动方式：1侧向运动2自旋运动3尾部摆动运动4跳跃运动5翻转运动6旋转异构化运动细胞质膜与细胞连接第33页磷脂转运蛋白（翻转酶）细胞质膜与细胞连接第34页温度：温度降低，生物膜流动性减小，反之增大脂肪酸链长度：脂肪酸碳链越短，流动性越大。脂肪酸链饱和度：脂肪酸不饱和程度越高，膜流动性越大。卵磷脂/鞘磷脂：比值越大，膜流动性越高。胆固醇对膜流动性双重调整作用。②影响膜脂流动性原因：

细胞质膜与细胞连接第35页2.膜蛋白流动性①膜蛋白运动方式随机移动定向移动局部移动细胞质膜与细胞连接第36页

②证实膜蛋白流动试验

荧光抗体免疫标识试验

免疫荧光技术：就是将免疫学方法（抗原-抗体特异结合）与荧光标识技术相结适用于研究特异蛋白抗原在细胞内分布方法。

细胞质膜与细胞连接第37页将小鼠细胞和人细胞在灭活

仙台病毒诱导下进行融合；2.小鼠抗体用荧光素标识（发绿色荧光），人抗体用罗丹明标识（发红色荧光）。将用荧光标识抗体加入到融合人、鼠细胞中，3.将融合细胞置于37°温育40min，细胞表面颜色相互混合在一起人鼠细胞融合试验证实膜蛋白在质膜上运动细胞质膜与细胞连接第38页光脱色恢复技术（FRAP）细胞质膜与细胞连接第39页③影响膜蛋白运动原因温度：温度降低，膜蛋白扩散速率减慢。细胞骨架：有些膜蛋白与膜下细胞骨架相结合，限制了膜蛋白运动。与膜脂分子相互作用也是影响膜蛋白流动主要原因。细胞质膜与细胞连接第40页3.膜流动性生理意义质膜流动性是确保其正常功效必要条件。比如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素作用等都与膜流动性亲密相关。当膜流动性低于一定阈值时，许多酶活动和跨膜运输将停顿，反之假如流动性过高，又会造成膜溶解。细胞质膜与细胞连接第41页（二）膜不对称性

概念：质膜不对称性是指质膜中各种组分分布种类和数量不对称，以及质膜内外两侧功效不对称。细胞质膜与细胞连接第42页

细胞质膜经冷冻蚀刻技术处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：

ES，细胞外表面extrocytoplasmicsurface,

PS，原生质表面(protoplasmicsurface)

EF，细胞外小页断裂面(extrocytoplasmicface)

PF，原生质小页断裂面(protoplasmicface)细胞质膜与细胞连接第43页

冷冻蚀刻技术：用快速低温冷冻法将样品快速冷冻（液氮中），然后在低温下进行断裂。这么，样品往往从其结构相对“脆弱”部位（即膜脂双分子层疏水端）断裂，从而显示出镶嵌在膜脂中蛋白质颗粒。细胞质膜与细胞连接第44页冰冻蚀刻技术：主要用来观察膜断裂面蛋白质颗粒和膜表面结构，图形富有立体感，样品不需包埋甚至也不需固定，同时能更加好地保持样品真实结构。

细胞质膜与细胞连接第45页1.膜脂不对称性

膜脂不对称分布指同一个脂分子在膜脂双层中呈不对称分布。磷脂酰乙醇胺鞘磷脂磷脂酰丝氨酸糖脂膜脂不对称分布与膜蛋白执行特定功效是分不开。细胞质膜与细胞连接第46页2.膜糖不对称性糖脂和糖蛋白只分布于ES面。细胞质膜与细胞连接第47页3.膜蛋白不对称性膜蛋白分布不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都含有特定方向性和区域性比如：各种激素受体分布于细胞膜ES面，并按照一定方向传递信号；腺苷酸环化酶分布于细胞膜PS面，催化对应酶促反应；跨膜蛋白都按一定方向性转运物质。细胞质膜与细胞连接第48页物质运输信号识别边界与通透性屏障参加细胞间相互作用功效定位与组织化四、细胞膜功效细胞质膜与细胞连接第49页选择性物质运输,包含代谢底物输入与代谢产物排除,其中伴伴随能量传递；提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递；为各种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行；介导细胞与细胞、细胞与基质之间连接；为细胞生命活动提供相对稳定内环境；质膜参加形成含有不一样功效细胞表面特化结构；膜蛋白异常与一些遗传病、恶性肿瘤等相关，能够作为疾病治疗药品靶标。细胞质膜与细胞连接第50页五、膜骨架细胞膜经常与膜下结构（主要是细胞骨架系统）相互联络，协同作用，形成细胞表面特化结构。特化结构包含：膜骨架、鞭毛、纤毛、微绒毛、变性足等。与细胞形态维持、细胞运动、细胞物质交换等功效相关。细胞质膜与细胞连接第51页

膜骨架概念：膜骨架：是指细胞膜下与膜蛋白相连由纤维蛋白组成网架结构，它参加维持细胞膜形状并帮助质膜完成各种生理功效。特点：粘质性高、有较强抗拉能力。细胞质膜与细胞连接第52页哺乳动物成熟红细胞没有细胞核和内膜系统，分离后不存在膜污染问题。红细胞膜现有良好弹性又有较高强度。红细胞膜质膜与膜骨架蛋白比较轻易纯化、分析。血影概念：红细胞经过低渗处理，质膜破裂，内容物释放，这时红细胞依然保持原来形状和大小，该结构称血影。（一）红细胞生物学特征细胞质膜与细胞连接第53页血影蛋白（αβ链）锚定蛋白带4.1蛋白肌动蛋白带3蛋白

血型糖蛋白SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析血影蛋白成份：（二）红细胞膜蛋白与膜骨架血影蛋白锚定蛋白带4.1蛋白肌动蛋白带3蛋白血型糖蛋白1.血影蛋白成份分析细胞质膜与细胞连接第54页锚蛋白血影蛋白带3蛋白血型糖蛋白带4.1蛋白肌动蛋白A:人红细胞扫描电镜照片B:质膜血影显微照片C：SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳对血影成份分析E:内部膜骨架电镜照片D：红细胞质膜内表面观模型，显示出包埋在脂双层中整合蛋白和形成膜内表面骨架外周蛋白排列。细胞质膜与细胞连接第55页①改变处理血影离子强度：血影蛋白和肌动蛋白条带消失

这两种蛋白不是膜内在蛋白。血影形状变得不规则，膜流动性增强

这两种蛋白在维持膜形状及固定其它膜蛋白位置方面起主要作用。2.膜骨架蛋白成份确实定细胞质膜与细胞连接第56页②用Triton—100处理带3蛋白和一些血型糖蛋白消失

说明这两种蛋白是整合膜蛋白。血影形状基本不变

维持细胞形态上不起决定作用。细胞质膜与细胞连接第57页③用非离子去垢剂处理：

全部脂质和血型糖蛋白及大部分带3蛋白消失，血影形状基本不变。

膜骨架蛋白主要成份包含：血影蛋白、肌动蛋白、锚定蛋白和带4.1蛋白等。