细胞生物学4.ppt

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 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 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 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 nm 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pr 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 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 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 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 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 无 O型 N 乙酰氨基半乳糖 A型 半乳糖 B型 脑细胞 脑苷脂 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 沿膜平面的侧向运动 脂分子围绕轴心的自旋运动 脂分子尾部的摆动 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 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 跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用 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 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 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 21aa 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3pr Cl HCO3 的跨膜运输 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 脂肪酸链越短 不饱和程度越高 膜脂的流动性越大 在相变温度范围内 温度越高 膜脂的流动性越大 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 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 11 5X10 9CM2 S 蛋白在水中的扩散速率 10 7CM2 S 脂分子 pr Pr 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PI ES PS PS PS ES 糖脂 胆固醇 ES 50 膜脂不对称分布的影响因素 磷脂 合成部位 生物学功能 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 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 提供稳定的内环境 选择性的物质运输 信息识别位点 多种酶的结合位点 介导细胞与细胞 细胞与基质间的连接 参与具有不同功能的细胞表面特化结构 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 bloodghost 当红细胞经低渗处理后 质膜破裂 同时释放出血红蛋白和胞内