细胞生物学-翟中和-第三版第4章ppt课件

.,1,细胞的生物膜体系,.,2,细胞膜(cellmembrane)或质膜(plasmamembrane):位于细胞表面的一层极薄的膜,主要由膜脂和膜蛋白组成。内膜（internalmembrane)：真核细胞各种细胞器的膜,包括细胞核膜、内质网膜、高尔基体膜等。生物膜(biomembrane)：细胞所有膜结构的总称，包括细胞质膜和内膜。,.,3,CHAPTER4,CellMembraneandCellSurface,.,4,4.1细胞膜4.2细胞外被与细胞外基质4.3细胞识别与黏着4.4细胞连接,.,5,4.1.1膜的结构,4.1.2膜的成分,4.1.3膜的特点,4.1.4膜骨架,.,6,4.1.1膜的结构,Overton(1890s),脂肪栅模型Langmuir(1900s),脂单层模型E.Gorter和F.Grendel(1925年),脂双层模型Davson和Daniellie(1935年),三明治模型Robertson(1959年),单位膜模型Singer和Nicolson(1972年),流动镶嵌模型,.,7,红细胞血影,.,8,片层结构模型,.,9,单位膜结构模型,.,10,TypicalplasmaMembrane,.,11,4.1.2膜的成分,膜脂分类：磷脂（Phospholipid）、糖脂（Sphingolipid）、胆固醇（Cholesterol）；性质功能,.,12,磷脂(phospholipid)动、植物都有,约占膜脂的50%以上；分为甘油磷脂和鞘磷脂;,.,13,主要类型有：磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE）旧称脑磷脂、磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）、磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine，PC)旧称卵磷脂、磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI）,.,14,Phospholipidsinplasmamembranes,.,15,糖脂（Sphingolipid）：普遍存在于原核和真核细胞膜,占膜脂的5%以下；如半乳糖脑苷脂、神经节苷脂和人的ABO血型抗原。,.,16,胆固醇(Cholesterol):存在于真核细胞膜中，动物细胞膜含量较高，而大多数植物细胞和细菌细胞质膜中没有.,.,17,膜脂的性质：膜脂的基本性质是两性物质,能够自我装配成双层结构或自我封闭成球状。,.,18,脂质体(Liposome)：是人工制备的连续脂双层的球形脂质小体。,.,19,膜脂的功能：构成膜的基本骨架.去除膜脂，则使膜解体.是膜蛋白的溶剂.一些蛋白通过疏水端同膜脂作用，使蛋白镶嵌在膜上，得以执行特殊的功能.为某些膜蛋白(酶)维持构象、表现活性提供环境,如有些膜蛋白只有在特异的磷脂头部基团存在时才有功能。一般膜脂本身不参与反应(细菌的膜脂参与反应);,.,20,膜蛋白：分类:整合蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白功能研究方法,.,21,分类整合蛋白(IntegralProteins)部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白质,几乎都是完全穿过脂双层；约占膜蛋白的7080%;根据跨膜次数将跨膜蛋白分为单次跨膜、多次跨膜、多亚单位跨膜等；跨膜蛋白的跨膜区为一般为螺旋,也有的是折叠，如孔蛋白。,.,22,IntegralProteins,.,23,细菌外膜中的孔蛋白,.,24,外周蛋白(peripheralproteins)又称周边蛋白或附着蛋白，完全外露在脂双层的内侧或外侧，通过非共价键附着在脂的极性头部或整合蛋白亲水区的一侧，间接与膜结合；为水溶性，可用高盐或碱性条件分离；占膜蛋白总量的20%30%,在红细胞中占50%。外周蛋白可增加膜的强度。,.,25,PeripheralProteins,.,26,Lipid-anchoredproteins,.,27,脂锚定蛋白(Lipid-anchoredproteins)又称脂连接蛋白(lipid-linkedproteins),通过共价键同脂结合，有两种结合方式：一种方式是通过一个糖分子间接同脂双层中的脂结合；一种是蛋白质直接与脂双层中的脂结合。,.,28,整合蛋白、外周蛋白和脂锚定蛋白,.,29,FUNCTIONSOFMEMBRANEPROTEINS,.,30,膜蛋白的功能：运输蛋白：膜蛋白中有些是运输蛋白,转运特殊的分子和离子进出细胞;酶：有些是酶，催化相关的代谢反应;连接蛋白：有些是连接蛋白,起连接作用；受体：起信号接收和传递作用。,.,31,膜蛋白的研究方法：分离去垢剂功能鉴定脂质体法,.,32,膜糖：细胞中含糖2%8%，细胞质膜上的膜糖都位于细胞质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则面向膜的腔面。种类存在方式功能,.,33,种类:自然界存在的单糖及其衍生物有200多种,但存在于膜的糖类只有其中的9种,而在动物细胞膜上的主要是7种：D-葡萄糖（D-Glucose)、D-半乳糖(D-Galactose)、D-甘露糖(D-Mannose)、L-岩藻糖(L-Fucose)、N-乙酰半乳糖胺(N-acetyl-D-Galactosamine)、N-乙酰基葡萄糖胺(N-acetyl-Glucosamine)、唾液酸(SialicAcid)。,.,34,七种主要的膜糖,.,35,存在方式以共价键和膜脂或膜蛋白相连。动物细胞中糖蛋白是糖萼的主要成分，植物细胞中，主要是糖脂构成膜包被。糖同氨基酸的连接主要有两种形式：N-连接：糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，糖链一般有10个以上的糖基。O-连接：糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连，糖链较短,约含4个糖基,.,36,两种方式连接的膜糖,.,37,功能提高膜的稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性;帮助膜蛋白进行正确的折叠和维持正确的三维构型；糖蛋白中的糖基还帮助新合成的蛋白质进行正确的运输和定位。参与细胞的信号识别、细胞的黏着。,.,38,膜的不对称性膜不对称性的表现膜脂分布的不对称:脂双层两小叶中分布的各类脂的含量不同。在膜蛋白的分布不对称：一般说,细胞质面的蛋白比外表面少,一些酶和受体多处于外表面.膜糖的不对称所有的糖都分布在细胞膜的外侧,4.1.3膜的特点,.,39,.,40,膜脂的不对称分布,.,41,不对称性的意义：膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性,保证了生命活动的高度有序性。膜不仅内外两侧的功能不同,不同区域的功能也不相同。细胞间的识别、运动、物质运输、信号传递等都具有方向性。,.,42,不对称性的研究方法冰冻蚀刻技术(Freeze-fracturereplication),.,43,膜的流动性,相变温度（transitiontemperature）：在生理条件下,膜脂多呈拟液态（liquid-likestate）。温度下降至某点,则变为晶态（frozencrystallinegel）。一定温度下,晶态又可熔解再变成液晶态，这种临界温度称为相变温度。相变(phasetransition)：在不同温度下发生的膜脂状态的改变称为相变。不同的膜脂由于成分不同而各有其相变温度。,.,44,流动性的表现形式膜蛋白的运动方式：随机移动、定向移动、局部移动膜脂的运动方式:侧向扩散(lateraldiffusion)、旋转(rotation)、翻转(flip-flop)、屈曲(flexion),.,45,膜脂的几种运动方式,.,46,膜流动性的意义：有利于酶的侧向扩散和旋转运动，酶活性提高；是物质运输的基础；与信号转导有极大关系；与细胞周期关系密切：在M期,膜的流动性最大,而在G1期和S期,膜流动性最低；与能量转换有关；与发育和衰老都有关系。,.,47,膜流动性的影响因素温度膜脂的结构和组成脂肪酸链：主要是不饱和程度和链的长短；胆固醇：在相变温度以上,它可使磷脂分子的脂酰链末端的运动减小,限制膜的流动性。在相变温度以下,可增加脂类分子脂酰链的运动,增强膜的流动性。卵磷脂/鞘磷脂比值的影响。,.,48,胆固醇对流动性的影响,.,49,膜蛋白整合蛋白往往聚集成群；整合蛋白与膜骨架相连；整合蛋白与细胞外基质相连；有些整合蛋白与细胞连接有关；细胞外配体、抗体、及药物大分子的影响。,.,50,膜流动性的研究方法：人鼠细胞融合实验：1970年，LarryFrye和MichaelEdidin进行了人、鼠细胞融合实验，令人信服地证明膜的流动性。淋巴细胞的成帽效应：通过抗体交联膜蛋白分子聚集成斑(patching)、成帽(capping)的现象也是膜蛋白在膜平面侧向扩散的例子。光脱色荧光恢复技术（Fluorescencerecoveryafterphotobleaching，FRAP),.,51,人鼠细胞融合实验,.,52,成帽反应,.,53,光脱色荧光恢复技术,.,54,4.1.4膜骨架,概念:膜骨架是指细胞膜内侧与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞的形状并协助质膜完成各种生理功能。,.,55,红细胞膜蛋白(包括膜骨架蛋白),SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析显示约有15种主要的蛋白带:,.,56,血影蛋白(Spectrin)又称收缩蛋白，有两条相似的亚基亚基(分子质量：240kDa），亚基（分子质量：220kDa)；链和链反向平行排列,扭曲成麻花状，形成异二聚体.,.,57,血型糖蛋白(Glycophorin)A,又称涎糖蛋白，单次跨膜,富含唾液酸,含有大量负电荷，防止红细胞相互聚集沉积。,.,58,带3蛋白由两个相同的亚基组成，多次跨膜，具有阴离子转运功能，又被称为“阴离子通道”。,.,59,肌动蛋白（actin）肌动蛋白纤维链长约35nm（结合有原肌球蛋白），在肌动蛋白纤维上有多个(一般为5个左右)与血影蛋白结合的位点,通过与血影蛋白游离端相连，参与膜骨架结构的形成；锚定蛋白（ankyrin）又称带2.1蛋白。锚定蛋白一方面与血影蛋白相连,另一方面与跨膜的带3蛋白的细胞质区域相连,这样，锚定蛋白借助于带3蛋白将血影蛋白连接到细胞膜上，也就将骨架固定到质膜上。,.,60,带4.1蛋白(Band4.1Protein)由两个亚基组成的球状蛋白;在膜骨架中的作用是通过同血影蛋白结合，促使血影蛋白同肌动蛋白结合;4.1蛋白本身不同肌动蛋白相连，因为它没有与肌动蛋白连接的位点。内收蛋白(adducin)是由两个亚基组成的二聚体，形态似不规则的盘状物，高5.4nm,直径12.4nm;内收蛋白可与肌动蛋