CH-质膜及其表面的特化结构PPT课件

概念,质膜（plasmamembrane）包在细胞外面所以又称细胞膜（cellmembrane）。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面具有相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。质膜表面寡糖链形成细胞外被（cellcoat）或糖萼（glycocalyx）。质膜下的表层中具有细胞骨架成分组成的网络结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜的功能有关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。细胞外被、质膜和膜骨架构成细胞表面.,质膜,细胞膜,细胞内膜,生物膜,细胞外被,膜骨架,细胞表面,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,3.1.1膜的性质：水的透过速度远远高于各种溶质分子对脂溶性物质优先渗透一般电阻率为1091011cm（蒸馏水为106cm，橄榄油为51012cm）表面张力低，一般为0.12dny/cm，（油与水之间的界面张力为815，蛋白质可使之降低到1以下）膜表面在生理pH值下带负电荷，并有两性的性质，在外界的pH值影响下膜表面电荷发生改变。在脂类溶剂或蛋白酶处理后溶解。推论：质膜的化学组成主要是脂类和蛋白质。,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,3.1.2膜脂membranelipid数量：主要有三大类，约100种，占细胞膜化学组成的50%。5106个分子m2细胞膜，一个动物细胞的细胞膜上可达1109个分子。种类：磷脂、糖脂、胆固醇，其中磷脂是细胞膜的主要成分。在哺乳动物红细胞中的比例为磷脂60%、胆固醇25%，而在神经髓壳中磷脂占94%。植物细胞中胆固醇含量也极少。胆固醇主要存在于质膜中，其它膜结构中较少。,3TypesofMembraneLipids,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,1.磷脂是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50以上。磷脂分子的主要特征是：a)具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链），线粒体内膜上的心磷脂具有4个非极性尾部。b)脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16，18或20个碳原子组成。c)常含有不饱和脂肪酸（如油酸）,DetailedLipidStructure,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,1)、甘油磷脂以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子籍磷酸基团连接到脂分子上。主要类型有：磷脂酰胆碱phosphatidylcholine，PC，旧称卵磷脂磷脂酰丝氨酸phosphatidylserine，PS磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolamine，PE，旧称脑磷脂磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,DPG，旧称心磷脂,Diphosphatidylglycerol（心磷脂）,|,N+,|,CH2,|,CH2,O,P,CH2,CH2,O,O,O,|,|,|,|,C,C,胆碱,磷酸根,甘油,脂肪酸链,磷酸胆碱,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,2)、鞘磷脂鞘磷脂（sphingomyelin，SM）在脑和神经细胞膜中特别丰富，亦称神经醇磷脂，它是以鞘胺醇（sphingoine）为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原核细胞和植物中没有鞘磷脂。,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,2.糖脂糖脂是含糖而不含磷酸的脂类，普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，其含量约占膜脂总量的5以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10。糖脂也是两性分子。其结构与SM很相似，只是由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。,3.胆固醇主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，其功能是提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。*在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,4.脂质体liposome是一种人工膜。在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径251000nm不等。人工脂质体可用于：a).研究生物膜的特性b).制备药物或酶的载体c).转基因DNA载体,(a)水面的磷脂分子层；(b)水溶液中的磷脂分子团；(c)球形脂质体；(d)平面脂质体膜；(e)用于疾病治疗的脂质体的示意图,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,3.1.3膜蛋白据估计，核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据蛋白与脂分子的结合方式，可分为：整合蛋白integralprotein外周蛋白peripheralprotein脂锚定蛋白lipid-anchoredprotein,长碳氢链,糖磷脂酰肌醇GPI,、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白,蛋白与膜的结合方式,3.1质膜的性质及化学组成3.1.1性质3.1.2膜脂1.磷脂甘油磷脂鞘磷脂2.糖脂3.胆固醇4.脂质体3.1.3膜蛋白1.内在蛋白2.外周蛋白3.脂锚定蛋白,脂锚定蛋白lipid-anchoredprotein可以分为两类，一类是糖磷脂酰肌醇(glycophosphatidylinositol，GPI)连接的蛋白，GPI位于细胞膜的外小叶，用磷脂酶C（能识别含肌醇的磷脂）处理细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这类蛋白。另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳氢链结合。,3.2质膜的结构3.2.1质膜结构的研究历史3.2.2质膜的流动镶嵌模型1.流动镶嵌模型2.质膜的流动性3.质膜的不对称性4.脂筏3.2.3细胞膜的功能,1.E.Overton1895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不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2.E.Gorter纤连蛋白的主要功能：介导细胞粘着，进而调节细胞的形状和细胞骨架的组织，促进细胞铺展；在胚胎发生过程中，纤连蛋白对于许多类型细胞的迁移和分化是必须的；在创伤修复中，纤连蛋白促进巨噬细胞和其它免疫细胞迁移到受损部位；在血凝块形成中，纤连蛋白促进血小板附着于血管受损部位。,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,纤连蛋白分型：血浆纤连蛋白：V字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。细胞纤连蛋白：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。已鉴定的FN亚单位20种以上，为同一基因的表达产物，每个亚单位由数个结构域构成，RGD（Arg-Gly-Asp）三肽序列是细胞识别的最小结构单位；由同一基因编码，转录后拼接不同，形成多种异型分子。FN的膜蛋白受体为整合素家族成员之一，在其细胞外功能区有与RGD高亲和性结合部位。,纤连蛋白分子通过整联蛋白与细胞骨架结合的示意图,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,弹性蛋白elastin是弹性纤维的主要成分。由二类短肽交替排列构成。一种是疏水短肽，赋予分子以弹性;另一种为富Ala及Lys残基的螺旋，负责在相邻分子间交联，形成网状结构。弹性蛋白外面包着一层由微原纤维（糖蛋白）构成的壳。老年组织中弹性蛋白的生成减少，降解增强，以致组织失去弹性。,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,细胞膜常与膜下结构相互联系，协同作用，并形成细胞表面的某些特化结构以完成特定的功能。这些特化结构包括膜骨架、微绒毛、褶皱及鞭毛纤毛等等，分别与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物质交换等功能有关。,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,1.膜骨架membraneassociatedcytoskeleton膜骨架指质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构(meshwork)，它参与维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析表明，血影蛋白主要成分包括：血影蛋白（spectrin）、锚蛋白（ankyrin）、带3蛋白、带4.1蛋白、肌动蛋白（actin）和血型糖蛋白（glycophorin）。血影蛋白：由结构相似的链、链组成一个异二聚体，两个二聚体头与头相接连形成一个四聚体。锚蛋白：与血影蛋白和带3蛋白的胞质部相连，将血影蛋白网络连接到质膜上。带3蛋白：是阴离子载体，通过交换Cl，使HCO3进入红细胞，为二聚体。每个单体含929个氨基酸，穿膜12次。,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,2.微绒毛microvillus微绒毛是细胞表面伸出的细长指状突起，广泛存在于动物细胞表面。微绒毛直径约为0.1m，长度则因细胞种类和生理状况不同而有所不同。微绒毛的内芯由肌动蛋白丝束组成，肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白（villin）和丝束蛋白（fimbrin）组成的横桥相连。微绒毛侧面质膜有侧臂(含有myosinI和钙调蛋白)与肌动蛋白丝束相连，从而将肌动蛋白丝束固定。,微绒毛的结构,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,3.褶皱ruffleorlamellipodium在细胞表面还有一种扁形突起，称为皱褶或片足。皱褶在形态上不同于微绒毛，它宽而扁，宽度不等，厚度与微绒毛直径相等，约0.1m，高达几微米。在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。,内褶,3.3细胞表面的分化3.3.1细胞外被1.细胞外被2.胞外基质胶原氨基聚糖和蛋白聚糖纤连蛋白和层粘连蛋白弹性蛋白3.3.2质膜的特化结构1.膜骨架2.微绒毛3.褶皱4.鞭毛纤毛,4.鞭毛纤毛（flagelliumandcilium）鞭毛和纤毛是细胞表面伸出的条状运动装置.前者较短，约510um；后者较长，约150um，直径均为0.150.3um。二者在结构上均由9+2微管构成，纤毛和鞭毛都来源于中心粒。鞭毛和纤毛均由基体和鞭杆两部分构成，鞭毛中的微管为9+2结构，即由9个二联微管和一对中央微管构成，其中二联微管由AB两个管组成，A管由13条原纤维组成，B管由10条原纤维组成，两者共用3条。A管对着相邻的B管伸出两条动力蛋白臂，并向鞭毛中央发出一条辐。基体的微管组成为9+0，并且二联微管为三联微管所取代，结构类似于中心粒。纤毛和鞭毛的运动是依靠动力蛋白（dynein）水解ATP，使相邻的二联微管相互滑动。,Humansperm,细胞外基质不只具有连接、支持、保水、抗压及保护等物理学作用，而且对细胞的基本生命活动发挥全方位的生物学作用。,1影响细胞的存活、生长与死亡正常真核细胞，除成熟血细胞外，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活，称为定着依赖性。例如，上皮细胞及内皮细胞一旦脱离了细胞外基质则会发生程序性死亡。此现象称为凋亡。不同的细胞外基质对细胞增殖的影响不同。例如，成纤维细胞在纤粘连蛋白基质上增殖加快，在层粘连蛋白基质上增殖减慢；而上皮细胞对纤粘连蛋白及层粘连蛋白的增殖反应则相反。肿瘤细胞的增殖丧失了定着依赖性，可在半悬浮状态增殖。,2决定细胞的形状体外实验证明，各种细胞脱离了细胞外基质呈单个游离状态时多呈球形。同一种细胞在不同的细胞外基质上粘附时可表现出完全不同的形状。上皮细胞粘附于基膜上才能显现出其极性。细胞外基质决定细胞的形状这一作用是通过其受体影响细胞骨架的组装而实现的。不同细胞具有不同的细胞外基质，介导的