细胞膜-细胞生物学-课件3-06

,细胞膜（质膜）,膜性质,第六章细胞膜,第一节生物膜的化学组成和结构,第二节细胞膜的功能,光镜下细胞膜：界膜(内外分隔而又沟通),？思考：作为界膜所需要的性质,电镜下的细胞膜两暗夹一明，总宽度7nm,细胞膜（cellmembrane）质膜（plasmamembrane）生物膜(biomembrane)质膜（plasmamembrane）细胞内膜（internalmembrane）质膜和细胞内膜具有共同的结构和相近的功能，统称生物膜,第一节膜是由哪些物质构成的？这些物质是如何构成细胞膜的？第二节细胞膜对于细胞有些什么作用？细胞膜大致上如何执行这些功能？,带着问题听课：,膜两侧奇特的离子分布,钙离子浓度：膜外是膜内的10000倍！,第一节细胞膜的化学组成和结构,三种成分各自独特的理化性状，三者巧妙的相互作用,一、膜脂,二、膜蛋白,三、膜糖,神经髓鞘膜：脂75线粒体膜：蛋白质75一般：脂50、蛋白4050、糖110,第一节细胞膜的化学组成和结构,流动镶嵌模型FluidMosaiModel,脂质分子排成双层构成生物膜的骨架蛋白质分子以不同方式镶嵌或联结与脂双层上膜两侧结构是不对称的膜脂和膜蛋白具有一定的流动性,20世纪70年代提出(Singer&Nicolson),不断补充和完善,流动镶嵌模型FluidMosaiModel,脂质分子,蛋白质分子,脂双层,磷脂双分子层,膜蛋白,膜蛋白,寡聚多糖,糖蛋白,糖脂,是什么决定膜蛋白在冷冻断裂的膜样品上位于哪个半层？,胞质半层,胞外半层,3.膜脂的流动性,1.膜脂的种类和分子结构,膜脂membranelipids,2.膜脂分子的排列特性,4.脂双层的不对称性,(2)胆固醇（cholesterol）可多达与磷脂等量(3)糖脂（glycolipid）外侧,磷脂酰胆碱、,鞘磷脂,外,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰乙醇胺、,内,(1)磷脂（phospholipid）含量最高,1.膜脂的种类和分子结构,磷脂（磷脂酰胆碱）的分子结构,极性的头部（亲水）,非极性尾部（疏水）,常见的磷脂及其分布,磷脂酰胆碱,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰丝氨酸,鞘磷脂,内层,外层,强硬的平面甾环结构,极性的头部（亲水）,非极性尾部（疏水）,胆固醇的分子结构,强硬的甾环区域,极性的头部基团,较流动的尾部区域,胆固醇排列于磷脂之间,极性的头部（亲水）,非极性尾部（疏水）,糖脂的分子结构,最简单的糖脂半乳糖脑苷脂,最复杂的糖脂神经节苷脂(GM1),亲水脂分子(amphipathicmolecule)-亲水又亲脂,2.膜脂分子的排列特性,(1)分子团,(2)双分子层,(3)脂质体,(4)脂双层,脂质分子在水中的排列,分子团micelle,双分子层bilayer,脂质体liposome,黑膜Blackmembrane,脂质分子在水中的排列,脂质分子在膜上的排列-脂双层lipidbilayer,胞外,胞内,分子团,双分子层,脂质体,(1)横向扩散,(2)旋转,(3)尾部摆动,(4)翻转,3.膜脂的流动性(fluidity),1.磷脂尾部不饱和脂肪酸对膜流动性的影响,2.胆固醇对膜流动性的影响,不饱和脂肪酸含量愈高,膜流动性愈大,坚硬的甾环结构使膜稳定性增加,脂质双分子层流动性,(1)两个单层磷脂分布不同对流动性和带电性的影响,(2)糖脂全部分布于非胞质单层意义？,4.脂双层的不对称性(asymmetryoflipidbilayer),胞质面,非胞质面,头部带氨基的磷脂:,我们在这儿!,我们在这儿!,糖脂和头部带胆碱的磷脂:,磷脂的不对称分布是怎样造成的？,1.发生在内质网中膜脂合成时,复习（图5-14）：,3.磷脂转位子翻转酶使不对称分布,2.磷脂转位子搅杂酶使平衡分布,磷脂的不对称分布意义何在？,1.胞质面磷脂带负电对某些酶激活有利,与磷脂与膜蛋白相互作用有关：,3.胞质面磷脂可被某些酶加工,2.胞质面磷脂为某些胞质蛋白提供结合位点,膜蛋白membraneproteins,2.膜蛋白的结构,1.膜蛋白的存在方式,4.几种膜蛋白（略）,3.膜蛋白的研究方法（略）,5.膜蛋白的移动性,1.膜蛋白的存在方式,1)膜蛋白肽链穿越脂双层一次-单次跨膜蛋白2)膜蛋白肽链穿越脂双层数次-多次跨膜蛋白3)片层卷成筒状贯穿脂双层-筒4)膜蛋白位于胞质,其肽链疏水段锚入脂双层的胞质单层5)膜蛋白共价结合于胞质单层6)膜蛋白通过一寡糖链共价结合于非胞质单层中稀有磷脂7)膜蛋白非共价结合于其他膜蛋白上,膜蛋白在脂双层中存在的方式,1,234567,周围膜蛋白peripheralmembraneprotein轻柔分离即可获得(第6、7种)整合膜蛋白integralmembraneprotein破坏脂双层方可获得(第15种),膜蛋白的不对称性1.分子在内质网中合成和插入脂双层的方式不对称2.内质网和高尔基体中糖基化不对称-糖加在肽链的非胞质面一端（复习：内质网膜上多萜醇寡聚糖的翻转）3.肽链上半胱氨酸的巯基形式不对称-在胞质面呈还原状态的巯基-SH在非胞质面呈氧化状态的二硫键S-S（复习：也在内质网膜上造成）,膜蛋白合成,二硫键和糖基修饰位于膜蛋白的非胞质面,1.运输蛋白transportors2.黏附分子adhesivemolecules3.受体receptors4.抗原递呈分子antigen-presentingmolecules5.连接蛋白junctionproteins6.酶enzymes,膜蛋白的功能,膜蛋白的存在方式与功能有关两侧有作用:跨膜蛋白运输蛋白、受体单侧有作用,但需牢固位于膜上:跨膜蛋白某些连接蛋白单侧有作用,较松散联结于膜上:周围膜蛋白细胞外衣成分,跨膜蛋白,back,2.膜蛋白的结构,2.筒barrel片层卷成筒状,1.螺旋helix,膜蛋白也是亲水脂分子亲水又亲脂疏水氨基酸疏水段疏水区域(hydrophobic)亲水氨基酸亲水段亲水区域(hydrophilic),螺旋真核细胞和细菌的跨膜蛋白主要是螺旋结构,疏水脂双层,筒限于线粒体和叶绿体外膜的跨膜蛋白,疏水脂双层,(1)膜蛋白是移动的、可扩散的，但不翻转例子：斑片形成、光漂白后荧光素复原/光漂白中荧光素丢失(2)膜蛋白的移动是受限的例子:膜蛋白的区域性分布,5.膜蛋白的移动性movement,光漂白后荧光恢复实验（FRAP）光漂白,杂交细胞膜蛋白的混合,膜蛋白的区域性分布,小肠上皮细胞,肠腔,上皮下组织间隙,膜蛋白的区域性分布,小肠上皮细胞,肠腔,上皮下组织间隙,主动运输蛋白,被动运输蛋白,细胞膜蛋白流动性的限制:小肠上皮细胞,膜糖类membranecarbohydrade,2.膜糖类与凝集素(略),1.膜糖类的存在方式,3.膜糖类的功能,膜糖类7种,分布于膜的非胞质面（细胞的外侧面或细胞器的内腔面）,1.膜糖类的存在方式,连接于膜蛋白和膜脂,形成糖脂-以寡聚糖链共价结合于膜脂(一条寡糖链,常有分支,糖含量低)形成糖蛋白-以寡聚糖链共价结合于膜蛋白(多条寡糖链,常有分支,糖含量低)形成蛋白聚糖-以糖胺聚糖链共价结合于膜蛋白(多条糖胺聚糖链,无分支,糖含量高),连接方式,3.膜糖类的功能,(1)形成细胞外衣-保护(2)特异的糖基和规则的糖链排列-识别,细胞外衣（cellcoat）-真核细胞表面富含糖类的外围区域与膜蛋白和膜脂相连的膜糖类+黏附于膜上的糖蛋白和蛋白聚糖,细胞外衣（cellcoat）-真核细胞表面富含糖类的外围区域,3.膜糖类的功能,(1)形成细胞外衣-保护(2)特异的糖基和规则的糖链排列-识别例子:特异糖基被凝集素和含凝集素结构域的受体识别血型抗原被？识别,小分子物质大分子物质识别接收和转导信号,物质运输,信息交流,细胞膜对于外界既是屏障又是沟通中介,细胞膜的功能?,第二节细胞膜的功能,一.物质运输（质膜和内膜共有）,二.细胞识别和细胞黏附,三.细胞信号转导,四.细胞连接和组织构建,对大分子物质,（小泡运输）,endocytosis,exocytosis,胞吞,胞吐,对小分子物质,简单扩散（被动）,膜蛋白介导运输,一.物质运输transport,载体蛋白（主动、被动）,通道蛋白（被动）,carrier,channel,（脂溶性或不带电极性小分子）,（各种极性的带电小分子）,小肠上皮细胞的葡萄糖运输蛋白,肠腔,上皮下组织间隙,主动运输载体,被动运输载体,血糖浓度升高后脂肪细胞对糖运输的改变,合成更多的运输载体摄入更多的葡萄糖,水孔蛋白,质膜上运输水的通道水孔蛋白,血管加压素,几种分布于各种膜上的运输蛋白,载体蛋白,通道蛋白,carrier,channel,各种离子,离子、氨基酸、单糖、核苷酸等,改变,与所运物质结合,然后自身构象改变将物质在膜另一侧释放。,所运物质,形成跨膜的充水通道让所运物质通过。,运输原理,运输特点,所运物质,主动或被动运输，与所运物质互相作用较强，运输速度较慢,被动运输，与所运物质互相作用较弱，运输速度较快,将在第三篇第九章作详细讨论,小分子跨膜运输,小泡运输(vesiculartransport),1.胞吞作用2.胞吐作用,吞噬（吞噬体phagosome）吞饮（胞饮体pinosome）受体介导胞吞（有被小泡，coatedvesicle）,大分子跨膜运输,*,小泡运输,胞吞作用,吞噬(颗粒),细菌,吞噬细胞,鼠巨噬细胞,化学性变异的红细胞,back,小泡运输,胞吞作用,吞噬(颗粒),小泡运输,胞吞作用,吞饮(液体),back,受体介导的胞吞摄入LDL（胆固醇）,有被小泡,遗传性高胆固醇血症原因之一,受体缺陷：不能让有被小泡结合,go,胞吐-蛋白分泌,小泡的形成和融合,伴随膜的运动耗能,将在第三篇第十章作详细讨论,膜蛋白的运输和更新也依赖小泡运输想一想:膜蛋白从哪里制造出来?又怎样被运送到膜上?,膜蛋白在内质网制造、在高尔基体加工，由运输小泡运送到膜上(像跨膜运输一样)。运输小泡沿着细胞骨架搭成的“轨道”滚动。(下一章内容),膜泡运输,细胞骨架运输,二.细胞识别和细胞黏附Cellrecognition&celladhesion,1.细胞黏附和迁移2.精卵结合3.抗原递呈和免疫应答4.移植排斥反应,神经嵴细胞发生,迁移,集聚,分化,神经细胞卫星细胞构成神经节,细胞识别和细胞黏附,上皮的基底细胞,基底细胞增殖,相邻细胞互相连接,上皮扩展,细胞识别和细胞黏附,表达不同黏附分子的两种细胞分别黏附在一起,表达相同黏附分子但表达水平有高低的两种细胞分别黏附在一起,1.细胞黏附和迁移adhesion&migration,发生：白细胞趋化（穿过血管内皮进入炎症组织）白细胞归巢（穿过血管内皮进入淋巴器官）,第一步：识别选择素识别并结合受体上膜糖类,第二步：黏附并迁移整合素与受体上膜糖类结合,白细胞,内皮细胞,呵！我俩认识,质膜表面有选择素受体和整合素受体,质膜表面有选择素和整合素,选择素、整合素及其受体都是跨膜糖蛋白(叫作细胞黏附分子)。,将在第二篇第八章作详细讨论,白细胞质膜表面有受体,内皮细胞质膜表面选择素和整合素,白细胞滚动膜蛋白与细胞黏附,2.精卵结合sperm-ovumbinding,初级识别初级精子受体（与初级卵子结合蛋白）,精子,卵子,次级识别次级精子受体,质膜表面有卵子结合蛋白,质膜表面有精子受体,我来了！,结合蛋白和受体都是跨膜糖蛋白精子膜表面的结合蛋白（凝集素）识别了卵子膜表面受体上的特殊糖基,将在第五篇第十五章作详细讨论,精卵识别保证了受精的种属特异性保证了单精受精是受精的启动步骤,3.抗原递呈和免疫应答Antigen-presenting&immunoresponse,发生：专职吞噬细胞通过自己的II类MHC分子递呈抗原其他各种细胞通过自己的I类MHC分子递呈抗原,淋巴细胞受体识别MHC分子和它们递呈的抗原,淋巴细胞,“坏细胞”,看你往那儿逃!,质膜表面有受体,质膜表面有MHC分子,MHC分子和受体都是跨膜糖蛋白,可参考第五篇第十七章,细胞毒性T淋巴细胞受体识别I类MHC分子和它们递呈的内源性抗原,辅助T淋巴细胞受体识别II类MHC分子和它们递呈的外源性抗原,然后引发免疫应答,*MHC:主要组织相容性复合物majorhistocompatitycomplex,4.移植排斥反应transplantationrejection,发生：同种或异种的不同个体之间作细胞、组织或器官移植，引发受者对供者移植物的免疫排斥反应。,移植物排斥：不同种属和个体独特的MHC分子成为抗原,输血反应：不同种属和个体独特的ABO等系统成为抗原,受者免疫细胞,供者细胞,我看你不是自己人,质膜表面有受体,质膜表面有特异MHC分子或血型抗原,MHC、血型抗原及其受体都是跨膜糖蛋白,ABO四种血型抗原的差别是由血型糖蛋白在质膜外表面的寡聚糖侧链结构造成的。,从而引发受者对供者免疫反应，导致红细胞被攻击（溶血）。,造成ABO血型抗原的血型糖蛋白,ABO血型抗原系统,血型糖蛋白结构,差异所在,三.细胞信号转导Cellsignaling,1.膜受体及其分类2.膜受体与信号的负性调节,膜受体和细胞信号转导,膜受体：信号接收装置,膜受体分类,1.离子通道偶联受体2.G蛋白偶联受体3.酶偶联受体,膜受体是跨膜蛋白,膜受体的种类,离子通道偶联受体,G蛋白偶连受体,酶偶联受体,膜受体与细胞外信号分子结合而被激活，从而将信号转导入细胞内,信号系统的负性调节（信号接收装置水平）：受体的失敏与被胞吞,受体激活,受体失敏,受体被胞吞,四.细胞连接和组织构建Celljunction&tissueconstruction,1.封闭相邻细胞间隙2.加固与相邻细胞和与基质的连接3.与相邻细胞形成连接通道,通讯连接，其中有间隙连接（gapjunction）,锚定连接,闭锁连接，紧密连接（tightjunction）,细胞连接的类型,细胞膜的化学组成和结构,三种成分:,膜脂膜蛋白膜糖,流动镶嵌模型FluidMosaiModel,脂质分子排成双层构成生物膜的骨架蛋白质分子以不同方式镶嵌或联结与脂双层上膜两侧结构是不对称的膜脂和膜蛋白具有一定的流动性,本章重点1,细胞膜上3种成分的作用,本章重点2,*膜蛋白担任运输蛋白、黏附分子、受体、抗原递呈分子和连接蛋白等角色，是细胞内外物质运输、细胞间相互识别、黏附、连接和对细胞外信号应答的重要物质基础。*膜糖也参与了膜蛋白涉及的这些活动。*膜脂构成膜的骨架，成为对水溶性物质选择性通透的基础，并与膜蛋白和膜糖有重要的相互作用。,细胞膜的功能,本章重点3,一.物质运输（质膜和内膜共有）,二.细胞识别和细胞黏附,三.细胞信号转导,四.细胞连接和组织构建,*大部分小分子通过膜蛋白介导的被动运输和主动运输进出细胞膜，这些膜蛋白叫作膜运输蛋白，有载体和通道两类。大分子进出细胞膜则由小泡完成，大分子通过胞吞被摄入，通过胞吐被输出。,*对于细胞外信号，膜受体是信号的接收装置，介