细胞生物学--细胞教案第四章x

1、细胞生物学第四章细胞质膜与细胞表面MEMBRANE STRUCTURE AND FUNCTION Biological membranes surround a cell and separate cellular compartments. A membrane is a mosaic of lipids, proteins, and carbohydrates. One of the key functions of a membrane is selective permeability: the ability to allow some substances through but

2、not others. This ability of a biological membrane to control the passage of substances is fundamental to life.Puncture a cell with a fine needle, and cytoplasm will not ooze out. Instead, the cell surface will appear to flow over the puncture and seal it. The membrane behaves as if it were fluid. Th

3、is fluidity results from the properties of phospholipids, the most abundant components in cell membranes. When placed in fluid, phospholipids cluster together to form what is called a lipid bilayer. The lipid bilayer is the structural basis of all cell membranes. A cell is separated from its environ

4、ment by a selectively permeable plasma membrane. The plasma membrane is commonly described as a fluid mosaic. It is like a mosaic in having diverse protein molecules embedded in a matrix of phospholipids. Its component proteins and phospholipid molecules can move about, so it is quite fluid and flex

5、ible. The phospholipids in a membrane form a two-layer framework called a phospholipid bilayer. The steroid cholesterol helps stabilize the phospholipids. Carbohydrate molecules are attached to some of the molecules that make up the membrane. (教材教材P337）.unzippedProteinrw32b2a.exe类脂分子自我组装成脂质体类脂分子自我组装

6、成脂质体 The graphic on the following page shows the structure of one of the most common phospholipids in animal cell membranes. surface-to-volume ratio A mathematical relationship in which volume increases with the cube of the diameter, but surface area increases only with the square. 第一节 细胞质膜plasma me

7、mbrane 一 细胞膜的结构模型教材（P64）1 三夹板 2 单位 3 流动镶嵌4 目前对质膜的认识（原版P255）plasma membrane Of cells, the outermost membrane, the boundary between the cytoplasm and the fluid bathing the cell. Its lipid bilayer is the basic structural part of the membrane; diverse proteins embedded in the bilayer or attached to its

8、surfaces carry out most functions, such as transport and reception of extracellular signals. The proteins embedded in a lipid bilayer or attached to one of its surfaces carry out most membrane functions. Many are enzyme components of metabolic machinery. Others are transport proteins, receptor prote

9、ins, recognition proteins, or adhesion proteins. The graphic below describes the function of these various membrane proteins. Phosphatidycholine, a phospholipid found in animal cell membranes.The molecule has a hydrophilic (water-loving) head and hydrophobic (water-dreading) fatty acid tails. Move y

10、our cursor over the molecule to identify these regions. 2膜脂（一）成分（1）磷脂 （ phospholipid） 卵磷脂 （Phosphatidycholine）（2）糖脂 （ glycolipids） A 红细胞表面的ABO血型糖脂（教材P65）B 神经节苷脂（gangliosides） 变化最多、最复杂的一类 glycolipids 是神经细胞的特征成分。儿童遗传性致死疾病- Tay-Sachs 病细胞中缺乏氨基己糖苷酶氨基己糖苷酶（己糖胺酶A） 不能把神经节苷脂（gangliosides） Gm2转化为神经节苷脂（ganglios

11、ides） Gm3，结果Gm2在脑细胞中积累，导致中枢神经系统退化，直至死亡。（3）胆固醇（二）膜脂的运动方式（原版P259）（三）脂质体Liposomes （原版258）phospholipid micelle spherical liposome artificial lipid bilayer, called a black membrane三 膜蛋白血影（原267）（一）类型（二）结合方式（原270 271）（三）去垢剂（原P266）四 膜的流动性（一）膜脂的流动性（二）膜蛋白的流动性（原P276-281）The experiment demonstrating the mixing

12、of plasma membrane proteins on mouse-human hybrid cells. The mouse and human proteins are initially confined to their own halves of the newly formed heterocaryon异核体 plasma membrane, but intermix with time.Antibody-induced patching (clustering) of antigens on the surface of a lymphocyte. Whereas mono

13、valent antibodies remain diffusely distributed on the lymphocyte surface, bivalent antibodies cross-link the antigens and cluster them into patches.Electron micrographs showing diffuse distribution of ferritin(铁蛋白)-coupled monovalent antibodies (A) and clustering of ferritin-coupled bivalent antibod

14、ies (B) on the surface of a lymphocyte. Each ferritin molecule appears as a black dot. (Courtesy of Durward Lawson.)Antibody-induced patches are rapidly swept to the tail of the lymphocyte, where they form a “cap”. Often the antibodies (and the proteins to which they bind) are then ingested into end

15、ocytotic vesicles and the lymphocyte adopts a shape that is characteristic of locomotion.Immunofluorescence micrographs showing diffuse, patchy, and capped distributions of fluorescent antibodies on lymphocytes. Monovalent antibodies show diffuse staining (A), while bivalent antibodies initially clu

16、ster into patches (B) and then cap (C). (Courtesy of Stefanello dePetris.)五 膜的不对称性 分析方法 freeze-fracture electron microscopy After the fracturing process shown here, the exposed fracture faces are shadowed with platinum and carbon, the organic material is digested away, and the resulting platinum rep

17、lica is examined in the electron microscope.（原272 273）（一） 膜脂的不对称性（教材70-71）（二）膜蛋白的不对称性细胞表面的特化结构一 膜骨架（一）红细胞的生物学特征（二）红细胞质膜蛋白和膜骨架红细胞膜蛋主要包括 1 血影蛋白spectrin2 锚蛋白ankyrin. 3 带三蛋白 band III proteins 4 肌动蛋白actin 4血型糖蛋白 glycophorin （原270 271 274） （原269） The two spectrin polypeptide chains are aligned in parallel

18、 and are variably coiled around each other to form flexible dimers (see Figure 6-23). The spectrin dimers join head to head to form tetramers that are linked together into a network by short actin filaments and other proteins on the cytoplasmic surface of the membrane. Spectrin molecules also intera

19、ct indirectly with band III proteins via another protein called ankyrin. ABO血型抗原物质在那mobijiao二 鞭毛和纤毛（一）鞭毛和纤毛的结构（教材254）（二） 不运动纤毛综合症第二节 细胞连接我们要得到分离的细胞，往往要对动物、植物体中的组织进行处理，这说明构成组织的细胞之间有机械的连接。哺乳动物胚胎在血液循环系统发育之前，细胞之间有营养和水分的联系。细胞间营养分配畅通，说明细胞间也有生理活动的联系。我们统称这些联系类型为细胞连接。细胞连接是多细胞有机体中相邻细胞相互联系、协同作用必不可少的组织形式。它是对细胞功

20、能的一种补充。l 按其功能可以将细胞连接分成两大类，一类是机械连接，另一类是通讯连接（ ）。 细胞连接的分类1 机械连接-故名思意，这种连接主要起到把细胞和细胞机械连系在一起的作用。（1） 紧密连接（ ）紧密连接是脉体上皮细胞特有的连接方式。它存在于细胞顶部下方质膜上的一个特化区域。（图）目前认为紧密连接的构造是这样的，相邻质膜上的许多跨膜蛋白互相之间在对应的位置上互相连接。这样就构成 了一条封闭索（ ）。紧密连接正是由数条交错成网的封闭索组成（图） 紧密连接普遍存在于脊椎动物体内各种腔道的上皮细胞中，除了具有机械的支持功能外还有一个重要的功能，它封闭了细胞之间还有一个重要的功能，它封闭了细胞

21、之间的空隙，将细胞连接成具有的空隙，将细胞连接成具有 韧性的一层，韧性的一层，使这一细胞层内侧的大多数物质不能自由使这一细胞层内侧的大多数物质不能自由通透。通透。如， ，肠腔内容物不能沿肠上皮细胞侧壁溢入体液中。肠上皮细胞对多糖 基酸重营 物质的吸收的靠分布在细胞顶部质膜上的主动运输载体完成的，而交多糖营养物质从细胞内运输到细胞外液是靠位于细胞基部和侧面质膜 上被动运输载体完成的。显然，这一系列运输过程的正常有序运行有赖于不同功能的载体蛋白在质膜上的不同分布，正是紧密连接封闭了细胞间隙维持了这两种载体蛋白的正常分布，从面保证了小肠上皮细胞的极性的吸收功能。Schematic drawing o

22、f a tight junction between epithelial cells of the small intestine. The adjacent plasma membranes are held together by continuous strands of junctional proteins that make contact across the intercellular chemical synapse At a gap junction, small molecules pass directly from the cytoplasm of one cell

23、 to the cytoplasm of the other. At a chemical synapse, the presynaptic nerve cell secretes a chemical signal (neurotransmitter) that diffuses across the synaptic cleft and signals the postsynaptic cell at its surface. (2) 锚定连接锚定连接（ ） 细胞能够结成一个有一定机械支撑能力，一个有利于发挥具功能的有序的细胞群体主要是靠 锚定连接。锚定连接是一个细胞 中的骨架系统成分与另

24、一个细胞 中的骨架成分相连接 （桥粒、粘合带）；以及一个细胞 的骨架系统和细胞外基质相连接（半桥粒、粘合斑）构成的。锚定连接又可分为与中间纤维相关的连接（桥粒、半桥粒）和与肌动蛋白相关的连接（粘合带、粘合斑）。 粘合带 连接细胞与细胞 粘合斑 连接细胞与细胞 桥粒 连接细胞与细胞 半桥粒 连接细胞与细胞外基质桥粒（）和半桥粒（）有一种天疱疮患者，他的体液渗漏至上皮导致严重的表皮大疱，这是由于患者的身体产生了某种桥粒连接蛋白的抗体，这些抗体作用于皮肤上皮细胞的桥粒使其失去功能的缘故。可见桥粒对维持上皮结构的正常是非常重要的。桥粒在细胞之间的连接作用如同铆钉，它的结构也呈铆构样半桥粒在形态上类似于

25、半个桥粒，它位于上皮细胞的底面。作用是使上皮细胞固着在基底膜，也称基板（ ）上，在半桥粒中，细胞质的中间纤维 不是 过而是附着在半桥粒的致密斑内（图） 粘合带（ ）与粘合斑（ ） 在上皮细胞紧密连接的下方常有由相邻细胞质膜相互粘合形成的一条连接的带，称粘合带。此处相邻细胞质膜的粘着作用要靠细胞粘合素（）它是一种衣附于离子的跨膜连接糖蛋白，从结构上 ，与粘合带相连的纤维不是中间纤维而是肌动蛋白纤维。粘合斑则是细胞中肌动蛋白丝与细胞外基质相连形成的，是以点状接触（）的形式完成。所以称粘合斑。三、通讯连接 （1） 间隙连接（2） 化学突触（3） 胞间连丝细胞结合成组织就是要发挥细胞在各方面的群体效应

26、，这在有赖于细胞组织内部一个代谢和行为上互相协作、协调一致的机制。这一机制是靠细胞之间的通讯连接方式间隙连接来实现的。（1） 间隙连接、间隙连接的结构 间隙连接的结构和机械连接的构造不相同，它虽然也有机械连接的作用但它的构造主要是细胞间生理偶联的需求。间隙连接是适应和满足由连接子（）的形式构成。 每个连接子都是一个跨膜蛋白颗粒，由6个相同的亚单位环绕排列组成的中间结构，直径为67纳米。组成连接子的亚单位称连接蛋白（）呈棒状结构。六个棒状结构的连接蛋白排列成连接子时有一定的倾斜，倾斜的角度可受a离子的浓度影响。这种构型的变化可能是连接子通道受调控启闭的基础。当相邻细胞质膜上的二个连接子互相吻合时

27、，就在两个细胞之间形成一条直径为1.5的水通道。连接子在质膜 上经常成 出现其区域大小不一。有的区域会有几对，有的甚至会有成 上万对连接子。 、间隙连接的功能 把因缺乏胸苷激酶的突变细胞（不能合成）与正常细胞一同时，发现凡是与正常细胞之间互通间隙连接的突变细胞都自己合成。放射性实验表明，是正常细胞合成的三磷酸胸苷通过间隙连接进入了突变细胞，参与了的合成。协调细胞群体的生物学功能协调细胞群体的生物学功能.当胰腺细胞受体接受激素后，第二信使和a离子浓度增高，促使胰腺细胞中的分泌泡向外释放蛋白酶消化液.这些第二信使可以通过间隙连接进入其相邻的细胞。因此只要有部分细胞接受激素，作用就会有更多的脉泡细胞同时向外分泌消化液。间隙