第四章 细胞膜(1-3节)

1、第四章第四章 质膜与细胞表面质膜与细胞表面 第一节第一节 质膜的分子结构质膜的分子结构 第二节第二节 细胞连接细胞连接 第三节第三节 质膜特化结构质膜特化结构 第四节第四节 质膜与物质运输质膜与物质运输第一节 质膜的分子结构 细胞质膜(plasma membrane),又称细胞膜(cell membrane)。细胞内膜(intracellular membrane); 生物膜(biomembrane) 质膜的化学性质质膜的化学性质 几种有代表性的质膜模型几种有代表性的质膜模型 膜的化学组成膜的化学组成和结构和结构 细胞外被细胞外被第二节第二节 细胞连接细胞连接 紧密连接紧密连接 粘合连接粘合连

2、接 隔状连接隔状连接 桥粒桥粒间隙连接间隙连接 胞间连丝胞间连丝一、双分子片层模型双分子片层模型（bimolecular leaflet model 这一模型是Danielli & Davson于1925-1935年提出的，因此又称Danielli & davson模型。l l 研究发现：质膜的表面张力比纯脂组成的膜的表面张力低的多！ l 脂质双分子层构成膜的骨架，球状蛋白质通过静电作用与磷脂的极性基因相结合分布于脂双层两侧，形成蛋白质磷脂蛋白质的“三夹板”或“三明治”式结构，曾有“三夹板”模型之称。有代表性的有代表性的质膜结构模型质膜结构模型 E.Gorter和FGrende

3、l（1925）: “蛋白质-脂类-蛋白质”双分子片层模型 J.D.Robertson（1959年）： 单位膜模型(unit membrane model) S.J.Singer和G.Nicolson（1972）： 生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model)晶格镶嵌模型（蛋白液晶膜模型）、板块镶嵌模型K.Simons et al(1997): 脂筏模型（lipid rafts model）生物膜结构生物膜结构磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分, 尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面, 膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者； 生物

4、膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体。 “Central dogma ” of membrane biology膜的流动性膜的流动性膜蛋白的流动 1、荧光抗体免疫标记实验 2、成斑现象(patching)或成帽现象(capping) 膜的流动性受多种因素影响；细胞骨架不但影响膜蛋白的运动， 也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是 影响膜流动性的重要因素。膜的不对称性膜的不对称性细胞质膜各部分的名称细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性膜脂与糖脂的不对称性 糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性 膜蛋白的不对称性

5、是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都 具有明确的方向性； 糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面； 膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上 有序的各种生理功能的保证。(一）膜脂成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固 醇三种类型。 膜脂的种热运动方式 脂质体（liposome）膜脂成分膜脂成分磷脂：膜脂的基本成分（50以上）分为二类: 甘油磷脂和鞘磷脂 主要特征：具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)（心磷脂除外）；脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由 16,18或20个组成；饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪 酸(如油酸)； 糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5以下）,神经细胞糖脂含量较

6、高；胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。运动方式运动方式沿膜平面的侧向运动（基本运动方式）,其扩散系数为10-8cm2/s；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，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的1010。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。脂质体（脂质体（liposome）脂质体是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。脂质体的脂质体的类型类型。脂质体的脂质体的应用应用脂质体的类型 (a) (a)水溶液中的磷脂分子团；水溶液中的磷脂分子团；(b)

7、(b)球形脂质体；球形脂质体；(c)(c)平面脂质体膜；平面脂质体膜；(d(d）用于疾病治疗的脂质体的示意图）用于疾病治疗的脂质体的示意图脂质体的应用脂质体的应用研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入脂质体中裹入DNADNA可用于基因转移；可用于基因转移；在临床治疗中在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体脂质体作为药物或酶等载体（二）膜蛋白（二）膜蛋白基本基本类型类型内在膜蛋白与膜脂内在膜蛋白与膜脂结合的方式结合的方式外外在膜蛋白与膜脂结合的方式在膜蛋白与膜脂结合的方式 外在外在( (外周外周) )膜蛋白膜蛋白 (extrinsic/peripheral

8、membrane proteins )； 水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表 面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合， 易分离。 内在（整合）膜蛋白内在（整合）膜蛋白 (intrinsic/ integral membrane proteins)。 水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密， 需用去垢剂使膜崩解后才可分离。 脂质锚定蛋白脂质锚定蛋白（lipid-anchored proteins) 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。基本类型基本类型膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。 跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带 负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸

9、残基通过 Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结 合脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂 双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。去垢剂去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性是一端亲水、另一端疏水的两性小分子小分子, ,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。是分离与研究膜蛋白的常用试剂。离子型去垢剂离子型去垢剂(SDS)(SDS)和非离子型去垢剂和非离子型去垢剂（Triton X-100Triton X-100） SDS: CHSDS: CH3 3-(CH-(CH2 2) )1111-OSO-OSO3 3-Na-Na+ +

10、CH3 CH3 CH3 C C CH CH2 2 C C (O-CH (O-CH2 2-CH-CH2 2) )1010- OH- OH CH3 CH3确定膜蛋白方向的实验程序确定膜蛋白方向的实验程序 胰酶消化法胰酶消化法 同位素标记法同位素标记法光脱色恢复技术光脱色恢复技术( (fluorescence recovery after photobleachingfluorescence recovery after photobleaching, FRAP), FRAP) 研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。 程序： 根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。生物膜结构的特征生物膜

11、结构的特征膜的流动性：生物膜的基本特征之一, 细胞进行生命活动的必要条件。 膜的不对称性 膜的分相现象。三、细胞质膜的三、细胞质膜的功能功能 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除,其中伴随着能量的传递; 提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递; 为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行; 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。四、膜骨架与细胞表面的特化结构四、膜骨架与细胞表面的特化结构 细胞质膜常常与膜下结构(主要是细胞骨架系统)相互联系, 协同作用, 并形成细胞表面的某些特化

12、结构以完成特定的功能。 膜骨架膜骨架膜骨架的概念 指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构, 它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。 红细胞的生物学特性红细胞的生物学特性膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。 红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白的红细胞质膜蛋白的SDS-PAGESDS-PAGE 红细胞膜骨架的结构红细胞膜骨架的结构 细胞连接的细胞连接的功能分类功能分类封闭连接(occluding junctions)紧密连接(tight junction)锚定连接(anchoring jun

13、ctions)通讯连接(communicating junctions)间隙连接(gap junction)；神经细胞间的化学突触(chemical synapse)；植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。锚定连接锚定连接(anchoring junctions)(anchoring junctions)与中间纤维相关的锚定连接：桥粒(desmosome)半桥粒(hemidesm osome);与肌动蛋白纤维相关的锚定连接：粘合带(adhesion belt)；粘合斑(focal adhesion)紧密连接紧密连接紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间紧密连接的结构 紧

14、密连接的功能形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；支持功能紧密连接嵴线中的两类蛋白：封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）；claudin蛋白家族（现已发现15种以上） 二、锚定连接二、锚定连接锚定连接在组织内分布很广泛锚定连接在组织内分布很广泛, ,在上皮在上皮组织组织, ,心肌和子宫颈等组织中含量尤为心肌和子宫颈等组织中含量尤为丰富丰富锚定连接的类型、结构与功能锚定连接的类型、结构与功能锚定连接的锚定连接的结构结构组成组成 锚定连接的类型、结构与功能锚定连接的类型、结构与功能与中间纤维相连的锚定连接桥粒桥粒: 铆接

15、相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。半桥粒半桥粒: 半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中，中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 粘合带粘合带：(belt desmosome)粘合斑粘合斑: 细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。 锚定连接的结构组成锚定连接的结构组成 通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形 成一个坚挺、有序的细胞群体。锚定连接具有两种不同形式: 与中间纤维相连的锚定连接主要包括桥粒和

16、半桥粒； 与肌动蛋白纤维相连的锚定连接主要包括粘合带与粘合斑。构成锚定连接的蛋白可分成两类: 细胞内附着蛋白(attachment proteins),将特定的细胞骨架成分 (中间纤维或微丝)同连接复合体结合在一起 (desmoplakin) 跨膜连接的糖蛋白,其细胞内的部分与附着蛋白相连, 细胞 外的部分与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞外 基质相互作用。(desmoglein, desmocollin) 四、通讯连接四、通讯连接 1 间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物 组织中都存在间隙连接。 2 化学突触:存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式,它通过释放神经递质来传导神经冲动。3胞间连

17、丝：高等植物细胞之间通过胞间 连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络。 胞间连丝结构 胞间连丝的功能间隙连接间隙连接 间隙连接结构 间隙连接的蛋白成分间隙连接的功能及其调节机制间隙连接的通透性是可以调节的 间隙连接结构间隙连接结构 间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为23nm 。连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位。 每个连接子由6个connexin分子组成。 连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道。连接单位由两个连接子对接构成。间隙连接的蛋白成分间隙连接的蛋白成分 已分离20余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族, 其分子量2660KD不等；连接子蛋白具有4个-螺旋的跨膜区，是该蛋白家

18、族最保守的区域。连接子蛋白的一级结构都比较保守, 并有相似的抗原性。不同类型细胞表达不同的连接子蛋白，间隙连接的孔 径与调控机制有所不同。 间隙连接的功能及其调节机制间隙连接的功能及其调节机制 间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化细胞分化过程中的作用 胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路, 从而为某一 特定细胞提供它的“位置信息”，并根据其位置影响其分化。 肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似 “肿瘤抑制因子”。 间隙连接在代谢偶联代谢偶联中的作用 间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过, 是细胞间代谢 偶联的基础 代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实 代谢偶联作用在协调细胞群体的

19、生物学功能方面起重要作用.间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用（电兴奋传导电兴奋传导） 电突触(electronic junction) 快速实现细胞间信号通讯 间隙连接的间隙连接的通透性通透性是可以调节的是可以调节的 降低胞质中的pH值和提高自由Ca2+的浓度 都可以使其通透性降低间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调 控及细胞外化学信号的调控胞间连丝结构 相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构胞间连丝的功能 实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运； 实现细胞间的电传导； 在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节 植物细胞间的物质运输。 四、细胞表面的粘连分子 同种类型细胞间的彼此

20、粘连是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘连分子所介导的。粘连分子的特征与类型 粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与 细胞骨架成分相连； 多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。 粘连分子类型及细胞间粘着方式类型 粘着方式 类型类型 钙粘素钙粘素（Cadherins） 选择素选择素（Selectin） 免疫球蛋白超家族的免疫球蛋白超家族的CAM(Ig-Superfamily，IgSF) 整合素整合素（Integrins） 质膜整合蛋白聚糖质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。 Cadherins： 属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，介导依赖Ca2+的细胞粘着和从ECM到细胞质

21、传递信号。对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官构成具有主要作用。（30多个成员的糖蛋白家族） E- Cadherins(epithelial), N- Cadherins(neural) ， P- Cadherins(placental)， 桥粒钙粘素。 Selectin： 属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识 别并相结合的糖蛋白，其胞外部分具有凝 集素样结构域(lectin-like domain)。 主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的 识别与粘着。 P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素 和L(Leukocyte)选择素。 Ig-Superfa

22、mily，IgSF： 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族。介导同亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着,但其粘着作用不依赖Ca2+，其中N-CAMs 在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。 Integrins： 由和两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。人体细胞中已发现16种链和8种链，它们相互配合形成22种不同的二聚体整合素，可与不同的配基结合，从而介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着。粘着方式粘着方式 细胞中主要的粘连分子家族细胞中主要的粘连分子家族 与细胞锚定连接相关的粘连分子与细胞锚定连接相关的粘连分子 非锚定连接（非锚定连接（nonjunctional adhesion）的细胞）

23、的细胞粘连分子及其作用部位粘连分子及其作用部位 细胞与细胞连接主要成员Ca2+或Mg2+依赖性胞内骨架成分与细胞连接关系钙粘素选择素免疫球蛋白类血细胞整合素E、N、P- 钙粘素桥粒钙粘素P-选择素N-细胞粘着分子Lb2+-+Actin纤维中等纤维 Actin 纤维粘着带桥粒 - - -细胞与基质连接 整合素 质膜蛋白聚糖约20种类型6b4Syndecans+-Actin 纤维中等纤维Actin 纤维粘着斑半桥粒 - 细胞中主要的粘连分子家族细胞中主要的粘连分子家族 细胞连接类型粘连分子胞外胞内某些结合蛋白细胞骨架类型 细胞与细胞连接桥粒 钙粘素 desmogleins desmocollins

24、 相邻细胞的钙粘素 desmoplakins plakoglobin中等纤维粘着带钙粘素(E-钙粘素)同上VinculinCatenin微丝 细胞与胞外基质连接半桥粒整合素（64）胞外基质蛋白(基底膜蛋白） desmoplakin- like蛋白中等纤维粘着斑整合素 胞外基质蛋白talinvinculin-actinin 微丝与细胞锚定连接相关的粘连分子与细胞锚定连接相关的粘连分子 非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色）非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色） 非锚定连接的细胞间粘着方式示意图非锚定连接的细胞间粘着方式示意图1.钙粘素；2.免疫球蛋白类细胞粘着分子； 3.选择素；4.

25、整合素；5.质膜整合蛋白聚糖 第三节第三节 细胞外被与细胞外基质细胞外被与细胞外基质 基本概念 胶原胶原(collagen) 氨基聚糖和蛋白聚糖氨基聚糖和蛋白聚糖 层粘连蛋白和纤粘连蛋白层粘连蛋白和纤粘连蛋白 弹性蛋白弹性蛋白(elastin) 植物细胞壁植物细胞壁质膜外其它特化结构质膜外其它特化结构 细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx) 细胞外基质(extracellular matrix) 真核细胞的细胞外结构（extracellular structures） 胶原是胞外基质最基本结构成份之一， 动物体内含量最丰富的蛋白（总量的 30以上）。常见的胶原类型及其在

26、组织中的分布 胶原及其分子结构 胶原的合成与加工 胶原的功能 氨基聚糖(glycosaminoglycan,GAGs) 蛋白聚糖(proteoglycan) 层粘连蛋白(laminin) 纤粘连蛋白(fibronectin) （四）弹性蛋白(elastin)弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要 存在于脉管壁及肺。弹性纤维与胶原纤维共同存在,分别赋予 组织以弹性及抗张性。弹性蛋白是高度疏水的非糖基化蛋白，具 有两个明显的特征:构象呈无规则卷曲状态;通过Lys残基相互交连成网状结构。 植物细胞壁的组成 植物细胞壁的功能 增加细胞强度，提供支持功能； 信息储存库的功能：产生多种寡糖 素作为信号物质，或

27、抵抗病、虫害， 或作为细胞生长和发育的信号物质。 细胞外基质细胞外基质(extracellular matrix) 结构组成： 指分布于细胞外空间, 由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构 主要功能： 构成支持细胞的框架，负责组织的构建； 胞外基质三维结构及成份的变化,改变细 胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、 分化和凋亡起重要的调控作用。 胞外基质的信号功能 细胞外被细胞外被(cell coat)又称糖萼又称糖萼(glycocalyx)结构组成： 指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链。功能：不仅对膜蛋白起保护作用,而且在细胞识别中起重

28、要作用。 真核细胞的细真核细胞的细胞外结构胞外结构（extracellular structures） 生物种类 细胞外 结构 结构纤维 水化基质 组分 粘连分子 动物 细 胞植 物细 胞细胞外 基质细胞壁 胶原弹性蛋白 纤维素 蛋白聚糖 半纤维素伸展蛋白 纤粘连蛋白层粘连蛋白 果胶质 常见的胶原类型及其在组织中的分布常见的胶原类型及其在组织中的分布胶原是细胞外基质中最主要的水不溶性纤维蛋白； 型胶原含量最丰富,形成类似的纤维结构； 但并非所有胶原都形成纤维；型胶原纤维束, 主要分布于皮肤、肌腱、 韧带及骨中,具有很强的抗张强度;型胶原主要存在于软骨中;型胶原形成微细的原纤维网,广泛分布于 伸

29、展性的组织,如疏松结缔组织; 型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要 成分及支架。 胶原及其分子结构胶原及其分子结构 胶原纤维的基本结构单位是原胶原；原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构；原胶原肽链具有Gly-x-y重复序列，对胶原纤 维的高级结构的形成是重要的； 在胶原纤维内部,原胶原蛋白分子呈1/4交替平 行排列,形成周期性横纹。 胶原的合成与加工胶原的合成与加工 前体肽链在粗面内质网合成，并形成前原胶原(preprocollagen)； 前原胶原(preprocollagen)是原胶原的前体 和分泌形式， 在粗面内质网合成、加工与组装， 经高尔基体分泌； 前原胶原在细胞外由两种专一性不

30、同的蛋白水解酶 作用, 分别切去N-末端前肽及C-末端前肽, 成为原胶 原（procollagen）； 原胶原进而聚合装配成胶原原纤维（collagen fibril） 和胶原纤维（collagen fiber）。 胶原的功能胶原的功能 胶原在胞外基质中含量最高,刚性及抗张力强度最 大,构成细胞外基质的骨架结构,细胞外基质中的其 它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式,以适 应特定功能的需要； 胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号 传递的调控网络中。 氨基聚糖氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖二糖单位之一是氨基己糖 (氨基葡萄糖或氨基半乳糖

31、) + 糖醛酸;氨基聚糖: 透明质酸、4-硫酸软骨素、6-硫酸软骨素、 硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等。透明质酸(hyaluronic acid)及其生物学功能透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主要成 分,也是蛋白聚糖的主要结构组分透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用 透明质酸使细胞保持彼此分离,使细胞易于运动迁 移和增殖并阻止细胞分化 蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面蛋白聚糖由氨基聚糖与核心蛋白(core protein)的丝氨酸残 基共价连接形成的巨分子若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合 形成多聚体蛋白聚糖的特性与功

32、能显著特点是多态性：不同的核心蛋白, 不同的氨基聚糖；软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一, 赋予软骨以凝 胶样特性和抗变形能力；蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多 种生长因子结合，完成信号的传导。 层粘连蛋白是高分子糖蛋白（820KD）,动物胚胎 及成体组织的基膜的主要结构组分之一；层粘连蛋白的结构由一条重链和两条轻链构成细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上；层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位： 与型胶原的结合部位； 与细胞质膜上的整合素结合的 Arg-Gly-Asp(R-G-D)序列。层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用； 层粘连蛋白也与肿瘤细胞的转移有关。纤粘连蛋白是高

33、分子量糖蛋白（220-250KD）纤粘连蛋白分型：纤粘连蛋白的主要功能：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,纤粘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,纤粘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,纤粘连蛋白促进血小板附着于 血管受损部位。血浆纤粘连蛋白是二聚体,由两条相似的A链及 链组成,整个分子呈V形。细胞纤粘连蛋白是多聚体。 纤粘连蛋白不同的亚单位为同一基因的表达产 物, 每个亚单位由数个结构域构成，RGD三肽 序列是为细胞识别的最小结构单位纤粘连蛋白的膜蛋白受体为整合素家族成员之 一,在其

34、细胞外功能区有与RGD高亲和性结合部位。植物细胞壁的植物细胞壁的组成组成纤维素分子纤维素微原纤维（microfibril）,为细胞壁提供了抗张强度半纤维素（hemicellulose）: 木糖、半乳糖和葡萄糖 等组成的高度分支的多糖 介导微原纤维连接彼此连接或介导微原纤维与其 它基质成分（果胶质）连接果胶质（pectin）：含有大量携带负电荷的糖，结合 Ca2+等阳离子,被高度水化形成凝胶 果胶质与半纤维素横向连接,参与细胞壁复杂网架的形成。 伸展蛋白(extensin)：糖蛋白,在初生壁中含量可多达15， 糖的总量约占65。木质素(lignin)：由酚残基形成的水不溶性多聚体。参与次生壁形成

35、,并以共价键与细胞壁多糖交联,大大增 加了细胞壁的强度与抗降解 膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片 （a）胶原纤维的分子结构与形成过程）胶原纤维的分子结构与形成过程()；（b）胶原纤维的电镜照片）胶原纤维的电镜照片 细胞表面是一个复合的结构系统，是一个多功能体系。 所谓复合的结构系统，是指细胞表面包括众多的结构： 细胞外基质：外在结构和表面粘着物质 细胞外结构 细胞外被细胞表面 表面特化结构 细胞膜 膜骨架（膜下溶胶层） 所谓多功能体系，是指细胞表面的功能极为复杂，首先最基本的作用是使细胞有一个相对稳定的内环境，是活细胞同周围环境或其它

36、细胞进行物质，信息、能量交换的结构基础。此外，细胞识别、细胞免疫、细胞癌变、细胞起源、细胞连接、细胞运动等，无不与细胞表面有关。细胞膜的形成宣告了细胞的诞生细胞膜的形成宣告了细胞的诞生 细胞膜细胞膜（Cell membrane） 指围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质组成的薄膜。是所有细胞共有的包被（原生质，细胞质）的一层膜。又有原生质膜（Plasmalemma）之称，通常简称质膜（Plasma membrane）。 细胞膜是存在于细胞上膜的一部分，除此外，在真核细胞的内部，还有很多膜（核膜，各种细胞器膜），统称为细胞内膜，细胞膜和细胞内膜合称为生物膜（指存在于细胞上的所有膜）。化学性质 人们对质

37、膜的认识经历了很长的过程。直到在电镜下直接观察到质膜的存在（示图）。那么这层膜是怎么样的呢？ 1895年，欧佛顿（Overton）在研究卵细胞通透性时，发现物质进出细胞与脂溶性有关，凡是脂溶性物质就容易穿膜，于是他推测细胞外有一层脂质的膜（脂肪栅）。 1917年，有人（Langmuir）设计了测量脂质分子面积的脂类单分子膜技术，亦称膜均衡技术。 1925年，德国人E、Gorter & Grendel利用这一技术测定了细胞膜中脂类分子的总面积。 材料：人的红细胞（细胞内无膜，溶血后只剩下膜外壳血影，ghost，可分为重封闭血影和白血影）。 方法：用低渗法制得红细胞血影，用有机溶剂将其类脂

38、抽提出来，铺展成单分子层，聚拢后测其面积，差不多是红血球表面积的两倍。 结论：细胞膜是由双层脂质分子组成的。二、单位膜模型单位膜模型（The unit membrane model） 这个模型是19571959年，英国伦敦大学的罗伯逊（Robertson），通过电镜观察后提出的，是对双分子片层模型的修正和补充。故又称DanielliRobertson模型。 其特点是：认为质膜内外表面的蛋白质不是球状的，而是薄片状（折叠形式）。 电镜下观察，质膜呈黑白黑三层式结构，膜厚度平均为7.5nm，电子密度高的两黑层，是由蛋白质和磷脂的头部形成。每层约厚2nm（如果是球状，要比2nm厚的多），电子密度低的

39、中间区相当于磷脂的尾部，约厚3.5nm。3、流动镶嵌模型、流动镶嵌模型（fluid mosaic model） 单位膜模型没法解释的问题。 1 膜有动态变化，而模型却设计了静的单一结构； 2 各种膜的功能特殊性显示不出来； 3 膜的厚度也不尽相同（5nm10nm不等）； 4 膜上的蛋白质为什么有的易提取，有的不易提取。 1972年，美国人辛格和尼考松（S.Singer & G.Nicolson），采用冰冻蚀刻法和示踪法，在电镜观察后提出的膜的流动镶嵌模型（）这个模型的主要内容可归纳为： 1 脂类物质以双分子层排列，构成膜的骨架； 2 镶嵌性 蛋白质分子镶嵌在脂双层的网架中。存在方式有内

40、在蛋白（整体蛋白）和外在蛋白（边周蛋白）。内在蛋白的组成，疏水性显著多于亲水性，为兼性分子，而外在蛋白的两类含量大体相等。 3 不对称性 蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和结构不同。 4 流动性 脂质双分子层和蛋白质是可以流动或运动的。 蛋白质分子的不对称性 有的在表面，有的横跨全膜，有的部分埋在脂质双分子层内。 尽管如此，它们之间是有联系的，不是孤立的。例如，在R.C的膜内表面，分布着一种外在性蛋白，叫spectrinspectrin多肽多肽，是存在于血细胞内表面的一种外在性蛋白，属于收缩蛋白，与红细胞运动变形有关。（有人译为红细胞膜蛋白等），它与另外两种横跨类脂

41、层的内在蛋白（一种是糖蛋白，一种是分子量为87000的蛋白质）互相连接，只要一种蛋白质移动，其它便跟着运动。Spectrin多肽有固定另外两种蛋白质的作用 脂类分子的不对称性 往往不饱和脂肪酸和卵磷脂、固醇在膜的外侧较多。内侧脑磷脂、含氨基的脂类、ser磷脂占优势。 另外，无论是糖脂，还是糖蛋白，糖的部分都是分布在膜外侧表面。脂质分子的运动性脂质分子的运动性： 有实验表明，类脂分子的脂肪酸链部分在正常生理状态下，可作多种形式的运动：旋转、振荡、摆动、翻转，同时整个分子可作侧向扩散运动。影响脂质流动性的主要因素脂质分子的运动不仅与脂分子的类型有关，也与脂分子同膜蛋白及膜周围的生物大分子的相互作用

42、以及温度等外环境有关。 链愈短、不饱和程度愈高，温度上升，则流动性越强。胆固醇/磷脂低，流动性强，卵磷脂/鞘磷脂高，流动强。 需要指出的是，分布在蛋白质周围的脂类分子是不能流动的，称它们是界面脂质分子界面脂质分子（）蛋白质分子的蛋白质分子的运动性运动性：有侧向扩散和旋转两种方式。荧光抗体免疫标记可观察。 实验1、细胞融合后表面抗原混合的实验 1970年，Frye，L.D.& Eddidin,M.R 的工作。 实验2、淋巴细胞的成束或成帽反应 实验3、用凝集素（可使膜蛋白发生凝集）做实验也可证明蛋白质的流动性 例：伴刀豆素A（ConA）、麦胚凝集素等。 近几年来，光脱色恢复技术（一种研究

43、膜蛋白和膜脂流动性的技术）广泛用于膜流动性研究。 细胞骨架不仅控制膜内整合蛋白的运动，而且也可控制膜外表面边周蛋白的运动，因此，必然存在一种跨膜控制系统，这种细胞骨架对膜外表面边周蛋白运动的控制，叫（越）跨膜控制（transmembrane control）。 综合流动镶嵌模型之内容，不难看出，其突出特点在于，流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性。由此造成各种膜的功能差异。四、质膜的化学组成四、质膜的化学组成 关于质膜化学组成的资料，多是来自对红血细胞膜的研究分析，以及从质膜所表现出来的某些特性进行推断： 有低的表面张力，只有在蛋白质和脂质的界面上才会这样。 膜表面带电（负电）情况随PH变化而

44、变化，同蛋白质性质相似。 可被脂性溶剂和蛋白酶溶解。 对水有很高的透性。 对脂溶性物质具优先透性。 对电的阻力高。 因此认为细胞膜几乎全都是脂类（50%）和蛋白质（40%），仅含少量糖类（210%糖脂和糖蛋白）和微量核酸（细菌质膜、核膜、mit、chl内膜）。但在不同的细胞膜，或同一细胞不同细胞器的膜，甚至同一细胞器的不同的膜层，其脂质和蛋白质的含量比例也是有较大差异的。这在很大程度上决定于膜的生理机能。神经髓鞘只起绝缘作用，蛋白质只有三种，与脂质的重量比仅为0.23。而功能复杂的线粒体内膜，含3040种蛋白质，与类脂的重量比是3.2。（一）膜脂（一）膜脂（LipidsLipids）动物细胞主

45、要有9种膜脂。在整个膜中，约有2030%的磷脂与蛋白质结合在一块，称为界面界面脂脂。它是蛋白质活性所必需的。1 1、磷脂、磷脂 占膜脂的50%以上，磷脂是由两个脂肪酸分子通过酯桥分别接在甘油的两个羟基上，而甘油的第三个羟基酯化成磷酸，再与一个带正电荷的基团结合。这种一端亲水，一端疏水的分子称为兼性分子或双型性分子或双亲媒性分子。常形象为2 2、糖脂、糖脂 占膜脂的5%以下，神经细胞上可达510%，目前已发现40余种。3 3、胆固醇和中性脂质、胆固醇和中性脂质 存在于细胞膜上，不超过膜脂的1/3。 （二）蛋白质（二）蛋白质（ProteinProtein）（膜蛋白） 细胞中约有2025%左右的蛋白

46、质分子是与膜相结合的，构成生物膜的这部分蛋白质特称为膜蛋白。依与膜脂的作用方式及在膜中的分布部位不同，和分离的难易程度，粗略地分为两类，即：1 1、外在蛋白、外在蛋白（extrinsic protein）或称外周蛋白或周缘蛋白（Peripheral protein），膜周边蛋白。 这部分蛋白质约占膜蛋白的2030%，它们通过离子键和其他非共价键与膜表面的膜脂相连，结合力较弱，分离较容易，只需较温和的方法，如改变介质离子浓度、PH值或加入螯合剂即可将其从膜上分离下来。如：红细胞膜素（血影蛋白、红膜肽）：存在于人红细胞膜内表面的一种分子量特别大的外在蛋白。（属膜收缩蛋白） 人的红细胞膜内表面上有一

47、种膜蛋白，称为红细胞膜素，是一种分子量特别大（255000，220000）的多肽，属外在蛋白，约占膜蛋白的1/3。（） 2 2 内在蛋白内在蛋白（mtrinsic protein）又称整合蛋白（integral protein） 这部分蛋白质靠疏水键与膜脂结合，镶嵌在脂质内部或穿透膜内、外表面，特称穿膜蛋白（Trans membrane protein），所占比例大于外在蛋白，分离较难，只有在较剧烈的条件下（超声波去垢剂等）才能将其分离下来。 如血型糖蛋白：存在于人红细胞膜上的一种含有ABO血型抗原的内在糖蛋白，其一COOH深入膜内，NH2端暴露在外部环境，低聚糖附着其上，属穿膜蛋白。 3 3

48、 脂质锚定蛋白脂质锚定蛋白又以膜蛋白所起的作用不同而分为：1 1酶类酶类（enzyme）：将化合物A化合物B。2 2受体受体（receptor）：与化合物A结合，传递其性质。 3 3载体载体（carrier）：将化合物A由膜一侧移至另一侧。（三）糖类（三）糖类（CarbohydrateCarbohydrate） 这类物质在膜中主要以糖脂（glycolipid）和糖蛋白（glycoprotein）的形式存在。三、质膜的功能三、质膜的功能（function of c.m）质膜与外界环境隔离开，通过它保持着一个相对稳定的细胞内环境，在细胞生命活动中行使着多种重要功能，概括为：物质运输，能量转换，信息

49、传递，细胞识别，细胞连接，代谢调控，膜电位维持等。 膜骨架与细胞表面的特化结构膜骨架与细胞表面的特化结构（一）膜骨架（一）膜骨架（membrane associated cytoskeleton）指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机能。早期有人称膜下溶胶层，实质为膜骨架。 厚度约0.2m，粘滞性高，有较多微管微丝，有较强的抗张度，缺少诸多细胞器。 通过SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳分析：红血细胞的膜骨架成分有：血影蛋白（通过锚蛋白连在质膜上），肌动蛋白，锚蛋白（外连带蛋白内连血影蛋白）和带4.1蛋白（与血型糖蛋白的C端或带蛋白结合相连），带蛋

50、白等。 膜骨架普遍存在于各种细胞中，但其骨架成分有别。人红血细胞膜上的三种最多（60%）的蛋白质，血影蛋白；血型糖蛋白；带蛋白。 细胞连接细胞连接 指具有一定的形态特点的细胞间及细胞与外界基质间通过质膜建立起的联系结构。加强细胞间机械联结；是细胞间直接通讯的结构基础（细胞间的间接通讯是通过信号分子在体液中进行的，如激素）；在物质交换中也起作用。按功能分为：封闭连接 锚定连接 通讯连接一、一、紧密连接（紧密连接（tightjunctiontightjunction ） 又称结合小带或封闭小带（zonula oceludens），为典型的封闭式连接，是相邻两细胞膜紧紧靠在一起的连接方式，中间无空隙

51、，并且两质膜外表面互相融合，所以电镜下观察呈三暗夹两明的五层结构。每个联结单元长度约50400 nm。 这类联结多见于胃肠道上皮细胞，以及内皮细胞之间。功能在于：封闭细胞间隙阻止大分子物质在上皮细胞间任意穿引，迫使物质沿细胞内部途径运输。把上皮联合成整体，使管腔内物质与组织液不连通，保持组织内环境的相对稳定。故又称不通透连接。二、粘合连接二、粘合连接(adheerens(adheerens junction) junction) （与肌动蛋白丝有关） 一种方式称一种方式称粘合带粘合带（adhesion belt),adhesion belt),介于紧密连接与桥粒之间，亦称为中间连接(inter

52、mediate junction)。是相邻细胞间有较宽（1520nm）间隙的一种联结方式。间隙内是由两侧的质膜伸出跨膜蛋白(钙粘蛋白,cadherins)相互粘合，间隙质膜外通过连接蛋白（catenin)与肌动蛋白丝相连。有的可见在间隙中有一层象梯子一样的隔壁，则称之为“火车轨道式”联结或隔壁连结，多见于上皮细胞。这种连接质膜内表面的细胞质丝环细胞形成带，故又称带状桥粒（belt desmosome）。 粘合连接的另一种方式叫粘合斑（adhesion plaques),是细胞的肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的连接方式。如贴壁细胞的贴壁行为，通过粘着斑贴在瓶壁上。 以上连接方式的功能主要是把细胞彼

53、此坚固的粘连在一起，组合成为功能性的结构单位，使组织具有较强的抗张与抗拉能力。多见于上皮，尤以口腔、皮肤、消化道、生殖道等。三、隔状连接（三、隔状连接（septateseptate junction) junction) 仅见于无脊椎动物的一种粘合连接，作用与粘合连接相同。 四、桥粒和半桥粒四、桥粒和半桥粒（与中间纤维有关） 桥粒桥粒（desmosme， maculae adherens）指相邻细胞间形成的“钮扣”样结构，联结处约有30nm的间隙，间隙充满丝状的粘多糖性物质，其中有一层电子密度较高的接触层，或称中央层（桥粒蛋白）将间隙等分为二。桥粒处内侧的细胞质显著增浓呈斑状结构，称胞质斑（致

54、密斑），与膜平引，并汇集很多张力丝（1nm，属中间纤维）加强桥粒坚韧性，当一个细胞受牵拉时，通过张力丝将所受力经桥粒传至邻近细胞，单位面积受力减小，细胞不易被拉开。 半桥粒半桥粒（hemides mosome） 位于表皮基细胞与基膜接触的一面，由于相对应的为基膜而不是细胞，因而称半桥粒，使上皮细胞牢固的固着在基底膜上。张力丝终止于半桥粒的致密斑内。 桥粒和半桥粒、粘着带与粘着斑统称为锚定连接锚定连接(ancohoring(ancohoring junction)junction)。通过这种连接方式将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连成一个坚挺、有序的细胞群体。五、五、间隙连接（间隙连接（ga

55、p junctiongap junction） 又有缝隙联结或接合斑（nexus）、缝管连接或封闭筋膜（fascia occludens）之称，是相邻细胞间有2-3nm间隙的一种连接方式。电镜下观察联结处呈四暗夹三明的七层结构之称。 在一定的放大倍数下，可以看到在连接处质膜表面上有排列规则的象“铆钉”一样的颗粒，冰冻蚀刻技术显示出每一颗粒是间隙连接的单位，称连接单元，每个连接单元由两个连接子对接而成。每一连接子是由一侧质膜上的6个哑铃形整体蛋白分子围成，中央有约1.5nm2nm的孔道，这一孔道可随组成孔道的6个亚单位以相互滑动的方式开启或关闭。使相邻细胞相通，故有人称这种连接为通讯连接，通讯连

56、接，是细胞通讯的结构基础。 这种连接方式，除了使细胞牢固相接外，主要功能则是作为细胞信息通讯和物质交流的通道。因而在调节和控制细胞的生长、分化、代谢诸方面发挥作用。 现在认为，小的水溶性分子（Na+、K+、Cl-、荧光素、中性红、核苷酸）、小分子酶类（分子量1000左右）可以通过通道，而大分子酶、蛋白质、核酸等大分子不能通过。 功能： 1、在胚胎发育和细胞分化中的作用（癌细胞）。 2、协调代谢（在代谢偶联中的作用） 3、电兴奋传导（在神经冲动信息传递过程中的作用） 电突触和化学突触。 植物细胞的连接植物细胞的连接胞间连丝胞间连丝（PlasmodesmaPlasmodesma） 在植物细胞，两相邻细胞的壁之间靠一层称作胞间层（中胶层middle tamella）的果胶类（Pectin）物质粘合在起，但在有些部位，细胞壁及胞间层并不连续，在此有原生质丝通过而勾通相邻两细胞，这便是植物细胞特有的连接方式胞间连丝，是指相邻植物细胞穿通细胞壁的细胞质通路。 电镜观察，胞间连丝为直径约40nm的管状结构，管道中有一条蛋白质亚单位连成的小管，称连丝微管或链样管，其两端分别同各细胞的内质网相连，在链样管中间有一电子密度深的线，称为中央棒（Cenfr