第二节 细胞膜

1、第3页章节名称第3章 第二节 细胞膜课 时4课时授课时间授课地点学生人数教学目标与要求1掌握：细胞膜的液态镶嵌模型、小分子物质的跨膜运输及大分子与颗粒物质的膜泡运输、受体、配体与第二信使的概念。2熟悉：细胞膜的化学组成、细胞膜的特性。3了解：细胞膜的其它分子结构模型、影响膜流动性的因素、信号转导与医学的关系。能力培养目标 通过本节教学，使学生初步具有对细胞膜分子结构的认识，逐步培养学生从分子水平上对细胞膜的结构与功能的认知能力。使学生初步具有对细胞信号转导机制的认识，逐步培养学生用联系的整体的观念学习和理解细胞的生命活动的认知能力。重点难点分析重点难点 细胞膜的液态镶嵌模型及细胞膜的特性，小分

2、子物质的跨膜运输与颗粒物质的膜泡运输，受体、配体与第二信使的概念。课程资源准备教室教案教学参考资料普通的多媒体教室，能够有播放课件的设备环境即可有幻灯片和较为详细的讲义，也有电子教案医用生物学，胡先明、唐吟宇主编。教 学 预 设调控对策1、 教学内容2、 教学内容1讲述：细胞膜的化学组成、分子结构及细胞膜的特性；细胞膜的物质运输，受体、配体与第二信使的概念。2简介：细胞膜的其它分子结构模型。3重点讲解：细胞膜的液态镶嵌模型，小分子物质的跨膜运输，大分子物质与颗粒物质的膜泡运输，受体、配体与第二信使的概念。二、教学模式采用理论讲授、提问、讨论及自学交互的方式进行三、教学方法1. 多媒体教学2.

3、传统讲授复习思考题课后记录 教学内容第3章 生命的基本单位细胞第二节 细胞膜一、概念细胞膜(cell membrane)又称细胞质膜(plasmamembrane)，是指围绕在细胞最外层。将原生质与周围环境分隔开，由膜脂和膜蛋白组成的一层极薄的膜，它是生物膜的重要组成部分。在光学显微镜下，细胞膜只不过是细胞与周围环境之间的一个折光性和着色程度不同的界限 。在常规电镜超薄切片上，生物膜具有基本相似的两暗夹明结构，总厚度约为7.5nm。二、细胞膜的基本作用单层膜双层膜单位膜细胞膜（质膜）细胞内膜生物膜维护细胞内外环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外，在细胞的生存、生长

4、、分裂、分化中起重要作用。三、细胞膜的化学组成在不同种类的细胞中，细胞膜的化学组成基本相同，几乎全部是由脂类、蛋白质和少量的糖类组成。此外，还有少量的水、无机盐和金属离子等。糖 类脂 类蛋白质构成细胞膜的主体糖蛋白糖 脂膜糖类的主要存在形式（一）膜脂包括磷脂、胆固醇、糖脂。1.磷脂膜脂的基本成分（50%左右）极性头部和非极性尾部常有不饱和脂肪酸2.胆固醇存在于真核细胞膜上调节膜的流动性、稳定性和通透性3.糖脂普遍存在，含量约在5%左右神经细胞膜上含量丰富红细胞表面的ABO血型糖脂（二）膜蛋白周边蛋白(外在蛋白) 分布：膜的内外表面镶嵌蛋白(内在蛋白) 分布：贯穿整个脂质双分子层或部分插入脂质双

5、分子层 , 膜内在蛋白； , 膜周边蛋白（脂锚定蛋白）; , 膜周边蛋白（三）膜糖类分布：生物膜的非胞质面膜中含有少量的糖类，称为膜糖类。糖 类脂 类糖 脂 糖 类蛋白质及糖蛋白 糖脂和糖蛋白分布在质膜的外表面。三、细胞膜的分子结构l 1917年，Langmuir，细胞膜由单层磷脂分子构成l 1925，Gorter等， 膜由双层脂类构成l 1935，Denielli等，片层结构模型l 1959，Roberson，单位膜模型l 1972，S.J.Singer等，液态镶嵌模型l 1975，Wallach，晶格镶嵌模型l 1977，Jain 等，板块镶嵌模型l 1997，K.Smons 等，脂筏模型

6、（一）磷脂单分子层模型1917年， Langmuir发现磷脂在水和空气界面上形成单分子膜。（二）磷脂双分子层模型1925年，E.Gorter and F.Grendel从红细胞膜抽提出磷脂，测出被抽提出的磷脂铺成单层膜时所占有面积大约是红细胞表面积的2倍。提出双分子类脂层是细胞膜的基本结构。（三）片层结构（三明治）模型1935年，J.F.Danielli and H.Davson发现质膜的表面张力比油-水界面低很多，提出“蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治结构模型。（4） 单位膜模型1959年，J. D. Robertson发展了三明治模型，提出单位膜模型（Unit membrane model）

7、。得到X-衍射与电镜结果的支持。内容：1. 电镜下，“两暗一明”2. 内外为蛋白质，每层厚约2nm；中间为双层脂分子，厚约3.5nm；总厚度7.5nm（单位膜）3. 蛋白质肽链折叠意义：阐述了生物膜形态上共性单位膜缺陷：把各种膜视为千篇一律，难以对不同功能的生物膜做出合理解释（五）液态镶嵌模型1959-1972年，冰冻蚀刻技术双层膜脂中存在膜蛋白颗粒。免疫荧光标记技术质膜中的蛋白质是流动的。观点：1. 流动的脂双层构成膜的连续主体：流动性,有序性2. 球状蛋白质镶嵌在脂双层中：分布不对称性缺陷：忽视蛋白质对脂类流动性的控制；忽视膜各部分流动性的不均一性。（六）晶格镶嵌模型1. 液态与晶态、有序

8、与无序之间变化；2. 强调流动的局部性。（七）板块镶嵌模型1. 有序结构板块被无序的流动板块分割；2. 板块流动性不同。（八）脂阀模型1.脂双分子层外层，富含胆固醇和鞘磷脂，结构致密，形成“脂阀”2.脂阀上载着蛋白质3. 功能：参与膜的信号转导、蛋白质分选等1. Non-raft membrane2. Lipid raft3. Lipid raft associated transmembrane protein4. Non-raft membrane protein5. Glycosylation modifications (on glycoproteins and glycolipids

9、)6. GPI-anchored protein7. Cholesterol8. Glycolipid 四、细胞膜的特性（一）膜的不对称性功能的方向性膜脂分布的不对称性膜蛋白分布的不对称性膜糖分布的不对称性（二）膜的流动性1. 膜脂的流动性1. 侧向扩散 2. 旋转运动 3. 摆动运动 4. 伸缩震荡 5. 翻转运动 6. 旋转异构2. 膜蛋白的运动性膜蛋白的运动是侧向移动和旋转运动3.影响膜脂流动性的因素（1） 胆固醇：高于相变温度，胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。（2）脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。（3） 脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降

10、低。（4） 卵磷脂/鞘磷脂：比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。（5） 其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。五、细胞膜的功能膜是细胞的重要结构，细胞膜的基本功能对外防止有害物质的侵入，对内保持细胞相对独立和维持环境的稳定，此外它也是细胞膜内外物质进出、信息交流、能量交换的门户。（一）细胞膜的物质运输细胞要新陈代谢，必须与外界进行活跃的物质交流。即新陈代谢所需的各种物质不断地摄入细胞内，细胞内的新陈代谢产物及时地分泌或排出细胞外。这些物质交换过程都是通过细胞膜来实现的。细胞膜的物质交换过程是有选择性地进行着的。如果细胞膜的选择性通透作用异常将会产生病理状态，甚至导致细胞死亡。细胞膜

11、的物质运输概括起来，主要有穿膜运输（离子和小分子的运输）和膜泡运输（大分子与颗粒物质的运输）两大方式。物质运输穿膜运输被动运输简单扩散闸门通道扩散被动扩散主动运输离子泵运输协同运输膜泡运输胞吞作用吞噬作用胞饮作用胞吐作用1.穿膜运输穿膜运输是小分子物质和离子穿过细胞膜的运输方式。细胞膜允许某些物质穿过的性质称为通透性。膜的通透性最显著的特点是它的选择性，它对物质的运输可以是被动的，也可以是主动的。（1）被动运输定义：不需要消耗细胞代谢能量，将物质从高浓度一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧的物质运输方式我们把它称为被动运输。特点：不消耗ATP方式：被动运输可分为简单扩散、闸门通道扩散和帮助扩散3种。

12、1 简单扩散不需要消耗能量和不依靠专一性膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式称为简单扩散。脂溶性物质，如苯、乙醇、甾类激素以及O2和N2等可以通过脂双分子层按此方式扩散。有些不带电的极性小分子，如水、尿素、甘油、CO2等，它们的分子量小，且为双极性，因而也能穿过脂双分子的磷脂分子的极性头部进入脂双分子层。特点：1）不需要特异的膜载体和能量供应2）通透速度和浓度梯度成正比3）分子通透的速度取决于分子的大小和脂溶性的高低 通透性 P=KD/d K-分配系数； D-扩散系数； d-膜的厚度；影响通透率的因素通透率大小：不同物质的通透率不同；脂溶性高低：脂溶性越高通透性越大；分

13、子量大小：小分子比大分子易透过；分子的极性：非极性分子比极性容易透过；分子带电与否：极性不带电荷的小分子可透过脂双层；膜对带电荷的物质，如离子是高度不通透的。2 闸门通道扩散定义：一些分子和电荷适当的离子，代谢产物或其他溶质，顺浓度梯度经过闸门通道扩散到细胞膜的另一侧的运输方式。种类：一类是可持续开放的通道蛋白，第二类是闸门通道蛋白。1） 一类是可持续开放的通道蛋白，其上有0.350.8nm的小孔，小孔能持续开放，一些亲水基团镶在小孔的表面，因而能使水和一些大小适宜的分子与带电荷的溶质，经此小孔从膜的一侧以简单扩散的方式转运动膜的另一侧。2） 第二类是闸门通道蛋白，其孔道的开放是不连续的，仅在

14、对特定刺激发生反应的瞬间才开放，其他时间是关闭的。通道的开放与关闭受通道的闸门控制。如钾离子的闸门通道运输。当细胞内游离钙离子浓度增加时，可启动钾离子的闸门通道开放。但它的开放常常只有几毫秒的时间，在许多情况下闸门能迅速自动关闭。1）特点： 离子选择性； 门控； 转运速率高。3 帮助扩散：转运蛋白介导的协助扩散1）定义：凡是借助于载体蛋白的帮助顺浓度梯度的物质运输方式。如：K+、Na+、Ca2+等带电离子的转运和葡萄糖、氨基酸等的转运。2）特点：增加转运速率：如葡萄糖载体对葡萄糖有很高的亲和力，1秒钟可传送180个葡萄糖分子进入细胞。维生素D可以促进小肠粘膜中钙离子载体的合成，所以维生素D可以

15、促进机体对钙的吸收。协助扩散的速率仅在一定范围内同物质的浓度差成正比。细胞膜上特定载体蛋白的数量是相对恒定，当所有载体蛋白的结合部位都被占据，载体处于饱和状态时，运输速率达到最大值。（2）主动运输1）定义：主动运输是物质由低浓度的一侧跨膜转运到高浓度的一侧，同时消耗ATP能量的运输方式。2）特点：消耗能量 逆浓度差 需要载体蛋白1 Na-K泵（Na+-K+ATP酶）工作原理：每个循环消耗一个ATP。每个周期转出2个钠离子，输入2个钾离子，使细胞外带正电荷。 构成：由1个大亚基、1个小亚基组成的2聚体，具有ATP酶活性，因此也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。 分布：一切动物细胞的细

16、胞膜上。2）协同运输离子梯度驱动定义：协同运输是由钠钾泵等与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP完成的主动运输方式，又叫耦连运输。特点：靠间接提供能量完成主动运输。能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度。动物细胞中常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度驱动。2.膜泡运输大多数细胞都能摄入或排出特定大分子物质如蛋白质、多核苷酸和多糖等，有些细胞甚至能吞入大颗粒。由于有些细胞对一些大分子与颗粒物质不能通过细胞膜的渗透进行运输，而必须被包裹在膜围绕的小泡中进行运输。细胞在转运物质的过程中，物质被包裹在膜脂双层围绕的囊泡中，所以称为膜泡运输。细胞摄入和排出大分子和颗粒物质的过程分

17、别为胞吞作用和胞吐作用。胞吞作用和胞吐作用都需要能量供应，故属于主动运输。1）胞吞作用范畴胞吞作用是通过细胞质膜内陷形成胞吞泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程。胞吞作用类型：根据胞吞分子的大小划分:A、吞噬作用（指细胞的“吃”）：细胞内吞入较大的固体颗粒物质，如微生物或细胞的残渣、细菌、细胞碎片等。形成的囊泡的直径一般大于250nm，只有少数特化了的细胞才具有吞噬作用，如白细胞、巨噬细胞等。B、胞饮作用（指细胞的“喝”或“饮”）：细胞内吞液体或极小的颗粒物质。吞入的液体和溶质形成的囊泡直径小于150nm。大多数细胞具有胞饮作用。（二）细胞膜的信号传递“人类为什么能感受到春天紫丁香的香气，并在任

18、何时候都能提取出这种嗅觉上的记忆”。人能够分辨和记忆约1万种不同的气味，但人具有这种能力的基本原理是什么？香气受体结合G蛋白纤毛膜上的离子通道产生电信号沿着神经细胞的轴突传递嗅球。1.概念是指一个细胞发出的信息可通过介质（配体）传递到另一个细胞，通过受体的识别和信号传递产生细胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯这是多细胞生物包括动物和植物最普遍采用的通讯方式。受体： 膜受体：亲水性分子 胞内受体：亲脂性分子（1）膜受体：位于细胞膜上的受体。其多为膜上的功能性糖蛋白。也有糖脂组成的，也有糖脂和糖蛋白组成的复合物。（2）胞内受体：位于细胞