分子细胞生物学教学课件：Chapter2-细胞膜

1、第三章 细胞的基本概念细胞的一般常识真核细胞区别于原核细胞的主要特征生命是细胞的属性细胞的三要素一套基因组一层质膜一套完整的代谢机构活细胞的特征自我装配自我调节自我复制 支原体(0.1-0.3m)是最小的最简单的细胞 三要素具备 完成细胞功能至少需100种酶，酶促反应必须占的空间50nm，核糖体大小10-20nm，再加上质膜核酸等，可以推算细胞体积最小极限不可能小于100nm 病毒、类病毒、蛋白感染因子等不是细胞 动植物细胞直径2030 m。鸵鸟的卵直径可达5cm，支原体仅0.1 m ，人坐骨神经细胞可达1m。 细胞大小的计量单位 光、电镜下计量单位： m， nm 1毫米= 1000微米 (m

2、) 1微米= 1000纳米(nm） 1纳米=10埃（ ）人体内几种类型细胞的大小 根据进化程度的高低分为原核细胞与真核细胞prokaryotic cell：拟核，没有典型细胞核的细胞，包括细菌和蓝藻,支原体，立克次氏体(体虱斑疹伤寒) eukaryotic cell ：有细胞核和膜围细胞器的细胞，包括单细胞生物、全部多细胞生物的细胞。真核细胞与原核细胞的区别在于1、细胞膜系统的分化与演变结构与功能区域化(compartmentalization)与专一化拟核Nucleoid, 细胞核nucleus2、遗传信息量与遗传装置的扩增与基因表达方式复杂化（1）基因种类、数量增加（2）遗传装置复杂化（3

3、）基因表达方式复杂化3、细胞骨架系统出现原核细胞与真核细胞的不同点 原核细胞 真核细胞 代表生物 细菌、蓝藻和支原体 原生生物、真菌、植物和动物 细胞大小 较小(1-10m) 较大(10100m) 细胞壁 肽聚糖壁(支原体无) 植物细胞有纤维素壁 细胞膜 有(多功能性) 有 核糖体 70S(50S + 30S) 80S(60S + 40S) 内膜 无 有，分化为细胞器 细胞骨架 无 有 细胞核 拟核（无核膜和核仁） 有核膜和核仁 染色体 一条裸露环状双链DNA 两条以上线性DNA，与蛋白质结合 核外DNA 细菌有质粒DNA 线粒体、叶绿体DNA 分裂方式 无丝分裂 有丝分裂，减数分裂 第四章

4、细胞膜与细胞表面膜的结构、组成和基本特性细胞膜、质膜 （cell membrane or plasma membrane） 包围在细胞质外周的界膜生物膜(biomembrane) 质膜、细胞内膜、线粒体、叶绿体的膜等统称为生物膜第一节 质膜的基本结构对膜结构的认识过程单位膜模型液态镶嵌模型 两种重要的结构模型 J.D.Robertson（1959年）：单位膜模型(unit membrane model)电镜下生物膜呈现的暗-明-暗三层式膜称为单位膜。其中暗线是由脂类分子极性头部和蛋白质亲水端经锇酸染色后的显示，明带为脂类分子和蛋白质疏水部分所形成。 S.J.Singer和G.Nicolson（

5、1972）：流动镶嵌模型 (fluid mosaic model)脂双分子层的液态流动性,膜蛋白的镶嵌性电镜下质膜的结构171970年Larry Frye和Michael Edidin 人、鼠细胞融合（cell fusion ）实验证明膜的流动性淋巴细胞的成帽反应 通过抗体交联膜蛋白分子聚集成斑(patching)、成帽(capping)的现象也是膜蛋白在膜平面侧向扩散的例子。 普遍被接受的细胞膜结构模式图第二节 质膜的化学组成主要由脂类、蛋白质、糖类组成，脂类、蛋白质的比例接近1：1，膜功能越复杂蛋白质比例越高膜的类别蛋白质脂类糖类质膜 人红细胞 小鼠肝细胞 变形虫 494454435242

6、844膜的化学组成一、脂类1、膜脂分子的类型（磷脂、胆固醇、糖脂） 磷脂含氨类的磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰肌醇、鞘磷脂 胆固醇 糖脂 含一个或几个糖基的脂类：如脑苷脂、神经节苷脂 磷脂酰胆碱的分子结构 胆碱丝氨酸乙醇胺肌醇 膜脂分子结构特点：兼性分子 自动装配 水溶液中的磷脂分子团 球形脂质体 平面脂质体膜 自我闭合 形成脂质体（liposome）(a)水溶液中的磷脂分子团；(b)球形脂质体；(c)平面脂质体膜；（d）用于疾病治疗的脂质体示意图脂质体的用途： a）研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质的实验材料 b）用于基因转移的工具； c）临床治疗作为生物大分子与药物的运

7、载体 2、膜脂的基本特性（1）膜脂的流动性相变（phase transition）：脂双层由流动性较大的液晶态到凝胶化的晶态的相互转变称为相变，引起相变的温度称相变温度。相变温度以上膜脂分子的5种运动：旋转异构运动、侧向移动、旋转运动、左右摆动、翻转运动 影响膜脂流动性的因素：不饱和顺式双键多，分子弯曲，排列有序性降低，另外相变温度也降低，膜的流动性增高脂肪酸链越短，相变温度低，膜的流动性高胆固醇在相变温度以上增加膜脂的有序性，抑制磷脂分子的脂肪酸链的旋转异构运动，降低膜的流动性；卵磷脂/鞘磷脂的比值高，卵磷脂脂肪酸不饱和程度高，流动性高。膜脂结合膜蛋白后，也影响膜脂的流动性。 （2）膜脂的不

8、对称性内外两层膜脂种类、数量分布明显不同糖脂只分布于非细胞质侧鞘磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂总量质膜外侧面质膜内侧面20623962510人红细胞膜膜脂分布 质膜上的脂筏 质膜上散布着主要由鞘脂、胆固醇、糖脂组成的脂微区，比周围的脂双层要厚，称为脂筏（lipid raft），主要载着执行特定功能的膜蛋白，与信号转导、物质跨膜运输等有关。3、膜脂主要起结构支架作用构成膜的基本骨架,去除膜脂，膜则解体膜脂为某些膜蛋白(酶)维持构象、表现活性提供 环境。有很多酶的活性依赖于膜脂的存在。有些膜 蛋白只有在特异的磷脂头部基团存在时才有功能。二、膜蛋白1、膜蛋白的种类根据膜蛋白在膜中分布的位

9、置及与质膜的结合关系，将膜蛋白分为三类：整合蛋白（intergral protein）周边蛋白(peripheral protein)脂锚定蛋白（lipid-anchored protein） 整合蛋白或内在蛋白(integral protein)： 膜蛋白的70-80%，整合蛋白以不同程度嵌插在脂双分子层中，一次或多次穿膜，与脂双层分子结合紧密，只有用去垢剂处理，使膜崩解后才能将它们分离出来。周边蛋白(peripheral protein)： 占膜蛋白的20-30%，分布在膜的内外表面，与膜结合较弱，用温和的方法如改变溶液的离子强度或浓度，可将它们从膜上分离下来。脂锚定蛋白(Lipid-an

10、chored proteins) 通过与膜脂形成共价键结合到膜上 2、膜蛋白的特性（1）膜蛋白分子的运动性侧向运动和旋转运动，速度比磷脂分子慢得多膜蛋白侧向运动证据：人鼠细胞融合膜蛋白侧向扩散 淋巴细胞成帽反应影响膜蛋白的运动的因素：膜蛋白的运动受相连的骨架限制或细胞外基质的限制，有的膜蛋白的运动是有区域性的。（2）膜蛋白的不对称性蛋白质的种类及蛋白质本身结构的不对称糖蛋白分布的不对称 膜蛋白的不对称性 3、膜蛋白主要是功能执行者物质运输蛋白：离子通道，转运蛋白，Na_泵连接蛋白：有些是连接蛋白,起连接作用；受体：起信号接收和传递作用。 酶：有些是酶，催化相关的代谢反应三、膜糖类1、膜糖类的存

11、在形式 占膜重量的1-10%，以糖蛋白、糖脂的形式存在，分布在非细胞质面。 细胞外被(cell coat)又称糖萼(glycocalyx) 指动物细胞质膜外表面覆盖的与蛋白或脂类分子共价结合的寡糖链组成一层糖类结构，是细胞膜的结构组成部分。 膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片（梁凤霞，丁明孝） 细胞膜自然界存在的单糖及其衍生物有200多种,但存在于膜的糖类只有其中的9种： D-葡萄糖（D-Glucose) D-半乳糖 (D-galactose) D-甘露糖 (D-mannose) L-岩藻糖 (L-fucose) 阿拉伯糖木糖 N-乙酰半乳糖胺 (N-acetyl-D-galact

12、osamine) N-乙酰基葡萄糖胺 (N-acetyl-glucosamine) 唾液酸 (sialic acid)。2、膜糖类行使功能 不仅对膜蛋白起保护作用, 作为受体与细胞识别及信息传导有关。 血型抗原 酶 细胞识别、彼此粘着 膜的基本特性：流动性和不对称性流动性的生物学意义 对膜功能活动特别是酶活性必需的 物质运输 酶活性 信号转导 细胞周期：在M期, 膜的流动性最大, G1期和S期，膜流动性最低； 能量转换 发育和衰老膜不对称性的生物学意义膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性，细胞间的识别、运动、物质运输、信号传递等都具有方向性。不对称性保证了生命活动的高

13、度有序性。为适应某种环境而形成的特殊表面结构如：鞭毛和纤毛、微绒毛及褶皱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。第四节 细胞表面的特化结构微绒毛（microvillus）（1）结构： a. 2030条平行微丝由交联蛋白连接成束； b. 肌球蛋白-和肌钙蛋白固定微丝束到膜； c. 微丝束下方连于端网。 （2） 功能： 扩大细胞表面积， 利于细胞吸收 58肠上皮细胞的微绒毛(microvillus)褶皱（ruffle）or 片足（lamellipodia）结构：宽而扁的片状功能：细胞的吞饮装置Filopodium丝足Lamellipodium片足内褶（ infolding ）质膜由细胞表面向内深陷而形成。扩大物质交换的表面积。纤毛和鞭毛（cillia，flagella） 纤毛与鞭毛是