细胞生物学第3章 细胞膜与细胞表面

1电镜下人红细胞第3章细胞膜与细胞表面

细胞膜或质膜（Cellmembraneor

Plasmamembrane)：

包围在细胞质外周的一层界膜。细胞膜细胞质单位膜12多功能复合结构体系

糖被质膜胞质溶胶细胞表面(cellsurface)：细胞被或糖被（质膜外侧）质膜

胞质溶胶（质膜内侧）23第一节细胞膜的化学组成和结构

主要：脂类、蛋白质、糖类次要：水、无机盐、少量金属一、细胞膜的化学组成34生物膜（biomembrane）:细胞膜和细胞内膜总称。细胞内膜：

除质膜外的细胞内所有膜性结构。（线粒体膜、内质网膜、高尔基复合体膜、溶酶体膜以及核膜等）45（一）膜脂膜脂：

生物膜上的脂类，是质膜主要成份。膜脂种类：磷脂、糖脂、胆固醇56膜脂的特性：

水、脂兼性分子

头部有极性的亲水端尾部非极性的疏水端X头部尾部双键侧弯67水A．脂质胶态分子团膜脂在水相中的形式：ABB．脂质双分子层78DNA水

磷脂脂质体脂质体（liposome）：

由双层球形磷脂膜构成的人工膜载体,内含DNA分子。89脂质体（根据GeraldKarp2002修改）抗体9101.磷脂（50%以上）（1）甘油磷脂（2）鞘磷脂磷脂类型

极性头

非极性尾

胆碱胆碱磷酸甘油磷脂酰胆碱1011*磷酸甘油酯前身物质为磷脂酸！磷脂酸＋相应分子胆碱

磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC）乙醇氨

磷脂酰乙醇氨（脑磷脂，PH）L-丝氨酸

磷脂酰丝氨酸（PS）11脑磷脂磷脂酰丝氨酸卵磷脂鞘磷脂胆碱丝氨酸乙醇胺12132.胆固醇尾部胆固醇分子结构脂肪酸链胆固醇头部类固醇环]极性非极性胆固醇与单层磷脂分子间作用1314胆固醇疏水的区域亲水的区域14153.糖脂糖＋脂→糖脂分布：占质膜表面的50%神经酰氨(1)动物细胞膜中的糖脂是鞘氨醇的衍生物(2)糖脂的作用可能作为某些大分子的受体，与细胞识别及信息传导有关。15161.半乳糖脑苷脂2.GM1神经节苷脂3.唾液酸糖脂的结构1617葡糖脑苷脂1718（二）膜蛋白膜蛋白：生物膜所含的蛋白质是细胞膜功能承担者膜蛋白种类：1.外在蛋白（外周蛋白）外在蛋白内在蛋白2.内在蛋白（跨膜蛋白）3.脂锚定蛋白（脂连接蛋白）18191.内在膜蛋白（跨膜蛋白）占膜蛋白70%～80%（膜功能承担者）镶嵌在脂双分子层中(跨膜蛋白如载体蛋白)与脂类分子通过疏水键或离子键结合与膜结合较牢固，不易分离和纯化1920占膜蛋白20%～30%,水溶性蛋白质主要在膜内表面与膜脂或镶嵌蛋白结合：以非共价键附着与膜结合力较弱，易洗脱2.外在膜蛋白（外周蛋白）203.脂锚定蛋白（脂连接蛋白）在质膜内侧（c）：与细胞从正常状态向恶性状态转化有关!在质膜外侧（d）：又称糖基磷脂酰肌醇（GPI），增大膜上运动，有利于结合更多蛋白质有更多侧向运动能力。2122

膜中含有的糖类在膜外表面膜糖类型：

糖类+膜脂1.糖脂：糖类+膜蛋白2.糖蛋白：（三）膜糖类（2%~10%）细胞内细胞被脂双层膜蛋白2223二、细胞膜的分子结构模型（一）单位膜模型1959J.D.Robertson

电镜观察细胞提出单位膜模型1935第一个细胞膜分子模型。论点：细胞膜中央是由连续的双层脂质分子组成，内外两侧由蛋白质以静电作用与脂质分子相吸附2324单位膜（unitmembrane）：

电镜下膜性结构均呈三层夹板的二暗一明结构。即内外两层电子密度较高厚度各2nm.中间层电子密度较低,厚度约3.5nm,总厚度约7～8nm。3.5nm2～2.5nm2～2.5nm2425单位膜模型论点：磷脂双分子层构成膜的连续主体，极性头部向外，疏水尾部向内，蛋白质以折叠片形式位于两侧，与磷脂极性端静电结合。脂双分子层2nm2nm3.5nm2＋3.5＋2共7.5nm2526流动镶嵌模型论点：流动的脂质双分子层构成膜的连续主体，球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层。1972Singer和Nicolson(二)流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）脂质双分子层极性疏水外周蛋白镶嵌蛋白26（三）晶格镶嵌模型论点：生物膜中流动的脂类是在可逆地进行无序（液态）和有序（晶态），而具有“流动性”的脂类呈小片的点状分布，因此脂类的“流动性”是局部的，并非整个脂类双分子层都在流动。2728（四）板块模型论点：流动的脂类双分子层中存在许多大小不同，彼此独立移动的脂质区（有序结构的板块），而在有序结构的板块间被流动的脂质区（无序结构的板块）所分割，细胞膜各部分的流动性处于不均一状态，并随着生理状态和环境条件的变化而发生晶态与非晶态的相互转化，使膜的各个区域流动处于不断变化28（五）脂筏模型脂筏（lipidraft）：生物膜上胆固醇和鞘磷脂富集而形成有序脂相，如同脂筏一样载着各种蛋白，大小约70nm，是一种动态结构。脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系2930第二节细胞膜的特征和功能（一）细胞膜的不对称性1.膜脂分布的不对称性（相对的）（1）膜内外两层分布的脂类分子的含量和比例不同（2）胆固醇分布倾向集中于细胞膜的外层（3）糖脂分布在细胞膜外层一、细胞膜的特征30312．膜蛋白分布不对称性（绝对的）膜结构的不对称性，保证膜功能的方向性细胞断面蛋白分布细胞质质膜外面（1400个/m2)质膜内面（2800个/m2)3132（二）膜的流动性生理状态：细胞膜呈液晶态相变温度：引起膜相变的温度液晶态高于相变温度液态液晶态晶态低于相变温度32331.膜脂分子的运动（1）旋转运动（2）左右摆动（3）翻转运动（4）伸缩和振荡运动3334（1）侧向扩散（2）旋转运动2.膜蛋白分子的运动性3435小鼠细胞异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B抗人膜蛋白抗体+荧光素A抗体+抗原人细胞孵育诱导融合膜抗原膜蛋白侧向扩散人鼠杂交细胞3536二、细胞膜与细胞内外物质转运膜的通透性（permeability)：细胞膜允许一定物质穿过的性能

是维持细胞内渗透压平衡的关键膜的通透性具有选择性3637不同物质透过人工脂双层的能力3738细胞膜内外物质运输形式：1.小分子和离子的穿膜运输：2.大分子和颗粒物质的膜泡运输：被动运输、主动运输①胞吞作用：②胞吐作用吞噬作用、吞饮作用、受体介导的内吞作用3839（一）被动运输（passivetransport)

物质顺浓度梯度，由高浓度的一侧经膜运输到低浓度一侧的穿膜扩散，不消耗代谢能的运输方式。被动运输或易化扩散：39401.自由扩散（freediffusing):也称简单扩散（simplediffusion):

不需要消耗能量和不依靠专一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。4041高浓度电化学梯度低浓度脂质双分子层自由扩散4142疏水分子：O2、N2、苯不带电小极性分子：

H2O、CO2、尿素不带电的大极性分子：离子:H+

、K+、Ca2+、Cl-Mg2+、Na+NaHCO－3适合自由扩散的物质不适合自由扩散的物质葡萄糖、蔗糖42432.协助扩散①顺浓度梯度（或电化学梯度）②不消耗能量③需要膜蛋白的协助④转运速率比自由扩散高⑤存在最大转运速率：一定限度内运输速率同物质浓度成正比⑥有特异性，即与特定荣直结合运输特点：4344扩散的物质：亲水性物质或非脂溶性物质如：糖、氨基酸、核苷酸、金属离子4445载体扩散AA高浓度低浓度电化学梯度载体蛋白AA构象变化45463.离子的被动跨膜转运通道扩散(channel-mediateddiffusion)：通过细胞中（或细胞膜上）的转运蛋白介导一些溶质分子从膜的一侧进入另一侧的扩散形式称为通道扩散。转运蛋白：位于细胞膜上一类特异蛋白质，专一介导转运溶质分子，这类蛋白称为转运蛋白。4647由转运蛋白构成的通道有两种类型：（1）通道蛋白(channelprotein)

它是横跨细胞膜形成水通道的蛋白质。能使适当大的分子和带电荷的溶质通过单纯扩散转运物质。通道蛋白可转运的物质：各种极性分子（离子、糖、氨基酸、核苷酸等）和细胞代谢物。4748通道蛋白功能演示电化学梯度高浓度低浓度通道蛋白4849（2）闸门通道(gatedchannel)：

横跨细胞膜形成“闸门”似孔道的蛋白。①电压闸门通道：膜电位变化控制选择性通过的离子有Na+、K+、Ca2+4950②配体闸门通道：配体刺激闸门开启配体：激素、神经递质等5051高浓度低浓度电化学梯度配体配体闸门通道功能演示闸门通道蛋白51（3）应力激活通道

在通道蛋白受感应力作用后立刻改变构象，开启通道使,“门”打开（4）水分的快速的跨膜转运水通道蛋白5253主动运输(activetransport)：借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强的载体蛋白，通过消耗代谢能量，将物质逆浓度梯度方向运输方式。（二）主动运输5354主动运输机制：1.钠钾泵：Na＋－K＋ATP酶,具有载体和酶的双重作用,逆浓度转运Na＋和K＋2.钙离子泵：Ca2＋－ATP酶，逆浓度转运Ca2＋举例：钠钾泵参与肌细胞的钠钾运输

一个ATP分子可排出3个Na+

泵入2个

K+54大亚基小亚基细胞质细胞内钾浓度梯度[35倍]细胞外钠浓度梯度[12倍]钾离子钠离子乌本苷钾与乌本苷结合部位钠结合部位细胞外间隙Na＋－K＋－泵（肌细胞）Na+离子转运方向K+离子转运方向ATPADP+Pi553.质子泵在一些细胞膜或细胞器的膜上存在H+-ATP酶，能水解ATP提供能量使H+逆浓度转运，又称质子泵。质子泵转运H+过程示意图56574.协同运输N+-K+泵协同运输：是指一种物质的运输依赖第二种物质同时运输，称为协同运输。（1）同向协同运输：物质的运输方向与离子转移方向相同。（2）反向协同运输：物质跨膜运动方向与离子转移方向相反。

5758同向协同运输5859膜泡运输特点：①膜与膜融合、重组和移位②消耗代谢能（三）膜泡运输（membranevesicletransport）：大分子及颗粒物质由膜包围形成小泡转运形式。5960膜泡运输类型：1.内吞作用细胞膜表面发生内陷，将细胞外界的大分子或颗粒物质包围成小泡，脱离细胞膜进入细胞内的过程。6061（2）吞饮作用：摄取液体或溶质胞吞作用方式：（1）吞噬作用：摄取固体或大分子（3）受体介导的膜泡运输：特异摄取配体6162胞饮作用吞噬作用6263受体再循环LDL受体有被小泡内吞去被无被小泡小泡融合受体与大分子颗粒分开胞内体部分初级溶酶体融合次级溶酶体LDL受体介导的胞吞作用有被小窝

游离胆固醇胞吐LDL胆固醇+脂蛋白632.外吐作用外吐作用又称出胞作用，与胞吞作用相反细胞内包裹物质的小泡逐步移向质膜再与其融合将物质排到细胞外的过程。细胞内的小分子运输细胞内分泌物质的运输（激素、酶）6465外吐作用6566膜泡运输外吐作用吞噬作用吞饮作用吞噬体吞饮体663.质膜的循环与运动胞吞过程消耗了细胞膜胞吐过程增补了细胞膜质膜循环质膜流动：胞吞和胞吐的过程细胞膜的成分

发布发生了流动，利用细胞执行功能。

67三、细胞膜与细胞内外物质转运与医学（一）载体蛋白异常与疾病（二）离子通道异常与疾病（三）膜受体异常与疾病6869第三节膜抗原和膜受体抗原（antigen）:

凡能刺激机体免疫系统发生各种生理和病理过程的异物分子。免疫系统:脾、骨髓、胸腺和淋巴细胞等一、膜抗原6970细胞膜抗原(membraneantigen):

细胞膜表面具有抗原性质的大分子镶嵌在细胞膜上的糖蛋白和糖脂。例如：血型抗原（ABO、MN）组织相容性抗原（HLA）7071血型抗原:人类红细胞表面的主要抗原。化学成份:糖脂(寡糖链决定抗原性质)（一）人红细胞膜表面抗原1.ABO血型抗原决定ABO血型的抗原：A抗原和B抗原血清中相应的天然抗体：抗体和抗体7172ABO血型的特点血型红细胞血清中基因型膜抗原天然抗体AAβIAIAHh、IAiHhBBαIBIBHh

、IBIHhABA,B——IAIBHhO Hα，βiiHh7273MN血型的特点血型红细胞膜抗原基因型MMMMNNNNMNMNMN7374

凡能引起个体间组织器官移植排斥反应的抗原。广泛存在于各种组织细胞膜上。化学成分：糖蛋白人类组织相容性抗原或白细胞抗原：HLAHLA基因：MHC（6p21)（二）组织相容性抗原7475二、膜受体膜受体(membraneaccept)：存在细胞膜上镶嵌蛋白（或糖蛋白或糖脂），识别环境中的配体并与之结合，将胞外信号转变成胞内信号，引起胞内效应的特异性蛋白质。7576细胞表面受体和细胞内受体膜受体亲水的信号分子配体：具有生物活性的物质神经递质、激素、抗原和药物等7677（一）膜受体的分子结构1.化学组成：糖蛋白脂蛋白糖脂蛋白77781.单体型受体122.单纯复合型受体33.中间连接复合型受体44.离合式复合型受体膜受体化学组成类型4调节单位催化单位细胞膜细胞膜外侧细胞膜内侧单体型受体:调节单位与催化单位为同一个分子。单纯复合型受体:调节单位与催化单位为两个个分子。中间连接复合型受体:调节单位与催化单位之间统购中间分子连接。离合式复合型受体:调节单位和催化单位独立分开存在。78791.单体型受体122.单纯复合型受体33.中间连接复合型受体44.离合式复合型受体膜受体化学组成类型4调节单位催化单位细胞膜细胞膜外侧细胞膜内侧7980（1）调节单位（识别器）：狭义的受体（2）催化单位（效应器）：有酶的活性（3）转换单位：2.膜受体分子结构：1催化单位构象变化接受信号转换传给8081（二）膜受体的分类1.离子通道耦联受体（ion-channelreceptor）如：烟硷型乙酰胆碱受体（配体闸门通道）2.催化受体（catalyticreceptor）3.G蛋白耦联受体（Gprotein-linkedreceptor）（鸟苷酸结合调节蛋白）如：受体、受体等8182膜表面受体主要有三类离子通道型受体G蛋白耦联型受体酶耦联的受体8283

1.高度选择性；2.可逆性；3.饱和性；4.逐级扩大性；5.产生生物学效应。（三）受体的特点受体与配体结合具有8384（四）受体与信息传递细胞间通讯（intercellularcommunication）:

多细胞生物的细胞之间相互作用和相互影响。信息分子（配体）:完成细胞间通讯作用如：局部化学物质、激素、神经递质等8485膜表面分子接触通讯化学通讯8586第二信使（第二信号）：第一信使的效应的信号为第二信使。可改变靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。8687信息细胞对靶细胞作用过程

信息细胞合成信息分子（第一信号）信息细胞分泌配体配体转运至靶细胞8788配体与专一性受体识别并结合（第一信使）受体-配体结合激活相应的酶(如AC)引发胞内生物效应酶活化催化→第二信使(如cAMP)8889去甲肾上腺素Ac受体ATPcAMP无活性PKA有活性的PKA有活性磷酸化酶胞内效应胞