细胞膜的结构

序言细胞膜的结构第1页质膜（plasmamembrane）包在细胞外面所以又称细胞膜。围绕各种细胞器膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面含有相同性，故总称为生物膜（biomembrane）。生物膜是细胞进行生命活动主要物质基础。质膜表面寡糖链形成细胞外被（cellcoat）或糖萼（glycocalyx）。质膜下表层溶胶中含有细胞骨架成份组成网络结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜功效相关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶组成细胞表面。细胞膜的结构第2页细胞膜功效1.为细胞生命活动提供相对稳定内环境;2.选择性物质运输,包含代谢底物输入与代谢主物排出;3.提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;4.为各种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行;5.介导细胞与细胞,细胞与基质之间连接;6.参加形成含有不一样功效细胞表面特化结构.细胞膜的结构第3页细胞膜的结构第4页第一节细胞膜化学组成和分子结构细胞膜的结构第5页生物膜脂类、蛋白质、糖类水、无机盐、金属离子——主要成份—少许成份细胞膜的结构第6页蛋白质/脂类:在不一样种类生物膜中有所不一样。各种生物膜中蛋白质与脂类含量比膜种类蛋白质/脂类神经髓鞘(轴突部分细胞膜）血小板Hela细胞红细胞膜线粒体内膜0.230.71.51.5-43.2普通地说：功效多而复杂膜，蛋白质/脂类大；功效少而简单膜，蛋白质/脂类小。细胞膜的结构第7页一、化学组成一、形成生物膜基本骨架膜脂二、膜蛋白以各种方式与脂双层结合三存在于质膜表面糖脂和糖蛋白细胞膜的结构第8页（一）膜脂(membranelipid)--生物膜骨架生物膜上脂类统称膜脂。膜脂磷脂糖脂胆固醇均为双亲性分子现有亲水性一端，又有疏水性一端分子。细胞膜的结构第9页1、磷脂组成膜脂基本成份约占50%以上，可分为甘油磷脂和鞘磷脂两种细胞膜的结构第10页细胞膜的结构第11页鞘磷脂X极性头部（亲水性）非极性尾部（疏水性）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰丝氨酸鞘胺醇★磷脂细胞膜的结构第12页2、胆固醇—加强膜稳定性、调整膜流动性极性头部固醇环结构非极性尾部细胞膜的结构第13页3、糖脂主要位于质膜非胞质面鞘胺醇糖脂分子半乳糖苷脂由脂类和寡糖类组成动物为鞘氨醇衍生物。植物为卵磷脂衍生糖脂常见糖脂：脑苷脂（最简单）；神经节苷脂（最复杂）细胞膜的结构第14页细胞膜的结构第15页脂分子团脂双分子层膜脂在水溶液中自动形成双层细胞膜的结构第16页水水脂质体(liposome)细胞膜的结构第17页细胞膜的结构第18页(二)膜蛋白执行细胞膜各种功效蛋白质是生命功效____?膜蛋白有何功效?怎样分类?细胞膜的结构第19页内在膜蛋白（70～80%）(intrinsicmembraneprotein)外在膜蛋白（20～30%）(extrinsicmembraneprotein)脂锚定蛋白(lipidanchoredprotein)细胞膜的结构第20页细胞膜的结构第21页细胞膜的结构第22页细胞膜的结构第23页去垢剂SDSTritonX-100细胞膜的结构第24页单糖或多聚糖+膜脂共价键糖脂单糖或多聚糖+膜蛋白糖蛋白共价键细胞内脂双层膜蛋白细胞外被细胞外表糖链与该细胞分泌出来糖蛋白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞外被或糖萼。细胞外被（糖萼）（三）存在于质膜表面糖脂和糖蛋白细胞膜的结构第25页——不对称性和流动性二、细胞膜特征细胞膜的结构第26页（一）膜不对称性决定膜功效方向性细胞膜中各种成份分布是不均匀，包含种类和数量上都有很大差异，称为膜不对称性。样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：ES，细胞外表面（extrocytoplasmicsurface）；EF，细胞外小页断面（extrocytoplasmicface）；PS，原生质表面（protoplasmicsurface）；PF，原生质小页断面（protoplasmicface）。细胞膜的结构第27页ES细胞外表面原生质小页断面细胞外小页断面细胞膜的结构第28页1、膜脂分布不对称性糖脂全部分布在膜非胞质面。磷脂

磷脂酰胆碱

和鞘磷脂多分布在细胞膜外层（非胞质面）磷脂酰乙醇胺

和磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜内层（胞质面）∵磷脂酰丝氨酸带有负电荷，∴细胞膜内层负电荷多于外层。细胞膜的结构第29页2、膜蛋白分布不对称性第一：不一样膜蛋白在脂双分子层中分布位置是不一样（如血影蛋白只分布在内侧）。第四：跨膜蛋白两个亲水端结构不一样。第二：

膜蛋白在内外两层膜种数量不一样。※膜脂和膜蛋白分布不对称性决定了膜内外表面功效不对称性。第三：

膜蛋白穿越脂双层含有一定方向性。细胞膜的结构第30页（二）膜流动性(fluidity)是膜功效活动确保主要是指由膜脂和蛋白质分子运动。细胞膜的结构第31页1、膜脂双分子层是二维流体脂质分子层即有分子排列有序性，又有液体流动性液晶态晶态常态下低温下细胞膜的结构第32页旋转运动侧向移动伸缩振动摆动旋转异构翻转运动侧向扩散运动：同一平面上相邻脂分子交换位置。旋转运动：围绕与膜平面垂直轴进行快速旋转。摆动运动：围绕与膜平面垂直轴进行左右摆动。伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。翻转运动：膜脂分子从脂双层一层翻转到另一层。旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。2、膜脂分子运动细胞膜的结构第33页影响膜脂流动性原因★1.脂肪酸链饱和程度★2.脂肪酸链长度3.胆固醇影响

4.卵磷脂/鞘磷脂百分比

5.其它原因饱和程度高，流动性小饱和程度低，流动性大链长，流动性小链短，流动性大调整膜流动性此百分比小，流动性小此百分比大，流动性大环境温度，内在膜蛋白含量细胞膜的结构第34页（二）、膜蛋白流动性膜蛋白分子运动方式（1）侧向移动（2）旋转运动细胞膜的结构第35页小鼠细胞人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）异核细胞小鼠膜蛋白抗体+荧光素人膜蛋白抗体+罗丹明小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）人细胞孵育（37℃，40分钟）诱导融合膜蛋白(抗原）细胞膜的结构第36页光脱色恢复技术（FRAP）Fluorescencerecoveryafterphotobleaching细胞膜的结构第37页注意:并非膜上全部蛋白质分子在整个膜上都能自由流动;膜蛋白流动有区域性.细胞膜的结构第38页质膜流动性是确保其正常功效必要条件。比如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素作用等等都与膜流动性亲密相关。当膜流动性低于一定阈值时，许多酶活动和跨膜运输将停顿，反之假如流动性过高，又会造成膜溶解。2、质膜流动性意义细胞膜的结构第39页第三节、生物膜分子结构模型生物膜结构描述历史回顾:1925年,Gorter和Grendell用丙酮抽提红细胞膜中脂类并在水和空气界面上铺展成单分子层,测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积两倍,因而首次提出细胞膜是由连续脂双分子层组成。迄今为止，关于膜几十种结构模型都是建立在“脂双分子层”这一基础之上。1890年，Overton曾用各种化学物质对卵细胞进行选择性渗透试验，发觉疏水性物质比亲水性物质更轻易经过细胞膜进入细胞，认为细胞膜是由脂质组成。细胞膜的结构第40页一、片层结构模型(lamellastructuremodel)

1935年,Danielli和Davson,发觉细胞膜表面张力显著低于油-水界面表面张力,所以认为,细胞膜中除含有脂类外，还含蛋白质,故提出了该模型。蛋白质脂双分子层[夹层学说]（球状）（球状）（双分子层）“蛋白质---脂类---蛋白质”三夹板结构细胞膜的结构第41页二、单位膜模型(unitmembranemodel)蛋白质：单层肽链——折叠结构脂双层细胞膜细胞质

1959年,Robertson利用电镜观察，发觉全部生物膜都呈“暗-明-暗”三层结构，故称为单位膜模型。暗明暗

此模型认为覆盖在脂双分子层内外表面是呈ß-折叠薄片状蛋白质，而非球状蛋白质。2.0nm

3.5nm2.0nm细胞膜的结构第42页三、液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)1.流动脂双分子层组成生物膜连续主体。2.球形膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。脂双分子层极性头部疏水尾部内在膜蛋白外在膜蛋白1972年，Singer和Nicolson总结提出:评价：液态镶嵌模型能够解释膜中发生很多现象，为人们普遍接收，但也有不足之处：如忽略了膜各部分流动性不均匀性，忽略了蛋白质分子对脂分子流动性限制作用。3.强调了膜流动性和不对称性。[流动镶嵌模型]细胞膜的结构第43页四脂筏模型(lipidraftsmodel)1977年,美Simon提出。脂筏是指膜质双层内含有由特殊脂质和蛋白质组成微区，微区中富含胆固醇和鞘脂，并聚集一些特定膜蛋白。这些区域较其它部分厚，更有序且较少流动。主要功效：信号转导、膜运输（内吞、外排），胆固醇运输、维持胞内Ca2+稳态平衡、蛋白分选等。细胞膜的结构第44页细胞膜的结构第45页第二节小分子物质跨膜运输跨膜运输几条基本路径一、简单扩散二、离子通道三、易化扩散四、主动运输细胞膜的结构第46页★★人工膜对物质分子通透性取决于膜结构属性及分子特征：①脂溶性越强分子越轻易穿膜；非极性物质脂溶性强，易穿膜，如O2,CO2,N2；但H2O例外。②分子量越小越轻易穿膜；③不带电荷分子轻易穿膜，带电荷离子不能或极难穿膜。离子脂溶性弱，且带有水化膜，增大了它有效体积。一、膜选择性通透和单纯扩散细胞膜的结构第47页细胞膜的结构第48页二、膜转运蛋白介导跨膜运输（一）膜转运蛋白（membranetransportprotein)1定义：是指细胞膜上一类蛋白质，负责转运不能经过简单扩散穿膜转运物质，如各种离子、葡萄糖、氨基酸核苷酸等。细胞膜的结构第49页细胞膜的结构第50页细胞膜的结构第51页（二）离子通道高效转运各种离子细胞膜的结构第52页（三）载体蛋白介导易化扩散细胞膜的结构第53页细胞膜的结构第54页（四）载体蛋白介导主动运输主动运输定义：主动运输能量问题：ATP直接供能和间接供能细胞膜的结构第55页1、离子泵（1）特点：含有载体和酶双重作用含有专一性细胞膜的结构第56页细胞膜的结构第57页★★（3）钠钾泵(Na+-K+pump)——逆电化学梯度转运Na+和K+①化学本质：Na+-K+ATP酶§兼有载体蛋白和酶双重功效细胞膜的结构第58页②化学组成：Na+-K+ATP酶大亚基：小亚基：跨膜蛋白，催化部位，内侧：Na+、ATP结合部位外侧：K+、乌本箭毒苷结合部位膜外半嵌入糖蛋白，作用不详。细胞膜的结构第59页细胞内浓度梯度[30倍]浓度梯度[13倍]大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大亚基小亚基钾结合部位③运输过程：Na+K+细胞外细胞膜的结构第60页细胞膜的结构第61页④工作效率1个ATP酶分子每秒钟水解100个ATP分子；每水解1分子ATP所释放能量可泵出3个Na+，同时泵入2个K+。⑤生理意义A、维持细胞内外钠、钾离子浓度梯度；B、维持膜电位；C、调整细胞内外渗透压；D、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸提供驱动力。细胞膜的结构第62页（4）钙泵细胞膜的结构第63页2协同运输（cotransport)定义：是一类由钠钾泵（或氢泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP所完成主运输方式。细胞膜的结构第64页细胞膜的结构第65页细胞膜的结构第66页细胞膜的结构第67页细胞膜的结构第68页膜泡运输胞吞作用胞吐作用胞饮作用吞噬作用受体介导内吞作用膜泡运输:大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是由膜包围形成膜泡，经过一系列膜囊泡形成和融合来完成物质转运，所以称…。(此过程耗能）(endocytosis)(exocytosis)★★第三节大分子和颗粒物质的跨膜运输细胞膜的结构第69页胞吐作用吞噬作用胞饮作用吞噬体吞饮体细胞膜的结构第70页一、胞吞作用细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物质包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内运输过程。依据吞入物质状态、大小及特异程度不一样，分为三种：吞噬作用；胞饮作用；受体介导内吞作用。定义：分类：细胞膜的结构第71页（一）吞噬作用※是指细胞内吞较大固体颗粒或分子复合物过程，如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。※吞噬作用形成囊泡称吞噬体。※是原生动物获取营养主要方式※在高等动物和人类是机体免疫系统主要功效。细胞膜的结构第72页（二）胞饮作用※是指细胞内吞液体或小溶质分子活动。※吞饮形成囊泡称胞饮体。※大多数细胞含有吞饮作用。细胞膜的结构第73页★★（三）受体介导内吞作用定义：是细胞经过受体介导摄取细胞外专一性蛋白质或其它化合物过程。大分子往往首先与质膜上受体特异性结合，然后内陷成有被小窝，继之形成有被小泡。A.高效性B.选择性特点：过程：细胞膜的结构第74页细胞膜的结构第75页细胞膜的结构第76页衣被的组成与结构：组成：网格蛋白（√）；短肽结构：网格蛋白分子3×＋短肽链3×三腿蛋白复合物五角形或六角形网格状结构（衣被）重链