第三章+细胞膜.ppt

1、第三章 细 胞 膜,第一节 细胞膜的化学组成 第二节 细胞膜的分子结构 第三节 细胞膜的特性 第四节 细胞膜的功能 第五节 细胞膜表面,本章要求,掌握膜的概念 掌握细胞膜的分子结构和功能 了解细胞膜的化学组成和细胞膜特性 掌握膜受体的概念和结构 了解膜受体与细胞识别、免疫作用和信息传递,细胞膜 cell membrane,亦称质膜(plasma membrane)是指包围在细胞表面的一层极薄的膜。,第一节 细胞膜的化学组成,细胞膜（cell membrane） 原生质与周围环境相隔的一层薄膜，又称质膜 （plasma membrane）。 脂类 3080% 蛋白质:脂类 蛋白质 2070% 4

2、:11:4 细胞膜成分 糖类 210% 水 少量 无机盐 少量,不同类型细胞的膜成分比例,一 、膜脂（membrane lipid）,磷脂 胆固醇 糖脂,（一）磷脂,磷脂 磷酸甘油酯 神经鞘磷脂 甘油骨架 磷酸甘油酯 两条脂肪酸链 磷酸化醇分子：磷脂酰胆碱、 磷脂酰乙醇 胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇等 鞘氨醇的骨架 神经鞘磷脂 一条脂肪酸链 磷脂酰胆碱。,磷脂的结构,磷脂,磷酸甘油酯 神经鞘磷脂 结构特点： 亲水头 疏水尾,（amphipathic molecule） 分子结构中含亲水和疏水两部 分，也称兼性分子，或双亲媒性分子。,双型性分子,磷脂分子是兼性分子，在水溶液中能自动形成分子团或双

3、分子层的结构。,双分子层,最有利的结构 能比分子团提供更大的体积 原因 能组成薄膜的最小能量构型,Phospholipid Bilayer,（二）胆固醇,由四个联合在一起的碳环构成，是具有盘状分子结构的化合物，具有刚性的特点。 也有亲水头部和非极性尾部，为双型性分子。 胆固醇对膜的稳定性有重要作用,对膜的流动性有调节作用。,胆固醇只存在于真核细胞膜上,Cholesterol Structures,Cholesterol in Membranes,（三）糖脂,含有一个或几个糖基的类脂。 含量：5% 结构特点：亲水头部和疏水尾部，为双 型性分子,糖脂的结构 1. 半乳糖脑苷脂，2. GM1神经节苷

4、脂，3. 唾液酸,二、 膜蛋白 （membrane protein）,生物膜所含的蛋白质。根据其与膜脂结合方式的不同分为内在蛋白和外在蛋白两类。 外在蛋白（extrinsic protein） 或外周（周边）（peripheral protein） 内在蛋白（intrisic protein） 镶嵌蛋白（mosaic protein） 整合蛋白（integral protein）,膜蛋白在膜上的分布,1.内在蛋白 intrisic protein,内在蛋白贯穿膜脂双层或插入膜脂双层的内外两侧面，也称镶嵌蛋白，整合蛋白，或跨膜蛋白。 占膜蛋白总量70-80% 功能：转运载体、受体、酶、抗原、能量

5、转换器,膜蛋白主要功能,外在蛋白分布在质膜脂双层的内外两侧，也称外周蛋白。 占膜蛋白总量的20-30%，以细胞膜的内表面为主。 功能：与细胞的吞噬作用、吞饮作用、变形运动以及胞质分裂有关。,2.外在蛋白（extrinsic protein）,膜内在蛋白与脂类结合方式 1 单次穿膜; 2 多次穿膜; 3 非穿越性共价结合; 4 肽链与磷脂酰肌醇结合 56 外在蛋白与膜蛋白、膜脂非共价结合,膜蛋白与脂双分子层结合的几种方式,三、 膜糖类（膜碳水化合物 membrane carbohydrate）,不单独存在，以糖脂glycolipid）或糖蛋白（glycoprotein）的形式存在。 单糖有9种，

6、以低聚（15个单糖以下）形式存在。,一个糖蛋白可有许多低聚糖侧链，而一个糖脂只带一个低聚糖链。 膜糖与细胞识别、细胞黏附、信号接收、免疫应答等方面都有关系。,第二节 细胞膜的分子结构,片层结构模型 Lamella structure model,1935年James Daniellie和Hugh Davson提出“双分子片层”结构模型。即（蛋白质-磷脂-蛋白质）三层夹板式结构。,一. 单位膜模型（unit mebrane model）,1957年Robertson认为，所有的生物膜都是由单位膜组成。 单位膜在电镜下，细胞膜显示出的“暗-明-暗”不同电子密度的三层结构，称为单位膜。,1957-J

7、.D.Robertson,主要贡献 提出膜结构的单位膜模型,单位膜的优缺点,优点单位膜模型指出了各种生物膜在形态 结构上的共性，具有一定的理论意义。 缺点（1）将各种膜视为一种静态的 单一结构，不能解释膜的各种功能。 （2）不能解释不同膜厚度不同 （3）不能解释有些蛋白质难以从膜分离出来，而另一些蛋白质容易分离。,二. 液态镶嵌模型 fluid mosaic model,1972-S.J.Singer G.L.Nicolson 主要贡献 创立生物膜的 液态镶嵌模型,主要论点,所有脂类分子亲水端向着膜表面，疏水端朝向膜中央，膜中脂双层既有固态分子排列的有序性，又有液态分子的流动性。流动的脂质分子

8、构成了细胞膜的连续主体。, 蛋白质分子像岛屿一样镶嵌在脂质分子中，有的嵌附于内表面，有的贯穿于脂质分子全层（双层），还有的嵌于膜中，表现出蛋白质分布的不对称性。, 糖类附着于膜的外表面，与蛋白质和脂类的亲水端相结合，构成糖蛋白和糖脂。,液态镶嵌模型,液态镶嵌模型的优缺点,液态镶嵌模型的优点： 保留了单位膜的脂双层的正确 概念。 膜脂兼具有序性和流动性。 蛋白质分布具有不对称性。,液态镶嵌模型的缺点： 忽视了蛋白质分子对脂质分子的控制作用。 不能说明具有流动性的细胞膜在变化中如何维持其相对完整和稳定性。,晶格镶嵌模型,1975年Wallach提出晶格镶嵌模型。其论点是膜的流动性是 由于脂质可逆地

9、进行无序（液态）和有序（晶态）的相变过程。,板块镶嵌模型,1977年Jain 形成特殊包被的内吞泡。,低密度的脂蛋白(LDL)经受体介导的内吞作用的起始阶段的电镜照片,LDL的结构,LDL是一种球形颗粒的脂蛋白，直径为22nm, 核心是胆固醇酯；外面由磷脂和未酯化的胆固醇分子包裹。,有被小窝,三个笼蛋白和三个小的多肽构成三臂蛋白，排列成五角或六角篮网状结构,网格蛋白小泡的形成过程,可用于细胞 膜构成,含1500个胆固醇分子,包被小泡,无被小泡,PH 改变,一些特定的大分子首先同细胞膜上的受体结合，形成有被小窝，有被小窝凹陷，从膜上脱落下来，形成有被小泡。形成后几秒钟内即失去外衣，并与细胞内其他

10、囊泡融合，最后将内容物转运到溶酶体内。,受体介导的内吞作用,流程图 大分子（LDL） 结合 包被小泡 无被小泡 含受体的有被小窝 融合 PH 受体 细胞膜（受体再循环） 内吞泡 大分子 小分子 细胞质 溶酶体,（LDL）,（胆固醇）,改变,二. 膜受体（membrane receptor）,细胞膜上的一类镶嵌蛋白质，它们能够识别周围环境中的活性物质（配体）并与之结合，进而产生一系列生物学效应，这些特异性蛋白质分子就是膜受体。,配体（ligand）能与受体结合的细胞外的活性物质，也称化学信号或第一信使。 如激素，神经递质等。 细胞膜受体与细胞识别、免疫反应、细胞间信号传送、代谢调节密切相关。,

11、膜受体的一般特性,1、化学组成 糖蛋白、脂蛋白、糖脂蛋白 2、分子结构 调节单位 催化单位 转换单位,3、分类,按结构 单体型 一个镶嵌蛋白 复合型多个镶嵌蛋白聚合在一起 受体被激活后激活腺苷酸环化酶 cAMP 激素受体：肾上腺受体、胰高血糖素受体 按功能 受体被激活后激活鸟苷酸环化酶cGMP 胆碱能受体：乙酰胆碱M受体,4、特点, 特异性 高亲和性 可饱和性 可逆性 强大的生物效应, 膜受体与信息传递,信息传递外界化学信号作为第一信使与受体结合，经信息转换机构，在细胞内产生第二信使，第二信使很快改变靶细胞中已存在的酶的活性，引起细胞对外界信号的反应，从而产生一系列生物学效应，此过程即为信息传

12、递，也称信号传递。 第二信使学说（1965年Sutherland),第二信使(second messengers),由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使。,肾上腺素 受体,有活性的腺苷酸环化酶 ATP cAMP（第二信使） 无活性蛋白质激酶 有活性蛋白质激酶 无活性磷酸化激酶 有活性磷酸化激酶 无活性磷酸化酶 有活性磷酸化酶 糖原（n+1）+ Pi 糖原（n）+ G-1-P,无活性的腺苷酸环化酶,构象改变,第二信使学说, 配体作为第一信使，可被靶细胞膜上的专一受体识别并结合。 受体配体复合物能激活腺苷酸环化酶。 被激活的腺苷酸环化酶使ATPcAMP。 cAMP作为第二信使通

13、过激活依赖于它的蛋白质激酶，启动细胞内各种反应，并产生最终的生物学效应。,second messengers,细胞内有五种最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1，2-二酰甘油(diacylglycerol，DAG)、1，4，5-三磷酸肌醇(inosositol 1，4，5-trisphosphate，IP3)、Ca2+ 等。, 膜受体与细胞识别,细胞识别（cell recognition） 细胞能认识同种和异种细胞，以及自己和异己物质的一种现象。 举例： 海绵（1907年，Wilson） 巨噬细胞吞噬衰老的红细胞 精子与卵的受精过程 参与识别作用的主要分子基础是细胞表面的糖链。,衰老的红细胞

14、表面唾液酸明显缺乏，暴露出半乳糖分子。巨噬细胞表面有一类受体蛋白能识别半乳糖分子，将衰老的红细胞吞噬。,巨噬细胞吞噬衰老的红细胞,巨噬细胞正在吞噬衰老的红细胞,是细胞间的识别过程。 生物界受精的成功，只有同种的精子和卵子才能实现。 精子的表面有一种称为结合素（bindin）的蛋白质，而卵子透明带则有与结合素结合的受体，两者均为糖蛋白。,受精,三. 膜抗原（membrane antigen）,细胞表面具有抗原性质的大分子。 人红细胞膜上的血型抗原糖蛋白（寡糖链的单糖组成和连接顺序决定抗原特异性。） ABO血型 H抗原O型 A抗原A型 B抗原B型 A和B抗原AB型,人类ABO血型抗原, 组织相容性

15、抗原,也称移植抗原，传统称人白细胞抗原（HLA）。 组织相容性抗原不只存在于白细胞膜上，而是存在人体所有的细胞膜上（红细胞除外）。 化学成分为糖蛋白 ，有140多种，可组成各种不同的组织型，代表个体的特征,第五节 细胞表面,细胞表面（cell surface）是以质膜为主体，包括质膜和质膜外表面的细胞被以及质膜内侧的膜下溶胶层共同组成一个多功能复合体系。 细胞膜 细胞表面 细胞被 膜下溶胶层,一细胞被（cell coat）,细胞膜外表面包围一层寡多糖链分子层。 1、形态：绒毛状或细丝状，厚约5nm 2、化学成分：糖脂和糖蛋白 3、功能：保护层 膜抗原、特异性受体、酶类,“细胞外被”或“糖萼”：

16、指真核细胞表面富含糖类的外围区域，大部分是由质膜中的糖蛋白和糖脂向外伸出的寡糖链部分组成。,二膜下溶胶层,1、形态：为粘滞透明的溶胶状物质， 厚度为100200nm，层内有许多微管、微丝 2、功能：维持细胞形态与极性，细胞运动,细胞膜与疾病,膜转运蛋白异常与疾病 胱氨酸尿症 肾性糖尿病,胱氨酸尿症,缺陷：膜转运载体蛋白 发病率：1/16000 基因定位：2p16.3 遗传方式：AR,临床特征,病人的尿中含有大量胱氨酸，当尿的PH下降时，胱氨酸沉淀形成结石。,膜受体异常与疾病,膜受体数量上的变化和结构上缺陷 家族性高胆固醇血症 无丙种球蛋白血症和低丙种球蛋白血症 重症肌无力症,家族性高胆固醇血症,发病机理： 低密度脂蛋白(LDL)受体缺陷 受体基因定位: 19p13.1-p13.2,患者的LDL受体蛋白质的两个基因中一个正常，另一个发生畸变，受体数目减少50%，细胞对LDL摄取障碍，血浆中LDL水平较正常人高一倍，未成年便发生动脉粥