细胞膜1人民卫生出版社.ppt

1、本章节重点 掌握细胞膜的化学组成、特性、分子结构,细胞膜（cell memberane),细胞膜,细胞内膜系统：,除了细胞膜以外的细胞内所有膜性结构。,是细胞质与外界相隔开的一层薄膜，又称质膜（plasma membrane）。,生物膜,第一节 细胞膜的化学组成与分子结构,一、生物膜的化学成分：脂类、蛋白质、糖类（以糖脂和糖蛋白的形式存在）。,(一)膜脂是构成细胞膜的基本骨架,细胞膜上的脂类统称膜脂，。,膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。,膜脂是两亲性分子：具有极性头和非极性的尾部。,1. 磷脂是构成膜脂的基本成分,生物膜的化学组成,鞘磷脂(SM),磷脂酰胆碱（卵磷脂PC）,磷脂酰乙醇胺

2、（脑磷脂PE）,磷脂酰丝氨酸(PS),磷脂酰肌醇(PI),磷脂,磷脂约占整个膜脂的50以上。,甘油磷脂,胆 碱,磷 酸,甘 油,极性头部（亲水基团）,非极性尾部（疏水基团）,磷脂酰胆碱的分子结构,膜 脂,1. 磷脂是构成膜脂的基本成分,生物膜的化学组成,鞘磷脂(SM),磷脂酰胆碱（卵磷脂PC）,磷脂酰乙醇胺（脑磷脂PE）,磷脂酰丝氨酸(PS),磷脂酰肌醇(PI),磷脂,磷脂约占整个膜脂的50以上。,甘油磷脂,胆 碱,磷 酸,鞘氨醇,极性头部（亲水基团）,非极性尾部（疏水基团）,磷脂酰胆碱的分子结构,2. 胆固醇：,功能：增加膜的稳定性，调节膜流动性。,组成： 由寡糖和脂类构成。约占膜脂总量的5

3、以下。,3. 糖脂：,定位：存在于所有动物细胞膜的表面，糖脂均位于膜的非胞质面，并将糖基暴露于细胞表面。,3. 糖脂：,细胞外,细胞内,半乳糖 神经节苷脂 唾液酸 脑苷脂,生物膜的化学组成,最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，头部仅有一个半乳糖，是髓鞘中的主要糖脂；较复杂的糖脂是神经节苷脂，极性头部除含有半乳糖和葡萄糖外，还含有一个或几个唾液酸残基，神经细胞膜中含量丰富。,膜脂在水溶液中自动形成双层,球状 分子团,脂质体,膜蛋白是膜功能的主要体现者。占膜含量的40%-50% 膜蛋白的主要功能： 转运蛋白：转运分子进出细胞 受体蛋白：接受外界信号并传递到细胞内引起相应的反应 连接蛋白：支撑连接细胞骨架成

4、分和细胞间质成分 结合于质膜的酶蛋白：发挥催化作用,（二）膜蛋白,细 胞 膜 蛋 白 质,分类: 内在膜蛋白 外在膜蛋白 脂锚定蛋白,1、内在膜蛋白（intrinsic membrane proteins）,占膜蛋白的70%80%.与膜结合紧密， 需用去垢剂如离子型去垢剂SDS，非离子型去垢剂 Triton-X100，使膜崩解后才可分离.,1、内在膜蛋白（intrinsic membrane proteins）,不同程度镶嵌或贯穿在脂质层的蛋白；主体部分多以螺旋构象穿过膜脂双层，单次或多次跨膜。,分类: 单次跨膜蛋白 多次跨膜蛋白 多亚基跨膜蛋白,2、外在膜蛋白（extrinsic membr

5、ane proteins）,水溶性蛋白，占膜蛋白的20%30%， 靠离子键或氢键与跨膜蛋白或脂质分子 极性头部非共价结合，易分离。,多附在膜的内外表面的蛋白。,位于膜的两侧，通过共价键与脂双层内的分子结合，又称脂连接蛋白。 以两种方式与脂类分子结合。 胞质侧的蛋白 与脂双层中的碳氢链结合 质膜外表面的蛋白 与寡糖链结合 （与磷脂酰肌醇相连的）,共价键,共价键,3、脂锚定蛋白,细胞内,细胞外,细胞外被（cell coat)：膜糖类以糖蛋白或糖脂的形式均匀分布在生物膜的非胞质面。 功能：有助于蛋白质在膜上的定位与固定，参与细胞识别及与周围环境的相互作用。,（三）膜糖类覆盖细胞膜表面,膜的流动性,膜

6、的不对称性,膜脂的流动性,膜蛋白的运动性,侧向扩散 翻转运动 旋转运动 弯曲运动 伸缩振荡,侧向扩散 旋转扩散,膜脂不对称 糖脂及糖蛋白不对称 膜蛋白不对称,二、细胞膜的特性,（一）细胞膜的不对称性(membrane asymmetry),1. 膜脂分布的不对称,磷脂酰乙醇胺、磷脂酰 丝氨酸和磷脂酰肌醇多 分布在膜的内层,卵磷脂和鞘磷脂多分布 在膜外层,二、细胞膜的特性,磷脂和胆固醇分布为相对不对称，仅为数量上的差异。,糖脂的分布为绝对不对称,细胞内,细胞外,2.膜蛋白分布的不对称性,各种膜蛋白在质膜中都有一定的位置 外周蛋白主要附着在质膜的内表面 跨膜蛋白跨越脂双层有一定的方向性，亲水端长度

7、、氨基酸种类顺序不同。,细胞内,细胞外,3. 膜糖类分布的不对称,膜蛋白与膜脂中糖基全部分布在脂双层的非胞质侧。,膜结构的不对称性决定了膜功能的不对称性和方向性,生物膜的不对称性,生物膜的特性,膜的流动性,膜的不对称性,膜脂的流动性,膜蛋白的运动性,侧向扩散 翻转运动 旋转运动 弯曲运动 伸缩振荡,侧向扩散 旋转扩散,膜脂不对称 糖脂及糖蛋白不对称 膜蛋白不对称,（二）细胞膜的流动性（ membrane fluidity):,指膜脂与膜蛋白处于不断的运动状态，生理状 态下细胞膜处于液晶态。,（二）细胞膜的流动性（ membrane fluidity):,相变：生物膜在生理常温下多呈液晶态，当温

8、 度下降至某一点时，液晶态转变为晶态，若温 度上升，则晶态又可溶解为液晶态 (liquid-crystal state)。这种状态的相互转变称 相变。引起相变的温度称相变温度。,1、膜脂双分子层是一种二维流体,2. 膜脂分子的运动形式, 侧向扩散运动,（2） 旋转运动,（4）伸缩震荡运动, 翻转运动,（6）烃链的旋转异构作用,（3）摆动作用,3. 影响膜脂流动性的因素,（1）脂肪酸链的饱和程度： 不饱和程度膜流动性,（2）脂肪酸链的长度： 长链脂肪酸相变温度高， 膜流动性降低。,生物膜的流动性,（3）胆固醇的影响：双向调节 相变温度以上，限制膜的流动性，稳定质膜。 相变温度以下，防止脂肪酸链相

9、互凝聚，干扰 晶态的形成。,（4）卵磷脂/鞘磷脂比值： 卵磷脂和鞘磷脂的比值膜流动性 （5）脂双层中嵌入的蛋白质越多，膜脂流动 性越小。,（6）其它因素：PH、温度、离子强度,4、膜蛋白分子在质膜中的运动,1. 侧向扩散,2. 旋转运动,5、膜流动性的生理意义 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。,生物膜的流动性,利用细胞融合技术观察蛋白质运动,E. Overton 1890 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。

10、E. Gorter & F. Grendel 1925 用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。,三 细胞膜的分子结构模型,（一）片层结构学说（夹层学说）,1935年 Danielli和 Davson提出。认为细胞膜是三层夹板式结构，由蛋白质 磷脂 蛋白质组成。,（二）单位膜模型,生物膜的分子结构模型,单位膜模型(unit structure model)：20世纪50年代末 Robertson用电镜观察发现生物膜均呈二暗夹一明的 三层结构，称为单位膜。说明了生物膜在形态上的共性。,J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。,（三）液态镶嵌模型(fluid mosaic model)：,1972年，Singer和Nicolson提出 认为脂双层构成膜的连续主体，它即具有固体分子排列的有序性，又具有液体的流动性。蛋白分子以不同形式与脂双分子层结合。,四、脂筏结构模型,脂筏模型（lipid rafts）：