细胞膜及表面结构多媒体.ppt

1、第三章 细胞膜及其表面结构,第一节 细胞膜,第二节 细胞表面,第三节 细胞表面的特化结构,第四节 细胞连接,思考题,细胞膜：围在细胞质表面的一层薄膜，又称质膜或原生质膜。,图示 光学显微镜下人肝细胞模式图,返回,细胞膜出现的意义及作用：,原始生命进化的关键，细胞形成的前提； 限定细胞范围，保持细胞内外的区别； 物质运输（进行细胞内外物质的运输）； 可识别、接受外界信号，进行信息传递。 即：保持细胞有相对独立和稳定的内环境， 它是细胞膜内外物质流、信息流、能量流的 出入门户。,返回,关于“膜”的几个概念：,生物膜：细胞中所有的膜结构统称生物膜。 生物膜=细胞膜+胞内膜 胞内膜：细胞内所有的膜结构

2、。 膜相结构：具有膜的一切细胞结构。 内膜系统：在结构、功能及发生上为连续统一体的 细胞内膜相结构。 单位膜：生物膜的结构单位。 电镜下观察生物膜，可见为“两暗一明”的三层结构通常将这三层结构型式作为一个单位，称为单位膜。,返回,图示 示单位膜,暗,明,暗,“两暗一明”,返回,内膜系统包括： 膜相结构包括： 胞内膜包括： 内质网 内质网 内质网 高尔基复合体 高尔基复合体 高尔基复合体 溶酶体 溶酶体 溶酶体 核膜 过氧化酶体 过氧化酶体 小泡、液泡等 核膜 核膜 小泡、液泡等 小泡、液泡等 线粒体 线粒体 细胞膜,返回,细胞膜,细胞膜的化学组成,细胞膜的分子结构模型,细胞膜的特性,细胞膜的性

3、质,动画,返回,细胞膜的化学组成,膜脂 50% 膜蛋白 40% 膜糖类 10%左右,膜 蛋白质（） 脂类（） 糖类（） 蛋白质脂类 髓鞘 18 79 3 0.23 质膜 血小板 33-42 50-51 7.5 人红细胞 49 43 8 1.1 变形虫 54 42 4 1.3 小鼠肝细胞 46 54 2-4 淋巴细胞 60 40 5-10 1.5 Hela细胞 60 40 2.4 1.5 牛视网膜杆状细胞 51 49 4 1.0 革兰氏阳性菌 75 25 3.0 类菌质体 58 37 1.5 1.6,表：各种生物膜组成近似值,（一）膜脂,磷脂（主要）占50%以上 糖脂 胆固醇,膜脂分子的种类：,

4、磷脂,磷脂酰胆碱（卵磷脂） 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂） 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇（含量少、在信息传递中起作用） 鞘磷脂,图示 膜磷脂的分子结构模型,图示 四种磷脂分子结构模式图,磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰胆碱 鞘磷脂,糖脂,（头部无磷酸） 糖基（极性） + 脂肪酸链（尾部）,脑苷脂 神经节苷脂,胆固醇 羟基（极性头部）+脂肪酸链（尾部）,图示 胆固醇分子结构及其在细胞膜中的位置,固醇区 结构,极性头部,非极性尾部,膜脂的分子结构特点： 膜脂分子都是兼性分子（双亲媒性分子） 即：有一个极性的“头部”（含磷酸等极性基团， 有亲水性），两条非极性的“尾部”（脂肪酸链、有疏水性）。,膜脂分子在水溶

5、液中可能有两种形式： 球状的分子团 双分子层(bilayer),膜脂分子的排列特性,实验证明：膜脂分子在水溶液中能自动形成双分子层结构，为了更进一步减少双分子层两端疏水部与水接触的机会，脂质分子在水中排成双分子层后往往易于形成一种自我封闭的结构-脂质体,（二）膜蛋白,膜蛋白的类型： 整合蛋白（integral protein ），占70-80% 镶嵌蛋白 跨膜蛋白 膜周边蛋白（peripheral protein），占20-30%,膜蛋白与脂双层分子的结合方式,质膜,胞质,膜蛋白的功能,膜内在蛋白的功能： 受体（识别，传递信息） 载体蛋白（物质运输） 酶（催化、供能如ATP酶） 通道蛋白 抗原

6、（镶嵌在膜中的糖蛋白或糖脂 如血型抗原） G蛋白（介导信号转导）,膜脂双分子层构成膜的主体或骨架。 膜蛋白插入脂双分子层中或附于脂双层表面。膜蛋白是膜功能的承担者。 如图示： 人红细胞膜的血型糖蛋白 为膜内在蛋白（跨膜蛋白），决定血型。,图示 血型糖蛋白的结构,膜周边蛋白的功能： 运动蛋白（有肌动蛋白、肌球蛋白的性质） 参入细胞胞吞作用 参入细胞变形运动 参入细胞质分裂时胞膜的分隘作用 调节镶嵌蛋白的位置 支持蛋白（桥粒蛋白）,（三）膜糖类,分布： 细胞膜表面（外侧） 内膜系统的非质侧 种类：半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酶，共七种。（自然界中有100多种） 存在形式

7、：与膜蛋白或膜脂共价结合形成糖蛋白和糖脂，即以糖蛋白和糖脂的形式存在于细胞膜表面形成细胞被。,一个膜蛋白可结合多个糖链；一个膜脂分子只结合一个糖链,细胞被（cell coat）或糖萼 细胞膜表面的糖蛋白和糖脂的糖链 相互交织形成的一层绒毛状 的多糖物质。,细胞被,二、细胞膜的分子结构,关于细胞膜的分子结构，提出的模型很多，但目前比较公认的是液态镶嵌模型，所以在此主要介绍这一模型。,动画,液态镶嵌模型,内容：把生物膜看成是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体，是一种动态的、不对称性的具有流动性的结构。,动画,主要论点： 1、连续的脂质双分子构成膜的主体（骨架），它具有液晶态特性，不仅有固体分子排

8、列的有序，且有液体分子的流动性。 2、球形蛋白质分子嵌入，贯穿或附着于脂双分子层中。 3、糖类附着在膜的外表面，与表层的脂类和蛋白质结合形成糖蛋白和糖脂。 故名 液态 镶嵌模型 此模型是现在公认的膜结构模型,动画,优点： 1、能解释许多膜功能现象，如物质运输、信号识别、能量转换等。 2、说明了膜的动态性（流动性）。 3、说明了膜功能的不对称性。,动画,缺点： 、未说明膜蛋白分子对脂类分子流动性的控制作用。 实际上特定的膜蛋白酶周围需要有特定的磷脂才 有活性，如钠、钾-ATP酶需要有磷脂酰丝氨酸、 钙-ATP酶需要有磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺。 、未说明膜各部分流动性的不均匀性。 所以又提出“晶格

9、镶嵌模型”和“板块模型”作为补充。,动画,“晶格镶嵌模型”中提出“界面脂（boundary lipid）”(晶格)可控制脂类分子的运动。,界面脂,界面脂：镶嵌蛋白周围，一个分子厚的不移动的脂质分子。,动画,“板块模型”中提出膜的不同区域可形成大小、刚性不同的脂质区（板块）说明膜流动性的不均匀性。,不同板块,动画,三、细胞膜的特性,流动性 不对称性,动画,不对称性：,膜脂分子分布不对称 膜蛋白分子分布不对称 膜糖类分子分布不对称,动画,膜脂的不对称性：,内外两层的脂类分子不同。 如红细胞膜： 鞘磷脂和大多数磷脂酰胆碱位于外层 磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺位于内层 糖脂位于细胞膜脂双层的外侧 (糖脂

10、位于内膜系统的非细胞质侧),动画,膜蛋白的不对称性,跨膜蛋白的方向性 酶结合点的不对称性 骨架蛋白结合的不对称性 糖蛋白的不对称性,动画,细胞膜的流动性 生物膜具有液晶态结构（介于液态与晶态之间的过渡状态），在生理常温下呈液晶态，当温度下降到某一点时，液晶态转变为晶态，温度上升时又转变为液晶态，这一引起相变的温度称为相变温度。液晶态的膜有流动性。,动画,侧向扩散,翻转运动,弯曲运动,旋转运动,图示 膜脂分子的运动形式,膜脂分子的运动形式： 侧面扩散（lateral ） 翻转运动（flip-flop ） 旋转运动（rotation ） 弯曲运动（flexion ）,流动性：膜脂分子和膜蛋白分子各

11、种运动的总和,动画,膜蛋白的分子运动,侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。 检测：光脱色恢复技术和细胞融合技术。 4、膜流动性的生理意义 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。,动画,证明膜蛋白是 不断运动的。,动画,膜流动性的影响因素： 膜脂脂肪酸链的长短与不饱和度 胆固醇含量 膜脂组分（卵/鞘上升，流动性上升） 嵌入蛋白质量,思考题：,、生物膜主要由哪些分子组成？它们在膜结构中各起什么作用？ 、膜蛋白有哪些类型？各有何功能？ 、什么是细胞膜的液态镶嵌模型？请您给予评价。 、举例说明膜的不对称性和流动性。 5、为什么说细胞表面是一个复合

12、的结构体系和多功能体系？ 6、细胞连接有几种方式，各有何特点？,返回,细胞表面,细胞被,胞质溶胶层,细胞表面,细胞表面（cell surface）：由细胞膜、细胞被、胞质溶胶，各种细胞连结结构和细胞膜的特化结构组成的复合的结构和功能体系称为细胞表面。,细胞被,细胞膜,胞质溶胶,细胞表面,细胞表面的结构,细胞表面的复合结构包括：,细胞膜 细胞被 膜下胞质溶胶 细胞连接 表面特化结构（鞭毛、内部）,广义的概念,狭义的概念,一、细胞被,细胞被：细胞膜表面存在的一层绒毛状多糖物质，厚约200nm，由细胞膜表面的糖蛋白，糖脂、蛋白聚糖的糖链向外伸展交织而成。,细胞被的特点：,由糖链交织形成：糖基有9种（

13、半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酶、阿拉伯糖、木糖）。分支或不分支，小于或等于15个糖基（每条糖链为低聚糖链）； 糖链末端为唾液酸：使糖链相互排列交织成网络，支持和保护细胞，糖链中亲水基团吸引水分子和阳离子，维持PH值，稳定内环境； 糖链种类多样：贮存信息，似“天线”，为细胞表面功能的分子基础。,二、胞质溶胶层,胞质溶胶层：细胞膜下0.1-0.2 nm的溶胶层，含高浓度的蛋白质、微管、微丝，无核糖体、线粒体，这层物质称胞质溶胶层。,功能：维持细胞的极性、形态、运动 参入胞吞、胞吐作用 参入跨膜调控,细胞识别 细胞粘附 细胞运动迁移 免疫应答 细胞物质运输 细胞信息传导

14、细胞分裂、分化 支持、保护细胞,细胞表面的功能,细胞被的功能,细胞膜的功能,膜下胞质溶胶层的功能,（一）细胞表面与细胞识别（cell recognition） 细胞识别：细胞与细胞之间或细胞与分子之间的认识和鉴别。 细胞与细胞之间的识别; 细胞与分子之间的识别; 与大分子如LDL识别，介导内吞; 与ECM中分子识别，介导粘附; 与细胞膜上分子识别，介导粘附 与激素、神经递质分子识别，介导信号传导,（二）细胞表面与细胞粘附,细胞粘附：细胞间相互接触和结合的现象。细胞粘附由粘附分子介导。 粘附分子：由细胞产生、存在于细胞表面或胞外基质中、介导细胞与细胞或细胞与基质相互接触和结合的一类分子。粘附分子

15、多数为糖蛋白，少数为糖脂。,细胞粘附与细胞连接不同 细胞连接是细胞之间紧密结合以形成永久性结构。 发生于固定的细胞之间。 细胞粘附是细胞之间暂时结合以行使其功能，如免疫细胞的识别与粘附。 发生于游动的细胞之间。,细胞表面的特化结构,微绒毛,细胞内褶,纤毛和鞭毛,返回,糖萼,微绒毛,胞饮小泡,皱褶,变形足,内褶,一、微绒毛（microvillus）,二、细胞内褶（infolding ）,三、纤毛与鞭毛,纤毛与鞭毛是真核细胞表面伸出的与运动有关的特化结构，通常将少而长的称鞭毛，短而多的称纤毛。,细胞表面微纤毛扫描电镜图,鞭毛和纤毛的结构： 轴丝（膜外部分）+基体（膜内部分）,轴丝为92结构 即9组

16、二联管和一对中央单管，中央单管由纤维内鞘(inner sheath)包围，单管之间有横桥相连，相邻的二联管之间有蛋白质相连，并且A管伸出两条动位蛋白(dynein)臂，指向邻近二联管的B管，动位蛋白臂能引起二联管之间的相互滑动，导致纤毛和鞭毛摆动。中央单管呈放射状发出辐条(radial spokes)，伸向周围A管。 基体为9+0结构 即9组三联体，中央无微管。,动画,(9+2)结构,图示 鞭毛和纤毛轴丝横切面,动画,图示 鞭毛和纤毛基体横切面,动画,鞭毛和纤毛功能,对于原生动物和精子，纤毛和鞭毛是它们在液体环境中运动的器官。 在呼吸道或生殖系统上皮细胞中，纤毛的定向摆动产生定向液流，并将混于

17、液体中的其他物质定向排出管外。,细胞连接,封闭连接,锚定连接,通讯连接,细胞连接分三大类型： 封闭连接 锚定连接 通讯连接,组织中相邻细胞膜接触区域特化形成一定的连接结构，称为细胞连接（cell junction ）。,各种细胞连接模式图,、封闭连接（occluding junction）,结构特点：细胞膜之间无空隙，由细胞膜上成串排列 的跨膜蛋白形成嵴线，相邻细胞的嵴线相 互交联，封闭了细胞之间的空隙。 分布：上皮细胞之间 功能：封闭作用 隔离作用（隔离膜转运蛋白，保证转运方向性） 支持作用,2、锚定连接（anchoring junction）,描定连接：一个细胞的骨架成份与另一个细胞的骨架

18、成份 相连接，或与细胞外基质连接。 根据参入的骨架纤维类型和描定部位的不同分为两种类型： 粘着连接（adherens junction）：与肌动蛋白丝相连 桥粒连接（desmosome junction）：与中间丝相连,描定连接蛋白： 膜内附着蛋白（attachment protein) 跨膜连接蛋白(desmoglein) 分布：广泛，上皮组织，心肌，子宫颈组织等。 功能：保持组织细胞之间的坚韧性。,粘着连接： 细胞间有15-20nm间隙,（1）细胞与细胞之间 形成粘合带： 张力微丝束平行 环绕细胞膜，由连接 蛋白跨膜连接，依赖 Ca2+ 相互粘着形成粘 合带，介导细胞与细 胞粘着。,（2）

19、细胞与细胞外基质之间形成粘着斑： 微丝束与跨膜连接蛋白（FN受体）连接形成粘着斑，介导细胞与胞外基质连接。,特征： 细胞内的锚蛋白形成独特的盘状致密斑，一侧与细胞内的中间丝相连，另一侧与跨膜的粘连蛋白相连，在两个细胞之间形成纽扣样的结构，将相邻两个细胞铆接在一起。,桥粒连接：细胞膜之间有15-30nm的空隙，由连 接蛋白与骨架纤维连接形成纽扣状结构。,图示,3、通讯连接：包括间隙连接（gap unction）和 突触连接（synapsejunction）,结构： 间隙连接由连接子构成。 连接子：由6个跨膜蛋白的亚单位环列形成，中心有一个直径约 2nm 孔道的短柱状结构，相邻膜上的连接子对合连接即形成间