翟中和细胞生物学细胞质膜.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,翟中和 王喜忠 丁明孝 主编,细胞生物学（第,4,版）,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,翟中和 王喜忠 丁明孝 主编,细胞生物学（第,4,版）,Copyright,高等教育出版社,2011,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,怎样了解“细胞是生命活动基本单位”。,答：细胞是组成有机体基本单位。一切有机体均由细胞组成，只有病毒是非细胞形态生命体。细胞含有独立、有序自控代谢体系，细胞是代谢与功效基本单位细胞是有机体生长与发育基础细胞是遗传基本单位，细胞含有遗传全能性细胞是生命起源和进化基本单位。没有细胞就没有完整生命,1/65,怎样了解“病毒是非细胞形态生命体”？,答：病毒是“不完全”生命体。病毒不具备细胞形态结构，但却具备生命基本特征（复制与遗传），其主要生命活动必需在细胞内才能表现。病毒是彻底寄生物。病毒没有独立代谢和能量系统，必需利用宿主生物合成机构进行病毒蛋白质和病毒核酸合成。病毒只含有一个核酸。病毒繁殖方式特殊称为复制。,病毒可能是细胞在特定条件下“扔出”一个基因组，或者是含有复制与转录能力,mRNA,。这些游离基因组只有回到它们原来细胞内环境中才能进行复制与转录。,2/65,为何电子显微镜不能完全替换光学显微镜？,电子显微镜用电子束代替了光束，大大提升了分辨率，电子显微镜相对光学显微镜是个飞跃。不过电子显微镜：样品制备愈加复杂；镜筒需要真空，成本更高；只能观察“死”样品，不能观察活细胞。光学显微镜技术性能要求不高，使用轻易；能够观察活细胞，观察视野范围广，可在组织内观察细胞间联络；而且一些新发展起来光学显微镜能够观察特殊细胞或细胞结构组分。所以，电子显微镜不能完全代替光学显微镜。,3/65,为何说细胞培养是细胞生物学研究最基本技术之一？,答：在体外模拟体内生理环境，培养从机体中取出细胞，并使之生存和生长技术称为细胞培养。,细胞培养是细胞生物学研究中最基本试验技术之一，在理论上如细胞全能性揭示，细胞周期及其调控，癌机制与细胞衰老，基因表示与调控，细胞融合以及一些细胞工程技术建立都是与细胞培养分不开。在试验方面，植物细胞培养为植物育种开辟了新路径。动物细胞培养为疫苗生产、药品研制与肿瘤防治等医学试验提供了全新伎俩。细胞培养是细胞生物学研究中最有价值技术。经过细胞培养可取得大量细胞，也能够经过细胞培养研究细胞运动、细胞信号转导、细胞合成代谢等。突出特点是在离体条件下观察和研究细胞生命活动规律。培养中细胞不受体内复杂环境影响，能够认为改变培养条件。,总来说，细胞培养是细胞生物学研究前提和基础，许多后期试验均建立在细胞培养基础之上。所以能够说，细胞培养是细胞生物学研究最基本技术之一。,4/65,第,4,章 细胞质膜,5/65,细胞表面是复合结构体系与多功效体系，细胞膜是细胞表面关键结构。,6/65,细胞质膜,（,plasma membrane,）又称,质膜，,曾称,细胞膜（,cell membrane),，,是,围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和糖类组成,生物膜,。,在细胞内部包绕各种细胞器膜，称为,细胞内膜,。,质膜和细胞内膜在起源、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。,基本概念,7/65,本章主要内容,细胞质膜结构模型与基本成份,细胞质膜基本特征与功效,8/65,第一节 细胞质膜结构模型与基本成份,细胞质膜,（,plasma membrane,）,真核细胞内膜系统,（,endomembrane system,）,生物膜,（,biomembrane,）,9/65,一、细胞质膜结构模型,三明治模型,单位膜模型,流动镶嵌模型,脂筏模型,每种模型对认识生物膜贡献及其不足？,10/65,1895,年，,E.Overton,发觉凡是溶于脂肪物质很轻易透过植物细胞质膜，而不溶于脂肪物质不易透过细胞质膜，所以推测质膜,由连续,脂类物质,组成。,1.,质膜由双层脂分子组成推测,11/65,1925,年，,E.Gorter,（戈顿）,&F.Grendel,（格伦德尔）,用有机溶剂提取了人红细胞质膜脂类成份，将其铺展在水面，测出膜脂展开面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞,质膜由双层脂分子组成,。,12/65,2.,“蛋白质脂质蛋白质”三明治式结构模型,1935,年，,J.Danielli&H.Davson,发觉质膜表面张力比油水界面张力低得多，推测膜中含有,蛋白质,。提出蛋白质,脂质,蛋白质,三明治式质膜模型（三夹板模型）。,13/65,1959,年，,J.D.Robertson,（罗伯逊）用,超薄切片技术,取得了清楚细胞膜照片，显示出,暗,-,明,-,暗,三层结构，,研究表明：它由厚约,3.5nm,双层脂分子（明带）和内,外表面各厚约,2nm,蛋白质组成,(,暗带总厚约,7.5nm,）。,当初认为膜上还含有贯通脂双层,蛋白质通道,，供亲水,物质过，由此发展了三明治模型，提出了蛋白质脂质,蛋白质,单位膜模型（,unit menbrane model,）,。,3.,单位膜模型,电镜超薄切片中细胞质膜显示出暗亮暗三条带,14/65,4.,流动镶嵌模型,1972,年，,Singer,和,Nicolson,膜,流动性,膜蛋白分布,不对称性,Singer,S.J.;Nicolson,G.L.(1972).The fluid mosaic model of the structure of cell membranes.,Science,175(4023):720731.,15/65,该模型主要论点是,:,1,）,流动脂双层组成膜连续主体,球形膜蛋白质 以各种镶嵌形式与脂双分子层相结合。,2,）,组成膜脂双层含有液晶态特征,它现有晶体分 子排列有序性,又有液体流动性。,该模型突出特点是：,1,）,强调了膜,流动性,：,即膜蛋白和膜脂均可侧向运动；,2,）,强调了膜组分分布,不对称性,：即膜蛋白有镶在表面、有嵌入、有横跨脂双分子层。,该模型不足之处：,1,）,忽略了蛋白质分子对脂类分子流动性,限制作用,；,2,）,忽略了膜各部分流动性,不均匀性,等,从而使人们,又提出了一些新模型。,16/65,5.,脂筏模型,1988,年，,Simons,胆固醇、鞘磷脂等富集区域形成相对有序脂相，如同漂浮在脂双层上,“,脂筏,”,载着执行特定生物学功效膜蛋白,Simons K,van Meer G(August 1988).Lipid sorting in epithelial cells.,Biochemistry,27(17):6197202.,Simons K,Ikonen E(June 1997).Functional rafts in cell membranes.,Nature,387(6633):56972.,17/65,脂筏结构模型,脂筏模型（,lipid rafts,）：,脂质双分子层不是一个完全均匀二维流体，膜中富含胆固醇和鞘磷脂微区，其中聚集一些特定蛋白质区。,特点：,这些区域比膜其它部分厚，更有秩序且较 少流动性。其周围是流动性较高液态区。,功效：,参加信号转导、受体介导内吞作用以及胆固醇代谢运输等。脂笩功效紊乱包括各种疾病发生。,18/65,6.,当前对生物膜结构认识,磷脂分子在水相中含有,自发封闭,性质,蛋白质分子以不一样方式,镶嵌,在脂双层分子中或,结合,在其表面,生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中,二维溶液,细胞生命活动中，生物膜处于不停,动态改变,中,19/65,生物膜结构示意图,20/65,质膜化学组成,质膜主要由,膜脂,和,膜蛋白,组成，另外还有少许糖，主要以糖脂和糖蛋白形式存在。膜脂是膜基本骨架，膜蛋白是膜功效主要表达者。动物细胞膜通常含有等量脂类和蛋白质。,21/65,二、膜脂,(membrane lipid),22/65,（一）成份,甘油磷脂,鞘脂,固醇,23/65,1.,甘油磷脂,含有一个极性头和两个非极性尾,脂肪酸碳链为偶数,除饱和脂肪酸外常含,1-2,个双键不饱和脂,24/65,脂分子极性头空间占位对脂双层曲度影响,PE,极性头较小，更多地分布在脂双层曲度较小一侧,(,磷脂酰乙醇胺,),(,磷脂酰胆碱,),25/65,甘油磷脂与鞘磷脂,PE PS PC SM,26/65,2.,鞘脂,主要在高尔基体合成,鞘磷脂形成脂双层厚度较甘油磷脂厚度大,A.,卵磷脂,B.,鞘磷脂,C.,卵磷脂和胆固醇,D.,鞘磷脂和胆固醇,27/65,3.,固醇：胆固醇及其类似物,含,4,个闭环，亲水头部为一个羟基,调整膜流动性，增加膜稳定性,以及降低水溶性物质通透性,脂筏基本结组成份,，还是很多主要生物活性分子前体化合物,Figure 10-4,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),28/65,（二）膜脂运动方式,沿膜平面,侧向运动,脂分子围绕轴心,自旋运动,脂分子,尾部摆动,双层脂分子之间,翻转运动,Figure 10-11b,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),29/65,（三）脂质体,(liposome),脂质体：,依据磷脂分子可在水相中形成稳定脂双层膜现象而制备人工膜,用途：,可嵌入不一样膜蛋白，,是研究膜脂与膜蛋白生物学性质以及转基因、药品靶向好材料,30/65,（三）脂质体,(liposome),Figure 10-8,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),Lipid bilayers seal spontaneously,31/65,三、膜蛋白,(membrane protein),膜蛋白种类繁多,赋予生物膜主要生物学功效,32/65,（一）膜蛋白三种基本类型,外在膜蛋白或外周膜蛋白,内在膜蛋白或整合膜蛋白,脂锚定膜蛋白,33/65,脂锚定膜蛋白 3 种类型,A,：脂肪酸结合到膜蛋白,N,端甘氨酸残基上,B,：烃链结合到膜蛋白,C,端半胱氨酸残基上,C,：经过糖脂锚定在细胞质膜上,34/65,（二）内在膜蛋白与膜脂结合方式,内在膜蛋白为,跨膜蛋白,可分为：,胞质外结构域,、,跨膜结构域,和,胞质内结构域,35/65,内在膜蛋白与膜脂结合方式,膜蛋白跨膜结构域与脂双层分子疏水关键相互作用,跨膜结构域两端带正电荷氨基酸残基或带负电氨基酸残基经过,Ca,2+,、,Mg,2+,与带负电磷脂极性头部相互作,经过本身在胞质一侧半胱氨酸残基共价结合到膜脂肪酸分子上,36/65,内在膜蛋白跨膜结构域与膜脂,跨膜结构域形成,螺旋,跨膜结构域主要由,折叠片组成,一些,螺旋外侧非极性链与膜脂相互作用，内侧极性链形成特异极性分子跨膜通道,37/65,膜蛋白及其与膜脂关系三维结构分析,跨膜蛋白现有疏水区域,(,跨膜区,),，也有亲水区域（膜表面区），其结构解析主要是应用低温电镜技术和,X,射线晶体衍射技术,图,4-12,图,4-13,38/65,（三）去垢剂,一端亲水、一端疏水,两性小分子,，是分离与研究膜蛋白惯用试剂,插入膜脂与膜脂或膜蛋白跨膜结构域等疏水部位结合，形成可溶性微粒,39/65,（三）去垢剂,离子型去垢剂：,如,SDS,，可破坏蛋白质中离子键和氢键等非共价键，甚至改变蛋白质亲水部分构象,非离子去垢剂：,如,Triton X-100,，对蛋白质作用比较温和，用于膜蛋白分离与纯化,40/65,四、膜糖,糖脂,糖蛋白,Figure 10-28b,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),细胞质膜上膜糖都位于质膜外表面，,内膜系统中膜糖则面向细胞器腔面！,41/65,第二节 细胞质膜基本特征与功效,流动性,不对称性,膜骨架,质膜基本功效,42/65,一、膜流动性,膜流动性是是全部生物膜基本特征，是细胞生长增殖等生命活动必要条件,膜流动状态受细胞代谢过程调整,43/65,（一）膜脂流动性,脂肪酸链,越短、,不饱和程度,越高，流动性越大,温度,对膜脂运动有显著影响,胆固醇,对膜流动性起着双重调整作用,44/65,（二）膜蛋白流动性,荧光标识人,-,鼠细胞融合试验,成斑现象（,patching,）或成帽现象（,capping,）,Figure 10-35,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),45/65,（二）膜蛋白流动性,膜蛋白流动性受各种原因限制：,如紧密连接、细胞骨架影响等,46/65,（三）膜脂和膜蛋白运动速率检测,荧光漂白恢复（,FRAP,）技术,Figure 10-36a,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),47/65,质膜流动性是确保其,正常功效必要,条件,比如物质运输、细胞识别、细胞信,号转导等，与细胞生长发育，抗寒性有,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。,膜流动性生物学意义,48/65,影响膜流动性原因,胆固醇：,胆固醇含量增加会降低膜流动性。,脂肪酸链饱和度,：,脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。,脂肪酸链链长：,长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。,卵磷脂,/,鞘磷脂,：,该百分比高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。,其它原因：,温度、酸碱度、离子强度,等。,脂质和蛋白质相互作用,：,内在蛋白越多，界面脂越多，膜流动性降低。,49/65,二、膜不对称性,膜脂和膜蛋白在生物膜上呈不对称分布,糖蛋白和糖脂糖基部分均位于细胞质膜外侧,电镜冷冻蚀刻技术,50/65,（一）细胞质膜各膜面名称,质膜细胞外表面（,extrocytoplasmic surface,，,ES,）,质膜原生质表面（,protoplasmic surface,，,PS,）,细胞外小叶断裂面（,extrocytoplasmic face,，,EF,）,原生质小叶断裂面（,protoplasmic face,，,PF,）,51/65,EF,PF,小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻,52/65,（二）膜脂不对称性,膜脂不对称性是指同一个膜脂分子在膜脂双层中呈不均匀分布,糖脂分布表现出完全不对称性：非胞质侧,53/65,（二）膜脂不对称性,54/65,（三）膜蛋白不对称性,全部膜蛋白在质膜上都呈不对称分布，每种膜蛋白分子在质膜上都含有明确方向性,糖蛋白糖残基均分布在生物膜非胞质一侧,Figure 10-27,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),55/65,三、细胞质膜相关膜骨架,Figure 10-42a,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),56/65,（一）膜骨架,细胞质膜下与膜蛋白相连由纤维蛋白组成网架结构，参加维持质膜形状并帮助质膜完成各种生理功效,哺乳动物红细胞含有很好弹性和强度,Figure 10-40,Molecular Biology of the Cell,(Garland Science),57/65,（二）红细胞生物学特征,血影,(ghost),58/65,（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架,红细胞质膜刚性与韧性主要由质膜蛋白与膜骨架复合体相互作用来实现,红细胞双凹形椭圆结构形成还需要其它骨架纤维参加,59/65,Adducin,内收蛋白,血型糖蛋白,锚蛋白,血影蛋白,四聚体,带三蛋白,Actin,肌动蛋白,Tro-s,肌动球蛋白,Tro-d,原肌球蛋白,60/65,（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架,除红细胞外，已发觉在其它细胞中也存在与锚蛋白、血影蛋白及带,4.1,蛋白类似蛋白质，大多数细胞中也都存在膜骨架结构,61/65,四、细胞质膜基本功效,62/65,为细胞生命活动提供相对,稳定内环境,;,选择性,物质运输,包含代谢底物输入与代谢产物,排除,并伴伴随能量传递,;,提供,细胞识别,位点,并完成细胞内外,信息跨膜传递,;,为各种,酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行,;,介导细胞与细胞、细胞与基质之间,连接,;,参加形成含有不一样功效细胞,表面特化结构,。,膜蛋白异常与一些遗传病、恶性肿瘤、甚至神经衰退性疾病相关。,细胞质膜基本功效,63/65,本章主要内容,细胞质膜结构模型,细胞质膜基本成份,细胞质膜基本特征,膜骨架,细胞质膜基本功效,64/65,Thank you!,65/65,