第四章-细胞质膜.ppt

第四章第四章 细胞质膜细胞质膜第一页，共八十三页。本章本章(bn zhn)(bn zhn)内容提要内容提要u细胞细胞质膜的结构模型质膜的结构模型u生物膜的基本生物膜的基本(jbn)结构与功能结构与功能u 膜骨架膜骨架第二页，共八十三页。本章本章(bn zhn)(bn zhn)教学目的与要求教学目的与要求1、了解生物膜的化学组成；、了解生物膜的化学组成；2、掌握生物膜的结构模型、基本特征及其功能；、掌握生物膜的结构模型、基本特征及其功能；3、理解、理解(lji)膜骨架的概念。膜骨架的概念。第三页，共八十三页。l细细胞胞质质膜膜（plasma membrane）又称质质膜膜，曾曾称称细细胞胞膜膜（cellmembrane)，是是围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜生物膜。l在细胞内部包绕各种细胞器的膜，称为(chn wi)细胞内膜细胞内膜。l质膜和细胞内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜生物膜（biomembrane）。l生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。基本概念基本概念第四页，共八十三页。l质膜表面寡糖链形成细细胞胞外外被被（cell coat）或糖萼（glycocalyx）。l质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构，除对质膜有支持作用(zuyng)外，还与维持质膜的功能有关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架膜骨架。l细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面细胞表面。l质膜的功能：细胞结构完整结构完整、内环境稳定环境稳定及细胞与环 境之间的物质、能量交换物质、能量交换和信息传递信息传递。第五页，共八十三页。PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES第六页，共八十三页。细胞表面细胞表面(biomin)是复合的结构体系与多功能的体系，细胞是复合的结构体系与多功能的体系，细胞膜是细胞表面膜是细胞表面(biomin)的核心结构。的核心结构。第七页，共八十三页。1.1895年，E.Overton 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物(zhw)的细胞质膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞质膜，因此推测质膜由连续脂类物质脂类物质组成。第第一一节节细细胞胞质质膜膜的的结结构构(jigu)(jigu)模型模型一、一、一、一、生物膜的结构生物膜的结构生物膜的结构生物膜的结构(jigu)(jigu)模型模型模型模型第八页，共八十三页。2.1925年，E.Gorter（戈顿）&F.Grendel（格伦德尔）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，因而推测细胞质膜由双层脂分子双层脂分子(fnz)(fnz)组成。第九页，共八十三页。第十页，共八十三页。3、1935年，J.Danielli&H.Davson 发现(fxin)质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋蛋白白质质。提出蛋白质脂质蛋白质的三明治式的质膜模型（三夹板模型）。三明治式的质膜模型（三夹板模型）。第十一页，共八十三页。第十二页，共八十三页。4、1959年，J.D.Robertson（罗伯逊）用超薄切片技术超薄切片技术 获得了清晰的细胞膜照片，显示出暗暗-明明-暗暗三层结构，研究表明：它由厚约3.5nm的双层脂分子（明带）和内 外表面各厚约2nm的蛋白质构成(暗带总厚约7.5nm）。当时认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道蛋白质通道，供亲水 物质过，由此发展了三明治模型，提出(t ch)了蛋白质脂质 蛋白质的单位膜模型（单位膜模型（unitmenbranemodel）。第十三页，共八十三页。该模型认为该模型认为“两暗夹一明两暗夹一明”三层结构中的蛋白质层并非是球形三层结构中的蛋白质层并非是球形蛋白质蛋白质(因为球形蛋白质的直径因为球形蛋白质的直径2nm),2nm),而是由单层肽链的而是由单层肽链的折叠折叠形式形式的蛋白质的蛋白质,通过静电作用与磷酸极性端相结合。通过静电作用与磷酸极性端相结合。该模型提出各种生物膜在形态上的该模型提出各种生物膜在形态上的共性共性,但无法说明膜的但无法说明膜的动态结构变化及功能特性的多样化动态结构变化及功能特性的多样化,但该模型提出的单位膜的概念但该模型提出的单位膜的概念一直沿用至今。一直沿用至今。后来，这一模型得到后来，这一模型得到X X射线衍射射线衍射分析和分析和电镜观察电镜观察结果的进结果的进一步支持一步支持(zhch)(zhch)。而。而冷冻蚀刻技术冷冻蚀刻技术显示了双层脂质中蛋白质颗显示了双层脂质中蛋白质颗粒的存在，粒的存在，免疫荧光标记技术免疫荧光标记技术等证明了该蛋白质的流动性。等证明了该蛋白质的流动性。第十四页，共八十三页。第十五页，共八十三页。第十六页，共八十三页。5、1972年，S.J.Singer（辛格）&G.Nicolson（尼科尔森）根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型流动镶嵌模型(mxng)”。强调了膜的流动性膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性不对称性。第十七页，共八十三页。流动流动(lidng)(lidng)镶嵌模型镶嵌模型l根据根据Fluid-mosaicmodel：1.细胞膜由细胞膜由流动的双脂层流动的双脂层和嵌在其中的和嵌在其中的蛋白质蛋白质组成。组成。2.磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；3.蛋蛋白白质质或或嵌嵌在在双双脂脂层层表表面面，或或嵌嵌在在其其内内部部(nib)，或或横横跨跨整整个个双双脂脂层，表现出分布的层，表现出分布的不对称性不对称性。第十八页，共八十三页。第十九页，共八十三页。u该模型的主要论点是该模型的主要论点是:1）流动的脂双层构成膜的连续主体,球形的膜蛋白质 以各种镶嵌(xingqin)形式与脂双分子层相结合。2）构成膜的脂双层具有液晶态的特性,它既有晶体的分 子排列的有序性,又有液体的流动性。u该模型的突出特点是：该模型的突出特点是：1）强调了膜的流动性：流动性：即膜蛋白和膜脂均可侧向运动；即膜蛋白和膜脂均可侧向运动；2）强调了膜组分分布的不对称性不对称性：即膜蛋白有的镶在 表面、有的嵌入、有的横跨脂双分子层。u该模型的不足之处：该模型的不足之处：1）忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的限制作用限制作用；2）忽视了膜各部分流动性的不均匀性不均匀性等,从而使人们 又提出了一些新的模型。第二十页，共八十三页。流动镶嵌模型的充实流动镶嵌模型的充实(chngsh)(chngsh)和完和完善善l液液晶晶态模型；态模型；l板块板块(bn kui)(bn kui)镶嵌模型镶嵌模型；l脂筏模型。脂筏模型。第二十一页，共八十三页。1975年：液年：液晶晶态模型态模型(mxng)第二十二页，共八十三页。l该模型认为细胞膜所以具有流动性是由于脂类脂类可逆地进行(jnxng)无序无序(液态液态)和有序有序(晶态晶态)的相变过程；l镶嵌蛋白对脂类分子的运动有控制作用,可使其周围的脂质分子形成界面脂,而不发生单独活动,两者相互作用共同构成膜中晶态部份晶态部份。l远离的脂质构成流动的液态，但该脂质是局部的,仅是小片的点状分布。第二十三页，共八十三页。1977年：年：板块板块(bn kui)(bn kui)镶嵌模型镶嵌模型 第二十四页，共八十三页。l该模型强调整个生物膜是由不同组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性的可移动的膜块所组成，这些彼此独立移动的脂质区(有有序序的的“板板块块”)之间被流动的脂质“板块”(无无序序的的)所分割,两种“板块”之间可能存在一种连续的动态平衡,因而细胞膜实际上是同时存在有不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构；l这种结构使细胞膜的各部分的流动性处于不均一状态,并可随生理状态和环境条件的变化而发生晶态和非晶态的相变化。l这种板块镶嵌模型有利于说明膜功能功能(gngnng)的多样性的多样性及调调节机制的复杂性节机制的复杂性。第二十五页，共八十三页。19971997：脂脂 筏筏 模模 型型(mxng)(mxng)（lipid lipid rafts rafts modelmodel）l1997年，K.Simons（西蒙斯）等人提出富含胆固醇胆固醇和鞘磷脂鞘磷脂的微结构域微结构域(microdomain），该结构域约70nm 左右，是一种动态结构，位于以甘油磷脂为主体的生物 膜中；l该微结构域形成相对有序的脂相，如同漂浮在脂双层上的 “脂筏”一样，载着执行某些(mu xi)特定生物学功能的各种膜蛋白他们就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白 质分选、跨膜物质运输等均有密切的关系。第二十六页，共八十三页。Mechanisms of raft clustering.(Mechanisms of raft clustering.(a a)Rafts(red)are small at the plasma)Rafts(red)are small at the plasma membrane,containing only a subset of proteins.(membrane,containing only a subset of proteins.(b b)Raft size is)Raft size is increased by clustering,leading to a new mixture of molecules.This increased by clustering,leading to a new mixture of molecules.This clustering can be triggered in different way.clustering can be triggered in different way.第二十七页，共八十三页。生物膜结构生物膜结构(jigu)(jigu)示意图示意图第二十八页，共八十三页。生生物物膜膜结结构构(jigu)(jigu)示示意意图图第二十九页，共八十三页。生生 物物 膜膜 结结 构构 特特 征征1、具有极性头部和非极性尾部的磷磷脂脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生生物物膜膜骨骨架架，是组成生物膜的基本结构成分,尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；膜的流流动动性性是生物膜的基本特征之一,是细胞进行生命活动的必要条件必要条件；2、蛋蛋白白质质以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中或结合在表面，表现出分布的不不对对称称性性。膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者；膜蛋白的类型、不对称分布及其与膜脂的协同作用赋予生物膜各自的特性和功能特性和功能；3、生物膜由流流动动的的双双脂脂层层和嵌在其中的蛋蛋白白质质组成，是双脂层中嵌有蛋白质的二二维维溶溶液液(rngy)。而膜蛋白与膜脂、膜蛋白与膜蛋白及其与膜两侧其他大分子的复杂作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性，同时也形成了赖以完成多种膜功能的脂筏脂筏等结构。第三十页，共八十三页。二、膜脂二、膜脂生物膜的基本生物膜的基本(jbn)(jbn)组成成分组成成分（一）（一）成分成分：主要包括：主要包括(boku)(boku)磷脂、糖脂磷脂、糖脂和胆固醇胆固醇三种类型三种类型。1 1、磷磷脂脂（phospholipid)phospholipid)：膜脂的基本成分（50以上）；分为二类:甘油磷脂和鞘磷脂，其中甘油磷脂又包括：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂）和磷脂酰肌醇等，磷脂的主要特征：具有一个极性头部和两个非极性尾部具有一个极性头部和两个非极性尾部(wi b)(wi b)（心磷脂除外）；（心磷脂除外）；脂肪酸碳链碳原子为偶数脂肪酸碳链碳原子为偶数,大多数由大多数由16,1816,18或或2020个组成；个组成；含有饱和脂肪酸含有饱和脂肪酸(如软脂酸如软脂酸)和不饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸(如油酸如油酸)；第三十一页，共八十三页。甘油甘油甘油甘油(n yu)(n yu)磷脂磷脂磷脂磷脂l以甘甘油油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两两个个脂脂肪肪酸酸链一个磷磷酸酸(lnsun)基基团团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子靠磷酸基团连接到脂分子上。主要类型有：磷脂酰胆碱phosphatidylcholine，PC，旧称卵磷脂磷脂酰丝氨酸phosphatidylserine，PS磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolamine，PE，旧称脑磷脂磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,DPG，旧称心磷脂第三十二页，共八十三页。1）分分子形式子形式：不同：不同(btn)形成的形成的X基团形成不同基团形成不同(btn)的磷的磷脂：脂：磷脂酸 磷脂(ln zh)酰乙醇胺 磷脂(ln zh)酰丝氨酸 磷脂酰胆碱 磷脂酰甘油 磷脂酰肌醇 第三十三页，共八十三页。2）分子结构分子结构(fnzjiu)第三十四页，共八十三页。Phospholipids in plasmamembranes磷脂(ln zh)酰乙醇胺、磷脂(ln zh)酰丝氨酸、磷脂(ln zh)酰胆碱、磷脂(ln zh)酰肌醇第三十五页，共八十三页。Phospholipids第三十六页，共八十三页。鞘磷脂鞘磷脂鞘磷脂鞘磷脂l鞘磷脂（sphingomyelin，SM）在脑和神经细胞膜中特别丰富。以鞘鞘胺胺醇醇（sphingoine）为骨架，与一条(y tio)脂脂肪肪酸酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆胆碱碱与与磷磷酸酸结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。第三十七页，共八十三页。2、糖脂、糖脂l糖脂大多糖脂大多(ddu)分布在膜的外表面，不分布在膜的内表面。分布在膜的外表面，不分布在膜的内表面。分子形式：由分子形式：由一个或多个糖残基、一个或多个糖残基、鞘氨醇（鞘氨醇（骨干）和两个骨干）和两个脂肪酸链组成脂肪酸链组成。第三十八页，共八十三页。glycolipids第三十九页，共八十三页。l糖脂是含含糖糖而而不不含含磷磷酸酸的脂类，普遍存在于原核和真核细胞的质膜上，含量约占脂总量的5以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10。l糖脂也是两两性性分分子子，其结构与SM很相似，只是由一个或多个糖残基代替磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。l最简单的糖脂是半半乳乳糖糖脑脑苷苷脂脂，在髓鞘的多层膜中含量丰富；变化最多、最复杂的糖脂是神神经经节节苷苷脂脂，其头部包含(bohn)一个或几个唾液酸和糖的残基。神经节苷脂是神经元质膜中具有特征性的成分。l功功 能能：糖脂与细胞的抗原结构、受体、细胞免疫、细胞识别以及细胞癌变有着密切关系。第四十页，共八十三页。Glycolipids 第四十一页，共八十三页。3、胆固醇、胆固醇l主要存存在在真真核核细细胞胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，其功能(gngnng)是提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变(tbin)细胞株很快发生自溶。第四十二页，共八十三页。u沿膜平面的侧向运动,其扩散系数为10-8cm2/s；是膜的基本运动方式，具有(jyu)重要的生物学功能；u脂分子围绕轴心的自旋运动；u脂分子尾部的摆动；u双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到 脂分子侧向交换频率的1010。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。（二）膜（二）膜脂脂运运动动方方式式第四十三页，共八十三页。膜脂分子膜脂分子膜脂分子膜脂分子(fnz)(fnz)的的的的运动运动运动运动第四十四页，共八十三页。第四十五页，共八十三页。（三）（三）脂质体脂质体（liposome）脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势(qsh)而制备的人工膜。研究(ynji)膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入DNA可用于基因转移；在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体。l脂质体的应用脂质体的应用(yngyng)：第四十六页，共八十三页。脂质体的类型脂质体的类型(lixng)(lixng)(a)(a)水溶液中的磷脂分子团；水溶液中的磷脂分子团；(b)(b)球形脂质体；球形脂质体；(c)(c)平面脂质体膜；平面脂质体膜；(d(d）用于疾病）用于疾病(jbng)(jbng)治疗的脂质体的示意图治疗的脂质体的示意图(a)第四十七页，共八十三页。三、膜蛋白三、膜蛋白l是膜功能的主要体现者膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中30%左右为膜蛋白。根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为(fn wi)：外周蛋白（peripheral protein）：水溶性蛋白整合蛋白（integral protein）：水不溶性蛋白脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）。（一）膜蛋白的分类（一）膜蛋白的分类(fnli)第四十八页，共八十三页。第四十九页，共八十三页。l外周蛋白靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分(b fen)结合，因此只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来，有时很难区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因为一个蛋白质可以由多个亚基构成，有的亚基为跨膜蛋白，有的则结合在膜的外部。l整合蛋白为跨膜蛋白（tansmembrane proteins），是两性分子。占整个质膜的7080，与膜的结合非常紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来。第五十页，共八十三页。l去垢(q u)剂：是一端亲水一端疏水的两性小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。如离子型去垢(q u)剂SDS，非离子型去垢(q u)剂Triton-X100。SDSTriton-X100第五十一页，共八十三页。l脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）可以(ky)分为两类：l糖磷脂酰肌醇(glycophosphatidylinositol，GPI)连接的蛋白，GPI位于细胞质膜的外侧，用磷脂酶C（能识别含肌醇的磷脂）处理细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞粘附分子等都是这类蛋白。l另一类脂锚定蛋白与插入质膜内部的长碳氢链结合，多分布在质膜的内侧。第五十二页，共八十三页。,integral protein；,lipid-anchored protein；,peripheral protein膜蛋白与膜双脂结合(jih)的几种方式第五十三页，共八十三页。（二）膜内在（二）膜内在(nizi)(nizi)蛋白与膜脂结合的方式蛋白与膜脂结合的方式l膜内在蛋白多数为跨膜蛋白跨膜蛋白（tranmemblrane proteins),也 有些插入脂双层中，它与膜结合的主要方式有：1）膜蛋白的跨膜结构域跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心脂双层分子的疏水核心(hxn)相互作用；2)跨膜结构域两端携带正电荷的AA残基与磷脂分子带负电 荷的极性头部极性头部形成离子键离子键，或携带负电荷的AA残基通过 Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电荷的磷脂极性头部相互作 用。3）某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合共价结合 脂肪酸分子而插入脂双层中，还原少数蛋白与糖脂共价结合。第五十四页，共八十三页。膜蛋白的跨膜结构域膜蛋白的跨膜结构域1)跨膜结构域含有20个左右的疏水氨基酸残基疏水氨基酸残基，形成a-螺旋；其外部疏水侧链通过范德华力范德华力与脂双层分子脂肪酸链相互作用。2)某些a-a-螺旋螺旋既具有极性侧链（内侧）跨膜通道，又具有非极性侧链(外侧）；3)某些跨膜蛋白中(如大肠杆菌和线粒体内膜上的孔蛋白）的跨膜结构域常常仅有10-12个氨基酸残基，形成折叠片折叠片结构。反向平行的折叠片相互作用形成特异的跨膜通道。研究手段研究手段(shudun)(shudun)：X X射线晶体衍射技术射线晶体衍射技术 和 低温电镜技术。低温电镜技术。第五十五页，共八十三页。第二节第二节 生物膜的基本特征与功能生物膜的基本特征与功能(gngnng)(gngnng)(gngnng)(gngnng)l 膜的流动性；l 膜的不对称性；l 膜的基本功能；第五十六页，共八十三页。一、膜的流动性一、膜的流动性膜的流动性是生物膜基本特征之一，也是细胞进行生命活 动的必要条件；由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。（一）、膜脂分子的运动（一）、膜脂分子的运动1)侧向扩散运动侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。2)旋转运动旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。3)摆动运动摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。4)伸缩震荡伸缩震荡(zhndng)运动运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。5)翻转运动翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。6)旋转异构化运动旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。第五十七页，共八十三页。膜膜脂脂的的各各种种(zhn)运运动动示示意意图图第五十八页，共八十三页。影响影响(yngxing)(yngxing)膜脂流动性的因素膜脂流动性的因素l膜的流动性主要受膜分子本身的性质膜分子本身的性质决定(judng)：一般来说，脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大；l温度温度也影响膜脂的流动性，一般程正相关；l在动物细胞中，胆固醇胆固醇对膜脂的流动性其重要的双重调节作双重调节作用用：它既能与磷脂分子结合限制其运动的作用，又能将磷脂分子隔开使其更易流动的作用。第五十九页，共八十三页。（二）、膜蛋白的分子运动u膜蛋白的分子运动主要有侧侧向向扩扩散散和旋旋转转(xunzhun)(xunzhun)扩扩散散两种运动方式。可用光光脱脱色色恢恢复复技技术术和和细细胞胞融融合合技技术术检测侧向扩散。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细细胞胞松松弛弛素素B B能促进膜蛋白的侧向运动。第六十页，共八十三页。研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。原理原理：用荧光素标记膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射(zhosh)细胞表面的某一区域，使被照射(zhosh)区的荧光淬灭变暗，根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。荧光脱色荧光脱色(tus)(tus)恢复技术恢复技术(fluorescence(fluorescencerecoveryrecoveryafterafterphotobleaching,photobleaching,FRAP)FRAP)第六十一页，共八十三页。ThelateraldiffusionofmembranelipidscandemonstratedexperimentallybyatechniquecalledFluorescenceRecoveryAfterPhotobleaching(FRAP).用光脱色恢复技术用光脱色恢复技术用光脱色恢复技术用光脱色恢复技术(jsh)(jsh)观察蛋白质运动观察蛋白质运动观察蛋白质运动观察蛋白质运动 第六十二页，共八十三页。第六十三页，共八十三页。利用细胞融合技术观察蛋白质运动利用细胞融合技术观察蛋白质运动 -荧光抗体荧光抗体荧光抗体荧光抗体(kngt)(kngt)免疫标记实验免疫标记实验免疫标记实验免疫标记实验 第六十四页，共八十三页。质膜的流动性是保证其质膜的流动性是保证其正常功能的必要正常功能的必要条件条件例如例如(lr)物质运输、细胞识别、细胞物质运输、细胞识别、细胞信信号转导等，与细胞生长发育，抗寒性有号转导等，与细胞生长发育，抗寒性有关。关。当膜的流动性低于一定的阈值时，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。如果流动性过高，又会造成膜的溶解。膜膜流流动动性性的的生生物物学学意意义义(yy)第六十五页，共八十三页。影响影响(yngxing)(yngxing)膜流动性的因素膜流动性的因素胆固醇：胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。脂脂肪肪酸酸链链的的饱饱和和度度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。脂肪酸链的链长：脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵卵磷磷脂脂/鞘鞘磷磷脂脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度(zhn d)高于卵磷脂。其他因素：温度、酸碱度、离子强度温度、酸碱度、离子强度等。脂脂质质和和蛋蛋白白质质的的相相互互作作用用：内在蛋白越多，界面脂越多，膜的流动性降低。第六十六页，共八十三页。六、膜的不对称性六、膜的不对称性六、膜的不对称性六、膜的不对称性 质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对称性。（一）（一）（一）（一）细胞膜各部分的名称细胞膜各部分的名称细胞膜各部分的名称细胞膜各部分的名称 样品经冰冻断裂处理(chl)后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：ES，细细胞胞外外表表面面（extrocytoplasmic surface）；EF，细细胞胞外外小小页页断断面面（extrocytoplasmic face）；PS，原原生生质质表表面面（protoplasmic surface）；PF，原原生生质质小小页页断断面面（protoplasmic face）。第六十七页，共八十三页。EFPF小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻第六十八页，共八十三页。（二）（二）（二）（二）膜脂的不对称性膜脂的不对称性膜脂的不对称性膜脂的不对称性：同一种同一种(y zhn)(y zhn)脂分子在脂双层中呈不均匀脂分子在脂双层中呈不均匀 分布，如：分布，如：PCPC和和SMSM主要分布在外小叶，主要分布在外小叶，PEPE和和PSPS分布在分布在 内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%80%的的PCPC降降 解，解，PEPE和和PSPS分别只有分别只有20%20%和和10%10%的被降解。的被降解。膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂 等形成的等形成的微结构域微结构域脂筏脂筏。（三）膜蛋白的不对称性（三）膜蛋白的不对称性（三）膜蛋白的不对称性（三）膜蛋白的不对称性：膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋 白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；膜蛋白的不膜蛋白的不 对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各 种生理功能的保证。种生理功能的保证。（四）（四）（四）（四）复合糖的不对称性复合糖的不对称性复合糖的不对称性复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的 外表面。是完成其生理功能的结构基础。外表面。是完成其生理功能的结构基础。第六十九页，共八十三页。第七十页，共八十三页。膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性第七十一页，共八十三页。第七十二页，共八十三页。生物膜结构的特征生物膜结构的特征(tzhng)总总结结 膜的膜的流动性流动性：生物膜的基本特征之一：生物膜的基本特征之一,细胞进行生命细胞进行生命(shngmng)(shngmng)活动的必要条件。活动的必要条件。膜的膜的不对称性不对称性 膜的膜的分相现象分相现象。第七十三页，共八十三页。七、细胞质膜的七、细胞质膜的功能功能(gngnng)(gngnng)为细胞的生命活动提供相对为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境稳定的内环境;选择性的选择性的物质运输物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物包括代谢底物的输入与代谢产物 的排除的排除,并伴随着能量的传递并伴随着能量的传递;提供提供细胞识别细胞识别位点位点,并完成细胞内外并完成细胞内外信息跨膜传递信息跨膜传递;为多种为多种酶提供结合位点酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行使酶促反应高效而有序地进行;介导细胞与细胞、细胞与基质之间的介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接连接(linji)(linji);参与形成具有不同功能的细胞参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构表面特化结构。膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤、甚至神经衰退性疾病相关。膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤、甚至神经衰退性疾病相关。第七十四页，共八十三页。1.Definetheboundariesofthecellanditsorganelles.2.Serveaslociforspecificfunctions.3.provideforandregulatetransportprocesses.4.containthereceptorsneededtodetectexternalsignals.5.providemechanismsforcell-to-cellcontact,communicationandadhesion第七十五页，共八十三页。第三节第三节 膜骨架膜骨架(gji)(gji)(gji)(gji)细胞质膜常常与膜下结构(主要是细胞骨架系统)相互 联系,协同作用,并形成细胞表面的某些特化结构以完成特 定的功能。这些特殊的结构包括膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒 毛及细胞的变形足等。一、膜骨架膜骨架 指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白纤维蛋白组成的网架网架 结构结构,它参与维持细胞质膜的形状(xngzhun)并协助质膜完成多种 生理功能。二、红细胞的生物学特性红细胞的生物学特性 膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性弹性又具有较高强度较高强度。第七十六页，共八十三页。l膜骨架是质膜下纤维蛋白组成的网架结构；位于细胞质膜下约0.2m厚的溶胶层。l作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多 种生理功能。l成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系 统，是研究膜骨架的理想材料。l红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容 物，留下一个保持原形(yunxng)的空壳，称为血影 （ghost）。三、红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架(gji)第七十七页，共八十三页。l经经SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，血影成分主要有：聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，血影成分主要有：1.血影蛋白血影蛋白(spectrin)：由结构相似的链、链组成异二聚体，两个二聚体头与头相接连形成四聚体四聚体，与肌动蛋白相连构成，与肌动蛋白相连构成(guchng)红细胞膜骨架的红细胞膜骨架的主体。主体。2.带三蛋白带三蛋白：是红细胞膜上Cl/HCO 3 阴离子转运载体蛋白。为二聚体，每个单体含929个氨基酸，以a螺旋跨膜12次。3.锚蛋白锚蛋白（ankyrin）和带带4.1蛋白蛋白：锚蛋白连接血影蛋白和带3蛋白，带4.1蛋白连接血影蛋白和血型糖蛋白，两者均将血影蛋白网络连接到质膜上。4.血型糖蛋白血型糖蛋白(glycophorin)：单次跨膜糖蛋白，约有131个氨基酸，N端在膜外侧，结合16条寡糖链；C-端在胞质面，与带4.1蛋白相连，可能与与MN血型有关血型有关。5.肌动蛋白肌动蛋白（actin)：由13个肌动蛋白单体和一个长35nm的原肌球蛋白分子（两条多肽链）。第七十八页，共八十三页。l红细胞膜骨架的构成：血影蛋白四聚体游离端（多个位点）与短肌动蛋白纤维（约1315单体）相连，形成血影蛋白网络血影蛋白网络。通过两个锚定点固定在质膜下方：通过带4.1蛋白与血型糖蛋白连结；通过锚蛋白与带3蛋白相连。l这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性刚性与韧性，得以(dy)几百万次地通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉。l血影蛋白与肌动蛋白的结合较微弱，但带4.1蛋白和内收蛋白的作用极大加强了两者的结合力。l膜骨架网络与细胞膜之间的连接主要通过锚蛋白。它含有两个功能结构域：与血影蛋白相连；与带3蛋白结合。第七十九页，共八十三页。Adducin内收蛋白内收蛋白血血型型(xuxng)糖蛋白糖蛋白锚蛋白锚蛋白血影蛋白四聚体血影蛋白四聚体带三蛋白带三蛋白(dnbi)Actin肌动蛋白肌动蛋白Tro-s肌动球蛋白肌动球蛋白Tro-d原肌球蛋白原肌球蛋白第八十页，共八十三页。红红细细胞胞膜膜骨骨架架(gji)的的研研究究第八十一页，共八十三页。第八十二页，共八十三页。内容(nirng)总结第四章 细胞质膜。2）构成膜的脂双层具有液晶态的特性,它既有晶体的分。这种结构使细胞膜的各部分的流动性处于不均一状态,并可随生理状态和环境条件的变化而发生晶态和非晶态的相变化。膜蛋白的类型、不对称分布(fnb)及其与膜脂的协同作用赋予生物膜各自的特性和功能。当膜的流动性低于一定的阈值时，。质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对称性。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的PC降第八十三页，共八十三页。