细胞膜的结构和功能

1、(Medical Biology)主讲教师：洪泽辉主讲教师：洪泽辉 博士、副教授博士、副教授Email: Email: 东南大学医学院遗传与发育生物学系、东南大学医学院遗传与发育生物学系、教育部发育与疾病相关基因重点实验室教育部发育与疾病相关基因重点实验室第三节第三节 生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核生物膜的结构和功能生物膜的结构和功能一一 生物膜的结构及化学组成生物膜的结构及化学组成二二 生物膜的分子结构与特点生物膜的分子结构与特点三三 生物膜的功能生物膜的功能细胞膜细胞膜生物膜生物膜 一一 细胞膜的结构及化学组成细胞膜的结构及化学组成7-10 nm的

2、结构的结构2 2、 细胞膜的细胞膜的脂类脂类(lipids)(lipids)（50%50%）蛋白质蛋白质(proteins)(proteins)（40%-50%40%-50%） 糖类糖类(Glycols)(Glycols)（1%-10%1%-10%）磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇脂类脂类磷脂分子的极性头部为各种磷脂酰碱基，一般通磷脂分子的极性头部为各种磷脂酰碱基，一般通过甘油基团与非极性尾部相连。过甘油基团与非极性尾部相连。 根据碱基不同分为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等根据碱基不同分为磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺等磷脂磷脂胆固醇是中性脂类，它胆固醇是中性脂类，它散布于磷脂分

3、子之间，散布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂分其极性头部紧靠磷脂分子的极性头部，甾环固子的极性头部，甾环固定在碳氢链上，对膜稳定在碳氢链上，对膜稳定性起重要作用。定性起重要作用。磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇脂类脂类磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇脂类脂类糖脂的极性头部由一个或数个糖脂的极性头部由一个或数个糖基组成，非极性尾部是两条糖基组成，非极性尾部是两条烃链烃链半乳糖脑半乳糖脑苷脂苷脂神经节苷神经节苷脂脂（2）膜蛋白）膜蛋白：生物膜上的蛋白叫膜蛋白。：生物膜上的蛋白叫膜蛋白。外周蛋白外周蛋白(peripheral proteins )内在蛋白内在蛋白(integral proteins )外周

4、蛋白又叫外在蛋白，约占膜蛋白的外周蛋白又叫外在蛋白，约占膜蛋白的20%-30%20%-30%，主要，主要分布在膜的内表面，为水溶性。分布在膜的内表面，为水溶性。内在蛋白又叫镶嵌蛋白，内在蛋白又叫镶嵌蛋白，占膜蛋白的占膜蛋白的70%-80%70%-80%。有的蛋白部分嵌入膜中，有的蛋白部分嵌入膜中，有的贯穿全膜，称为跨有的贯穿全膜，称为跨膜蛋白。膜蛋白。Membrane proteins have many functions:TransportersLinkersReceptorsEnzymes （3）膜糖）膜糖所有真核细胞表面都有糖类，约占膜重量的所有真核细胞表面都有糖类，约占膜重量的2%-

5、10%2%-10%，一般以糖蛋白和糖脂形式存在。这些糖蛋白和糖脂在一般以糖蛋白和糖脂形式存在。这些糖蛋白和糖脂在膜与外界环境相互作用过程中担任重要的功能。膜与外界环境相互作用过程中担任重要的功能。细胞外被细胞外被（cell coat ) cell coat ) 又叫又叫糖萼，通常指真核细胞表面富糖萼，通常指真核细胞表面富含糖类的外围区域，它不仅对含糖类的外围区域，它不仅对细胞有保护作用，还参与了细细胞有保护作用，还参与了细胞间的识别，对细胞的接触抑胞间的识别，对细胞的接触抑制及细胞间的粘着性等都起着制及细胞间的粘着性等都起着重要的作用。重要的作用。二 细胞膜的分子结构与特性（1 1） 脂质双分

6、子层构成生物膜的基本骨架脂质双分子层构成生物膜的基本骨架（2 2） 蛋白质以不同方式镶嵌或附着于脂双层上蛋白质以不同方式镶嵌或附着于脂双层上（3 3） 膜的两侧结构是不对称的膜的两侧结构是不对称的（4 4） 膜脂和膜蛋白具有一定的流动性膜脂和膜蛋白具有一定的流动性未说明具有流动性的细胞膜如何保持相对完整和稳定未说明具有流动性的细胞膜如何保持相对完整和稳定1 1、分子结构、分子结构流动镶嵌模型流动镶嵌模型 1 1、分子结构、分子结构晶格镶嵌模型晶格镶嵌模型 液态和晶态的相变液态和晶态的相变板块镶嵌模型板块镶嵌模型 独立移动的类脂板块独立移动的类脂板块（2 2）膜的流动性）膜的流动性（1 1）膜的

7、不对称性）膜的不对称性2 2、细胞膜的特性、细胞膜的特性（1 1）膜的不对称性）膜的不对称性（2 2）膜的流动性）膜的流动性膜脂不对称膜脂不对称膜蛋白不对称膜蛋白不对称膜糖不对称膜糖不对称膜蛋白膜蛋白（1 1）膜的不对称性）膜的不对称性（2 2）膜的流动性）膜的流动性（1 1）膜的不对称性）膜的不对称性2 2、细胞膜的特性、细胞膜的特性（2 2）膜的流动性）膜的流动性（1 1）膜的不对称性）膜的不对称性影响因素：影响因素：脂肪酸链饱和度脂肪酸链饱和度磷脂组分、蛋白类型磷脂组分、蛋白类型温度、温度、PHPH值、离子强度值、离子强度2 2、细胞膜的特性、细胞膜的特性温度影响膜脂的状态（2 2）膜的

8、流动性）膜的流动性功能：功能：1.1.为细胞的生命活动提供了一个相对稳定的内环境。为细胞的生命活动提供了一个相对稳定的内环境。2.2.参与细胞内外的物质转运、信号传递、能量转换参与细胞内外的物质转运、信号传递、能量转换以及细胞的识别、粘着、运动转移等。以及细胞的识别、粘着、运动转移等。细胞外被细胞外被细胞膜细胞膜胞质溶胶层胞质溶胶层细胞外基质细胞外基质 Extracellular matrix, ECMExtracellular matrix, ECM三三 生物膜的生物膜的1 1、界膜和区域化、界膜和区域化; ;2 2、调节运输、调节运输; ;3 3、功能定位与组织化、功能定位与组织化; ;4

9、 4、信号转导、信号转导; ;5 5、参与细胞间相互作用、参与细胞间相互作用; ;6 6、能量转换、能量转换1 1、界膜和区域化、界膜和区域化; ;2 2、调节运输、调节运输; ;3 3、功能定位与组织化、功能定位与组织化; ;4 4、信号转导、信号转导; ;5 5、参与细胞间相互作用、参与细胞间相互作用; ;6 6、能量转换、能量转换三三 生物膜的生物膜的 协助扩散协助扩散(facilitat ed diffusion )被动运输被动运输(passive transport)吞噬吞噬(phagocytosis) 胞饮胞饮(pinocytosis) 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用简单扩散

10、简单扩散(simple diffusion)主动运输主动运输(active transport)穿膜穿膜运输运输1、物质运输胞吞胞吞(endocytosis)膜泡膜泡运输运输胞吐胞吐(exocytosis)三三 细胞膜的细胞膜的膜的通透性（膜的通透性（permeabilitypermeability）被动运输（顺浓度梯度）被动运输（顺浓度梯度）协助扩散协助扩散主动运输（逆浓度梯度）主动运输（逆浓度梯度）简单扩散简单扩散（1 1）穿膜运输）穿膜运输1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的简单扩散简单扩散（1 1）穿膜运输）穿膜运输1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的简单扩散简

11、单扩散协助扩散协助扩散载体蛋白（载体蛋白（carrier protein）通道蛋白（通道蛋白（channel protein）（1 1）穿膜运输）穿膜运输1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的z电位闸门通道电位闸门通道（voltage-gated channel）z配体闸门通道配体闸门通道（ligand-gated channel）载体蛋白载体蛋白z电位闸门通道电位闸门通道（voltage-gated channel）z配体闸门通道配体闸门通道（ligand-gated channel）载体蛋白载体蛋白z电位闸门通道电位闸门通道（voltage-gated channel）z配体闸门

12、通道配体闸门通道（ligand-gated channel）载体蛋白载体蛋白v主动运输主动运输（逆浓度梯度，消耗能量）（逆浓度梯度，消耗能量）离子泵（膜上的离子泵（膜上的ATPATP酶）酶）ATPADP+Pi（1 1）穿膜运输）穿膜运输1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的v主动运输主动运输（逆浓度梯度，消耗能量）（逆浓度梯度，消耗能量）离子泵（膜上的离子泵（膜上的ATPATP酶）酶）协同运输协同运输单运输单运输共运输共运输对向运输对向运输（1 1）穿膜运输）穿膜运输1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的（1 1）穿膜运输）穿膜运输（2 2）膜泡运输）膜泡运输胞吞作用（胞吞

13、作用（endocytosisendocytosis）胞吐作用（胞吐作用（exocytosisexocytosis）1、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的（1 1）穿膜运输）穿膜运输（2 2）膜泡运输）膜泡运输吞噬体吞噬体胞饮小泡胞饮小泡吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用v胞吞作用胞吞作用1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的This micrograph was taken from Endocytosis （1 1）穿膜运输）穿膜运输（2 2）膜泡运输）膜泡运输吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用v胞吞作用胞吞作用1 1

14、、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用（1 1）穿膜运输）穿膜运输（2 2）膜泡运输）膜泡运输吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用v胞吞作用胞吞作用v胞吐作用胞吐作用1、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的 受体受体(receptor)(receptor)2 2、信号转导、信号转导细胞接受外界信号刺激，通过一整套特定细胞接受外界信号刺激，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞应答，终调节特定基因的表达，引起细胞应答，这一过程称为细胞的这一过程称为细胞的

15、信号转导信号转导。信号分子信号分子/ /配体配体(ligand)(ligand)脂溶性脂溶性水溶性水溶性膜受体膜受体细胞内受体细胞内受体1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的2 2、信号转导、信号转导（1 1）信号分子）信号分子/ /配体配体(ligand)(ligand)旁分泌信号旁分泌信号突触信号突触信号内分泌信号内分泌信号自分泌信号自分泌信号1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的2 2、信号转导、信号转导（2 2）膜受体结构）膜受体结构第一信使第一信使调节单位调节单位转换单位转换单位催化单位催化单位第二信使第二信使识别部识别部转换部转换部效应部效应部1 1、物质运输、

16、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的2 2、信号转导、信号转导（3 3）膜受体的类型与信号传递）膜受体的类型与信号传递离子通道关联受体离子通道关联受体1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的酶关联受体酶关联受体2 2、信号转导、信号转导（3 3）膜受体的类型与信号传递）膜受体的类型与信号传递离子通道关联受体离子通道关联受体1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体酶关联受体酶关联受体2 2、信号转导、信号转导（3 3）膜受体的类型与信号传递）膜受体的类型与信号传递离子通道关联受体离子通道关联受体1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体2 2、信号转导、信号转导（3 3）膜受体的类型与信号传递）膜受体的类型与信号传递1 1、物质运输、物质运输三三 细胞膜的细胞膜的配体配体G G蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶蛋白激酶蛋白激酶A AG G蛋白偶联受体蛋白偶联受体2 2、信号转导、信号转导3 3、细胞识别、细胞识别（1 1）由细胞识别导致配体进入细胞）由细胞识别导致配体进入细胞（2 2）由细胞识别导致细胞间的粘着）由细胞识别导致细胞间的粘着（