细胞膜2015-1

1、周叶方周叶方中南大学中南大学 细胞膜细胞膜 (Cell Membrane) (Cell Membrane) 又称又称质膜质膜 (plasma membrane)(plasma membrane) 细胞膜的重要性细胞膜的重要性v 细胞的细胞的边界边界 ；v 选择通透选择通透 运输性运输性 ；v 酶促酶促反应高效反应高效 进行；进行；v 信息信息交流交流 ；v 细胞细胞 之间的之间的连接连接 ；v 不同功能的细胞不同功能的细胞表面特化表面特化 。 第一节第一节 细胞膜的化学组成细胞膜的化学组成 膜结构模型膜结构模型 膜的特性膜的特性 第二节第二节 小分子和离子运输小分子和离子运输 第三节第三节 大

2、分子和颗粒运输大分子和颗粒运输 第一节第一节 细胞膜的化学组成及特性细胞膜的化学组成及特性各种细胞生物膜的化学组成各种细胞生物膜的化学组成膜的类别膜的类别蛋白质蛋白质(%)(%)脂类脂类(%)(%)糖类糖类(%)(%)神经髓鞘细胞神经髓鞘细胞18793人红细胞人红细胞6040微量微量大鼠肝细胞大鼠肝细胞46425-10大鼠骨骼肌细胞大鼠骨骼肌细胞6535微量微量大鼠线粒体大鼠线粒体7027-291-2HeLa细胞细胞60402.4质膜的化学组成一、脂质成分大约占总组分的75%-25% ，构成质膜的骨架和起保护作用。 25%-75% ，生物膜功能的体现者。二、蛋白质三、糖类2%-10%，可能与细

3、胞的识别和粘附功能相关。三种膜脂类型磷脂磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇磷脂磷脂v约占膜脂的50以上。v主要特征主要特征：一个极性头、两个非极性尾（脂肪酸链）。一个极性头、两个非极性尾（脂肪酸链）。脂肪酸碳链为偶数，脂肪酸碳链为偶数，16，18或或20个碳原子。个碳原子。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。1.甘油磷脂和鞘磷脂甘油磷脂和鞘磷脂磷脂磷脂甘油磷脂：甘油磷脂：鞘磷脂：鞘磷脂：磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇磷脂酰碱基、磷脂酰碱基、甘油甘油、脂肪酸、脂肪酸磷脂酰碱基、磷脂酰碱基、鞘氨醇鞘氨醇、脂肪酸、脂肪酸极性头极

4、性头部：具部：具亲水性亲水性非极性尾非极性尾部：具疏部：具疏水性水性Influence of cis-double bonds in hydrocarbon chains. The double bonds make it more difficult to pack the chains together and therefore make the lipid bilayer more difficult to freeze. 2、鞘磷脂、鞘磷脂v鞘磷脂（sphingomyelin，SM）以鞘胺醇鞘胺醇（sphingosine）为骨架。脑和神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜中不含。组成

5、：一个鞘氨醇 一个脂肪酸 一个磷酸 一个胆碱或乙醇胺 脂质体脂质体liposome的类型的类型用于疾病治疗的脂质体的示意图用于疾病治疗的脂质体的示意图根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。人工膜。平面脂质体膜平面脂质体膜水溶液中的磷脂分子团水溶液中的磷脂分子团球形脂质体球形脂质体脂双层脂双层-脂质体的特点应用脂质体的特点应用脂双层构成两个水性屏障；脂双层构成两个水性屏障；脂双层连续，自融合；脂双层连续，自融合；脂双层可变形。脂双层可变形。FDA批准上市的脂质体产品有两性霉素批准上市的脂质体产品有两性霉素B、阿霉素脂质

6、体、阿霉素脂质体 胆固醇胆固醇（cholesterolcholesterol）羟基（极性）羟基（极性） 甾环甾环（非极性）（非极性）碳氢尾部碳氢尾部（非极性）（非极性） 胆固醇在细胞膜中的功能胆固醇在细胞膜中的功能糖脂糖脂（glycolipidsglycolipids）：鞘氨醇的衍生物：鞘氨醇的衍生物 脑苷脂（cerebroside）神经节苷脂（ganglioside）神经节苷脂神经节苷脂 v在神经传导中起重要作用；在神经传导中起重要作用；v是膜上的受体，如破伤风毒素、霍乱毒是膜上的受体，如破伤风毒素、霍乱毒素、干扰素等的受体。素、干扰素等的受体。首先发现在患首先发现在患Taysachs病（泰

7、萨氏幼年病病（泰萨氏幼年病,四岁前四岁前死亡）的小儿脑中有蓄积，死亡）的小儿脑中有蓄积，命名为神经节苷脂命名为神经节苷脂. 化学组成v膜脂膜脂v磷脂磷脂v胆固醇胆固醇v糖脂糖脂v蛋白质蛋白质v糖类糖类（二）、膜蛋白v占核基因组编码蛋白质的占核基因组编码蛋白质的30%30%。v根据与脂分子的结合方式分为：根据与脂分子的结合方式分为：膜内在蛋白膜内在蛋白又叫整合蛋白（又叫整合蛋白（integral/intrinsic proteinintegral/intrinsic protein）膜外在蛋白膜外在蛋白又叫外周蛋白（又叫外周蛋白（extrinsic proteinextrinsic protei

8、n）脂锚定蛋白脂锚定蛋白（lipid-anchored proteins)-折叠构象穿膜蛋白折叠构象穿膜蛋白1.1.单次穿膜：单次穿膜：2.2.多次穿膜：多次穿膜：G G蛋白蛋白3.Beta barral3.Beta barral： 通道分子通道分子跨膜蛋白跨膜蛋白4. 不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质结合。不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质结合。6. 6. 附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。5. 5. 脂锚定蛋白脂锚定蛋白改变溶液的改变溶液的pHpH值或盐离子浓度都可使周边蛋白值或盐离子浓度都可使周边蛋白从膜上脱落。从膜上脱

9、落。去污剂破坏膜结构后，才可使整合蛋白脱落。去污剂破坏膜结构后，才可使整合蛋白脱落。* CMC【医】临界胶团浓度pH or saltv膜糖类 约占细胞膜总重量的约占细胞膜总重量的2%2%10%10%。主。主要以糖脂与糖蛋白的形式伸向细要以糖脂与糖蛋白的形式伸向细胞膜的外表面，构成细胞外表面胞膜的外表面，构成细胞外表面的微环境。的微环境。 从功能上讲：从功能上讲： 1. 1.细胞表面标志，如人类细胞表面标志，如人类ABOABO血型。血型。 2. 2.保护细胞不受机械和化学损伤。保护细胞不受机械和化学损伤。 3. 3.与炎症反应相关。与炎症反应相关。膜糖类膜糖类糖蛋白：糖蛋白：糖糖 脂：脂：与膜蛋

10、白共价结合与膜蛋白共价结合与膜脂共价结合与膜脂共价结合糖链与蛋白质的结合方式糖链与蛋白质的结合方式N-连接：糖链与多肽链中连接：糖链与多肽链中的的天冬氨酸天冬氨酸残基侧链上的残基侧链上的 -NH2基团连接基团连接O-连接：糖链与多肽链连接：糖链与多肽链中的中的丝氨酸或苏氨酸丝氨酸或苏氨酸残基残基侧链上的侧链上的-OH基团连接基团连接。反应发生在高尔基体反应发生在高尔基体 动物细胞表面存在动物细胞表面存在一层绒毛状多糖物一层绒毛状多糖物质，厚约质，厚约200nm ，由细胞膜糖蛋白和由细胞膜糖蛋白和糖脂的糖链向外伸糖脂的糖链向外伸展交织而成。展交织而成。v 细胞外被细胞外被（cell coat）/

11、 /糖萼糖萼(glycocalyx)(glycocalyx)膜糖类的功能膜糖类的功能膜糖链通过不同的残基组成，不膜糖链通过不同的残基组成，不同的残基组合方式以及与蛋白质同的残基组合方式以及与蛋白质或脂质结合的不同方式，来构成或脂质结合的不同方式，来构成某种细胞表面某种细胞表面特征特征或识别细胞表或识别细胞表面的某一特征。面的某一特征。不同糖链决定不同血型特征不同糖链决定不同血型特征第二节 膜的特性一、生物膜的不对称性二、生物膜的流动性v1膜脂的不对称性：膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS分布在内小叶。v2复合糖的不对称性：复合糖的不对

12、称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。 v3膜蛋白的不对称性：膜蛋白的不对称性：如细胞色素C位于线粒体内膜M侧。 膜的不对称性膜的不对称性 膜脂的不对称性膜脂的不对称性磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇鞘磷脂磷脂酰胆碱 糖脂胆固醇细胞外侧胞质侧膜不对称性的生理意义膜不对称性的生理意义v为膜两侧功能上的不对称性提供了为膜两侧功能上的不对称性提供了结构条件，保证了膜功能的方向性。结构条件，保证了膜功能的方向性。生物膜的流动性生物膜的流动性膜脂的流动性膜脂的流动性（fluidityfluidity）膜蛋白的运动性膜蛋白的运动性（mobilitymobility）（一）膜脂的流动性（一）膜脂的流动

13、性晶态晶态液态液态相变相变相变温度相变温度液晶态液晶态构成生物膜的各种膜脂分子的相变温度不构成生物膜的各种膜脂分子的相变温度不相同，使得某一温度下，有的脂质呈液态，相同，使得某一温度下，有的脂质呈液态，有的脂质是晶态，不同状态的脂质各自汇有的脂质是晶态，不同状态的脂质各自汇集而发生相分离，形成膜脂的流动。集而发生相分离，形成膜脂的流动。v 侧向扩散侧向扩散 (lateral diffusion) v 旋转运动旋转运动 (rotation) v 弯曲运动弯曲运动 (flexion) v 翻转运动翻转运动 (flip-flop) 膜脂分子的运动方式膜脂分子的运动方式（二）、影响膜脂流动性的因素胆固

14、醇胆固醇脂肪酸链的长短与不饱和度脂肪酸链的长短与不饱和度环境温度环境温度膜蛋白的影响膜蛋白的影响卵磷脂卵磷脂/ /鞘磷脂比值鞘磷脂比值其他因素：、酸碱度、离子强度等。其他因素：、酸碱度、离子强度等。小鼠人细小鼠人细胞融合过程胞融合过程中膜蛋白的中膜蛋白的侧向扩散示侧向扩散示意图意图 膜蛋白的分子运动第三节膜的分子结构模型膜的分子结构模型Overton(1890s): Lipid nature of PM J.D.Robertson(1959): The TEM showing:the trilaminar appearance of PM; Unit membrane model; S.J.Singer and G.Nicolson(1972): fluid-mosaic model;根据免疫荧光、冰冻蚀刻的研究结果 K.Simons et al(1997): lipid rafts model; Functional rafts in Cell membranes. Nature 1997，387:569-572Danie