生物细胞学课件文字版：第04章 细胞质膜

1、课程内容结构（2012年） 13章 概论412、17章 细胞静态结构1316章 细胞动态调节第四章 细胞质膜（Plasma Membrane）本章内容 第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分；第二节 细胞质膜的基本特征和功能，（包含“膜骨架”）；第一节 细胞质膜的结构模型与基本成分本节主要内容一、细胞质膜的结构模型（model）二、膜脂三、膜蛋白一、 生物膜的结构模型P83，541、Ernest Overton （1895） 发现：溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜；不溶于脂肪的物质则不易透过。推测细胞膜由连续的脂类物质组成。2、E. Gorter 和 F. Grendel（1925）发现：红

2、细胞质膜的脂类成分在水面展开的面积是红细胞表面积的2倍，由此推测细胞膜由双层脂分子组成。3、三明治式质膜结构模型P83J. Danielli 和 H. Davson（1935） 发现：质膜的表面张力油-水界面，推测膜中含有蛋白质。1959年提出了“蛋白质脂质蛋白质”的三明治式的质膜结构模型4、单位膜模型（unit membrane model）J. D. Robertson （1959） 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构；5、流动镶嵌模型（fluid mosaic model）S. J. Singer 和 G. L.Nicolson（ 1972） 提出了“流动镶嵌模

3、型”。6、脂筏（lipid rafts）和质膜微囊（caveolae）（补充）（1）1988年 脂筏富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域 (直径约100nm)，是一种动态结构，位于质膜的外小页；形成于高尔基体；如同一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、跨膜运输、病源入侵等有密切关系。（2）1995年 质膜微囊细胞表面内陷小孔结构，以鞘脂和胆固醇为主，以微囊素/内陷素（caveolin）为标志蛋白。（3）脂筏和质膜微囊（胞膜窖）的功能P96：信号转导中心？物质的运输内吞、外排疾病关联HIV、癌、动脉粥样硬化、糖尿病、老年性痴呆质膜应该视为脂质、蛋白质和糖组成的一个不均匀的超分子体系，膜脂以甘油酯为主体，

4、大小不一的、以鞘脂和胆固醇为主要成分的微区分散在主体中。主体和微区都含有数量不等的膜蛋白。question ？1、微区的功能机制？2、微区小，难以分离3、信号分子与微区的关系？4、微区在医药的应用？细胞膜的化学组成p85质膜主要由膜脂和膜蛋白组成。 膜脂膜的基本骨架； 膜蛋白膜功能的主要体现者。二、膜脂（membrane lipid）P85，56生物膜的基本成分成分 主要包括甘油磷脂、鞘酯（包括糖脂）和固醇三种类型。1、甘油磷脂：是构成膜脂的基本成分，占膜脂的50以上；在内质网合成。 甘油磷脂phosphoglyceride 主要类型有： 磷脂酰胆碱(PC)，旧称卵磷脂 磷脂酰丝氨酸(PS)

5、磷脂酰乙醇胺(PE), 旧称脑磷脂 磷脂酰肌醇(PI) 双磷脂酰甘油( DPG) , 旧称心磷脂脂分子极性头部的空间占位对脂双层曲度的影响磷酸甘油酯的分子结构特征1）头尾： “一头二尾”（心磷脂4尾）；2）碳链：碳原子多为16或18，偶数。3）饱和性：饱和、单不饱和、多不饱和。 30o转角2、鞘酯（sphingolipids）含量较少，是鞘胺醇的衍生物。鞘磷脂（sphingomyelin）以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，与含胆碱的磷酸基团组成亲水头部；在神经系统中含量特别丰富。原核细胞、植物中无鞘磷脂。糖脂（glycolipid）以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，与一个或

6、多个糖残基组成亲水头部，在神经细胞膜上糖脂含量较高。最简单的糖脂半乳糖脑苷脂，在髓鞘的多层膜中含量丰富；变化最多、最复杂的糖脂神经节苷脂。质膜上的糖类：共价连接在膜脂和膜蛋白上90以共价键与蛋白质糖蛋白；10连接到脂类糖脂。膜糖的功能： 细胞与环境的相互作用 接触抑制 信号转导 蛋白质分选 保护作用等。3、固醇包括胆固醇及类似物；动物中含量最丰富的固醇类化合物； 植物和细菌中少；在脑、神经组织及肾上腺中含量丰富，其次是在肝、肾、脾、皮肤和脂肪组织中。胆固醇对细胞膜流动性的影响在相变温度以上,它可使磷脂分子的脂酰链末端的运动减小,即限制膜的流动性。在相变温度以下,可增加脂类分子脂酰链的运动,这样

7、可以增强膜的流动性。膜脂的特性厚度约6nm；连续广泛的网络；可变形；自组装（self assemble）。（二）膜脂的运动方式（P87，58）1、沿膜平面的侧向运动；*2、脂分子围绕轴心的自旋运动；3、脂分子尾部的摆动；4、双层脂分子之间的翻转运动。（三）脂质体（liposome）p88，58本质：利用了磷脂分子在水相中自我组装形成的稳定的脂双层膜现象而制备的人工膜。在水中，搅动磷脂形成的双层脂分子球形体，直径251000nm不等。liposome人工脂质体的用途： 1.研究生物膜的特性 2.药物和DNA的载体 隐形脂质体（stealth liposomes）三、膜蛋白 P88，58 种类繁多

8、, 是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中约30%为膜蛋白。（一）膜蛋白的类型根据膜蛋白与脂分子的结合方式，分为三类：外在膜蛋白 （peripheral protein）外周内在膜蛋白 （integral protein ）整合脂锚定膜蛋白（lipid anchored protein）外在膜蛋白水溶性，暴露在脂双层的表面；与质膜以弱键形式连接；容易从膜上分离下来。膜内在蛋白 p90，59占膜蛋白主体，多数为跨膜蛋白（tansmembrane proteins），是两性分子；与膜的结合非常紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来，如SDS（离子型），TritonX-100（非离子型）p

9、91，61。膜内在蛋白与膜脂的结合方式 p89本节小结一、细胞质膜的结构模型二、膜脂三、膜蛋白第二节、生物膜的基本特征和功能一、膜的流动性（P92，62）质膜流动性的意义 1）有利于酶的侧向扩散和旋转运动； 2）保证了物质的运输； 3）与信号转导有关； 4）和能量转换有关； 5）与细胞的发育和衰老相关。影响膜脂流动性的因素胆固醇含量：含量增加，膜的流动性降低；脂肪酸链的饱和度：饱和度越低，膜流动性越强。脂肪酸链的长度：长链，相变温度高，膜流动性低；卵磷脂/鞘磷脂比例：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂； 其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。（二） 膜蛋白的流动性 （P92，62

10、）是自发的热运动（侧向流动），不需要代谢产物的参加和能量的提供，但受到温度影响。膜蛋白的流动性是相对的：某些膜蛋白分布有区域性；有的蛋白不流动的因与膜下的细胞骨架相结合，流动受限。研究膜蛋白流动的实验荧光抗体免疫标记细胞融合整合膜蛋白的运动方式影响膜蛋白移动的因素温度整合蛋白相互间的影响膜骨架的影响细胞外基质的影响相邻细胞的影响细胞外配体、抗体、及药物大分子的影响（三）膜脂和膜蛋白运动速率的检测P93，63光脱色荧光恢复技术 FRAPfluorescence recovery after photobleaching荧光素标记膜蛋白或膜脂，再用激光照射某一区域，被照射区的荧光因淬灭而变弱。由于

11、膜的流动性，粹灭区域亮度会逐渐恢复，最后与周围亮度等同。恢复的速度间接反映出膜蛋白或者膜脂扩散的速度。二、膜的不对称性 P93，63 质膜内外两层的组分和功能的差异（一） 细胞质膜各膜面的名称ESEFPFPS小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻（二）膜脂的不对称性 p93， 64 （三）膜蛋白的不对称性三、质膜相关的膜骨架（一）膜骨架（membrane associated cytoskeleton）定义：质膜下与膜蛋白相连的纤维蛋白组成的网架结构。作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。研究材料：成熟的哺乳动物血红细胞二、红细胞的生物学特性不贵，可大量获得；游离，无需从复杂组织中分离；无核膜和内膜，

12、避免膜样品的污染；简单处理溶血，就能获得血影。红细胞血影三、红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞膜骨架：在红细胞膜的内侧，由膜蛋白和纤维蛋白组成的网架。人红细胞膜蛋白SDSPAGE电泳分布红细胞膜内存在的蛋白质约15种蛋白，其中主要的有3种:血影蛋白（spectrin）：又叫红膜肽，是膜骨架主要成分，、亚基构成，非膜蛋白；带3蛋白（band 3 protein）：跨膜蛋白， “阴离子通道”；多次跨膜（1214次）血型糖蛋白A（glycophorin A）：单次跨膜蛋白，富含唾液酸，类似的还有血型糖蛋白B、C、D；肌动蛋白（actin）：又称带5蛋白，是膜骨架的主要成分，肌动蛋白纤维上有多个与血影蛋白结合的位点。锚蛋白（ankyrin）：又称带2.1蛋白，一方面连接血影蛋白，一方面连接带3蛋白；带4.1蛋白（band 4.1 protein）：膜骨架成分，促使血影蛋白和肌动蛋白结合；红细胞