文稿生理细胞1

1、第二篇 细胞的基本功能 细胞(cell) - 生物体的基本结构和功能单位 1665年：英国物理学家虎克(Robert Hooke) 首次以自制 的显微镜观察到树株的木栓层薄片的小格子即木栓中死细 胞壁构成之空室，并称之为 “细胞” ； 十九世纪三十年代后期：德国植物学家施莱登和动物学家 施旺共同创立了细胞学说； 二十世纪三十年代以来：提出了各种有关膜的分子结构的 假说。Singer和Nicholson于1972年提出的膜的液态镶嵌 模型（liquid mosaic model） 含有“细胞”名称的学术杂志：20多种生命现象在细胞和分子水平的高度一致性Matthias Jacob Schleid

2、en (1804-1881) 细胞学说创始人之一 德国科学家 本篇（细胞生理学）主要讲授：细胞膜的结构特点物质跨膜转运机制跨膜信号转导系统细胞生物电现象肌细胞收缩机制 第二章 细胞膜的结构特征和物质转运功能 细胞膜/质膜（plasma membrane)/生物膜 细胞膜和细胞器膜 细胞器（organelle）膜 双层质膜：线粒体（mitochondria）、 叶绿体（chloroplast）和 核膜（nuclear membrane） 单层质膜： 内质网（endoplasmic reticulum） 高尔基体（Golgis apparatus） 溶酶体（1ysosome） 细胞膜的功能 屏障功

3、能物质转运功能 （半透膜/选择性）信号转导功能 生物电第一节 细胞膜的结构特征 对膜结构的认识过程固态小孔模型液态镶嵌模型（fluid mosaic model） 电子显微镜下膜的结构2.5nm2.5nm2.5nm7.5nm人红细胞膜电镜照片一、细胞膜是由脂质、蛋白质和少量糖类物质构成的 膜的组成一般是以蛋白质和脂质为主，糖类只占极少量。以重量计算，蛋白质与脂质在膜内的比例大约在4:1-1:4之间， 膜蛋白和膜脂质的重量比则取决于该部分膜的功能特性和代谢活跃程度。 线粒体膜： 蛋白质：脂质3:1； 神经纤维的髓鞘膜： 蛋白质：脂质 1:4。 分子个数：脂质分子数目至少超过蛋白质分子数的l00倍

4、。二、液态镶嵌模型是目前公认的细胞膜结构型式Lipid bilayersPhospholipids form membranes as lipid bilayers.(Liposomes.)HydrophobicHydrophilicOUTINHydrophobicHydrophilicOUTINOligosaccharidesCytoplasmMembrane ProteinsCholesterolOuterSurfaceFluid Mosaic Modelof Membrane Structure（一）脂质双分子层是细胞膜的基本骨架 脂质双分子层是如何发现的？Gorter和 Grendel

5、（1925）提取红细胞膜脂质将脂质在水溶液中铺成单分子层 测定脂质单分子层的面积发现约为该细胞表面积的二倍 脂质双分子层学说 膜脂质的组成：磷脂、糖脂、固醇 1. 磷脂（phospho1ipid） （70%） （1） 甘油磷脂 磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine，PC） 磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanoamine，PE） 磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS） 磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI） （2） 鞘磷脂（1%，与磷脂结构相似，但不含甘油，而代 之以鞘氨醇（sphinsine）2. 糖脂（glycolipid

6、） 鞘糖脂（glycosphingolipid） 中性鞘糖脂 酸性鞘糖脂 甘油糖脂（glycoglycerolipid） 磷酸多萜醇衍生糖脂（poliprenolphosphate lipid） 类固醇衍生糖脂（steryl glycoside） 3. 固醇（sterol）（30%） 胆固醇（cholesterol）：为主 胆固醇酯（cholesteryl ester）：含量很低 c/p比值：细胞膜中胆固醇与磷脂的比值，可反映膜的流动 性。膜中胆固醇的含量与膜的流动性成反变关系。c/p比值增 高时，膜的流动性降低，细胞的变形能力降低；同时可能会 损害免疫细胞对抗原的结合和反应能力。 Phosp

7、holipidsPolarHeadGlycerolFatty Acid TailsHydrophobicHydrophilicOUTIN膜脂质都是一些双嗜性分子（amphilic molecule） 膜脂质的理化特点： 双嗜性分子（amphilic molecule) 分子一端为亲水性极性集团，另一端为蔬水性非极 性集团 组装为细胞膜时亲水端朝膜外，蔬水端朝膜内 自由能最低，最稳定，可自动形成和维持熔点低，常温下为液态，富流动性 膜脂质只能在同一分子层内作横向运动， 不易掉头或跨层运动 膜蛋白和细胞骨架在膜流动性中的作用赋予膜承受较大张力而不破裂的特性赋予膜破裂后自动融合修复的特性人工膜（脂质

8、小体，liposome) 脂质在水溶液中激烈扰动形成的含水小囊（细胞空壳）。囊膜为脂质双层，是研究膜生物学的好工具，有重要的理论意义。 不同膜脂质在细胞膜的分布 外侧：主要为磷脂酰胆碱和含胆碱的鞘脂内侧：主要为磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸 少量磷脂酰肌醇（产生IP3）胆固醇在两层脂质中差别不大胆固醇越高，膜流动性越低 膜脂质的运动 同层内横向运动 在同层内“掉头” 不同层的“翻转” 脂肪酰链的旋转异构化运动、 磷脂分子围绕其长轴的旋转运动 脂肪酰链垂直于膜脂质双层平面轴的震荡运动（二）膜蛋白镶嵌在脂质双分子层中，是膜功能的主要执行者 膜蛋白在膜中的存在形式 70年代以前的观点：平铺在脂质双分子层

9、内外两侧。 现在的观点：以螺旋或球形结构镶嵌在脂质双分子层中。 膜蛋白镶嵌理论的证据：冰冻蚀刻 表面蛋白质（peripheral protein）：静电吸附在膜表面 整合蛋白质（integrated protein）：疏水氨基酸形成螺 旋，一次或多次穿膜，如G蛋白耦联受体。Proteins in the plasma membraneTransmembrane or Integral ProteinsPeripheral Proteins 膜蛋白的运动形式及其调控侧向移动：例如递质的受体有向神经末稍分布处聚 集的现象。内在化（internalization): 如受体蛋白 插入（insertion）：胞内合成组装到膜上 锚靠：细胞骨架可将膜蛋白锚靠在某一特殊部分 沿膜平面垂直轴的旋转运动（三）细胞膜糖类是细胞膜的另一类分子标记或信息载体 细胞膜糖类种类及分布特征量少（2-10） 主要是寡糖（10个以下单糖）和多糖（如唾液酸）以共价键形式结合于膜脂质和蛋白质 糖脂（glycolipid）、糖蛋白（glycoprotein） 裸露在膜外侧，有细胞“天线” 之称 分类： 中性糖类 氨基糖类（含量较多，包括氨基半乳糖和氨基葡萄糖等） 乙酰氨基糖类（包括乙酰氨基半乳糖、乙酰氨基葡萄糖等） 岩藻糖 乙酰神经氨酸（又称为唾液