细胞膜的结构

1、 细胞膜（cell memberane):是细胞质与外界环境相隔开的一层界膜，又称质膜（plasma membrane)。细胞膜细胞内膜系统(endo-membrane system)：除了细胞膜以外的细胞内所有膜性结构。细胞内膜系统细胞膜细胞质细胞膜的功能为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。第一节 细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜主要由脂类、蛋白质和少量糖类组成糖

2、类以糖脂和糖蛋白的形式存在膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。膜脂主要包括三种类型：磷脂：构成细胞膜的基本成分胆固醇：调节膜流动性和稳定膜的作用糖脂：所有动物的细胞膜都含有糖脂一、膜脂1.甘油磷脂以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子籍磷酸基团连接到脂分子上。2. 鞘磷脂鞘磷脂(SM）在脑和神经细胞膜中特别丰富。以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。（一）磷脂脂肪酸脂 肪 酸脂 肪 酸极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）CH CHCH2OOPOOOOX COCO

3、甘油磷 酸磷酸化醇POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂POCH2HCCOOHNH2OCOCH CHCH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰丝氨酸OCH CHCH2OC磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪酸OCH3POCH2CH2NCH CHCH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3磷脂酰胆碱（卵磷脂O磷脂分子的主要特征是：具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链），线粒体内膜上的心磷脂具有4个非极性局部。脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16，18或20个碳原子组成。一条烃链是饱和的，另一条烃链含有一个或几个顺式排列的双键，形成一个弯曲。（二）胆固醇胆

4、固醇也是两亲性分子，极性头为羟基团，非极性疏水结构为甾环和烃链。其功能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。极性头部平面甾环结构非极性尾部（三）糖脂神经节苷脂是神经元质膜中具有特征性的成分。 糖脂是两性分子，其结构与SM很相似，只是糖残基替代了磷脂酰胆碱。半乳糖脑苷脂神经节苷脂糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂糖(Gal)半乳糖苷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂糖 脂 分 子糖(Gal)糖(Gal)糖(Gal)糖(Gal)（

5、四）脂质体（liposome）是一种人工膜。在水中搅动后形成双层或单层脂分子球体，直径251000nm。人工脂质体可用于：转基因制备的药物研究生物膜的特性二、膜蛋白根据膜蛋白与脂分子的结合方式，分为：膜内在蛋白（intrinsic proteins） -膜整合蛋白膜外在蛋白（extrinsic protein） -膜周边蛋白1.单次穿膜单条a-螺旋贯穿脂质双层脂质双层非胞质面胞质面123452.多次穿膜数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层3.非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合4.与磷脂酰肌醇结合：镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌醇（在非胞质面的单层）共价结合

6、膜内在蛋白5.膜外在蛋白：附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。跨膜蛋白细胞内糖 脂糖蛋白细胞外被cell coat：细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞衣或糖萼。脂双层膜蛋白细胞外被三膜糖类Simplified diagram of the cell coat (glycocalyx)第二节 细胞膜分子结构模型E. Overton 1895 推测细胞膜由连续的脂类物质组成。E. Gorter 等 1925 推测细胞膜由双层脂分子组成。3、J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，提出三明治模型

7、（蛋白质-脂类-蛋白质）。 外侧脂类内铡片层结构模型蛋白质：单层肽链 折叠结构脂双层4. 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，这种两暗一明的结构称为单位膜。单位膜膜型5、S. J. Singer & G. Nicolson 1972根据免疫荧光、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。 Fluid-mosaic model脂质双分子层极性头部疏水尾部外周蛋白镶嵌蛋白1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。晶格镶嵌模型板块镶嵌模型脂筏模型 膜各部分脂质分布是不均一

8、的，膜中有富含胆固醇和鞘磷脂的微区，其中聚集一些特定的蛋白质。这些区域比膜的其他部分厚，更有秩序且很少流动，称为脂筏。WallachJouin and WhiteMosaic domain model of the plasma membrane第三节细胞膜的生物学特性1.膜的流动性脂质双分子层和蛋白质是可以流动或运动的2. 膜的不对称性 蛋白质分子和脂质分子在膜上的分布具不对称性，膜两侧的分子性质和结构不同 1.侧向扩散2.旋转3.弯曲运动4.翻转一细胞膜分子的流动性膜脂的运动5.伸缩振荡运动1.脂肪酸链的饱和程度与长度2.胆固醇的影响3.卵磷脂/鞘磷脂的比例5.其它因素：如环境温度、离子强

9、度等影响脂膜流动的因素4.膜蛋白的影响膜蛋白的运动1.侧向运动2.旋转运动小鼠细胞标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B抗人膜蛋白抗体+荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）人细胞孵育（370C,40分钟）诱导融合膜蛋白(抗原）（一）细胞膜分子分布的不对称性1.脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。细胞膜非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰胆碱.鞘磷脂）。胞质侧：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。2.糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂 质分子中。脂膜分布的不对称性一. 跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性。二. 糖蛋白上的低聚糖

10、残基均位于膜的非胞质侧。三. 膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。膜分子结构的不对称性决定了膜内表面功能的不对称性脂蛋白分布的不对称性四.膜外在蛋白在质膜内外两侧的分布不对称细胞膜与肿瘤 1、糖蛋白改变 各种肿瘤细胞都有粘连蛋白的缺失，失去了原来正常细胞与细胞之间的粘着作用 。 糖蛋白糖链的改变，使癌细胞表面唾液酸残基增加，这点与肿瘤细胞的免疫逃避现象有关。 2、糖脂改变 细胞膜上的糖脂含量相对较少，但具有重要的生理功能。 例如在结肠、胃、胰腺癌和淋巴瘤细胞中，都发现有鞘糖脂组分的改变和合成肿瘤细胞自己特有的新糖脂。 3、表面降解酶的改变 肿瘤细胞表面的糖苷酶和蛋白水解酶活性增加，使细胞膜对蛋白质和糖的传送能力增强，为肿瘤细胞的分裂和增殖提供物质基础。 4、出现新抗原 某