细胞膜与细胞表面

关于细胞膜与细胞表面第1页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第一节细胞质膜的结构模型第二节生物膜基本特征与功能第三节膜骨架第四章细胞膜与细胞表面第2页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五一、细胞膜的结构模型二、膜脂三、膜蛋白第一节细胞质膜的结构模型第3页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五细胞质膜（cellmembrane）/细胞膜（plasmamembrane):是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质、糖组成的生物膜。生物膜的作用：细胞结构的边界，物质运输、能量传递生物膜（bio-membrane）:细胞内的膜系统与细胞膜统称为生物膜。第4页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五一、生物膜的结构模型：E.Overton1895发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。第一节细胞质膜的结构模型第5页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第6页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五2.E.Gorter&F.Grendel1925用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。第7页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五3.J.Danielli&H.Davson1935

发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。第8页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五4.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，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。各种膜均具有各自特定的厚度，质膜：10nm线粒体：5-6nm双层脂分子厚：3.5nm蛋白质厚：2nm的构成。X-射线衍射分析；电镜技术第9页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五红细胞膜的结构第10页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五5.S.J.Singer&G.Nicolson1972根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出“流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel)”。强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。第11页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五6.质筏模型（lipidraftmodel)(Simon,1988）以甘油磷脂为主体的生物膜上，胆固醇、鞘磷脂等形成相对有序的脂相。内质网或高尔基体上形成，最终转移到质膜上载着执行某种特定生物功能的各种膜蛋白。第12页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五7.生物膜结构具有极性头部，非极性尾部的磷脂分子….蛋白质分子生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。第13页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(一)成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型(二)膜脂的运动方式(三)脂质体(liposome）二、膜脂第14页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第15页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）分为两类:甘油磷脂和鞘磷脂主要特征：①具有一个极性头和两个非极性的尾(线粒体4个)②脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或

20个组成；③饱和脂肪酸(软脂酸)及不饱和脂肪酸(油酸)；(一)成分:膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇第16页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经元质膜上糖脂含量较高，约占5-10%；胆固醇：胆固醇存在于真核细胞膜上（30%以下），细菌质膜不含有胆固醇，但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。第17页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(二)膜脂的４种热运动方式沿膜平面的侧向运动;（基本运动方式）,其扩散系数为10-8cm2/s；产生分子间换位。频率在106次/s以上，膜脂分子的基本运动方式。脂分子围绕轴心的自旋运动;脂分子尾部的摆动;双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的10－10cm2/s

。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高(经几秒种后，将半数发上发生转运)。第18页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五细胞脂双层膜间的磷脂的移动1234第19页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(三)脂质体(liposome)脂质体：是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的双层膜的趋势而制备的人工膜。类型：

(a)水溶液中的磷脂分子团；

(b)球形脂质体；

(c)平面脂质体膜；

(d）用于疾病治疗的脂质体应用：

研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入DNA可用于基因转移；在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体。第20页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第21页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五三、膜蛋白(一)蛋白膜类型(二)内在膜蛋白与膜脂结合方式(三)去垢剂第22页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(一)类型外在膜蛋白(extrinsicmembraneprotein/外周膜蛋白(peripheralmembraneproteins):

水溶性蛋白,

分离：改变离子度、提高温度内在蛋白(intrinsicmembraneprotein)/整合蛋白(integralmembraneprotein):

水不溶性蛋白，形成跨分离：需用去垢剂使膜崩解后才可分离质锚定膜蛋白(lipidanchoredprotein):通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。第23页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五外在膜蛋白内在膜蛋白与质分子或糖脂连接的锚定膜蛋白第24页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(二)内在膜蛋白与膜脂结合的方式第25页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(三)去垢剂：是一端亲水一端疏水的两性小分子，是分离研究膜蛋白的常用试剂。

离子型：SDS(十二烷基磺酸钠)

可使细胞膜崩解，与膜蛋白疏水部分结合，使其分离，破坏蛋白内部的共价键，改变亲水部分的构象。

非离子型：TritonX-100

可使细胞膜崩解，用于膜蛋白的分离与纯化；除去细胞的膜系统，以便对细胞膜骨架蛋白和其它蛋白进行研究。第26页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第27页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第二节生物膜基本特征与功能一、膜的流动性(一)膜质的流动性(二)膜蛋白的流动性(三)荧光漂白恢复技术第28页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（一）膜脂的流动性胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。卵磷脂/鞘磷脂：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：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。第29页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五Thestructureofthelipidbilayerdependsonthetemperature.Abovethetransitiontemperature,thelipidmoleculesandtheirhydrophobictailsarefreetomoveincertaindirectionseventhroughtheyretainaconsiderabledegreeoforder.

Belowthetransitiontemperature,themovementofthemoleculesisgreatlyrestricted,andentirebilayercanbedescribedasacrystallinegel.第30页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（二）膜蛋白的流动性膜蛋白的运动方式主要有侧向扩散和绕与平面相垂直的轴线旋转。周围膜脂的性质和相态：膜脂的液态区与晶态区，质膜相关结构的作用：细胞骨架的作用：微管固定膜蛋白和位置；微丝引起膜蛋白的运动，发生成帽反应。膜蛋白和运动必然存在一种跨膜控制系统

(transmembranecontrolsystem)第31页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第32页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五细胞膜是流动镶嵌模型的实验结果(1)细胞融合试验：证明膜的流动性。

小鼠H-2抗原(绿)人HLA抗原(红)

异核体(heterokaryon)仙台病毒第33页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第34页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(2)淋巴细胞的成斑(patching)和成帽(capping)反应

证明质膜的流动化。

抗原+抗体抗原均匀分布在细胞表面抗原+抗体结合物簇集分布

集中成斑(patching)

集中细胞尾端表面，形成帽状结构(capping)

被吞入到细胞内，被酶消化

第35页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第36页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第37页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（三）荧光漂白恢复技术膜蛋白和膜质流动性的基本试验之一。第38页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第39页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五二、膜的不对称性(一）细胞膜各部分名称(二)膜脂的不对称性(三)膜蛋白的不对称性第40页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(一）细胞膜各部分名称细胞膜各部分的名称：胞外表面(extrocytoplasmicsurface,ES):

与细胞外环境接触的膜面。原生质表面(protoplasmicsurface,PS):

与细胞质基质接触的膜面。细胞外小页断裂面(extrocytoplasmicface,EF):原生质小页断裂面(protoplasmicface,PF)第41页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五细胞外小页断裂面(EF)原生质小页断裂面(PF)第42页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(二）膜脂与糖脂的不对称性质膜的内外两侧分布的磷脂的含量比例不同。 PC和SM：膜外小页，

PE和PS：质膜内小页。证据：用磷脂酶处理完整的人类红细胞， 80%的PC降解，而PE和PS分别只有20% 和10%的被降解。糖脂仅存在于质膜的ES面，可能是细胞表面受体，与细胞的抗原性有关。第43页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第44页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五膜蛋白的不对称性：是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性；细胞表面受体膜上载体蛋白糖蛋白，糖残基均分布在质膜的ES

※膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。(三）膜蛋白的不对称性第45页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第46页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五三、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除,其中伴随着能量的传递;提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;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;质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。第47页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第三节、膜骨架(一）膜骨架(二）红细胞的生物学特性(三）红细胞质膜蛋白及膜骨架第48页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(一)

膜骨架（membraneassociatedcytoskeletion)

膜骨架：是指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维持细胞膜的形状并协助膜，完成多种生理功能。膜骨架位于细胞质膜下约0.2μm厚的溶胶层。(二)红细胞的生物学特性

膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。第49页，共55页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（三）红细胞质膜蛋白及膜骨架