细胞膜的结构模型与细胞功能

关于细胞膜的结构模型与细胞功能第1页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五单位膜unitmembrane：在透射电镜下为“两暗夹一明”三层结构，厚约7.5nm。内外两层电子密度高，中间层电子密度低。细胞膜cellmembrane:细胞质与外界相隔的一层界膜又称质膜（plasmamembrane)。内膜系统：细胞内的膜性细胞器的统称。概念第2页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五生物膜：质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面具有相似性，总称为生物膜（biomembrane）。脂类蛋白质糖类生物膜第3页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五糖类：2%-10%，分布在膜表面细胞膜的化学组成和分子结构膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。化学组成脂类：50%，主要为磷脂、胆固醇和糖脂蛋白质：40%,膜外在蛋白和膜内在蛋白其他：水、无机盐、金属离子第4页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五1.磷脂构成细胞膜的基本成分磷脂的分子结构模型

（一）膜脂是两亲性分子膜脂：磷脂，胆固醇，糖脂头部：极性、亲水性

磷脂酰碱基尾部：非极性、疏水性

两条脂肪酸链一、形成生物膜基本骨架的膜脂第5页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五几种磷脂碱基磷酸甘油脂肪酸头部尾部磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱磷脂酰肌醇第6页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五胆固醇的结构

胆固醇在脂双层中的位置

2.胆固醇—分散于磷脂分子之间，调节膜的流动性。

OHCH3CH3CH3CH3CH3头部尾部甾环烃连第7页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五3.糖脂—所有动物的细胞膜都含有糖脂，由脂类和寡糖构成，分布于膜的非胞质面。头部-糖基尾部-两条烃链受体结构细胞识别信号转导头部尾部第8页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五（二）膜脂在水溶液中自动形成双层水磷脂分子团脂质体第9页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合生物膜所含的蛋白质叫膜蛋白,承担转运蛋白、受体、酶、连接体等许多重要功能。膜内在蛋白膜外在蛋白分为第10页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五（二）膜外在蛋白（占20%-30%）（一）膜内在蛋白（又称整合蛋白,占70%-80%）

为两亲性分子,疏水部分嵌入脂质中,亲水部分暴露于脂双层的内外表面。一次跨膜多次跨膜膜外在蛋白通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质结合。多数分布在内表面。部分跨膜第11页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五三、存在于质膜表面糖脂和糖蛋白分布：呈树枝状突出在膜脂外表面或内膜系统的腔面。细胞外被结构示意图糖蛋白glycoprotein糖脂glycolipid细胞外被分布于细胞膜的非胞质面，能吸附水分，形成粘性表面，对细胞有保护作用，参与细胞识别和粘附作用。第12页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五细胞膜生物膜的特征一、膜的流动性二、膜的不对称性第13页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五一、细胞膜的流动性（一）膜脂的流动性

1.在相变温度以上的条件下，膜脂运动的方式如下：（1）侧向扩散（2）翻转运动（3）旋转运动（4）弯曲运动（5）伸缩振荡运动液晶态晶态温度下降温度上升第14页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五膜脂分子能进行各种运动脂双层是一种二维流体（液晶态）侧向扩散翻转运动旋转运动弯曲运动伸缩振荡运动第15页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五2.影响膜流动性的因素（1）脂肪酸链的饱和程度与其长度：流动性降低增加流动性。饱和脂肪酸链直而不弯曲流动性低不饱和脂肪链双键处易弯曲脂肪酸链尾部不易相互靠近脂肪链短降低脂肪酸链尾部的相互作用不易凝集在相变温度以下脂肪链长增加分子的有序性脂双层是一种二维流体（液晶态）第16页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五脂双层的流动性依赖于其组成成分（2）动物细胞质膜含有较多的胆固醇。胆固醇：磷脂=1：1胆固醇调节膜流动性，增加细胞膜稳定性的作用胆固醇相变温度以上限制膜的流动性相变温度以下阻止磷脂分子互相聚集成晶态结构增加脂质分子的有序性防止膜的流动性突然降低第17页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五膜蛋白越多流动性降低。（3）卵磷脂与鞘磷脂比值：卵磷脂越高流动性越强。（4）膜蛋白的影响：卵磷脂脂肪酸不饱和程度高，相变温度低。鞘磷脂脂肪酸饱和程度高，相变温度高。第18页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五利用细胞融合技术观察蛋白质运动鼠细胞人细胞标记蛋白标记蛋白重新分布细胞融合（二）膜蛋白分子在质膜中的运动运动方式：侧向扩散、旋转运动第19页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五膜脂分子不对称性膜蛋白不对称性糖类分布不对称性膜糖分布的不对称性

膜蛋白分布的不对称性

膜蛋白膜糖二、细胞膜的不对称性物质传递有一定方向，信号的接受和传递也有一定方向等。第20页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五

细胞膜的结构模型细胞膜电镜照片第21页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五E.Overton1895用植物的根毛作实验,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22页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五20世纪初，IrvingLangmuir将红细胞的脂提取后铺展在Langmuir水盘(LangmuirTrough)的水面上，研究了脂的展层行为，提出脂单层的设想。

第23页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五1925年，E.Gorter&F.Grendel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24页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五1、片层结构模型

细胞的表面张力显著低于油-水界面的表面张力，因此，细胞膜不可能是单纯由脂类构成的，可能还吸附有蛋白质。

1935年J.Danielli和H.Davson提出了第一个膜的分子结构模型——片层结构模型。第25页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五2、单位膜模型

1959年，J.D.Robertson用电镜观察细胞膜，发现细胞膜呈三层式结构。内外两侧为电子密度高的暗线，中间为电子密度低的明线，即所谓“两暗一明”，进而提出单位膜模型。

第26页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五3、液态镶嵌模型

1972

S.J.Singer&G.Nicolson在”单位膜”模型的基础上提出“液态镶嵌模型”

：把生物膜看成是嵌有球形蛋白质脂类二维排列的液态体，膜中脂双层构成膜的连续主体，它既具有固体分子排列的有序性，又具有液体的流动性，呈液晶态。膜中球形蛋白质分子以各种形式与脂双分子层相结合。蛋白质膜脂第27页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五其它模型*晶格镶嵌模型（1975年）

*板块镶嵌模型（1977年）

第28页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五细胞膜的功能

1、细胞膜的结构特点2、细胞膜的物质转运功能3、细胞膜的受体功能

4、其他功能第29页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五膜脂：磷脂、胆固醇膜蛋白：镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）膜糖：糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）（构成膜的骨架）1、细胞膜的结构特点“液态镶嵌模型”（Fluidmosaicmodel）第30页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五功能：①液态，流动性②稳定性构成细胞膜的基架和细胞膜与外界环境的屏障意义：细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。磷脂双分子层第31页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五蛋白质特点：分子大小不同形态不同镶嵌在膜内的深浅不同功能不同

第32页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五

蛋白质功能①形成细胞的骨架蛋白,可使细胞膜附着在另一细胞的膜上，或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上；②作为“识别蛋白质”,存在于免疫细胞膜上，能识别异体细胞的蛋白质或癌细胞；③具有酶的特性,能催化细胞内外的化学反应；④作为“受体蛋白质”，能与信息传递物质（激素或递质）进行特异性结合，并引起细胞反应；⑤作为转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵与细胞膜的物质转运功能有关。第33页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五糖类

①免疫标志②传递信息功能：第34页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五2、细胞膜的物质转运功能简单扩散（Simplediffusion）易化扩散（Faciliateddiffusion）主动转运（Activetransport）入胞和出胞作用（EndocytosisandExocytosis）第35页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五也叫自由扩散（freediffusing），特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。简单扩散（Simplediffusion）第36页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五易化扩散（Facilitateddiffusion）：

某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电-化学梯度（由高－低）通过细胞膜的转运方式。分类：

（1）载体介导的易化扩散；（2）离子通道介导的易化扩散。第37页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五细胞生理特点：主动转运（Activetransport）：

在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP，将某种物质逆浓度梯度进行转运的过程。（1）逆浓度梯度转运；（2）耗能（ATP）。

第38页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五主动转运（据提供能量方式）原发性主动转运继发性主动转运直接利用ATP水解产生的能量进行离子的跨膜转运。如Na＋的转运能量不是直接来自ATP的水解，来自膜外的高势能Na＋。第39页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五细胞生理

是指某些物质与细胞膜接触，导致接触部位的质膜内陷以包被该物质，然后出现膜结构融合和断裂，使该物质连同包被它的质膜一起进入胞浆的过程，含吞饮（Pinocytosis）和吞噬（Phagocytosis）。出胞作用（Exocytosis）：

出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出的过程，主要见于细胞的分泌活动等。入胞作用（Endocytosis）：第40页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。3、细胞膜的受体功能受体（receptor）：

细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列过程，最终引发细胞的生物学效应。分类：

第41页，共43页，2022年，5月20日，19点17分，星期五膜受体的特征a.特异性特定的受体只能与特定的物质结合，产生特定的效应。

b.饱和