第二篇第五章细胞膜分子结构和特性

PLASMA

MEMBRANE

AND

ITS

SURFACE

STRUCTURESZunyi

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University1第二篇

细胞膜及其表面Zunyi

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University21.

细胞膜（Cell

membrane）为分隔细胞内、外不同介质和组成成份的界面；细胞膜由磷脂双层分子为基本单位，其上镶嵌有膜蛋白及与膜蛋白结合的糖和糖脂；细胞膜是细胞与周围环境、细胞与细胞间物质和能量交换，信息传递的重要通道；细胞膜通过其上的孔隙和跨膜蛋白有选择性的，调控物质

。Zunyi

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University3细胞膜的出现，是生命物质由非细胞形态向细胞形态进化的重要转折;细胞膜的形成，使生物体具有更大的相对距离性，并获得一个相对稳定的内环境;通过膜有选择地从周围环境中摄取营养，排除代谢产物，从而大大提高了原始生命与外界环境进行物质交换的水平，有利于生命的进一步发展。细胞膜出现的意义Zunyi

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University4细胞膜是包围在细胞质表面的一层膜，因此又称为质膜（plasma

membrane）。平均厚度为7～10

nm，在光学显微镜下看不见细胞膜，看到的所谓细胞膜，实际是细胞与周围介质的截面。20世纪50年代运用电子显微镜才观察到单位膜的结构。质膜

内膜

生物膜

单位膜Zunyi

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University56细胞内膜:围绕各种细胞器的膜，亦既除去质膜以外的所有膜质结构的膜。生物膜:细胞膜（质膜）和细胞内膜系统总称为生物膜（biomembrane），它们在、结构和化学组成等方面具有相似性。细胞膜（质膜）生物膜细胞内膜：除了细胞膜以外的细胞内所有膜性结构。Zunyi

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University单位膜(unitmembrane)：在电镜下观察，生物膜具有明显的“暗-明-暗”三条平行的带，其内、外两层暗带由蛋白质分子组成，中间一层明带由双层脂类分子组成的模式结构,又叫三层夹板式结构(内外两层各厚2nm,中间一层厚3.5

nm,总厚度7.5

nm）称之为单位膜。细胞膜细胞质Zunyi

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University7细胞膜脂 类

30%

-

80%蛋白质20%-70%糖 类

2%

-

10%第五章

细胞膜的分子结构和特性细胞膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，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。Zunyi

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University第一节 膜的化学组成8一、膜脂:生物膜上的脂类统称膜脂。磷

脂：生物膜的主要成份糖

脂:

均位于膜的非胞质面胆固醇:分散在磷脂分子之间膜脂Zunyi

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University9(一)磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）分为两类:磷酸甘油脂和鞘磷脂主要特征：具有一个极性头部和两个非极性的尾部(脂肪酸链);脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由16,18或20个组成；含饱和脂肪酸链及不饱和脂肪酸链。Zunyi

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University10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。主要类型有：①磷脂酰胆碱(PC),旧称卵磷脂②磷脂酰乙醇胺(PE),旧称脑磷脂③双磷脂酰甘油(DPG),旧称心磷脂④磷脂酰丝氨酸(PS)⑤磷脂酰肌醇(PI)1.磷酸甘油脂Zunyi

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University11脂肪酸脂肪酸磷脂磷脂磷酸甘油酯神经鞘磷脂极（性亲头水部）基团非性（

极疏尾水部）

基团CH—CH—CH2O

OX︳OO P—OOC

O

C

O甘油磷酸磷酸化醇12314Cell

membrane-

Structure152.鞘磷脂鞘磷脂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（或乙醇胺）与磷酸结合。原核细胞、植物细胞中没有鞘磷脂。神经鞘磷脂沉积病（尼曼-匹克病）：是由神经鞘磷脂酶缺乏所引起的一种遗传代谢性疾病。Zunyi

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University16（二）胆固醇Zunyi

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University主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，且分散于磷脂分子之间。植物细胞膜中含量较少，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。胆固醇是动物组织中其它固醇类化合物如胆汁醇、、肾上腺皮质激素、维生素D3等的前体。在缺少胆固醇培养基中，不能胆固醇的突变细胞株很快发生自溶17胆固醇极性头部平面甾环结构非极性尾部Zunyi

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University18Zunyi

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University血脂的四项指标：总胆固醇（TC），甘油三酯（TG），低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C），高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）。Zunyi

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University19（三）糖脂普遍存在于质膜上，含糖而不含磷酸的脂类，含量约占脂总量的5％以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5～10％；均位于膜的非胞质面,占膜外层脂类分子的50%。可作为受体,与细胞识别和信号传导有关；最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，最复杂的糖脂是神经节苷脂半乳糖脑苷脂沉积病Zunyi

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University20鞘胺醇鞘胺醇半乳糖苷脂糖脂为含有一个或几个糖基的脂类。糖

脂Zunyi

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University21膜脂分子结构的共同特征:即都有亲水和疏水两部分,含磷酸和胆碱的一端是亲水的,为极性的头部;而两条平行的脂肪酸链是疏水的,是非极性的尾部。这种一端亲水，另一端疏水的化学分子，称为兼性分子或双亲媒性分子。Zunyi

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University22（四）脂

（liposome）Zunyi

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University脂：某些细胞质中的天然脂质小体或由连续的双层或多层复合脂质组成的人工小球囊。用途：作为生物膜的实验模型，研究膜质与膜蛋白的相互作用；脂

可用于转

；药物的载体

药物。23磷脂分子团磷脂双层

磷脂脂膜脂(磷脂)与水接触可形成球状的胶态分子团或脂质双分子层,脂质分子在水中聚拢成双分子层后还可形成自我封闭而稳定的中空结构—脂水Zunyi

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UniversityZunyi

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University2425二、膜蛋白是膜功能的主要体现者。据估计核

组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据其与脂分子的结合方式，可分为：整合蛋白（integral

protein）外周蛋白（peripheral

protein）膜蛋白亦为兼性分子，其亲水区域

在膜的一侧或两侧，表面与水相吸，疏水区域镶入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结合，不易分离提纯。Zunyi

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University26(镶嵌蛋白mosaicprotein)亦为双亲媒性分子。与膜的结合非常紧密,只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来,如离子型去垢剂SDS,非离子型去垢剂Triton-X100。SDS:十二烷基硫酸钠

Triton：聚乙二醇辛基苯基醚(一)整合蛋白Zunyi

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University27膜：单条α-螺旋贯穿于脂质双层。脂质双层非胞质面胞质面12345单次穿多次穿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。镶嵌蛋白跨膜28膜：数条α-螺旋几次折返穿越脂质双层。蛋白附着蛋白或外在膜蛋白，占膜蛋白总量的20%～30%，完全外露在脂双层的内外两侧（胞质侧或胞外侧）,主要是通过非共价键附着在脂类分子头部极性区或跨膜蛋白亲水区的一侧，间接与膜结合。如离子强度或pH，即可将它们从膜上分离下来，外周蛋白可以增加膜的强度,或是作为酶起某种特定的反应,或是参与信号分子的识别和信号转导。(二)外周蛋白Zunyi

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University2930Zunyi

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University31膜中含有的糖类称为膜糖类膜糖类糖类+膜脂共价键糖类+膜蛋白糖蛋白共价键细胞内糖脂脂双层细胞衣cellcoat（糖萼glycoalyx）：细胞外表的糖链与该细胞

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。膜蛋白细胞衣三、膜糖类ABO血型是以红细胞膜上是否存在A抗原和B抗原来分类的，其抗原是一种糖脂。Zunyi

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MedicalUniversity第二节

膜的分子结构一、(1935)片层结构模型：脂双分层位于两层球型蛋白之间Zunyi

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University33蛋白质：单层肽链——β折叠结构细胞膜

细胞质“两暗一明”脂双层二、(50年代末)单位膜模型Zunyi

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University3435生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体；球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。强调：生物膜是嵌有球形蛋白质和脂类的二维排列的液态体，具有动态性。极性头部脂质双分子层疏水尾部镶嵌蛋白外周蛋白三、液态镶嵌模型(1972)Zunyi

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University36四、晶格镶嵌模型(1975)生物膜中流动性脂质的可逆性变化，呈点状分布在膜上。相变表现为膜脂分子的一种协同效益，即几十个以上的脂分子同时相变。Zunyi

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University37脂类双分子层分为流动性不同的区域---“板块”（脂筏）：有序的晶态，无序的液态两者之间处于一种连续的动态平衡中膜各部分的流动性不均一，细胞膜是由同时存在的、有不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构。Zunyi

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University38五、板块镶嵌（脂筏）模型(1977)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）。（二）糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂质分子中。第三节

膜的特性：不对称性和流动性一、膜的不对称性脂质双分子层的不对称性（一）脂质双分子层的各层所含的磷脂种类明显不同Zunyi

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University39PC磷脂酰胆碱PE

磷脂酰乙醇胺PS

磷脂酰丝氨酸膜脂成分分布的不均匀Zunyi

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University40（一）

跨膜蛋白

脂质双分子层有一定方向性。（二）糖蛋白上的低聚糖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表面功能的不对称性膜蛋白的不对称性Zunyi

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University41（一）膜脂的流动性侧向扩散旋转摆动翻转二、膜的流动性Zunyi

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University42影响膜脂流动性的因