第六章细胞膜

细胞最外层结构是什么？这一结构对细胞与环境的关系起什么作用？细胞内外、细胞器内外的分子组成截然不同第三章细胞膜第一节细胞膜的化学组成和结构第二节细胞膜的功能光镜下细胞膜：界膜(内外分隔而又沟通)？思考：作为界膜所需要的性质电镜下的细胞膜—两暗夹一明，总宽度7nm叫作单位膜电影细胞膜（cellmembrane）＝质膜（plasmamembrane）生物膜(biomembrane)

质膜（plasmamembrane）

细胞内膜（internalmembrane）——质膜和细胞内膜具有共同的结构和相近的功能，统称生物膜

膜两侧奇特的离子分布钙离子浓度：膜外是膜内的10000倍！第一节细胞膜的化学组成和结构三种成分各自独特的理化性状，三者巧妙的相互作用一、膜脂二、膜蛋白三、膜糖神经髓鞘膜：脂75％线粒体膜：蛋白质75％一般： 脂50％、蛋白40－50％、糖1－10％第一节细胞膜的化学组成和结构流动镶嵌模型FluidMosaicModel脂质分子排成双层构成生物膜的骨架蛋白质分子以不同方式镶嵌或联结与脂双层上膜两侧结构是不对称的膜脂和膜蛋白具有一定的流动性20世纪70年代提出(Singer&Nicolson),不断补充和完善膜糖膜脂膜蛋白流动镶嵌模型FluidMosaicModel3.膜脂的流动性1.膜脂的种类和分子结构膜脂membranelipids2.膜脂分子的排列特性4.脂双层的不对称性(2)胆固醇（cholesterol）可与磷脂等量(3)糖脂（glycolipid）外侧磷脂酰胆碱、鞘磷脂外磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺、内(1)磷脂（phospholipid）含量最高1.膜脂的种类和分子结构都是兼性分子-亲水又亲脂磷脂（磷脂酰胆碱）的分子结构极性的头部（亲水）非极性尾部（疏水）常见的磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸鞘磷脂强硬的甾环区域极性的头部基团较流动的尾部区域胆固醇排列于磷脂之间极性的头部（亲水）非极性尾部（疏水）糖脂的分子结构最简单的糖脂－半乳糖脑苷脂最复杂的糖脂－神经节苷脂(GM1)Lipidsthathavesugarsinsteadofphosphateastheirheadgroups,eitherasmono-oroligosaccharides-arecalledglycolipids.Glycolipidsarefoundexclusivelyintheoutward-facingpartofthebilayer.Inredbloodcells,thetypeofglycolipidspresentdetermineswhichcombinationofABObloodgroupsapersonhas.Liketheirchemicalcousins,glycolipidscanperformstructuralroles,insulatingorprotectingthemembrane.Andtheycanalsofunction,inconcertwithmembraneproteins,asreceptors—glycolipidsareinvolvedintheinsulinpathway,forexample.Someofthecell'senemiesalsohomeinonthem.TheHIVvirusrecognizesglycolipidswhenitlocksontoimmunecells.Thecholeraandtetanustoxinsalsoattachtomembraneglycolipids.脂质分子在水中的排列脂质分子在膜上的排列--脂双层lipidbilayer胞外胞内分子团双分子层脂质体兼性分子(amphipathicmolecule)-亲水又亲脂2.膜脂分子的排列特性磷脂分子在膜上的运动横向扩散翻转旋转尾部摆动Lateraldiffusion3.膜脂的流动性(fluidity)1.磷脂尾部不饱和脂肪酸对膜流动性的影响2.胆固醇对膜流动性的影响不饱和脂肪酸含量愈高,膜流动性愈大坚硬的甾环结构使膜稳定性增加animation(1)两个单层磷脂分布不同

对流动性和带电性的影响(2)糖脂全部分布于非胞质单层

4.脂双层的不对称性(asymmetryoflipidbilayer)胞质面非胞质面头部带氨基的磷脂:我们在这儿!糖脂和头部带胆碱的磷脂:我们在这儿!膜蛋白membraneproteins2.膜蛋白的结构1.膜蛋白的种类3.膜蛋白的移动性物质运输信息交流－细胞膜对于外界既是屏障又是沟通中介细胞膜的功能?膜糖膜脂膜蛋白膜蛋白在脂双层中存在的方式12345671，2：跨膜蛋白transmembraneprotein根据分离的难易和在膜上的存在方式分为2类：1、外在蛋白

位于膜内外表面，温和盐溶液可洗脱2、内在蛋白与脂双层牢固结合，不易分离Glycosylphosphatidylinositol(糖基磷脂酰肌醇)膜蛋白的结构2.β筒βbarrel

－β片层卷成筒状1.α螺旋αhelix膜蛋白也是兼性分子－亲水又亲脂

疏水氨基酸－疏水段－疏水区域(hydrophobic)亲水氨基酸－亲水段－亲水区域(hydrophilic)α螺旋真核细胞和细菌的跨膜蛋白主要是α螺旋结构疏水脂双层β筒限于线粒体和叶绿体外膜的跨膜蛋白疏水脂双层Priondiseases-著名的与膜表面糖蛋白有关的疾病致病原因：PrP变成PrP*PrP：质膜表面糖蛋白，神经细胞含量特别丰富，功能不明， 正常情况下偶可改变构象成为PrP*。PrP*：正常PrP二维和三维结构改变，折叠错误。易于聚集，具有感染性。引起疯牛病的异常PrP*蛋白正常PrP蛋白异常PrP*有传染性，使其它正常PrP变成异常PrP*正常情况下偶然发生膜蛋白的不对称性1.分子在内质网中合成和插入脂双层的方式不对称

2.内质网和高尔基体中糖基化不对称--糖加在肽链的非胞质面一端

3.肽链上半胱氨酸的巯基形式不对称

--在胞质面呈还原状态的巯基-SH在非胞质面呈氧化状态的二硫键S-S

NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+COO-COO-COO-COO-COO-COO-跨膜蛋白的不对称在内质网中肽链插入方向不同animation二硫键和糖基修饰位于膜蛋白的非胞质面1.运输蛋白transportors2.黏附分子adhesivemolecules3.受体receptors4.抗原递呈分子antigen-presentingmolecules5.连接蛋白junctionproteins6.酶enzymes

膜蛋白的功能膜蛋白的存在方式与功能有关(1)膜蛋白是移动的、可扩散的，但不翻转

例子：杂交细胞膜蛋白混合(2)膜蛋白的移动是受限的

例子:膜蛋白的区域性分布膜蛋白的移动性movement光漂白后荧光恢复实验（FRAP）movie杂交细胞膜蛋白的混合分布于膜的非胞质面（细胞的外侧面或细胞器的内腔面）连接于膜蛋白和膜脂膜糖类membranecarbohydrade细胞外衣（cellcoat）-真核细胞表面富含糖类的外围区域

与膜蛋白和膜脂相连的膜糖类+黏附于膜上的糖蛋白和蛋白聚糖（细胞外基质）膜糖类的功能1.形成细胞外衣-保护2.特异的糖基和规则的糖链排列-识别

－细胞膜对于外界既是屏障又是沟通中介细胞膜的功能?细胞膜的功能

一.物质运输（质膜和内膜共有）

二.细胞识别和细胞黏附

三.细胞信号转导

四.细胞连接和组织构建对大分子物质（小泡运输）对小分子物质运输－－需要膜运输蛋白介导－－需要膜脂双层变化和膜蛋白、膜糖参与

二.细胞识别和细胞黏附细胞黏附和迁移精卵结合移植排斥反应细胞识别和细胞黏附表达不同黏附分子的两种细胞分别黏附在一起表达相同黏附分子但表达水平有高低的两种细胞分别黏附在一起2.精－卵结合精子卵子质膜表面有卵子结合蛋白质膜表面有精子受体我来了！结合蛋白和受体都是跨膜糖蛋白

精子膜表面的结合蛋白（凝集素）识别了卵子膜表面受体上的特殊糖基保证了受精的种属特异性2.是受精的启动步骤精－卵识别移植排斥反应

transplantationrejection发生：同种或异种的不同个体之间作细胞、组织或器官移植，引发受者对供者移植物的免疫排斥反应。受者免疫细胞供者细胞我看你不是自己人质膜表面有受体质膜表面有特异识别分子

三.细胞信号转导Signaltransduction膜受体及其分类信号接收装置:膜受体G蛋白偶联受体离子通道偶联受体酶偶联受体膜受体与细胞外信号分子结合而被激活，从而将信号转导入细胞内膜受体：信号接收装置是跨膜蛋白

细胞连接和组织构建Celljunction&tissueconstruction1.封闭相邻细胞间隙2.加固与相邻细胞和与基质的连接3.与相邻细胞形成连接通道细胞连接的概念——细胞与细胞间、细胞与胞基质间发生联系的特殊结构。通讯连接，其中有缝隙连接（gapjunction）锚着连接闭锁连接，＝紧密连接（tightjunction）细胞连接的类型Whatarelipidrafts?

Nowmostresearchersbelievethatthereislocalstructurewithindifferentareasofthesamemembraneleaflet,intheformofrelativelydensepatchescalledlipidrafts.Lipidraftshavechangedourviewofmembraneorganization.Raftsaresmallplatforms,composedofsphingolipidsandcholesterolintheouterexoplasmicleaflet,connectedtophospholipidsandcholesterolintheinnercytoplasmicleafletofthelipidbilayer.Theseassembliesarefluidbutmoreorderedandtightlypackedthanthesurroundingbilayer.Thedifferenceinpackingisduetothesaturationofthehydrocarbonchainsinraftsphingolipidsandphospholipidsascomparedwiththeunsaturatedstateoffattyacidsofphospholipidsintheliquid-disorderedphase.Thus,thepresenceofliquid-orderedmicrodomainsincellstransformstheclassicalmembranefluidmosaicmodelintoamorecomplexsystem,whereproteinsandlipidraftsdiffuselaterallywithinatwo-dimensionalliquid.Thedifferentpackingofthesphingolipidsandphospholipidsprobablyleadstotheirphaseseparationinmembranebilayers.Sphingolipidmicrodomainsfloatinaphospholipidbilayer,leadingtothecoiningoftheterm'lipidrafts'.Thefunctionofrafts

Manyfunctionshavebeenattributedtorafts,fromcholesteroltransport,endocytosisandsignaltransduction.

Thelaterisalmostcertainlythecase.(Thompsenetal,2002).

Simons,K.etal.J.Clin.Invest.2002;110:597-603Mechanismsofraftclustering.(a)Rafts(red)aresmallattheplasmamembrane,containingonlyasubsetofproteins.(b)Raftsizeisincreasedbyclustering,leadingtoanewmixtureofmolecules.Thisclusteringcanbetriggered(1)attheextracellularsidebyligands,antibodies,orlectins,(2)withinthemembranebyoligomerization,or(3)bycytosolicagents(cytoskeletalelements,adapters,scaffolds).Raftclusteringoccursatthep