细胞膜与细胞表面

第一节细胞膜与细胞表面特化结构一、细胞膜的结构模型二、膜脂三、膜蛋白四、膜的特征五、膜的功能第二节细胞连接

第三节细胞黏着及分子基础第四节细胞外被与细胞外基质Chapter4:CellMembraneandCellSurfaceSection1

CellMembrane细胞膜（cellmembrane)（质膜plasma）:生物膜(biomembrane)：包围各细胞器的内膜系统和细胞膜统称为生物膜。一、细胞膜的结构模型及结构特点1、三明治模型2、单位模型3、流动镶嵌模型4、脂筏模型在生物膜上富积胆固醇而形成有序的脂相，如同“脂筏”一样载着蛋白质。指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的膜。1、（三明治模型）

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。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。2、J.D.Robertson1959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，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。（单位膜模型）9．电子显微镜下的细胞质膜体现出“暗一亮一暗”的结构，一般认为主要原因有哪些：(2分)A．磷脂分子的亲水头易被染色B．外在膜蛋白的存在C．胞外基质和膜下细胞骨架的存在D．跨膜蛋白的存在3流动镶嵌模型糖萼蛋白质脂双层5、生物膜的结构特点①磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质。②蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面。③生物膜可看成蛋白质在双层脂分子中的二维溶液，使膜具有相对的流动性。二、膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。（一）磷脂含量约占脂总量的5％以下（1）组成：

①甘油磷脂包括磷脂酰胆碱（卵磷脂），磷脂酰丝氨酸，磷脂酰乙醇胺（脑磷脂），双磷脂酰甘油（心磷脂）。

②鞘磷脂（2）磷脂分子的主要特征

（二）糖脂含量约占脂总量的5％以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10％。结构：由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。（三）胆固醇主要存在真核细胞膜上（大多数植物细胞和细菌细胞质膜不含胆固醇），含量一般不超过膜脂的1/3。功能: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。2010年1．在细胞质膜的组成中，胆固醇分子A．仅存在于高等动物细胞中B．仅存在于高等植物细胞中C．高等动植物细胞中都存在D．还未确定（四）膜脂的运动方式1、沿膜平面的侧向运动2、膜分子围绕轴心的自旋运动3、脂分子尾部摆动4、伸缩振荡5、双层脂分子之间的翻转运动6、全变异构象（脂肪酸链围绕C-C键旋转）（五）脂质体（liposome）根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜而制备的人工膜。膜脂分子的运动(01年全国联赛)用两种不同的荧光素分子分别标记两个细胞质膜中的脂类分子，再将两个细胞融合，经过一定时间后，会发现两种荧光均匀分布在细胞质膜上，这表明了组成质膜的脂分子A．在双层之间做翻转运动 B．做自旋运动C．尾部做摇摆运动 D．沿膜平面做侧向运动三、膜蛋白（一）类型1、整合蛋白（integralproteins）或膜内在蛋白2、膜周边蛋白（peripheralproteins）或外在膜蛋白。（三）膜蛋白的流动性验证1、细胞融合

2、成斑现象与成帽现象：在细胞中当荧光抗体标记时间继续延长，已均匀分布在细胞表面的标记荧光会重新排布，聚集在细胞表面的某些部位的现象为成斑现象，如果聚集在细胞的一端即称为成帽现象。利用细胞融合技术观察蛋白质运动

四、生物膜的特征

镶嵌性,具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子自发形成膜系统，其中镶嵌有蛋白质。

流动性。（光脱色恢复技术）

不对称性。

蛋白质极性，膜整合蛋白多肽链的极性区暴露在膜表面，非极性区埋在脂分子层内部，蛋白质分子既与水溶液结合也可与脂溶性分子结合。

生物膜可看成蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。用荧光素标记膜蛋白和膜脂然后用激光束照射细胞表面某一区域，使此区域荧光淬灭，膜流动性导致此区域逐渐变亮的技术。膜的不对称性细胞外表面ES（extrocytoplasmicsurface；细胞外小页断面EF（extrocytoplasmicface）；原生质表面PS（protoplasmicsurface）；原生质小页断面PF（protoplasmicface）。EFPF小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻五、细胞膜的功能1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2、选择性地进行物质运输和能量传递。3、提供细胞识别位点，完成细胞内外信息的跨膜传递；4、为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；5、介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6、参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。2009年100下列关于生物膜的描述，哪些项是正确的?A．磷脂分子是组成生物膜的基本结构成分B．膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者C．膜蛋白在生物膜结构中起组织作用D．膜脂和膜蛋白在生物膜上的分布是不对称的E．膜蛋白是可以运动的，运动方式与膜脂的运动方式完全相同Section2CellJunctions一、Tightjunctions(紧密连接)

存在于脊椎动物的上皮细胞间。连接区域具有蛋白质焊接线，也称嵴线，由跨膜细胞粘附分子构成。相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。主要作用：封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，如小肠上皮中的紧密连接，确保选择性吸收，肾小管中的等。TightJunctioninEpitheliaofRabbitTightJunctionsSealoffbodycavities(体腔）Restrictdiffusionofmembranecomponents锚定连接：通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与细胞外基质之间连接起来根据参与的细胞内骨架纤维组分不同分为：（一）与中间纤维（细胞骨架的一种）相连接的锚定连接桥粒和半桥粒二、锚定连接(Anchoringjunctions)

Figure

19-6

Anchoringjunctionsinanepithelialtissue.Highlyschematizeddrawingofhowsuchjunctionsjoincytoskeletalfilamentsfromcelltocellandfromcelltoextracellularmatrix.

Anchoringjunctions1、桥粒（desmosome）桥粒是细胞与细胞之间形成的纽扣状结构。通过质膜下的致密斑连接中间纤维，象铆钉起机械固定作用。分布：承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管、心肌中。2、半桥粒（hemidesmosome）细胞与细胞外基质的连接。连接的细胞内骨架成分为中间纤维。DesmosomeDesmosome（二）与肌动蛋白（微丝的主要成分）连接的锚定连接1、粘合带（adhesionbelt）

细胞与细胞的连接连接的细胞骨架成分为actin。2、粘合斑（adhesionplaque）细胞与细胞外基质间的连接，胞内骨架成分也是actin。粘合带三、通讯连接（一）间隙连接gapjunction1、存在于大多数动物组织。连接处有2－4nm的缝隙。2、基本单位称连接子（connexon），由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成。3、注射染料证明间隙连接可允许分子量小于1.5KD的分子通过，但通透性是可调节的（如蔗糖、ADP、ATP、cAMP等）。消化道上皮存在锚定、紧密和间隙连接Figure

19-15

Amodelofagapjunction.

Thedrawingshowstheinteractingplasmamembranesoftwoadjacentcells.Theapposedlipidbilayers(red)arepenetratedbyproteinassembliescalledconnexons(green),eachofwhichisthoughttobeformedbysixidenticalproteinsubunits(calledconnexins).Twoconnexonsjoinacrosstheintercellulargaptoformacontinuousaqueouschannelconnectingthetwocells.Gap(间隙)junction(08年全国联赛)小肠上皮细胞间的哪种结构能够防止营养物质从细胞间隙进入血液A．桥粒B．紧密连接C．间隙连接D．胞间连丝（二）胞间连丝plasmodesmata

由穿过植物细胞壁的原生质构成，直径约20－40nm，中央有SER形成的连丝小管。功能:在相邻细胞间起通讯作用,允许分子量小于800Da的分子通过,通透性可调节。Section3

细胞黏着及分子基础黏着分子均为膜整合蛋白，通过三种方式介导细胞识别与黏着。细胞粘附分子的作用机制有三种模式：同亲性粘附（同种粘着分子）；异亲性粘附（不同粘着分子）；；通过胞外连接分子相互识别与结合。根据粘着分子作用方式分为(一)钙粘素cadherin亲同性CAM，依赖Ca2＋的细胞粘连蛋白。作用：介导细胞连接,参与细胞分化,决定胚胎细胞间的粘附，抑制细胞迁移。(二)选择素（selectin）选择素（selectin）属亲异性CAM；作用依赖于Ca2＋；参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘合；(三)免疫球蛋白超家族的CAM

分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的膜蛋白分子，一般不依赖于Ca2＋，包括亲同性或亲异性CAM(四)整合素（整联蛋白）integrin

多为亲异性细胞粘附分子，作用依赖于Ca2＋。

Section4

CellCoatandTheExtracellularMatrix

细胞外被（糖萼）：细胞外基质ECM(extracellularmatrix)：细胞外基质的组成：胶原、糖胺聚糖和蛋白聚糖、层粘连蛋白和纤连蛋白指细胞膜表面糖与膜蛋白共价结合形成的粘多糖物质。是细胞膜的正常结构组分。指分布于细胞外空间由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。CellCoatandTheExtracellularMatrix

Figure

Cellssurroundedbyspacesfilledwithextracellularmatrix.

Theparticularcellsshowninthislow-powerelectronmicrographarethoseinanembryonicchicklimbbud（翅膀）.Thecellshavenotyetacquiredtheirspecializedcharacteristics.(CourtesyofCheryllTickle.)一、胶原Collagen组成：由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，原胶原的每条链由Gly（甘）-X-Y序列重复构成。X=pro，Y=hyp或hyl。功能：具有刚性及抗张力，构成细胞外基质的骨架结构，其他组分与胶原结合形成复合体,参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。Structuresofthecollagen二、糖胺聚糖及蛋白聚糖1．糖胺聚糖（glycosaminoglycan，GAG）组成：GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。种类：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。透明质酸功能(HA)：向外膨胀产生压力，使组织具有抗压的能力。2．蛋白聚糖proteoglycan结构：由糖胺聚糖与核心蛋白质的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子（蛋白聚糖单体），蛋白聚糖单体由连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体（含糖量达90－95％）。功能：与生长因子结合，可使细胞外激素富积，促进激素分子与细胞表面受体结合，