细胞生物学课件第四章质膜

（优选）细胞生物学课件第四章质膜本文档共39页；当前第1页；编辑于星期二\5点33分质膜（plasmamembrane）又称细胞膜。围绕各种细胞器的膜，称细胞内膜。质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，总称生物膜（biomembrane），是细胞进行生命活动的重要物质基础。寡糖链在质膜表面形成细胞外被（cellcoat）或糖萼（glycocalyx）。质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜的功能有关，称膜骨架。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。本文档共39页；当前第2页；编辑于星期二\5点33分第一节质膜的化学组成质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主要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。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。本文档共39页；当前第3页；编辑于星期二\5点33分一、膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。（一）、磷脂：是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。磷脂分子的主要特征是：具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链），线粒体内膜上的心磷脂具有4个非极性局部。脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16，18或20个碳原子组成。常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。本文档共39页；当前第4页；编辑于星期二\5点33分Phospholipids疏水尾部亲水头部本文档共39页；当前第5页；编辑于星期二\5点33分1、甘油磷脂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：磷脂酰胆碱，PC，旧称卵磷脂磷脂酰丝氨酸，PS磷脂酰乙醇胺，PE，旧称脑磷脂磷脂酰肌醇，PI双磷脂酰甘油,DPG，旧称心磷脂本文档共39页；当前第6页；编辑于星期二\5点33分本文档共39页；当前第7页；编辑于星期二\5点33分心磷脂

本文档共39页；当前第8页；编辑于星期二\5点33分本文档共39页；当前第9页；编辑于星期二\5点33分（二）、糖脂

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％。糖脂也是两性分子，其结构与鞘磷脂SM很相似，只是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。最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，在髓鞘的多层膜中含量丰富；变化最多、最复杂的糖脂是神经节苷脂，其头部包含一个或几个唾液酸和糖的残基。神经节苷脂是神经元质膜中具有特征性的成分。本文档共39页；当前第10页；编辑于星期二\5点33分glycolipids本文档共39页；当前第11页；编辑于星期二\5点33分Glycolipids

1.半乳糖脑苷脂，2.GM1神经节苷脂，3.唾液酸

本文档共39页；当前第12页；编辑于星期二\5点33分（三）、胆固醇主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少，其功能：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。在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。本文档共39页；当前第13页；编辑于星期二\5点33分（四）、脂质体（liposome）一种人工膜。在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径25~1000nm不等。人工脂质体可用于：转基因制备的药物研究生物膜的特性………..本文档共39页；当前第14页；编辑于星期二\5点33分本文档共39页；当前第15页；编辑于星期二\5点33分二、膜蛋白是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为：整合蛋白（integralprotein）外周蛋白（peripheralprotein）脂锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）。本文档共39页；当前第16页；编辑于星期二\5点33分整合蛋白为跨膜蛋白（tansmembraneproteins），是两性分子。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。SDSTriton-X100本文档共39页；当前第17页；编辑于星期二\5点33分整合蛋白跨膜结构域1至多个疏水的α螺旋，形成亲水通道的整合蛋白跨膜区域有两种组成形式，多个两性α螺旋或由两性β折叠组成亲水通道。外周蛋白离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合，只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离。有时很难区分整合蛋白和外周蛋白，因为一个蛋白质可以由多个亚基构成，有的亚基为跨膜蛋白，有的则结合在膜的外部。本文档共39页；当前第18页；编辑于星期二\5点33分锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）可以分为两类：糖磷脂酰肌醇(glycophosphatidylinositol，GPI)连接的蛋白，GPI位于细胞膜的外小叶，用磷脂酶C（能识别含肌醇的磷脂）处理细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这类蛋白。另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳氢链结合。本文档共39页；当前第19页；编辑于星期二\5点33分①、②整合蛋白；③、④脂锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白本文档共39页；当前第20页；编辑于星期二\5点33分第二节质膜的结构本文档共39页；当前第21页；编辑于星期二\5点33分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，推测细胞膜由连续的脂类物质组成。E.Gorter&F.Grendel1925用有机溶剂提取了人的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，推测细胞膜由双层脂分子组成。一、质膜结构的研究历史本文档共39页；当前第22页；编辑于星期二\5点33分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。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。本文档共39页；当前第23页；编辑于星期二\5点33分4、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，它由双层脂分子和内外表面的蛋白质构成，总厚约7.5nm。本文档共39页；当前第24页；编辑于星期二\5点33分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，提出了“流动镶嵌模型”。本文档共39页；当前第25页；编辑于星期二\5点33分二、质膜的流动镶嵌模型根据Fluid-mosaicmodel：细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。本文档共39页；当前第26页；编辑于星期二\5点33分（一）、质膜的流动性由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。1、膜脂分子的运动侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。本文档共39页；当前第27页；编辑于星期二\5点33分1侧向扩散运动2旋转运动3摆动运动4伸缩震荡运动5翻转运动6旋转异构化运动本文档共39页；当前第28页；编辑于星期二\5点33分2、影响膜脂流动性的因素胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。脂肪酸链的饱和度：所含双键越多越不饱和，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，鞘磷脂粘度大于卵磷脂其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。本文档共39页；当前第29页；编辑于星期二\5点33分3、膜蛋白的分子运动主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。可用光脱色恢复技术和细胞融合技术检测侧向扩散。膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。4、膜流动性的生理意义质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。本文档共39页；当前第30页；编辑于星期二\5点33分利用细胞融合技术观察膜蛋白质运动

本文档共39页；当前第31页；编辑于星期二\5点33分（二）、膜的不对称性质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对称性。样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命名为：ES，细胞外表面；EF，细胞外小页断面；PS，原生质表面；PF，原生质小页断面。本文档共39页；当前第32页；编辑于星期二\5点33分EFPF小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻本文档共39页；当前第33页；编辑于星期二\5点33分1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS分布在内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的PC降解，PE和PS分别只有20%和10%的被降解。膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域——脂筏。2．复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面。3、膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。如各种激素的受体具有极性，细胞色素C分布在线粒体内膜。本文档共39页；当前第34页；编辑于星期二\5点33分（三）、脂筏(lipidraft)是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（microdomain）。约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquid-ordered）。在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提，称为抗去垢剂膜（detergent-resistantmembranes，DRMs）。就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。本文档共39页；当前第35页；编辑于星期二\5点33分本文档共39页；当前第36页；编辑于星期二\5点33分三、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出；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；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；参与形成具有不同功能的细胞表面