医学生物细胞第五章之一(2009)-PPT幻灯片

Whatiscell?细胞是除病毒(virus)以外一切生物体形态结构和功能的基本单位。细胞的进化包括原始细胞(primalcell)、原核细胞(prokaryocyte)、真核细胞(eukaryocyte)的产生和演变。原始细胞(primalcell)

细菌（原核细胞prokaryocyte

）动物细胞（真核细胞eukaryocyte

）细胞构成之两大基本结构体系

磷脂双分子层及蛋白质镶嵌的生物膜体系核酸与蛋白质分子构成的遗传信息的复制及表达体系

“隔离与联系”

体系“遗传”体系几个重要的概念

生物膜（biomembrane）：细胞质膜和细胞内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜。

单位膜(unitmembrane):生物膜在透射电镜下有共同的形态结构特征，均为“两暗夹一明”的三层结构，这三层结构又称为单位膜。几个重要的概念细胞膜的生物学意义细胞膜的形成是非细胞的原始生命演化为细胞生物的转折点和重要标志。

界定了细胞的范围，使得细胞产生相对稳定和独立的内环境。与外界环境相互联系的门户，使得细胞与外界不断进行物质交换、能量和信息的传递。第一部分细胞膜的化学组成

Membraneproteins膜蛋白：功能体现

Membranelipids膜脂：基本成分

Membranecarbohydrates膜糖类:保护识别

phospholipids磷脂

cholesterols胆固醇

glycolipids

糖脂

intrinsicprotein内在蛋白

extrinsicprotein外在蛋白

Membranecompositionsglycolipids

糖脂glycoproteins

糖蛋白

Membranelipidscharacters2.构成生物膜的基本结构，各有其作用。一、膜脂（membranelipid）1.双亲性分子(amphipathicmolecule)。

膜脂磷脂胆固醇糖脂甘油磷脂鞘磷脂

Membranelipidstypes

Membranelipidsfunctions

phospholipids磷脂

cholesterols胆固醇

glycolipids

糖脂Basiccomponent，形成脂双层,构成细胞膜的基本成分Stabilizingfunction，具备调节膜流动性和稳定膜的作用Foundonthesurfaceofallanimalmembrane，与细胞识别和信号转导有关磷脂甘油磷脂鞘磷脂磷脂组成：磷脂酰碱基和脂肪酸链通过甘油基团结合。以甘油为骨架，在骨架两端分别结合两个脂肪酸链和一个磷酸基团，胆碱等分子籍磷酸基团连接到脂分子上。甘油磷脂极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）甘油磷酯OO-POOOOCH2CHCH2COCOX甘油磷酸磷酸化醇类型区分：X?胆碱、丝氨酸、乙醇胺或肌醇等分子籍磷酸基团连接到脂分子上。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）甘油磷脂鞘磷脂

组成：以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部为磷酸化胆碱。

结构特征：双亲性分子。双亲性分子有自我装配和自我封闭的特点因此在水环境中存在三种形式单分子团（micelle）脂质体（liposome）双分子层（bilayers）磷脂的作用形成双分子层，构成细胞膜的基本成分。胆固醇组成：主体由四个联合在一起的碳环构成，具有刚性结构。特征：双亲性分子，极性头为羟基团，非极性疏水结构为甾环和烃链。极性头部平面甾环结构非极性尾部胆固醇(cholesterol)Cholesterolwhithinthemembrane胆固醇分子散布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂极性头部，其余部分游离。胆固醇作用：提高脂双层的力学稳定性，调节脂双层流动性，降低水溶性物质的通透性。糖脂组成：由脂类和寡糖组成，是含一个或几个糖基的类脂。结构与鞘磷脂相似。类型最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，它只有一个半乳糖残基作为极性头部；变化最多、最复杂的糖脂是神经节苷脂。1.半乳糖脑苷脂，2.GM1神经节苷脂糖脂作用存在于膜的非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面，可作为受体参与细胞识别及信号转导的过程。二、膜蛋白

Membraneproteins是膜功能的主要体现者。具有双亲性(amphipathic

character)。

Membraneproteinscharacters膜蛋白内在蛋白（intrinsicprotein）

外在蛋白（extrinsicprotein）根据膜蛋白与膜脂的结合方式

Membraneproteinstypes（一）内在蛋白（intrinsicprotein）

整合蛋白（integralprotein）

以不同程度嵌入脂双层的内部。与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（detergent）才能从膜上洗脱。

（二）外周蛋白（extrinsicprotein）

周边蛋白（peripheralprotein）水溶性，分布在细胞膜的表面，比较容易洗脱。

Membraneproteinsfunctions三、膜糖类

Membranecarbohydrates

真核细胞的表面均含有糖类，以各种形式▼连接于膜蛋白和膜脂分子上。这些糖类均位于细胞的非胞质面一侧，从而在细胞表面形成细胞外被(cellcoat)或称糖萼▼。膜糖类存在的形式：1以寡糖或多糖链共价结合于膜脂分子上形成糖脂（glycolipids）

。2以寡糖或多糖链共价结合于膜蛋白分子上形成糖蛋白（glycoproteins

）。glycocalyx膜糖类功能：保护细胞表面,细胞识别和黏着、信息传递。第二部分细胞膜的分子结构模型

一、Lamellastructuremodel片层结构模型二、Unitmembranemodel单位膜模型三、Fluidmosaicmodel液态镶嵌模型一、片层结构模型

片层结构模型（1935年Danielli&Davson）：“蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。1959年提出了修正模型:贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。

Lamellastructuremodel

二、单位膜模型

Unitmembranemodel

1959年，J.D.Robertson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，称为“单位膜”。单位膜模型：所有的生物膜都有相似的结构。磷脂双分子层构成膜的主体，其极性头部向外，与附着的蛋白质分子构成暗带，厚约2nm。脂类分子的疏水尾部向内构成明带，厚约3.5nm。单位膜厚约7.5nm。三、液态镶嵌模型

Fluidmosaicmodel

S.J.Singer&G.Nicolson1972年根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，在“单位膜”模型的基础上提出“流动镶嵌模型”。Fluidmosaicmodel1.由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌或附在脂质双分子层中。脂质双分子层极性头部疏水尾部镶嵌蛋白外周蛋白3.糖分子分布于膜外表面“流动镶嵌模型”主要强调了膜的动态性和球形蛋白质与脂双层的镶嵌关系。没有阐述膜流动性的分子基础（具有流动性的质膜在变化过程中如何保持膜的相对完整和稳定性）。晶格镶嵌模型脂蛋白和其周围的脂类分子构成膜的晶态部分（晶格），具有流动性的脂类呈小片的点状分布。这些晶格对于脂类分子的运动具有限制的作用。板块镶嵌模型生物膜是由同时存在的不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构。即处于有序结构的“板块”无序结构的“板块”连续的动态平衡之中。第三部分膜的理化特征

流动性（fluidity）不对称性（asymmetry）MembraneFluidity1.FluidityofMembranelipids2.FluidityofMembraneproteins

侧向扩散运动（lateraldiffusion）：同一平面上相邻的脂分子交换位置。翻转运动（flip－flop）：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。1.FluidityofMembranelipids旋转运动（rotation）：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。弯曲运动（flexion）：膜脂分子的氢链弯曲运动，分子尾端的摆动幅度大，靠近极性头部区域的摆动幅度小。伸缩震荡运动：脂肪酸链沿着双分子层平面相垂直的轴进行伸缩震荡运动。1.侧向扩散2.旋转运动3.弯曲运动4.翻转运动主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。侧向扩散指膜蛋白在膜脂中自由漂浮和在膜表面扩散。旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动。2.FluidityofMembraneproteins膜蛋白的运动性1.侧向扩散2.旋转扩散MembraneAsymmetry1.AsymmetryofMembranelipids2.AsymmetryofMembraneproteins3.AsymmetryofCarbohydrates

脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。同一种脂分子在脂双层中也呈不均匀分布。

1.AsymmetryofMembranelipids

膜蛋白在脂双层各层中分布不均匀,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,与其功能相适应。2.AsymmetryofMembraneproteins

糖脂和糖蛋白中的糖链均分布在细胞膜的外表面。

3.AsymmetryofCarbohydrates

part4Anoverviewofthemembranefunctions

1.Definetheboundariesofthecellanditsorganelles.2.Serveaslociforspecificfunctions.3.provideforandregulatetransportprocesses.4.containthereceptorsneededtodetectexternalsignals.5.providemechanismsforcell-to-cellcontact,communicati