细胞膜及其表面医学生物学课件

-第二节

细胞膜及其外表Contents细胞膜的分子组成及结构模型细胞膜外表及其特化结构细胞膜的主要功能细胞膜与医药学构成细胞的三大要素

一套完整的代谢系统

一套遗传信息

质膜biologicalmembrane=plasmamembrane+intracellularmembrane

生物膜=质膜+细胞内膜

生物膜biologicalmembrane

一、细胞膜的化学组成

1%-10%糖类

40%-50%蛋白质水、无机盐、金属离子等其他

50%

脂质含量成分〔一〕膜脂1.磷脂磷脂酰胆碱〔卵磷脂〕磷酸甘油酯磷脂酰乙醇胺〔脑磷脂〕磷脂酰丝氨酸鞘磷脂2.糖脂：脑苷脂、神经节苷脂3.胆固醇1．磷脂主要特征：〔1〕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〔2〕脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16，18或20个碳原子组成〔3〕常含有不饱和脂肪酸〔如油酸〕亲水的头部基团疏水的尾部基团空间结构符号空间结构模型磷脂酰胆碱分子的结构2．糖脂是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％。GlycolipidsGlycolipids

3.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，

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。膜脂分子的物理特性脂质体分子团磷脂双层是一种人工膜在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径25～1000nm不等。脂质体〔liposome〕：直径25～1000nm不等。〔二〕膜蛋白生物膜所含有的蛋白质称为膜蛋白〔membraneprotein〕，是生物膜最主要的组成成分，其含量和种类与膜的功能密切相关。

分类内在蛋白周边蛋白膜蛋白的类型膜蛋白主要是球状蛋白质，单体或多聚体。一般为α螺旋〔三〕膜糖类含量：占膜重量的1%～10%。存在方式：糖脂、糖蛋白分布：在质膜的外外表形成细胞外被(cellcoat)或糖萼〔glycocalyx〕。糖萼

二、膜的分子结构模型〔一〕片层结构模型〔二〕单位膜模型〔三〕液态镶嵌模型Singer&Nicolson于1972年根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型〞。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外表，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。〔四〕晶格镶嵌模型1975年Wallach提出了晶格镶嵌模型〔crystalmosaicmodel。三、细胞膜的特性膜的不对称性〔asymmetry〕膜的流动性〔fluidity〕。〔一〕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。

膜脂分布的不对称性膜蛋白分布的不对称性

膜糖分布的不对称性膜的不对称性表现在：功能的方向性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

膜脂的不对称性还表现在膜外表具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域——脂筏。SM,鞘磷脂；PC,磷脂酰胆碱；PS，磷脂酰丝氨酸；PE，磷脂酰乙醇胺；PI，磷脂酰肌醇；Cl,胆固醇

Theasymmetricdistributionofphospholipids(andcholesterol)inPMofHumanerythrocytes2．复合糖的不对称性糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外外表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位于线粒体内膜侧Simplifieddiagramofthecellcoat(glycocalyx)〔二〕质膜的流动性

1．膜脂分子的运动

2.膜蛋白的分子运动

侧向扩散旋转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。利用细胞融合技术观察蛋白质运动

3、影响膜流动性的因素〔1〕脂肪酸链的长度〔反比〕和不饱和程度(正比)〔2〕胆固醇含量(反比)〔3〕卵磷脂与鞘磷脂的比例(正比)〔4〕膜蛋白含量(反比)〔5〕其他因素〔环境温度、pH等〕膜功能的稳定性膜流动性脂肪酸链的长度和不饱和程度的影响胆固醇的影响四、细胞外表及其特化结构(一)糖萼动物细胞外表的一层富含糖类物质的结构，称为细胞外被或糖萼。作用：保护，细胞通信，并与细胞外表的抗原性有关。〔二〕细胞外表的特化结构细胞外表的特化结构：1.微绒毛、纤毛和鞭毛；2.内褶；3.不同形状的变形足和皱褶。对于细胞的特定活动有重要的作用。1.微绒毛微绒毛〔microvilli〕是细胞外表伸出的细长突起，广泛存在于动物细胞外表，直径约为0.1μm。小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛〔冰冻蚀刻〕2纤毛ciliumLM：外包细胞膜，内为细胞质，EM：含微管〔2x9+2〕结构根部有基体功能：摆动，排出 灰尘及细菌组成：细胞外表较长能摆动的突起纤毛横切面〔透射电镜〕微绒毛和纤毛〔扫描电镜〕3.内褶〔infolding〕是质膜由细胞外表内陷形成的结构，以相反的方式扩大了细胞的外表积。这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。〔三〕细胞连接〔celljunction〕：指多细胞生物特别是动物体中细胞与细胞之间外表的某些区域特化形成各种结构，以便细胞之间彼此接触。主要功能：细胞间的机械连接，对细胞间的物质交换起重要作用。三种连接方式：紧密连接(tightjunction)黏合连接〔adheringjunction)通讯连接〔communicatingjunction)。〔四〕细胞外基质〔extracellularmatrix〕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。五、细胞膜的主要功能

细胞膜是细胞和外环境间的屏障，是一种特殊的选择性的差异透性膜，有选择地允许或阻止一些物质进出细胞调节膜内外离子浓度差和膜电位，保证膜内外渗透压平衡。细胞膜也是接收外界信息的门户。〔一〕调节运输〔膜内外物质的交换〕被动运输穿膜运输:膜内外小分子物质交换主动运输胞吞作用膜泡运输：膜内外大分子物质交换胞吐作用〔二〕细胞膜受体介导的信号转导受体〔receptor〕：能够识别和选择性结合某种配体〔信号分子〕的大分子物质，多为糖蛋白，至少包括两个功能区域：配体结合区域产生效应的区域。受体分类：细胞内受体〔intracellularreceptor〕、细胞膜受体〔cellsurfacereceptor〕。受体的特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。膜受体有三类：①离子通道型受体〔ion-channel-linkedreceptor〕②G蛋白耦联型受体〔G-protein-linkedreceptor〕③酶耦联的受体〔enzyme-linkedreceptor〕第一类存在于可兴奋细胞,后两类存在于大多数细胞，在信号转导的早期表现为激酶级联〔kinasecascade〕事件，即为一系列蛋白质的逐级磷酸化，籍此使信号逐级传送和放大。生命的根本单位——细胞〔三〕界膜和细胞区域化细胞区域化生命的根本单位——细胞〔四〕功能定位与组织化细胞器

生命的根本单位——细胞〔五〕参与细胞间的相互作用细胞识别细胞黏着细胞连接细胞间通讯生命的根本单位——细胞〔六〕能量转换(energytransduction)叶绿体线粒体

六、细胞膜与医药学〔一〕膜受体异常与疾病细胞膜上的LDL受体对于调节血液中胆固醇的含量有很大关系。假设LDL受体蛋白基因缺陷，使细胞膜上LDL受体先天性缺损或LDL受体数目减少，那么严重影响血中胆固醇的代谢，使血中胆固醇的含量升高而成为遗传性高胆固醇血症患者。〔二〕膜转运系统异常与疾病膜中的转运蛋白〔载体蛋白、通道蛋白、离子泵等〕结构的缺损或功能异常，都会引起物质转运障碍，产生相应的遗传性膜转运异常的疾病。胱氨酸尿症患者，由于载体蛋白基因突变，导致膜上载体蛋白的先天性缺陷。当患者尿的pH值下降时，其中含有的大量胱氨酸沉淀形成结石。〔三〕细胞膜外表异常与细胞癌变细胞癌变，细胞表现出形态的异常〔如出现微绒毛、褶皱、变形足或突起等〕，细胞外表的糖脂和糖蛋白也发生异常〔如鞘糖脂和纤连蛋白减少〕。细胞丧失接触抑制和黏着作用，造成肿瘤细胞恶性增殖。breastcancercell复习思考题1.细胞膜的结构如何？有哪些主要功能？2.为什么说细胞膜具有流动性和不对称性，这对细胞膜的功能有何意义？3.细胞膜的分子结构与细胞膜的功能有何关系？Theend1．穿膜运输指小分子和离子物质进出细胞膜的运输方式。〔1〕被动运输〔passivetransport〕：物质从高浓度向低浓度方向的跨膜转运转运的动力来自物质的浓度梯度不需要消耗细胞的代谢能量1〕简单扩散〔simplediffusion〕

特点：沿浓度梯度或电化学梯度扩散不需要提供能量没有膜蛋白的协助极性很强的水化离子〔如Na+、K+、Ca2+等〕通过细胞膜上特异离子通道蛋白从高浓度向低浓度方向的转运。2〕离子通道扩散〔ionchanneldiffusion〕IonChannels离子通道的开启或关闭由通道闸门所控制，而闸门由通道蛋白的带电分子或基团〔如羟基或羧基〕构成。有的闸门持续开放，有的间断开放。间断开放的闸门的开闭受膜电压或化学物质的调节。3〕易化扩散〔facilitateddiffusion〕：指非脂溶性物质或亲水性物质〔如葡萄糖、氨基酸、核苷酸、金属离子以及细胞代谢物等〕顺浓度梯度方向的跨膜转运。易化扩散又称帮助扩散，物质转运需要细胞膜上的载体蛋白〔carrierprotein〕帮助。Glucoseisabsorbedbysymport〔2〕主动运输〔activetransport〕物质从低浓度一侧向高浓度一侧的跨膜转运，即逆浓度梯度方向的运输需要细胞膜上的载体蛋白参与需要消耗细胞代谢能。

Na+-K+ATPPUMPNa+-K+ATPpumpcancatalyzetheformationofATPunderlaboratoryconditionMaintainslowcytosolic[Ca++]PresentInPlasmaandERmembranes

Ca