04细胞膜-2008.PPT.ppt

1、第二节 细胞膜及其表面,细胞膜（cell memberane):是包围在细胞外周的一层薄膜，又称质膜（plasma membrane).,细胞膜是原始的非细胞生物演化为细胞生物的 一个转折点,单位膜(unit membrane)： “二暗一明”的膜式结构叫三层夹板式结构。,生物膜,细胞膜,细胞内膜(internal membrane)：除了细胞膜以外的细胞内所有膜性结构。,细胞膜,细胞质,一、 细胞膜的化学组成,细胞膜,脂 类,蛋白质,糖 类,（一）.膜脂membrane lipid,膜脂：,生物膜上的脂类统称膜脂。,膜脂,磷 脂phospholipid：,生物膜的主要成份。,糖 脂glyco

2、lipid,胆固醇cholesterol,磷 脂,磷脂,磷酸甘油酯,神经鞘磷脂,极性头部基团（亲水）,非极性尾部基团（疏水）,X ,甘油,磷 酸,磷酸化醇,Cell membrane - Structure,糖 脂,鞘胺醇,糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。,半乳糖苷脂,糖 脂 分 子,胆固醇,存在于真核细胞膜上,将少量的磷脂放在水溶液中，它能够自我装配成脂双层的球状结构,脂质体,（二） .膜蛋白（membrane protein）,膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。,膜蛋白,外周蛋白（周围蛋白）： pripheral protein,膜内在蛋白质(intergral protein)或镶嵌蛋白

3、(mosaic protein),多附在膜的内面，为水溶的，非共价地结合在镶嵌蛋白上。,不同程度镶嵌在脂双层的内部。,膜蛋白具有双型性，其亲水区域暴露在膜的一侧或两侧表面与水相吸，它们的疏水区域镶入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结合，不易分离提纯。,1.单 次 穿 膜：,单条a-螺旋贯穿脂质双层。,脂质双层,非胞质面,胞质面,1,2,3,4,5,2.多 次 穿 膜：,数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。,3.非穿越性共价结合：,不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合。,4.与磷脂酰肌醇结合：,镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌醇（在非胞质面的单层）共价结合。,镶嵌蛋白,5.外

4、周蛋白：,多附在膜的内表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。,跨膜蛋白,膜中含有的糖类称为膜糖类或膜碳水化合物。,膜糖类,糖类+膜脂,共价键,糖 脂,糖类+膜蛋白,糖蛋白,共价键,细胞外被（cell coat）（糖萼glycoalyx）：细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞衣或糖萼。,脂双层,膜蛋白,细胞衣,二、 细胞膜的分子结构,1. E. Overton 1895 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，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。,2. E. Gorter 依赖于膜运输蛋白; 需要代谢能，并对代谢毒性敏感; 具

5、有选择性和特异性。,钾离子,乌本苷,钾与乌本苷结合部位,钠离子,细胞质,钾浓度梯度30倍,钠浓度梯度13倍,K,+,泵,钠结合部位,大亚基,小亚基,ATP,ADP+Pi,细胞质,钾浓度梯度30倍,钠浓度梯度13倍,Pi,钠结合部位,钾结合部位,Na+,Na+,Na+,Na+,K+,K,+,泵,Mg+,Pi,Pi,K+,K+,K+,协同运输cotransport,靠间接提供能量完成主动运输。所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。 动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。 植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。 分为：同向协同（symport）和反向协同（antiport）。,1、同向协同（s

6、ymport） 如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。某些细菌对乳糖的吸收伴随着H+的进入。 2、反向协同（antiport） 如Na+驱动的Cl-HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。,膜泡运输,胞吞作用,胞吐作用,胞饮作用pinocytosis,吞噬作用phagocytosis,受体介导的胞吞作用low density lipoprotein,膜泡运输:,大分子及颗粒物质并不直接穿过细胞膜,而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程。,3. 胞吞作用和胞吐作用,物质跨膜运输的四种基本机制,吞噬体phagosome,吞饮体

7、pinosome,膜泡运输,LDL受体介导的内吞作用,具高度的特异性,可大大提高内吞效率,细胞质,LDL颗粒,LDL受体,有被小窝,有被小泡,无被小泡,胞内体,受体与大分子颗粒分开,胞内体部分,胞内体部分,初级溶酶体,受体再循环,细胞质,胞吐作用,组成性胞吐作用:运输小泡持续不断地从高尔基体运送到细胞质膜，并立即进行膜的融合，将分泌小泡中的蛋白质释放到细胞外, 此过程不需要任何信号的触发, 它存在于所有类型的细胞中。给细胞外提供酶、生长因子和细胞外基质成分外，也为细胞质膜提供膜整合蛋白和膜脂。 调解性胞吐作用:见于某些特化的细胞，如内分泌细胞。通过出芽离开反面高尔基网络并聚集在细胞质膜附近,

8、当细胞受到细胞外信号刺激时,就会与细胞质膜融合将内含物释放到细胞外。如血糖的增加, 细胞会发出信号释放胰岛素。,二、 细胞膜与细胞识别,细胞识别及识别反应,细胞识别(cell recognition)指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞以及对自己和异己物质分子的认识和鉴别。,巨噬细胞识别衰老红细胞表面暴露出半乳糖残基，将其吞噬。,膜受体与细胞信号转导,细胞通讯(cell communication),细胞通讯是细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制，对环境作出综合反应的细胞行为。,细胞通讯的方式及引起的某些反应,细胞通讯中有两个基本概念:, 信号传导(cell signa

9、lling) 信号分子从合成的细胞中释放出来,然后进行传递，强调信号的产生、分泌与传送。 信号转导(signal transduction) 配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等, 即信号的识别、转移与转换，强调信号的接收与接收后信号转换的方式(途径)和结果。,膜受体(membrane receptor),配体（ligand）：细胞外的信号分子以及其它有生物活性的 化学物质统称配体。（激素.神经递质.抗 原药物等）,受体,膜上的一类镶嵌蛋白，多为膜上的功能性糖蛋白。 (细胞膜、细胞核、胞内膜上。),胞质受体cytoplasmic：,膜受体：,膜受体,单体型：由一个镶嵌蛋白分子构成。

10、,复合型：由两个或多个镶嵌蛋白聚合一起形成。,调节部位,催化部位,（识别器）：受体蛋白向着细胞外部分，多为糖蛋白，可识别不同的配体，狭义受体指此部位。,（效应器）：受体蛋白向着细胞质部分，一般具有酶的活性，配体与受体结合前，它是无活性的，只有受体与配体结合后才被激活，引起一系列变化，产生相应的生物效应。,将受体所接受的信号，转变为蛋白质的 构象变化，传给催化单位。,传导物：,细胞内域 （亲水区）,细胞外域 （亲水区，有寡糖链结合）,跨膜域 （疏水区，1个或多个）,跨膜糖蛋白或糖脂,膜受体的结构、分类和特点,膜受体的分类,表面受体,离子通道偶联受体,G蛋白偶联受体,酶联受体,膜受体的功能：,识别

11、配体，并与之结合，将胞外信号转变成胞内信号，引起胞内效应。,三、膜受体与信号传递,第一信使（第一信号）：与膜受体结合的配体（化学信号），不直接参与细胞的物质和能量代谢，而作为一种信使起传递信息的作用。,第二信使（第二信号）：可改变靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。,第二信使学说1965Sutherland 1971年生理学与医学诺贝尔奖,cAMP信号体系,要 点,1.第一信号（激素、配体）与专一性受体识别并结合。,2.受体-配体复合物 激活细胞膜中腺苷酸环化酶(AC)。,4.以cAMP为第二信号激活蛋白激酶A（PKA)始动一系列胞内反应最终产生生物效应。,G蛋白,c

12、AMP信号体系,Ac,肾上腺素,受体,ATP,cAMP,无活性PKA,有活性PKA,靶蛋白磷酸化,胞内效应,胞内,第一信号.配体,第二信号,BDE,胞内,5-AMP,注释:,Ac:腺苷酸环化酶,PKA:蛋白激酶A,BDE:环核苷酸磷酸,二脂酶,Mg+2,膜受体的功能：,识别配体，并与之结合，将胞外信号转变成胞内信号，引起胞内效应。,cAMP与蛋白激酶对细胞活性的影响,NO的细胞信使作用,NO是可溶性的有毒气体，研究表明，NO分子具有多种生物学功能，并且是一种能够进入细胞直接作用于酶并引起快速反应的气体信号分子。在一些组织中作为局部介质引起信号转导，使血管壁的平滑肌细胞松弛，血液流通顺畅。 19

13、98年Robert和Louis对NO的信使作用的研究获得了生理学和医学诺贝尔奖,NO 和cGMP的信号转导途径,硝化甘油的作用,NO对血管的效应可以很好地解释硝化甘油的作用，早在100年前就使用硝化甘油处理心绞痛的病人(这种绞痛是由血液不适当地流向心肌引起的)。硝化甘油在体内转化成NO，它可以使血管松弛。减轻心脏的工作压力，减少心肌对氧的需要。,硝化甘油作用机制,硝化甘油在体内 内皮细胞中生成NO NO能够跨过细胞质膜扩散到邻近的平滑肌细胞 鸟苷酸环化酶激活 催化GTP生成cGMP 使血管壁的平滑肌细胞松弛和血管舒张反应 ，血液流通顺畅。 由于NO半衰期短（510s).所以它只能作用于 邻近的

14、细胞,免疫作用,细胞膜抗原,抗原：凡能刺激机体免疫系统(脾.骨髓. 胸腺和淋巴细胞等)发生各种生理和病理过程的异物分子,统称抗原。,细胞膜抗原membrane antigen：细胞膜表面具有抗原性质的大分子，多为镶嵌在细胞膜上的糖蛋白和糖脂。,ABO血型抗原（ABH）：人类红细胞表面的主要抗原，其化学成份是一类糖脂，决定抗原性质的是其寡糖链部分。 四个亚型：H（O）型、A型、B型、AB型。 白细胞抗原：HLA,目前发现200多个同源性位点,组织相容性抗原,凡能引起个体间组织器官移植排斥反应的抗原称组织相容性抗原，是广泛存在于各种组织细胞膜上的抗原。,细 胞 膜 与 疾 病,膜转运系统异常,胱氨

15、酸尿症：载体蛋白先天缺陷，导致氨基酸吸收障碍，尿中大量胱氨酸在PH下降时，形成结石。 肾性糖尿病：载体功能下降，导致依赖于Na+驱动的糖运输功能下降，肾小球对血浆中葡萄糖重吸收下降，血糖升高，引起肾性糖尿病。 原发性高血压：机体Na+泵功能障碍,膜受体异常,遗传性高胆固醇血症：LDL受体缺损 肌无力症：患者血清中出现可以与神经肌肉接头处突触后膜的乙酰胆碱受体相结合的受体，抗体与受体结合，减少了有效的受体数，封闭了乙酰胆碱的作用；另外这种抗体也促进乙酰胆碱受体的分解，从肌肉细胞表面消失，使患者乙酰胆碱受体数减少到一半以下。 无或低丙种球蛋白血症：B淋巴细胞表面缺少作为抗原受体的免疫球蛋白，因此B

16、淋巴细胞不能接受抗原刺激发育成浆细胞而产生抗体。,信号转导异常,霍乱：由于霍乱弧菌附于小肠黏膜进行繁殖而引起的急性腹泻 霍乱弧菌产生的霍乱毒素由A、B两个亚基组成，B亚基与细胞膜上受体结合；A亚基能穿过细胞膜，催化细胞中NAD+中ADP核糖基不可逆结合在Gs的亚基上，使亚基与、亚基分离并与GTP结合，但此时亚基丧失了GTP酶的活力，不能分解GTP，所以G蛋白处于持续激活状态。同时AC被活化的亚基持续激活，从而使细胞中cAMP大量增加，可高达正常值的100倍以上，促使大量的Cl-和HCO3-从细胞内进入肠腔，细胞内外渗透压失去平衡，引起大量水分进入肠腔，造成剧烈腹泻。,肿瘤细胞表面的改变,接触抑

17、制(contact inhibition)消失 黏着作用消失：癌细胞表面负电荷增加，静电斥力提高；桥粒减少；钙离子浓度降低； 膜组成改变：神经节苷脂减少，鞘糖脂组分改变，糖脂的糖链缩短；纤连蛋白减少；唾液酸暴露 抗原性改变：肿瘤移植相关抗原（tumorassiciated transplantion antigent ,TATA）出现 与外源性凝集素的反应：在凝集素伴刀豆球蛋白A作用下，产生凝集现象，但正常细胞无此现象。由于癌细胞膜上糖类物质的特异受体在分布上与正常细胞不同，在加入伴刀豆球蛋白A后，其表面的受体会很快移动集中，因而受体与伴刀豆球蛋白A结合密度高，因发生凝集现象。,思考题,根据你所掌握的指示，如何理解“细胞膜是非细胞形态向细胞形态进化的重要转折”这一概念？ 生物膜的基本特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？ 总结细胞膜的主