《《医学生物学》-第四章细胞膜-2010》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《医学生物学》-第四章细胞膜-2010（162页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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
3、白(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.
4、外周蛋白：,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 & F. Grendel 1925 用有机溶剂提取了
5、人类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，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。,缺陷：1.丙酮没有完全抽提所有的脂类 2.对表面积的测定是在干的样品，实际所测值小于真实 湿样品,Lamella structure modle,3. J. Danielli & H. Davson 1935 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，从而提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成的。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。,Unit membr
6、ane modle,4. J. D. Robertson 1959 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。单位膜模型的不足之处在于把膜的动态结构描写成静止的不变的。,单位膜模型缺陷：,不能解释1. 膜的动态变化 2.膜的功能特性不一样,1.生物膜是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在脂质双分子层中。,总之：生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体。,脂质双分子层,极性头部,疏水尾部,外周蛋白,镶嵌蛋白,液态镶嵌模型不足之处：,忽略了蛋白质对脂质分子流动性的控制作用
7、忽略了膜的各部分流动性的不均匀性,6.脂筏模型（lipid rafts model）,即在生物膜的脂双分子层的外层，富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，大小约70nm 左右 ，如同“脂筏”一样，脂筏上载着蛋白质 推测一个100m大小的脂筏可载有600个蛋白质分子 脂筏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。 脂筏最初可能在内质网上形成，转运到细胞膜上,三、 细胞膜分子分布的不对称性和流动性,（一）.细胞膜分子分布的不对称性,脂质双分子层的不对称性,第一：脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。,细胞膜,非胞质侧：,头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰胆碱.鞘磷脂）。,胞
8、质 侧：,末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。,第二：糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂 质分子中。,第一. 跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性。,第二. 糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。,第三. 膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。,膜分子结构的不对称性决定了膜内表面功能的不对称性,冰冻断裂(freeze fracture)法 冰冻断裂法不仅可用于研究膜组份分布的不对称,不对称性的意义,膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性。保证了生命活动的高度有序性。,2、膜脂的流动性,1.侧向扩散,2.旋转,3.摆动,4.翻转,二.细胞膜分子的流动性,影响
9、膜脂流动性的因素,1.脂肪酸链的饱和程度,2.脂肪酸链的长度,3.胆固醇的影响,4.卵磷脂/鞘磷脂的比例,5.其它因素:温度、酸碱度、离子强度等,膜蛋白的流动性,小鼠细胞,标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）,异核细胞,抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B,抗人膜蛋白抗体+荧光素A,标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）,人细胞,孵育（370C,40分钟）,淋巴细胞的成斑和成帽反应,膜流动性的意义,物质转运 能量转换 细胞识别 免疫、药物对细胞的作用 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。,四、 细胞表面及其特化,细胞表面是指包围在细胞质外层一个
10、复合结构体系，其结构以质膜为主体，包括细胞外被、胞质溶胶。广义的细胞表面还包括细胞连接和一些特化结构。,（一）、细胞外被,细胞外被:是一类沾多糖物质,实际指细胞表面与质膜中的蛋 白或脂类分子共价结合的寡糖链。,细胞外被的作用有：,1、保护作用： 2、细胞识别：与构成细胞外被的寡糖链密切相关。每种细胞寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序，编成了细胞表面的密码，它是细胞的”指纹”，为细胞的识别形成了分子基础。同时细胞表面尚有寡糖的专一受体，对具有一定序列的寡糖链具有识别作用。 3、决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，A、B、O三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基有所不同。,A血
11、型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖(Gal)，O型则没有这两种糖基，而AB型的人则在末端同时具有这两种糖,（二）、 细胞表面的特化结构,质膜常带有许多特化的附属结构。 微绒毛 褶皱 纤毛 鞭毛,1.微绒毛,2.皱褶,在细胞表面还有一种扁形突起，称为皱褶ruffle）或片足（lamllipodia）。皱褶在形态上不同于微绒毛，它宽而扁，宽度不等，厚度与微绒毛直径相等，约0.1m，高达几微米。在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。,3.纤毛和鞭毛,纤毛（cilia）和鞭毛（flagella）是细胞表面伸出的
12、条状运动装置。二者在发生和结构上并没有什么差别，均由9+2微管构成。纤毛和鞭毛都来源于中心粒。,4.、 细胞间的连接,紧密连接(tight junction),紧密连接的模式图,黏合连接,带状桥粒（belt desmosome) 又称粘合带（adhesion belt）呈带状环绕细胞，一般位于上皮细胞顶侧面的紧密连接下方。在粘合带处相邻细胞的间隙约1520nm。,桥粒与半桥粒,桥粒（desmosome）相邻细胞间形成纽扣状结构。,桥粒的结构模型,细胞膜之间的间隙约30nm，质膜下方有细胞质附着蛋白质，如片珠蛋白（plakoglobin）、桥粒斑蛋白（desmoplakin）等，形成一厚约152
13、0nm的致密斑。斑上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，桥粒中间为钙粘素（desmoglein及desmocollin）。因此相邻细胞中的中间纤维通过细胞质斑和钙粘素构成了穿胞细胞骨架网络。,半桥粒（hemidesmosome）,在结构上类似桥粒，位于上皮细胞基面与基膜之间，它桥粒的不同之处在于：只在质膜内侧形成桥粒斑结构，其另一侧为基膜；穿膜连接蛋白为整合素（integrin）而不是钙粘素，整合素是细胞外基质的受体蛋白；细胞内的附着蛋白为角蛋白（keratin）。,几种锚定连接的化学组成,（三）、通讯连接,1.间隙连接 间隙连接（gap junction） 存在于大多数动物组织。在
14、连接处相邻细胞间有24nm的缝隙），间隙连接的通透性是可调节的。在实验条件下，降低细胞PH值，或升高钙离子浓度均可降低间隙连接的通透性。当细胞破损时，大量钙离子进入，导致间隙连接关闭，以免正常细胞受到伤害。,左，连接子电镜照片；右，间隙连接模型,间隙连接的基本单位，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，直径8nm，中心形成一个直径约1.5nm的孔道(图11-11)。通过向细胞内注射分子量不同的染料，证明间隙连接的通道可以允许分子量小于1.5KD的分子通过。这表明细胞内的小分子，如无机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸和维生素等有可能通过间隙连接的孔隙。,化学突触,化学
15、突触（synapse）是存在于可兴奋细胞间的一种连接方式，其作用是通过释放神经递质来传导兴奋。由突触前膜(presynaptic membrane)、突触后膜(postsynaptic membrane)和突触间隙(synaptic cleft)三部分组成,化学突触,五、 细胞膜与物质转运,一.膜内外物质的运输,膜内外物质的运输,小分子运输,大分子运输,被 动 运 输,主动 运 输,胞吐作用,胞吞作用,穿膜运输,膜泡运输,1.被 动 运 输passive transport,被动运输:,不需要消耗细胞代谢的能量,而将物质从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧。,被动运输,简单扩散,通道扩散,
16、易化扩散,简单扩散,细胞外,细胞内,小分子物质,细胞膜,1.简单扩散（simple diffusion) (自由扩散free diffusion),不需要消耗代谢能量和不依靠专一膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。,高浓度,低浓度,电化学梯度,脂溶性物质(非极性物质): 苯.乙醇.氧.氮,不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳,适合自由扩散的物质:,不适合自由扩散的物质:,带电荷物质,肺泡与肺毛细血管之间的气体交换,高浓度,低浓度,电化学梯度,通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的 通道。,转运物质的蛋白质 （跨膜蛋白）,通道蛋白,（2）通道扩散,目前发现的通道蛋白已有50多种，主要是离子通道（ion channel),（电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道）,高浓度,低浓度,电化学梯度,电压闸门通道（voltage-gated chann
