《细胞生物学》细胞膜

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1、细胞膜及其表面医学细胞生物学医学细胞生物学包围在细胞质表面的一层界膜，使得细胞质与外界环境相隔开,由脂双层构成基本结构，又称质膜（plasma membrane）.细胞膜（细胞膜（ cell membrane ）几个膜的基本概念内膜系统内膜系统（endo-membrane system）真核真核细胞内细胞内 在结构、功能和在结构、功能和发生上相互关联的膜结构总发生上相互关联的膜结构总称。如核膜，内质网，高尔称。如核膜，内质网，高尔基复合体，溶酶体等基复合体，溶酶体等几个膜的基本概念细胞质膜和细胞内的膜结构在化学组成、结构和功能等方面具有相似性，总称为生物膜。生物膜（生物膜（biomembran

2、e）几个膜的基本概念生物膜有共同结构特征，在透射电镜下表现为“二暗 夹一明”的三层结构，又称单位膜（unit membrane ）糖类糖类 水、无机盐、金属离子一、细胞膜的化学组成膜蛋白膜蛋白 Membrane proteinsMembrane proteins膜脂膜脂 Membrane lipidMembrane lipid膜脂磷脂胆固醇糖脂甘油磷脂鞘磷脂一、细胞膜的化学组成极性头部基团 （亲水）非极性尾部基团 （疏水）磷脂二酰基甘油OO-PO OOOCH2 CH CH2C O C OXH HH HH H胆碱、丝氨酸、乙醇胺或肌醇等分子通 过磷酸基团连接到脂分子上。 磷脂酰胆碱（PC，旧称卵

3、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） X ：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磷酸化胆碱 。 结构特征：双亲性分子双亲性分子。鞘磷脂鞘磷脂胆碱胆碱磷酸磷酸脂肪酸链脂肪酸链H HH H两类磷脂的特性：两类磷脂的特性：具有亲水头部和疏水的尾部，具有亲水头部和疏水的尾部， 在水中会自发排列。在水中会自发排列。膜脂磷脂胆固醇糖脂甘油磷脂鞘磷脂一、细胞膜的化学组成极性头部平面甾环结构非极性尾部胆固醇(cholesterol)胆固醇(cholesterol)分布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠分布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂极性头

4、部。磷脂极性头部。作用：提高脂双层的力学稳定性，调节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脂双层流动性，降低水溶性物质的通透性。透性。分布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠分布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂极性头部。磷脂极性头部。胆固醇(cholesterol)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，属于鞘胺醇的衍生物。糖脂糖脂（glycolipidglycolipid）例如：糖脑苷脂、 神经节苷脂。葡萄糖脑苷脂葡萄糖脑苷脂鞘磷脂鞘磷脂半乳糖脑苷脂， GM1神经节苷脂糖脂作用：存在于膜的非胞质面单层，糖存在于膜的非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面，可作

5、为受体参与细胞基暴露于细胞表面，可作为受体参与细胞识别及信号转导的过程。识别及信号转导的过程。膜脂种类及其特点：膜脂种类及其特点：甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇具有亲水头部具有亲水头部 和疏水的尾部和疏水的尾部 是膜功能的主要体现者；膜蛋白膜蛋白 Membrane proteinsMembrane proteins膜脂膜脂 Membrane lipidMembrane lipid 分为分为: : 内在蛋白内在蛋白外周蛋白外周蛋白脂锚定蛋白脂锚定蛋白一、细胞膜的化学组成嵌入脂双层的内部，与膜结合非常紧密。嵌入脂双层的内部，与膜结合非常紧密。内在蛋白内在蛋白（intrinsic

6、proteinintrinsic protein）水溶性，通过静电、离子键、氢键水溶性，通过静电、离子键、氢键等与膜作用分布在细胞膜的表面。等与膜作用分布在细胞膜的表面。外周蛋白外周蛋白（extrinsic proteinextrinsic protein）通过与之共价相连的脂分子（脂肪酸或糖脂）通过与之共价相连的脂分子（脂肪酸或糖脂）插入膜的脂双分子层中，从而锚定在膜上。插入膜的脂双分子层中，从而锚定在膜上。脂锚定蛋白脂锚定蛋白（lipid anchored proteinlipid anchored protein）膜蛋白结合方式：膜蛋白结合方式： 膜蛋白的主要功能：物质转运物质转运细胞连

7、接细胞连接信号转导信号转导酶酶真核细胞的表面均含有糖类，以真核细胞的表面均含有糖类，以各种形式各种形式连接连接于于膜蛋白膜蛋白和和膜脂分子膜脂分子上。这些糖类均位于细胞的上。这些糖类均位于细胞的非非胞质面胞质面一侧，从而在细胞表面形成一侧，从而在细胞表面形成细胞外被。细胞外被。膜糖膜糖Membrane carbohydrates膜蛋白膜蛋白 Membrane proteinsMembrane proteins膜脂膜脂 Membrane lipid一、细胞膜的化学组成构成寡糖链构成寡糖链 主要的主要的7 7种单糖种单糖 葡萄糖葡萄糖半乳糖半乳糖甘露糖甘露糖岩藻糖岩藻糖膜糖存在的形式：膜糖存在的形

8、式：共价结合于共价结合于膜蛋白分子膜蛋白分子上形成上形成糖蛋白糖蛋白。共价结合于共价结合于膜脂分子膜脂分子上形成上形成糖脂糖脂。保护细胞表面保护细胞表面, , 参与细胞识别和黏着、信息传递。参与细胞识别和黏着、信息传递。膜糖膜糖Membrane carbohydrates膜蛋白膜蛋白 Membrane proteinsMembrane proteins膜脂膜脂 Membrane lipid一、细胞膜的化学组成1 1、片层结构模型片层结构模型Lamella structure modelLamella structure model2 2、单位膜模型、单位膜模型Unit membrane mod

9、elUnit membrane model3、液态镶嵌模型Fluid mosaic model二、细胞膜的分子结构模型19351935年年DanielliDanielli ; 结合的配体激活受体的酶活性，然后由激活的酶结合的配体激活受体的酶活性，然后由激活的酶去激活产生细胞内信号的效应物，去激活产生细胞内信号的效应物，产生细胞效应产生细胞效应。 信号转导途径信号转导途径 两种信号转导途径两种信号转导途径: : 第二信使第二信使(second messengers)(second messengers) 由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞由细胞表面受体接受信号后转换而来的细胞 内信号称为第二

10、信使。内信号称为第二信使。 cAMPcAMP、cGMPcGMP、1,2-1,2-二酰甘油、二酰甘油、 1,4,5-1,4,5-三磷酸肌醇、三磷酸肌醇、Ca+ Ca+ 信号级联放大信号级联放大(signaling cascade)(signaling cascade) 从细胞表面受体接收外部从细胞表面受体接收外部信号到最后作出信号到最后作出综合性应综合性应答答, ,不仅是一个信号转导不仅是一个信号转导过程过程, ,更重要的是将信号更重要的是将信号进行逐步放大的过程。进行逐步放大的过程。 信号级联放大信号级联放大(signaling cascade)(signaling cascade) 细胞应答

11、细胞应答 细胞对外部信号的应答通常细胞对外部信号的应答通常是综合性反应是综合性反应: :基因表达的变化、基因表达的变化、酶活性的变化、酶活性的变化、细胞骨架构型的变化、细胞骨架构型的变化、通透性的变化、通透性的变化、DNADNA合成的变化合成的变化等等 信号转导途径信号转导途径由由G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导之一之一离子通道离子通道腺苷环化酶：腺苷环化酶：磷脂酶磷脂酶C C：磷脂酶磷脂酶A2A2磷酸二酯酶磷酸二酯酶鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：GG蛋白蛋白GG蛋白偶联受体蛋白偶联受体效应蛋白效应蛋白效效 应应磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路 cAMPcAMP信号通路信号通路

12、CGMP信号通路胞外信号分子胞外信号分子 受体必须与受体必须与GG蛋白结蛋白结合才能产生信号传导合才能产生信号传导 效应。效应。 GG蛋白偶联的蛋白偶联的受体多为一些激素类受体多为一些激素类受体。受体。G-protein linked receptorG蛋白偶联受体偶联受体属于一类经过属于一类经过7 7次跨膜形成的超家族蛋白。次跨膜形成的超家族蛋白。 受体中含有受体中含有7 7段疏水性跨膜序列段疏水性跨膜序列 G蛋白 由由三个亚单位组成，三个亚单位组成， 和和 亚基属于脂锚定蛋白亚基属于脂锚定蛋白； 位于位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白； 具有结合具有结合

13、GDPGDP或或GTPGTP的能的能力，有力，有GTPGTP酶活性；酶活性； 可可激活效应蛋白，实现信激活效应蛋白，实现信息转导功能。息转导功能。而与而与GTPGTP结合时结合时 则为有活性状态则为有活性状态GG蛋白循环蛋白循环 亚基结合亚基结合 GDPGDP时是无时是无 活性状态，活性状态，GTPGTP的水解又使其的水解又使其 返回无活性状态返回无活性状态 G蛋白G蛋白的类型 受体：受体：激活型受体（激活型受体（RsRs）或抑制型受体（或抑制型受体（RiRi） G G蛋白：蛋白：活化型调节蛋白（活化型调节蛋白（GsGs）或抑制型调节或抑制型调节蛋白（蛋白（GiGi） 同一个信号分子作用到不同

14、的同一个信号分子作用到不同的G G蛋白偶联受体，可蛋白偶联受体，可能产生截然相反的效果。能产生截然相反的效果。配体配体受体受体效效应应应应物物生理效生理效应应应应 肾上腺素-肾上腺 受体腺苷酸环环化酶糖原水解血清紧张 素血清紧张 素受体腺苷酸环环化酶行为敏感好 学 光视紫红质cGMP磷酸二酯酯 酶视觉兴奋IgE抗原 复合物肥大细胞 Ig-受体磷脂酶C 分泌f-Met肽趋化受体磷脂酶C趋化性 乙酰胆碱毒蕈碱受 体K+通道降低起搏活 性效应物效应物离子通道离子通道腺苷环化酶：腺苷环化酶：磷脂酶磷脂酶C C：磷脂酶磷脂酶A2A2磷酸二酯酶磷酸二酯酶鸟苷环化酶：鸟苷环化酶：GG蛋白蛋白GG蛋白偶联受体

15、蛋白偶联受体效应蛋白效应蛋白效效 应应磷脂酰信号通路磷脂酰信号通路 cAMPcAMP信号通路信号通路CGMP信号通路胞外信号分子胞外信号分子cAMPcAMP信号通路信号通路腺苷环化酶腺苷环化酶,AC,ACcAMPcAMPGG蛋白蛋白GG蛋白偶联受体蛋白偶联受体效应蛋白效应蛋白蛋白激酶蛋白激酶A,A, PKA配体配体Adenylate cyclase腺苷酸环化酶：腺苷酸环化酶：GG活化后可催化活化后可催化 细胞内侧的腺苷酸细胞内侧的腺苷酸 环化酶，使其活化环化酶，使其活化催化催化ATPATP生成生成cAMPcAMPcAMPcAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解与调节亚基结合，使调节亚基和

16、催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A A的活性。的活性。蛋白激酶蛋白激酶A A（Protein Protein KinaseKinase A A，PKAPKA）由两个催化亚基和两个调节亚基组成。由两个催化亚基和两个调节亚基组成。降解降解cAMPcAMP生成生成5-AMP5-AMP，起终止信号的作用起终止信号的作用。环腺苷酸磷酸二酯酶cAMP， phosphodiesterasecAMP信号通路对基因转录的激活在肌肉细胞，在肌肉细胞，1 1秒钟内可启动糖原降解为葡秒钟内可启动糖原降解为葡 糖糖1-1-磷酸，而抑制糖原合成。磷酸，而抑制糖原合成。在某些分泌细胞，需要几个小时，在某些分泌细胞，需要几个小时， 激活的激活的 PKA PKA