《细胞生物学 教学课件 ppt 作者 李瑶 主编第3章 细胞膜与表面 上课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学 教学课件 ppt 作者 李瑶 主编第3章 细胞膜与表面 上课件（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 细胞膜与表面,第一节 细胞膜 第二节 物质的跨膜运输 第三节 细胞表面连接 第四节 细胞外被与细胞外基质,细胞是生命活动的最小单位，在细胞的外围是由脂质与膜蛋白组成的细胞膜，它将细胞与周围环境分隔开来，维持着细胞的相对独立和细胞内环境的稳定。 细胞膜有着独特的结构特征，膜上的脂质形成双分子层，是水溶性分子跨膜的屏障，膜上的蛋白质种类很多，主要起着跨膜交换分子的作用，它们维持和调节着细胞与环境的物质交换、能量转换和信号传递。 在细胞膜外，还存在着含糖丰富的细胞外被和胞外基质，其中一些糖蛋白分子在维持细胞之间的连接、细胞之间以及细胞与环境的通讯中起着重要作用。,第一节 细胞膜,细胞的外围边
2、界有细胞膜（cell membrane），也称作质膜（plasma membrane），在真核细胞中细胞器的外围也有膜结构。细胞膜与细胞内的膜结构统称为生物膜（biomembrane），它是由脂质和蛋白质通过非共价相互作用组成的疏水性薄层结构。,细胞膜主要由脂质和膜蛋白组成,5,真核细胞中包裹着生物膜的细胞器,*Cytoplasm is not suggested as organelle and not only in eukaryotic cell.,生物膜的功能,Define the boundaries of the cell and its organelles. Serve as
3、loci for specific functions. Provide for and regulate transport processes. Contain the receptors needed to detect external signals. Provide mechanisms for cell-to-cell contact, communication and adhesion,prokaryote cell lack sub-compartment.,PM define the boundaries of the cell and organelles. Compa
4、rtmentalization: membranes form continuous sheets that enclose intracellular compartments. Transporting solutes: membrane proteins facilitate the movement of substances between compartments. Responding to external signals: membrane receptors transduce signals from outside the cell in response to spe
5、cific ligands. Intercellular interaction: membrane mediate recognition and interaction between adjacent cells by cell-to-cell communication and junction. Locus for biochemical activities: membrane provide a scaffold that organizes enzymes for effective interaction. Energy transduction: membranes tra
6、nsduce photosynthetic energy, convert chemical energy to ATP, and store energy in ion and solute gradients.,8,*Localization of DNA replication and transcription on plasma membrane in prokaryotic cells,真核细胞生物膜上完成的主要功能,细胞膜的组成-脂类,生物膜的基本结构是由脂质分子形成的双分子层，大多数动物细胞膜干重的一半都是脂质分子。,磷脂酰胆碱分子的结构,脂质分子具有双亲性，它既有一个极性的、
7、亲水的头部基团，也有一个非极性的、疏水的尾部基团，这个结构特征使得它们可以自发地形成双分子层。生物膜的脂质主要有磷脂、糖脂和胆固醇。,磷脂,磷脂是膜上含量最丰富的脂质，它的疏水性尾部通常是两条含14到24个碳原子的碳氢链，其中一条链通常是饱和的，而另一条链通常含有多个非饱和的、顺式双键，每个顺式双键使得碳氢链产生弯折。碳氢链不同的长度及饱和程度影响着磷脂分子的堆积方式，进而会影响到膜上分子的运动，即膜的流动性。,糖脂,含有糖的脂质分子叫糖脂，在所有的细胞膜表面都发现有糖脂，它在脂双层的外层上广泛存在，通常占膜外层脂质分子的5%。糖脂的不对称分布是由于在高尔基器腔中给脂质分子添加糖基，当它们被转
8、运到细胞膜上时，糖基就暴露在细胞表面。,胆固醇,动物细胞的质膜上胆固醇含量特别多。它有一个结构固定的环，连接着一个极性羟基和一条短的非极性碳氢链。胆固醇可以固定周围磷脂分子起始部分碳氢链少数亚甲基的运动，降低脂双层中该区域的可变形性，进而减弱了对小的水溶性分子的可通透性，增强了脂双层的通透屏障性质。,细胞膜的组成-膜蛋白,脂双层是生物膜的基本结构，但膜的特定功能主要由膜蛋白完成。在神经细胞轴突上主要起着绝缘作用的髓磷脂膜，蛋白重量不超过25%，而在与ATP生成有关的膜上（比如线粒体和叶绿体的内膜上）蛋白重量占约75%，在质膜上蛋白的含量通常约为膜重量的一半。膜蛋白的数量和种类都高度多样化，本身
9、的结构以及与脂双层的结合方式也各不相同。,15,一些生物膜的成份比例,去垢剂可以破坏脂双层溶解膜蛋白,利用温和去垢剂溶解、纯化和重建 功能膜蛋白的系统,膜蛋白与脂质的结合,能够与膜上脂双层直接或者间接地结合的蛋白质都统称为膜蛋白。通过脂质基团或者疏水多肽链插入脂双层疏水中心的膜蛋白称作整合膜蛋白。有些膜蛋白不直接与脂双层作用，而是在膜两侧通过非共价相互作用结合在整合膜蛋白上，它们叫做周围膜蛋白。,膜蛋白通过脂肪酸链或者异戊二烯基团结合在膜上的示意图,跨膜蛋白,跨膜蛋白是穿越脂双层、向胞外和胞内伸展的典型膜蛋白，它也是双亲性的，含有疏水性和亲水性区域。跨膜蛋白的疏水区穿过膜，在脂双层内与脂质的疏
10、水性尾部相互作用，它们的亲水区在膜两边暴露在溶液中。 跨膜蛋白穿越脂双层的跨膜段主要由非极性残基组成，它们与脂双层内的疏水基团相互作用。根据多肽链跨膜的次数，可以将跨膜蛋白分为单次跨膜蛋白或者多次跨膜蛋白。在疏水的跨膜区，极性的肽键趋向于相互形成氢键。,跨膜螺旋,大多数跨膜蛋白跨膜区的多肽链会形成一个或者多个螺旋，这样肽键之间就可以形成最多的氢键。跨膜螺旋不仅仅是将蛋白锚定在脂双层上，它们之间还可以有特异性的强相互作用。含有20-30个氨基酸并且具有较高疏水性的肽段就能以螺旋的方式跨膜。,红假单胞中光合反应中心的三维结构,桶跨膜结构,对于多次跨膜蛋白，还可以通过将跨膜的折叠排列成一个封闭的桶来
11、满足对氢键形成的要求。10个或者更少的氨基酸就能以折叠的方式穿过脂双层，桶结构中折叠的数目可以少至8条多至22条。 桶结构的蛋白有多种功能，它们主要还是局限在细菌、线粒体和叶绿体的外膜上。,2019/7/10,22,细胞膜蛋白的分类,Channel proteins: to form pores for the free transport of small molecules and ions across the membrane; Carrier proteins: to facilitated diffusion and active transport of molecules an
12、d ions across the membrane; Cell recognition proteins: to identifies a particular cell; Receptor proteins: to bind specific molecules such as hormones and cytokines and Enzymatic proteins: that catalyze specific chemical reactions.,膜蛋白的糖基化,真核细胞表面有富含碳水化合物的区域，也被称作胞衣（cell coat）或者糖被（glycocalyx）。这些多糖层的功能
13、之一就是保护细胞免于机械或者化学的损伤，也使得细胞间保持距离防止不必要的蛋白相互作用。,多糖层的碳氢链以寡糖的形式共价结合在膜蛋白、脂质和分泌到胞外的蛋白上，也以长的多聚糖链的形式共价结合在膜蛋白上形成蛋白多糖（proteoglycan）分子。蛋白多糖是胞外基质的一部分，它也是一种整合膜蛋白：有些蛋白多糖是跨膜蛋白，有的蛋白多糖通过一个糖基化磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidylinositol, GPI）锚点结合在脂双层上。,2019/7/10,24,质膜表面的糖蛋白和糖链,25,结合膜蛋白或脂质的常见糖分子,ABO血型抗原,26,膜上糖类分子的功能,Improve the s
14、tability of membranes. Advance the fastness of to proteinase. Help membrane proteins to form correct three-dimensional configure. Cell signal recognition, cell adhension and cell junction. Correct position for transfer of new protein. Lectin, protect the cell and seed. Blood group determinants.,细胞质膜
15、的结构和功能特征-结构模型,1. 脂质双分子层 脂质分子的形状和双亲性使得它们在水溶液环境中能自发地形成双分子层。脂质分子的疏水性尾部和亲水性头部在水溶液中都趋向于能量最低的排列方式，这样它就自发地聚集在一起使得疏水性的碳氢链包埋在内部而亲水性的头部暴露于水分子中。根据脂质分子形状的不同，它们在水中可以形成多种形状。,2. 流动镶嵌模型 对于膜的结构曾先后有过多达50种的假说，1972年Singer 和Nicolson提出了生物膜的“流动镶嵌模型“，它的要点是：膜上脂质分子排成双层构成生物膜的骨架，蛋白质分子以不同方式镶嵌或联结于脂双层上；膜的两侧结构是不对称的，膜脂和膜蛋白具有一定的流动性。
16、,3. 脂筏模型 膜上一些特殊的脂质能形成稍厚的微区，这种大小约70纳米的动态结构像筏子一样，带着大量的膜蛋白以集中完成各种复杂功能，这就是生物膜的脂筏模型。,生物膜的脂筏模型,脂筏模型是对流动镶嵌模型的补充。,30,具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquid-ordered）。在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提，所以又称为抗去垢剂膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。 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。 脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具有饱和脂肪酸链的鞘磷脂亲和力很高，而对不饱和脂肪酸链的亲和力低。用甲基-环糊精（methyl-cyclodextrin）去除胆固醇，抗去垢剂的蛋白就变得易于提取。 膜中的鞘磷脂主要位于外层，而且大部分都参与形成脂筏。 脂筏的面积可能占膜表面积的一半以上。脂筏的大小是可以调节的。小的独立脂筏可能在保持信号
