第四章第四章 细胞质膜细胞质膜 细胞质膜，细胞外膜细胞质膜，细胞外膜 细胞内膜细胞内膜- -细胞器的膜细胞器的膜 细细胞质膜的结构模型胞质膜的结构模型 生物膜基本特征生物膜基本特征与功能与功能 膜膜骨架骨架思考题思考题P99 1P99 1、、2 2、、4 4生物膜生物膜 第一节、细胞质膜的结构模型第一节、细胞质膜的结构模型研究研究简史简史与与结构模型结构模型膜脂膜脂膜蛋白膜蛋白确定膜蛋白在膜中位置的实验程序确定膜蛋白在膜中位置的实验程序 ◇◇膜脂的膜脂的流动流动 膜脂的流动主要指脂分子的侧向运动膜脂的流动主要指脂分子的侧向运动 影响膜脂流动的因素影响膜脂流动的因素: : 主要由脂分子本身的性质决定的主要由脂分子本身的性质决定的1)(1)脂肪酸链脂肪酸链: :脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大2)(2)胆胆固固醇醇的的影影响响: :胆胆固固醇醇对对膜膜的的流流动动性性起起重重要要的的双双向向调调节节作作用用。
在在相相变变温温度度以以上上限限制制膜膜的的流流动动性性，，在在相相变变温温度度以以下下增增加加膜膜的的流流动动性性多数情况下，是防止膜脂由液相变为固相以保证膜处于流动状态多数情况下，是防止膜脂由液相变为固相以保证膜处于流动状态3)(3)卵卵磷磷脂脂/ /鞘鞘磷磷脂脂的的比比值值: :卵卵磷磷脂脂脂脂肪肪酸酸链链不不饱饱和和程程度度高高，，相相变变温温度度较较低低，，而而鞘鞘磷磷脂脂正正好好相相反反，，在在细细胞胞衰衰老老过过程程中中细细胞胞膜膜中中二二者者比比值逐渐下降，其流动性也随之逐渐降低值逐渐下降，其流动性也随之逐渐降低 ◇ ◇膜蛋白的流动膜蛋白的流动 膜蛋白的流动方式膜蛋白的流动方式- -侧向扩散和旋转运动侧向扩散和旋转运动 如下面的实验如下面的实验 光脱色恢复技术光脱色恢复技术 荧光抗体免疫标记实验荧光抗体免疫标记实验 成斑现象成斑现象(patching)(patching)或成帽现象或成帽现象(capping)(capping)膜蛋白的流动性受多种因素影响膜蛋白的流动性受多种因素影响(1)(1)细细胞胞骨骨架架不不但但影影响响膜膜蛋蛋白白的的运运动动，，也也影影响响其其周周围围的的膜膜脂脂的的流流动动。
膜膜蛋蛋白白与与膜膜脂脂分分子子的的相相互互作作用用也也是是影影响响膜膜流流动动性性的的重重要因素2)(2)细胞之间的连接细胞之间的连接作用3)(3)膜整合蛋白与胞外配体，抗体及药物等膜整合蛋白与胞外配体，抗体及药物等的作用的作用◇◇膜流动的生物学意义膜流动的生物学意义 膜流动的生物学意义膜流动的生物学意义◇◇膜上的酶活性与膜的流动性有关膜上的酶活性与膜的流动性有关 在一定范围内膜的流动性大有利于膜中酶分子侧向在一定范围内膜的流动性大有利于膜中酶分子侧向扩散和旋转运动，使酶活性增加扩散和旋转运动，使酶活性增加◇◇膜的流动性与物质运输有关膜的流动性与物质运输有关◇◇细胞的信息传递，激素药物的作用等与膜的流动性细胞的信息传递，激素药物的作用等与膜的流动性有关有关◇◇在发育中与膜的流动性有关在发育中与膜的流动性有关◇◇在细胞周期与膜的流动性有关在细胞周期与膜的流动性有关在细胞分裂期细胞膜的流动性最高，在在细胞分裂期细胞膜的流动性最高，在G1G1和和S S期膜的流动性最低期膜的流动性最低 二、膜的不对称性二、膜的不对称性细胞质膜各部分的名称细胞质膜各部分的名称 P93-94 P93-94膜脂与糖脂的不对称性膜脂与糖脂的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性 ◇膜膜蛋蛋白白的的不不对对称称性性是是指指每每种种膜膜蛋蛋白白分分子子在在细细胞胞膜膜上上都都具具有明确的方向性；如膜上的受体有明确的方向性；如膜上的受体、、载体蛋白等；载体蛋白等；◇糖蛋白糖残基均分布在质膜的糖蛋白糖残基均分布在质膜的ESES面；面；◇膜膜蛋蛋白白的的不不对对称称性性是是生生物物膜膜完完成成复复杂杂的的在在时时间间与与空空间间上上有有序序的的各各种种生生理理功功能能的的保保证证，，物物质质的的运运输输、、酶酶促促反反应应、、信号转导、细胞识别等。
信号转导、细胞识别等 磷脂磷脂：膜脂的基本成分（：膜脂的基本成分（5050％以上）％以上）分为二类分为二类: : 甘油磷脂甘油磷脂p87p87和鞘磷脂和鞘磷脂 主要特征主要特征P87P87：：糖糖脂脂：：糖糖脂脂普普遍遍存存在在于于原原核核和和真真核核细细胞胞的的质质膜膜上上（（5 5％％以以下下）），，神神经经细细胞胞糖糖脂脂含含量量较较高高（（5 5 %-10 %-10 % %））而而动动物物细细胞胞主主要要有有半半乳乳糖糖、、甘甘露露糖糖、、岩岩藻藻糖糖、、半半乳乳糖糖胺胺、、葡葡萄萄糖胺糖胺、、葡萄糖和唾液酸葡萄糖和唾液酸7 7种人ABOABO血型抗原含有糖脂血型抗原含有糖脂胆胆固固醇醇：：胆胆固固醇醇存存在在于于动动物物细细胞胞和和小小数数植植物物细细胞胞质质膜膜上上（（30%30%以以下下）），，大大多多数数植植物物细细胞胞和和细细菌菌质质膜膜不不含含有有胆胆固固醇醇，，但但某某些些细细菌菌的的膜膜脂脂中中含含有有甘甘油油脂脂等等中中性性脂脂类类，，酵酵母母细胞中是麦角固醇细胞中是麦角固醇 运动方式运动方式沿膜平面的沿膜平面的侧向运动侧向运动（基本运动方式），其扩（基本运动方式），其扩散系数为散系数为1010-8-8cmcm2 2/s/s；；脂分子围绕轴心的脂分子围绕轴心的自旋运动自旋运动；；脂分子尾部的脂分子尾部的摆动摆动；； 双双层层脂脂分分子子之之间间的的翻翻转转运运动动，，发发生生频频率率还还不不到到脂脂分分子子侧侧向向交交换换频频率率的的1010－－1010。
但但在在内内质质网网膜膜上上，，新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高 脂质体（脂质体（liposomeliposome））P88P88脂质体脂质体 是根据磷脂分子可在水相中形成是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜人工膜脂质体的脂质体的类型类型脂质体的脂质体的应用应用 脂质体的类型脂质体的类型 (a)(a)水溶液中的磷脂分子团；水溶液中的磷脂分子团；(b)(b)球形脂质体；球形脂质体；(c)(c)平面脂质体膜；平面脂质体膜；(d(d）用于疾病治疗的脂质体的示意图）用于疾病治疗的脂质体的示意图 脂质体的应用脂质体的应用研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；脂质体中裹入脂质体中裹入DNADNA可用于基因转移；可用于基因转移；在临床治疗中，脂质体作为药物或酶等载体在临床治疗中，脂质体作为药物或酶等载体 三、膜蛋白三、膜蛋白基本基本类型类型内在膜蛋白与膜脂内在膜蛋白与膜脂结合的方式结合的方式去垢剂去垢剂( (detergent) ) ◆◆内在（整合）膜蛋白内在（整合）膜蛋白 水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜 结合紧密，需用去垢剂使膜崩解后才可分离。
结合紧密，需用去垢剂使膜崩解后才可分离 ◆外在外在( (外周外周) )膜蛋白膜蛋白 水溶性蛋白，靠离子键或其它弱键与水溶性蛋白，靠离子键或其它弱键与膜内表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非膜内表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离共价结合，易分离 ◆◆脂锚定膜蛋白脂锚定膜蛋白 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合基本类型基本类型 内在膜蛋白与膜脂结合的方式内在膜蛋白与膜脂结合的方式膜膜蛋蛋白白的的跨跨膜膜结结构构域域与与脂脂双双层层分分子子的的疏疏水水核核心心的的相相互互作作用用跨跨膜膜结结构构域域两两端端携携带带正正电电荷荷的的氨氨基基酸酸残残基基与与磷磷脂脂分分子子带带负负电电的的极极性性头头形形成成离离子子键键，，或或带带负负电电的的氨氨基基酸酸残残基基通通过过CaCa2+2+、、MgMg2+2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用某某些些膜膜蛋蛋白白在在细细胞胞质质基基质质一一侧侧的的半半胱胱氨氨酸酸残残基基上上共共价价结结合合脂脂肪肪酸酸分分子子，，插插入入脂脂双双层层之之间间，，进进一一步步加加强强膜膜蛋蛋白白与与脂脂双层的结合力，还有少数双层的结合力，还有少数蛋白与糖脂共价结合。
蛋白与糖脂共价结合 去去垢垢剂剂是是一一端端亲亲水水、、另另一一端端疏疏水水的的两两性性小小分分子子，，是分离与研究膜蛋白的常用试剂是分离与研究膜蛋白的常用试剂离离子子型型去去垢垢剂剂(SDS)(SDS)和和非非离离子子型型去去垢垢剂剂（（Triton Triton X-100X-100）） SDS: SDS: CHCH3 3- -(CH(CH2 2) )1111-OSO-OSO3 3- - CH3 CH3 CH3 – C– C – CH– CH2 2 – C– C – (O-CH– (O-CH2 2-CH-CH2 2) )n n- OH- OH CH3 CH3 膜蛋白的功能膜蛋白的功能运输作用运输作用 如钠钾泵如钠钾泵催化作用催化作用 如腺苷酸环化酶如腺苷酸环化酶连接作用连接作用 如整连蛋白如整连蛋白信号接受和转导作用信号接受和转导作用 如血小板生长因子受体如血小板生长因子受体 四、确定膜蛋白在膜中位置的实验四、确定膜蛋白在膜中位置的实验 胰酶消化法胰酶消化法 同位素标记法同位素标记法 光脱色恢复技术光脱色恢复技术( (fluorescence recovery after photobleachingfluorescence recovery after photobleaching，， FRAP) FRAP) 研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。
研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一 程序程序：： 根据荧光恢复的速度可推算出根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度膜蛋白或膜脂扩散速度 第二节第二节 生物膜基本特征与功能生物膜基本特征与功能●生物膜基本特征生物膜基本特征 膜的膜的流动性流动性：： 膜的膜的不对称性不对称性；； 膜的分相现象膜的分相现象 细胞质膜的功能细胞质膜的功能 细胞质膜的基本细胞质膜的基本功能功能P95P95 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; ; 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除，其中伴随着能量的传递产物的排除，其中伴随着能量的传递; ; 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递; ; 为为多多种种酶酶提提供供结结合合位位点点，，使使酶酶促促反反应应高高效效而而有有序序地地进进行行; ; 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; ; 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构； 膜膜蛋蛋白白的的异异常常与与某某些些遗遗传传病病、、恶恶性性肿肿瘤瘤，，甚甚至至神神经经退退行行性性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。
疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标 第三节第三节 膜骨架膜骨架 细细胞胞质质膜膜常常常常与与膜膜下下结结构构( (主主要要是是细细胞胞骨骨架架系系统统) )相相互互联联系系，， 协协同同作作用用，， 并并形形成成细细胞胞表表面面的的某某些些特特化化结结构构( (膜膜骨骨架架、、鞭鞭毛毛、、纤纤毛、微绒毛及细胞的变形足等毛、微绒毛及细胞的变形足等) )以完成特定的功能以完成特定的功能 膜骨架膜骨架P96P96 红细胞的生物学特性红细胞的生物学特性 红细胞的形态结构红细胞的形态结构 红细胞血影红细胞血影P97P97 红细胞的主要功能红细胞的主要功能 红细胞膜蛋白及膜骨架红细胞膜蛋白及膜骨架 CO2+H2O H++HCO-3碳酸酐酶碳酸酐酶CO2+H2O H++HCO3带带3蛋白蛋白CO2O2O2HCO-3CI-CI-在体组织的毛细血管中在体组织的毛细血管中在肺毛细血管中在肺毛细血管中CO2O2O2血浆血浆HCO-3CI-CI-碳酸酐酶碳酸酐酶向肺向肺向体组织向体组织红细胞的运输作用红细胞的运输作用 低渗溶液低渗溶液红红细胞血影细胞血影 红细胞膜蛋白及膜骨架红细胞膜蛋白及膜骨架红细胞膜骨架的结构红细胞膜骨架的结构红红细细胞胞质质膜膜蛋蛋白白(SDS)(SDS)和和膜膜骨骨架架蛋蛋白白(TX-100)(TX-100) 1895一层脂类一层脂类1917脂类单分子膜技术脂类单分子膜技术1925双层脂分子双层脂分子1935“蛋白质蛋白质-脂类脂类-蛋白质蛋白质”三明治式质膜结构模型三明治式质膜结构模型1959单位膜模型单位膜模型1972生物膜的流动镶嵌模型生物膜的流动镶嵌模型p831988脂筏模型脂筏模型 由流动镶嵌模型发展而来的生物膜结构示意图及由流动镶嵌模型发展而来的生物膜结构示意图及含义含义p85p85糖糖类类以以糖糖脂脂或或糖糖蛋蛋白白的的形形式式存存在在膜膜的的外外侧侧 膜内在蛋白膜内在蛋白外在外在(外周外周)膜蛋白膜蛋白脂质锚定蛋白脂质锚定蛋白糖脂糖脂脂肪酸脂肪酸 小小鼠鼠-人人细细胞胞融融合合，，膜膜表表面面抗抗原原的的运运动动40分钟分钟 淋巴细胞膜抗原蛋白与淋巴细胞膜抗原蛋白与二价抗体结合的成斑成帽二价抗体结合的成斑成帽成斑成斑成帽成帽 ES细胞外表面细胞外表面PS原原生质生质表面表面EF细胞细胞外小外小叶断叶断裂面裂面PF原生原生质小叶质小叶断裂面断裂面 质膜外小叶质膜外小叶质膜内小叶质膜内小叶鞘磷脂（鞘磷脂（SMSM）和卵磷脂（）和卵磷脂（PCPC）主要存在质膜外小叶）主要存在质膜外小叶磷脂酰丝氨酸（磷脂酰丝氨酸（PSPS）和磷脂酰乙醇胺（）和磷脂酰乙醇胺（PEPE）主要存在质膜内小叶）主要存在质膜内小叶磷脂在磷脂在细胞膜细胞膜的分布的分布 鞘磷脂鞘磷脂甘油磷脂甘油磷脂糖脂糖脂胆固醇胆固醇非极性尾非极性尾磷脂磷脂 P90（（1））-（（3））人红细胞膜带人红细胞膜带3 3蛋白蛋白线粒体外膜的孔蛋白线粒体外膜的孔蛋白 去垢剂去垢剂溶解状态溶解状态SDS-SDS-膜崩解，蛋白质变性膜崩解，蛋白质变性非离子去垢剂非离子去垢剂- -膜崩解，蛋白质不变性膜崩解，蛋白质不变性 胰蛋白酶胰蛋白酶（a）用不能透过细胞膜胰蛋白酶处理完整的细胞用不能透过细胞膜胰蛋白酶处理完整的细胞（（b）先提高膜的通透性再用胰蛋白酶处理细胞）先提高膜的通透性再用胰蛋白酶处理细胞（（c）显示）显示a、、b处理细胞的膜蛋白处理细胞的膜蛋白SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳的带型聚丙烯酰胺凝胶电泳的带型（（a a））（（b b））（（c c））透性细胞透性细胞 乳过氧化物酶乳过氧化物酶低渗介质低渗介质乳过氧化物酶乳过氧化物酶(a)125I标记膜泡外侧的蛋白质，其中蛋白质标记膜泡外侧的蛋白质，其中蛋白质A和和B被标记。
被标记b)低渗条件酶进入膜泡内侧低渗条件酶进入膜泡内侧c)125I标记蛋白标记蛋白B和和C经放射自显影进行鉴定经放射自显影进行鉴定 荧光染料标记的蛋白荧光染料标记的蛋白激光脱色激光脱色恢复恢复N N代表细胞数量代表细胞数量 SDSSDS处理膜处理膜: :血影蛋白血影蛋白 ( (收缩蛋白收缩蛋白):):是红细胞膜骨架的主要成分是红细胞膜骨架的主要成分血型糖蛋白血型糖蛋白A A (MN(MN血型抗原血型抗原):):富含唾液酸，可防止红细胞在循环过程富含唾液酸，可防止红细胞在循环过程中经过狭小血管时相互积聚沉积在血管中中经过狭小血管时相互积聚沉积在血管中带带3 3蛋白蛋白 : :因其在因其在PAGEPAGE电泳分离时位于第电泳分离时位于第3 3条带而得名，是转运阴离子条带而得名，是转运阴离子ClCl- -/HCO/HCO- -3 3的载体蛋白的载体蛋白肌动蛋白肌动蛋白 : :是细胞骨架的主要成分，其上有多个与血影蛋白结合的位是细胞骨架的主要成分，其上有多个与血影蛋白结合的位点，通过与血影蛋白的游离端相连，参与膜骨架结构的形成点，通过与血影蛋白的游离端相连，参与膜骨架结构的形成锚定蛋白锚定蛋白 ankyrin:ankyrin:是细胞内连接蛋白，每个红细胞约有是细胞内连接蛋白，每个红细胞约有1010万个。
锚万个锚定蛋白一方面与血影蛋白相连，另一方面与跨膜的带定蛋白一方面与血影蛋白相连，另一方面与跨膜的带3 3蛋白的细胞质蛋白的细胞质结构域相连，即锚定蛋白借助带结构域相连，即锚定蛋白借助带3 3蛋白将血影蛋白连到细胞质膜上蛋白将血影蛋白连到细胞质膜上带带4.14.1蛋白蛋白 : :通过同血影蛋白的结合，促使血影蛋白同肌动蛋白的结通过同血影蛋白的结合，促使血影蛋白同肌动蛋白的结合通过和血型糖蛋白合通过和血型糖蛋白A A 的结合促使膜骨架与质膜蛋白的结合的结合促使膜骨架与质膜蛋白的结合TX-100TX-100处理膜处理膜: :血影蛋白血影蛋白、、肌动蛋白肌动蛋白、、原肌球蛋白、锚定蛋白原肌球蛋白、锚定蛋白、、带带4.14.1蛋白等蛋白等. . 血影蛋白血影蛋白 肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白锚定蛋白锚定蛋白 红细胞膜骨架蛋白红细胞膜骨架蛋白组成组成(TX-100(TX-100处理处理血影形状保持血影形状保持):):血影蛋白血影蛋白肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白锚定蛋白锚定蛋白带带4.14.1蛋白蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白A带带3蛋白蛋白带带4.1蛋白蛋白 。