细胞的结构与功能细胞的结构与功能 内容提要内容提要细胞膜与物质的跨膜运输第四章第四章1、细胞膜的化学组成与分子结构2、小分子物质的跨膜运输 3、大分子和颗粒物质的跨膜运输 4、细胞表面及其特化结构 5、细胞膜异常与疾病 细胞结构上的相似性---细胞都具有选择透性的膜结构 细胞膜：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的一细胞膜：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的一层薄膜，又称质膜膜层薄膜，又称质膜膜(membrane)是细胞的重要结构，是细胞的重要结构， 包括细胞质膜包括细胞质膜(plasma membrane)、内膜、内膜(internal membrane)，， 习惯上把细胞所有膜结构统称为生物膜习惯上把细胞所有膜结构统称为生物膜(biomembrane）） 1.细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，在质膜外表面常有糖类附着，细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，在质膜外表面常有糖类附着，形成糖脂或糖蛋白形成糖脂或糖蛋白 2.质膜主要功能：跨膜物质转运，信息传递质膜主要功能：跨膜物质转运，信息传递 （（1）使细胞功能区室化）使细胞功能区室化 （（2）使细胞的多种结构协同工作）使细胞的多种结构协同工作 （（3）参与完成物质的跨膜转运）参与完成物质的跨膜转运 （（4）协助细胞内外的信息交流）协助细胞内外的信息交流 （（5）参与细胞间的相互作用）参与细胞间的相互作用 第一节 膜的化学组成与分子结构n具有极性头部和非极性尾部具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，发形成封闭的膜系统的性质，尾部相对形成疏水端，头部尾部相对形成疏水端，头部向外形成亲水端。
向外形成亲水端一、细胞膜的化学组成：脂类、蛋白质和糖类一、细胞膜的化学组成：脂类、蛋白质和糖类 目前认为的生物膜结构：n磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分，尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白n蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，膜蛋白是赋予生物膜各自的特性与功能n生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维溶液 （一）膜脂构成细胞膜的基本骨架（一）膜脂构成细胞膜的基本骨架n膜脂主要包括磷脂、糖脂磷脂、糖脂和胆固醇胆固醇三类n1. 磷脂构成膜脂的基本成分磷脂构成膜脂的基本成分n约占膜脂的50％以上包括甘油磷脂甘油磷脂和鞘磷脂鞘磷脂n主要特征主要特征：n一个极性头、两个非极性尾（脂肪酸链）n脂肪酸碳链为偶数，16，18或20个碳原子n常含有不饱和脂肪酸（如油酸） 甘油磷脂：甘油磷脂：以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链和一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子通过磷酸基团连接到甘油分子上n磷脂酰乙醇胺（PE，，脑磷脂）n磷脂酰丝氨酸（PS）n磷脂酰胆碱（ PC，，卵磷脂）n磷脂酰肌醇（PI）n双磷脂酰甘油（ DPG，，心磷脂）甘油甘油 不饱和不饱和脂肪酸脂肪酸一个极性头一个极性头两个非两个非极性尾极性尾脂肪酸碳链脂肪酸碳链为偶数为偶数 鞘磷脂鞘磷脂n在脑和神经细胞膜中特别丰富，原核细胞、植物中无。
n以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部含胆碱，并与磷酸结合鞘胺醇鞘胺醇胆碱胆碱 2 胆固醇能够稳定膜和调节膜流动性胆固醇能够稳定膜和调节膜流动性n存存在在真真核核细细胞胞膜上，含量约膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少n功能是提高膜的稳定性，调节流动性，降低水溶性物质的通透性•在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株很快发生自溶 3 糖脂主要位于质膜的非胞表面糖脂主要位于质膜的非胞表面n 糖脂糖脂——是含糖而不含磷酸的脂类，生物膜中的脂质与一个或几个寡糖结合而形成的一种类脂糖脂也是两性分子，其结构与鞘磷脂很相似，只是由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与鞘氨醇的羟基结合n 普遍存在于真核和原核细胞膜上，已发现40余种，含量较低，约占膜脂总量的5％左右，神经细胞膜中含量较高，5～10％n 只存在于细胞膜的外表面，组成红细胞表面的ABO血型抗原 脂质体脂质体（liposome）n是一种人工膜在水中搅动后形成n双层或单层脂分子球体，直径25~1000nmn人工脂质体可用于：1.转基因2.制备的药物3.研究生物膜的特性 (二)、膜蛋白执行细胞膜的多种重要功能n占核基因组编码蛋白质的30%。
n根据与脂分子的结合方式分为：n内在膜蛋白或整合蛋白n外在膜蛋白或外周蛋白n脂锚定蛋白 n为跨膜蛋白，两性分子跨膜结构域为1至多个疏水的α螺旋与膜的结合紧密，只有用去垢剂才能从膜上洗涤下来1. 内在膜蛋白 n靠离子键或其它较弱的键与膜表面蛋白或膜脂分子结合，改变溶液的离子强度或提高温度就可以从膜上分离下来2. 外在膜蛋白 n也称糖肌醇磷脂结合蛋白，这类蛋白以共价键的方式，通过磷酸肌醇、N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖、乙醇胺与膜脂结合，蛋白质游离在膜外，这样，活动范围大，流动性强这类蛋白是最近几年发现的一类 新型膜蛋白（100多种），包括 一些重要的膜受体和膜结合酶， 可用磷脂酶C降解下来3. 脂锚定膜蛋白 ⑤,⑥ peripheral protein①,② integral protein③,④ lipid-anchored protein n去垢剂去垢剂——是一端亲水另一端疏水的两性小分子n是分离和研究膜蛋白的常用试剂n类型：n离子型去垢剂，如：十二烷基磺酸钠（SDS）n非离子型去垢剂 (三）膜糖类覆盖细胞质膜表面n糖蛋白：低聚糖或多聚糖共价结合于膜蛋白糖蛋白：低聚糖或多聚糖共价结合于膜蛋白n糖脂：低聚糖链共价结合于脂类糖脂：低聚糖链共价结合于脂类动物细胞膜中常见的七种糖类动物细胞膜中常见的七种糖类 二、细胞膜的特性（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性1、膜脂的不对称性2、膜蛋白的不对称性3、膜糖的不对称性 （二）膜的流动性是膜功能活动的保证1、膜脂双分子层是二维流体2、膜脂分子能进行多种运动①侧向扩散运动；②旋转运动；③摆动运动④伸缩震荡运动；⑤翻转运动；⑥烃链的旋转异构化运动。
3、影响膜脂分子运动的因素：n脂分子类型n脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大n胆固醇——双重调节作用n胆固醇分子与磷脂分子结合——限制膜脂运动n胆固醇分子隔开磷脂分子——增加膜脂流动n多数情况下，保持膜脂呈液态，保证膜脂的流动性n环境因子如温度、酸碱度、离子强度等 40 minCell fusion4、膜蛋白的流动性n是自发的热运动，无需代谢产物和能量n并非所有膜蛋白都能自由运动荧光抗体免疫标记实验：证明了膜蛋白的流动性 膜蛋白的流动性（膜蛋白的流动性（protein fluidity）） 小鼠细胞和人细胞融合实验 1.E. Overton 1895 推测细胞膜由连续的脂类物质组成2.E. Gorter 等 1925 推测细胞膜由双层脂分子组成 nJ. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，提出三明治模型（蛋白质-脂类-蛋白质） （一）片层结构模型三、细胞膜的分子结构模型三、细胞膜的分子结构模型 nJD. Robertson 1957根据电镜观察提出单位膜模型厚约7.5nm二）单位膜模型Unit membrane model 5、Singer 和Nicolson 1972 根据免疫荧光、冰冻蚀刻的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。
Fluid-mosaic model（三）流动镶嵌模型fluid-mosaic model 1.细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成2.磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；3.蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性质膜的流动镶嵌模型质膜的流动镶嵌模型 n是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域n约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页n介于无序液体与液晶之间，称为有序液体n在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提，称为抗去垢剂膜（DRMs）n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四）脂筏模型 lipid raft 第二节 小分子物质的跨膜运动一、膜的选择性通透和简单扩散n简单扩散也叫自由扩散（free diffusion）：n①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；n②不需要提供能量；n③没有膜蛋白协助n通透性P=KD/t ， K为分配系数， D为扩散系数，t为膜的厚度 1、配体门通道(ligand gated channel) n特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道构象改变， “门”打开，又称离子通道型受体离子通道型受体。
n分为阳阳离离子子通通道道，如乙酰胆碱受体；和阴离离子子通通道道，如γ－氨基丁酸受体nAchAch受体受体由4种亚单位（α2βγδ）组成 Nicotinic acetylcholine receptorAch 受体受体 Ion-channel linked receptors in neurotransmission神经肌肉接点由神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位门胞膜中的电位门Na+通道和通道和K+通道相继激活，出现动作电位；通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网引起肌质网 Ca2+通道打开，通道打开，Ca2+进入细胞质，引发肌肉收缩进入细胞质，引发肌肉收缩神经神经- -肌接头处的离子通道肌接头处的离子通道 （二）载体蛋白介导的易化扩散易化扩散的定义及与简单扩散的比较 Na+-K+ATP PUMP 2 2、离子浓度驱动的协同运输、离子浓度驱动的协同运输cotransportn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n动物细胞中常常利用膜两侧动物细胞中常常利用膜两侧NaNa+ +浓度梯度来驱动浓度梯度来驱动。
n植物细胞和细菌常利用植物细胞和细菌常利用H H+ +浓度梯度来驱动浓度梯度来驱动n分 为 ： 同同 向向 协协 同同 （ symport） 和 反反 向向 协协 同同（antiport） Glucose is absorbed bysymport 第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输•真核细胞通过胞吞作用胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用也叫外排作用外排作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输 （三）受体介导的内吞作用（三）受体介导的内吞作用 1、有被小窝和有被小泡的形成三腿蛋白复合物 n包含内容物的囊泡移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外二、胞吐作用二、胞吐作用exocytosis（一）结构性分泌途径（二）调节性分泌途径 谢 谢！ 。