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1、质膜及其特化物的超微结构质膜及其特化物的超微结构与超微病变与超微病变 重庆医科大学电镜室8/12/20241 质膜（plasma membrane；plasmalemma）亦称为细胞膜（cell membrane）。它是细胞与周围环境、细胞与细胞间进行物质交换和信息传递的重要通道。质膜和细胞内各种膜在结构、化学组成和活动属性等方面有一定的共性，故总称为生物膜（biomembrane；biological membrane）。质膜的外侧尚有向外伸出的寡糖链，称为细胞衣（cell coat）。 8/12/20242一、质膜的化学成分及分子和超微结构 化学成分主要是类脂、蛋白质和少量糖类，还有水、无
2、机盐和金属离子。类脂和蛋白质的比例范围为1:44:1，而糖类约1%10%。脂类以磷脂和胆固醇为主，膜脂有亲水的极性头部和疏水的非极性尾部，且游离端有自动闭合的趋势，形成的稳定中空结构称为脂质体（liposome）。膜蛋白(membrane protein)是膜功能的主要执行者，有多种酶、受体、通道蛋白等，可分为外周蛋白（peripheral protein）和镶嵌蛋白（integral protein），外周蛋白占20%-30%。镶嵌蛋白占70%-80%。糖类多是细胞自身合成的单糖，如氨基乙酰葡萄糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖及唾液酸等，多与脂类和蛋白质结合形成糖脂或糖蛋白，糖蛋白是膜抗原的主要部
3、分，与细胞通讯、识别有关。普通电镜下细胞衣呈电子密度较高的毛绒状或细丝状。8/12/20243 公认的细胞膜分子结构是1972年Singer和Nicolson提出的液态镶嵌模型（fluid mosaic model）：构成膜的蛋白质和脂类分子具有镶嵌关系，而且膜的结构处于不对称的有序的流动变化之中。膜的流动性是膜蛋白行使功能的必要条件。 1959年Robertson提出单位膜（unit membrane）学说，单位膜的内外二个暗层由蛋白分子和脂类分子的亲水端构成，各厚约2.5nm，明层是脂质分子的疏水端，厚为2.53.5nm，并认为一切生物膜都是这种单位膜结构。应用冷冻蚀刻技术，可以把质膜和其
4、它膜分为内、外二半膜和4个面，即P半膜、E半膜和PF、PS、EF、ES面，在外半膜的内表面即EF面蛋白质颗粒较少，而内半膜的PF面上则膜蛋白质的颗粒较多，外半膜即E半膜是向着细胞外空间或细胞内空间的半膜，细胞内空间是指高尔基复合体囊泡、内质网、核周间隙、线粒体外室等内部空间，内半膜即P半膜是向着细胞质、核基质、线粒体基质的另一半膜。8/12/202448/12/202458/12/202468/12/202478/12/202488/12/202498/12/2024108/12/2024118/12/202412 二、质膜与物质运输两种方式：一种是大分子和颗粒物质的膜泡运输（transpor
5、t by vesicle formation） ； 另 一 种 是 离 子 和 小 分 子 的 穿 膜 运 输（transmembrane transport）。大分子和颗粒物质进出细胞的运转过程都由膜包围，在细胞质内形成小膜泡。质膜内陷，包围细胞外物质，形成小泡后，脱离质膜进入细胞内的过程称为内吞作用（endocytosis）或胞吞,细胞质中的小泡同质膜融合，把所含的物质运送到细胞外的过程称为外排作用（exocytosis）或胞吐，细胞的内吞和外排活动总称为吞排作用（cytosis）。吞噬作用（phagocytosis）：形成有膜包围吞噬体（phagosome）。这一过程需依赖细胞表面的特异
6、相互作用来完成。胞饮作用（pinocytosis）：形成胞饮小泡（pinocytotic vesicle）。有的胞饮小泡很小，称之为微胞饮作用（micropinocytosis），只能在电镜下才能见到。 有的含内吞物质的小泡，内吞物质不进入溶酶体，而外排到细胞另一侧质膜外，这一物质运输过程称为穿胞运输（transcytosis；diacytosis）。8/12/2024138/12/202414 受 体 介 导 内 吞 作 用 （ receptor-mediated endocytosis）：指有受体参与的从胞外吸收专一性的大分子和颗粒物质的过程：1、衣被小泡的形成：细胞外液体大分子同细胞表面
7、的受体互补结合，形成配体-受体复合物。受体同配体结合后向衣被小窝（coated pits）处集中，凹陷处的质膜内表面附有一层成笼蛋白（亦称网格蛋白，clathrin）。衣被小窝进一步内陷，形成衣被小泡（coated vesicles）。衣被小泡一旦形成，成笼蛋白衣被随即脱去，分子返回到质膜下方，此时衣被小泡即变为光滑小泡。2、衔接蛋白的作用：衣被小泡组成成分中还有另一种蛋白质，即衔接蛋白（adaptin），又称调节素。它介于成笼蛋白与配体-受体复合物之间，起了选择性介导的作用，因为衔接蛋白存在不同的种类，可分别结合不同类型的受体。8/12/2024153、胆固醇的吸收：动物细胞对胆固醇的吸收是
8、研究得比较清楚的一种受体介导内吞。血液中的胆固醇与蛋白质结合成颗粒，称为低密度脂蛋白（low-density lipoproteins，LDL），蛋白质分子同时也为LDL颗粒与LDL受体的结合提供了结合位点。当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成LDL跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。受体进入质膜后，则向衣被小窝集中。小泡同早期内体（early endosomes）融合，再经晚期内体（later endosomes）将LDL送入溶酶体。内体膜上有H+泵，其内为酸性，可使受体与配体分离。带有受体的部分膜结构芽生，脱落，再与质膜融合，形成膜和受体的再循环（membrane & receptor
9、recycling）。在溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆固醇而被利用。 8/12/2024168/12/2024178/12/2024188/12/2024198/12/202420三、细胞连接 细胞与细胞间、细胞与细胞外基质间形成的一些特化结构关系，称之为细胞连接（cell junctions）或细胞间连接（intercellular junctions）。1、紧密连接（tight junction），位于上皮细胞近管腔的侧面，呈环绕细胞表面的带状分布，起着封闭细胞间隙，防止管腔内物质进入的作用。超薄切片上紧密连接呈现为一条电子密度较高的短直线。应用冷冻复型技术显示出融合处是
10、相邻细胞质膜中的整合蛋白颗粒对应结合，沿质膜对应排列成条索，条索分枝吻合，从而形成了分支的链索网。故紧密连接也起着把上皮联合成整体的机械作用。8/12/2024218/12/2024228/12/2024232、桥粒（desmosomes）：分为三种。带状桥粒(blet desmosomes)：又称中间连接(intermediate junctions)，分布在上皮细胞顶端紧密连接下方，呈连续腰带状，也广泛存在于心肌闰盘及平滑肌细胞间，超微结构特征为相邻细胞间有宽约20nm的间隙,其内充满中等电子密度的无定形物质,称细胞粘合素(cadherin)。连接处质膜胞质面有很多肌动蛋白丝附着，向两侧伸
11、出与终末网(terminal web）的细丝相连。点状桥粒：即常见的典型桥粒（desmosomes），位于带状桥粒下方，点状桥粒与带状桥粒和紧密连接形成连接复合体（junctional complex），电镜下点状桥粒呈斑点状，其切面与中间连接类似，但连接处细胞间隙宽2030nm，其间有一高电子密度中线和中等电子密度的物质及横向联系的细小微丝，细胞膜胞质面附有较厚的致密物，称附着板或附着斑（attachment plague），来自胞质的10nm中间丝达附着斑后，又返折入胞质，为细胞骨架的一部分。桥粒广泛存在于复层鳞状上皮细胞之间及心肌闰盘处，前者附着斑处的中间丝是角蛋白性质的张力丝，而在心肌
12、细胞主要是结蛋白丝。半桥粒（hemidesmosomes）：位于上皮基底层细胞的基底部，这种特化结构只见于细胞的一侧，呈现半个点状桥粒结构，作用是在基底面加强上皮细胞与其下基质的联系，并承受机械压力。 8/12/2024248/12/2024258/12/2024268/12/2024278/12/2024288/12/2024293、缝隙连接（gap junctions）：散在分布于相邻细胞间，是动物细胞间普遍存在的一种连接。由于连接处两相邻细胞的单位膜间仅夹有2nm的细胞间隙，故缝隙连接在低倍电镜下不易区分，但运用冷冻复型技术可见在缝隙连接处质膜的P面上有一片片聚集的紧密排列颗粒，彼此呈现
13、规律的点阵排列，进一步研究发现相邻细胞质膜的连接点处是由圆柱状镶嵌蛋白质微粒组成，一般由六个微粒蛋白围成一中央小管，即为跨膜蛋白构成的通道。从而在细胞间建立了电和代谢偶联结构，用胶体氢氧化镧作电子染色示踪剂可证实镧能自由通过缝隙连接。有学者称之为偶联连接（coupling juncion）或孔隙连接，其对细胞活动的主要功能影响有：细胞分化、协调代谢和电兴奋传导。 8/12/2024308/12/2024318/12/2024328/12/202433四、质膜的其他特化结构1、细胞游离面特化物：纤毛和鞭毛；微绒毛（microvilli），为细胞游离面质膜与胞质伸出的指状突起，长约0.5um，直径
14、0.10.3um，广泛存在于各种细胞表面，在胃肠道粘膜柱状细胞和肾小管上皮细胞的游离面，微绒毛最发达。微绒毛与纤毛的区别可归纳为三点：a比纤毛短、细、可有分支；b其内胞质成分没有微管，而是充满与长轴平行的肌动蛋白微丝，可使微绒毛伸长或缩短；c作用主要是增加表面积，利于细胞吸收和物质交换。8/12/2024348/12/2024352、细胞基底面特化物：基膜，上皮细胞与结缔组织交界处有一层中等电子密度的薄膜，称为基膜（basement membrane），相似的结构还见于三种肌细胞、某些神经胶质细胞等的周围，基膜通常可区分为基板和网板二层，基板厚约50100nm，主要成分为糖蛋白，高分辨电镜下是
15、由直径36nm细丝组成，形成电子密度稍高的致密层，他们由上皮细胞分泌而来。网板由网状纤维和基质组成，可能由成纤维细胞产生。基膜具有支持、连接、营养等多种功能，此外，毛细血管内皮细胞的基板具有滤过作用，基板对创伤修复过程中新生细胞的迁移起引导作用。半桥粒；(hemidesmosome)质膜内褶（plasma membrane infolding），为上皮细胞基底面质膜向细胞内褶叠形成，扩大了细胞基底面表面积，褶间有许多纵形排列的线粒体，此结构有利于细胞的排泌作用，如肾小管上皮细胞的质膜内褶非常发达。8/12/2024368/12/2024378/12/2024388/12/202439五、细胞膜
16、及其相关结构的超微病理改变 细胞膜直接与细胞外环境接触，有害因素的损伤首先累及细胞膜，造成膜破损，质膜上呈现多少不一、大小不等的孔洞，超薄切片可见质膜线性中断，失去连续性。有的损伤造成膜形态改变，形成疱突（bleb），囊泡嵌入或膜的髓样变即髓鞘样层状结构（myelin figure），后者是膜破坏后膜中磷脂溢出，与胆固醇在水溶液环境中重新组成双脂分子层，经四氧化锇固定而产生的同心圆或多层嗜锇性膜样结构。髓样结构可出现于细胞各种膜相结构的退变中，严重的质膜损伤造成大片膜破裂、胞质成分溢出。由于膜的钠泵功能受损，可致细胞内水分增加的肿胀性改变。引起细胞膜损伤的常见因素有化学或生物性毒素、缺氧、过氧
17、化、细胞免疫反应及重金属离子中毒等。 8/12/2024408/12/2024418/12/2024428/12/2024438/12/2024448/12/2024458/12/202446 病理状态下，微绒毛可出现增加、减少、气球样变或融合等改变。如患消化道疾患。肠粘膜上皮细胞微绒毛减少，肝炎或药物中毒时，肝细胞表面微绒毛常增多。 8/12/2024478/12/202448 细胞连接作为分化特征对于识别细胞类型及分析病理改变有重要意义，桥粒的存在有助于癌的诊断，反之，未查见桥粒则不能肯定不是癌。多核巨细胞、合胞滋养层细胞和营养不良的角质细胞等可出现胞质内桥粒，电镜下见紧密连接和带状连接沿
18、腔隙分布，有助于腺癌的诊断，分化低的恶性肿瘤易发生浸润、转移，可能与连接缺乏有关。而角化棘皮瘤细胞间的桥粒则明显增多。 8/12/2024498/12/202450 此外，某些病理情况下可见基板显著增厚或多层性等改变，如糖尿病、肾小球肾炎，许多不育症及理化因素所致睾丸病变的曲细精管基板可见上述改变。老年人血管基板也增厚。恶性肿瘤细胞向邻近组织浸润时，可见基板中断甚至消失，维生素C缺乏时，毛细血管基板脆弱、断裂，是发生出血的原因之一。另外，肾功能衰竭时，还可见小管上皮细胞质膜内褶明显减少或消失。8/12/2024518/12/2024528/12/2024538/12/2024548/12/202455Thank you !8/12/202456
