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1、生物膜的结构与功能生物膜的结构与功能动动物物细细胞胞结结构构模模式式图图一、基本概念一、基本概念细胞膜、质膜、细胞内膜、生物膜、单位膜细胞膜、质膜、细胞内膜、生物膜、单位膜细胞膜（细胞膜（细胞膜（细胞膜（cell membranecell membrane）又称质膜（又称质膜（又称质膜（又称质膜（plasma membrane)plasma membrane)细胞内膜：真核细胞细胞质中所有膜结构的总称。细胞内膜：真核细胞细胞质中所有膜结构的总称。细胞内膜：真核细胞细胞质中所有膜结构的总称。细胞内膜：真核细胞细胞质中所有膜结构的总称。生物膜生物膜 真核细胞所有膜结构统称为生物膜。真核细胞所有膜结
2、构统称为生物膜。 实际上是细胞质膜和细胞内膜实际上是细胞质膜和细胞内膜的总称。的总称。单位膜单位膜任何生物膜在电镜下任何生物膜在电镜下任何生物膜在电镜下任何生物膜在电镜下都呈现都呈现都呈现都呈现“ “暗暗暗暗明明明明暗暗暗暗” ”三层结构，故将这三层三层结构，故将这三层三层结构，故将这三层三层结构，故将这三层结构称为结构称为结构称为结构称为单位膜单位膜单位膜单位膜。细胞膜细胞膜脂脂 类（类（50%）蛋白质（蛋白质（40%-50%）糖糖 类（类（1%-10%）二、膜的化学组成二、膜的化学组成 各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比各种生物
3、膜中蛋白质与脂类的含量比膜的种类膜的种类膜的种类膜的种类蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质/ /脂类脂类脂类脂类神神神神经经经经髓髓髓髓鞘鞘鞘鞘( ( ( (轴轴轴轴突突突突部部部部分的细胞膜）分的细胞膜）分的细胞膜）分的细胞膜）血小板血小板血小板血小板红细胞膜红细胞膜红细胞膜红细胞膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜 0.230.230.230.23 0.70.70.70.7 1.5-4 1.5-4 1.5-4 1.5-4 3.2 3.2 3.2 3.2（一）膜脂（一）膜脂:生物膜上的脂类统称膜脂。生物膜上的脂类统称膜脂。膜膜脂脂磷磷 脂：脂： 生物膜的主要成份生物膜的主要成份糖糖 脂脂胆固醇胆
4、固醇膜脂均为兼性分子膜脂均为兼性分子 有一个亲水的头部和一个疏水的尾部有一个亲水的头部和一个疏水的尾部脂脂肪肪酸酸脂脂 肪肪 酸酸脂脂 肪肪 酸酸磷磷 脂脂极极性性头头部部基基团团（亲亲水水）非非极极性性尾尾部部基基团团（疏疏水水）CH CHCH2OOPOOOOX COCO甘油甘油磷磷 酸酸磷酸化醇磷酸化醇POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂POCH2HCCOOHNH2OCOCH CHCH2OOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸OCH CHCH2OC磷磷脂脂酰酰乙乙醇醇胺胺（脑脑磷磷脂脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪
5、肪酸酸OCH3POCH2CH2NCH CHCH2OOCOOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸CH3CH3磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱（卵卵磷磷脂脂）OCell membrane - Structure第一课件网在线( )胆固醇胆固醇极性头部极性头部平平面面甾甾环环结结构构非非极极性性尾尾部部胆固醇分布于磷脂分子胆固醇分布于磷脂分子胆固醇分布于磷脂分子胆固醇分布于磷脂分子之间，对磷脂的稳定性之间，对磷脂的稳定性之间，对磷脂的稳定性之间，对磷脂的稳定性起重要作用。起重要作用。起重要作用。起重要作用。糖糖 脂脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂POCH2CH2NOOCH3CH
6、3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂糖糖(Gal)半半乳乳糖糖苷苷脂脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂糖糖 脂脂 分分 子子糖糖(Gal)糖糖(Gal)糖糖(Gal)糖糖(Gal)水水水水水水磷脂分子团磷脂分子团磷脂双层磷脂双层磷脂脂质体磷脂脂质体(二）二）膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。膜蛋白膜蛋白外周蛋白（外在蛋白）：外周蛋白（外在蛋白）： （20%-30%）镶嵌蛋白（内在蛋白）：镶嵌蛋白（内在蛋白）： （70%-80%）多附在膜的内表面。多附在膜的内表面。不同程度镶嵌在不同程度镶嵌在脂双层的内部。脂双层的内部。膜蛋白质的种类
7、和含量与细胞膜的功能密膜蛋白质的种类和含量与细胞膜的功能密切相关切相关n n 膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者膜蛋白是细胞膜功能的主要承担者 运输蛋白运输蛋白细胞内外物质运输细胞内外物质运输 连接蛋白连接蛋白细胞间相互作用细胞间相互作用 酶酶相关的代谢反应相关的代谢反应 受体受体信号转导信号转导n 膜蛋白的种类和含量越多说明什么？膜蛋白的种类和含量越多说明什么？糖类占细胞膜重量的210%；膜糖大多是与蛋白质或脂类结合的低聚糖膜糖主要分布在膜的非胞质面（三）膜糖类 细胞内细胞内脂脂双双层层膜膜蛋蛋白白 细细胞胞外外被被细胞膜中的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白细胞膜中的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘
8、附在一起，形成一层外被，称细胞外被等粘附在一起，形成一层外被，称细胞外被或糖萼。或糖萼。细胞外被细胞外被细胞外被细胞外被功能：保护细胞功能：保护细胞功能：保护细胞功能：保护细胞 参与细胞识别参与细胞识别参与细胞识别参与细胞识别 细胞的接触抑制细胞的接触抑制细胞的接触抑制细胞的接触抑制 细胞间的黏着细胞间的黏着细胞间的黏着细胞间的黏着蛋白质：单层肽链蛋白质：单层肽链 折叠结构折叠结构三、细胞膜的分子结构模型三、细胞膜的分子结构模型（一）单位膜模型（一）单位膜模型“两暗一明两暗一明”细胞膜细胞膜细胞质细胞质脂双层脂双层1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。生物膜是由流动的脂质双分子层构
9、成膜的连续主体。2.球形膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。球形膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。（二）（二） 液态镶嵌模型液态镶嵌模型 ( fluid mosaic model)脂质双分子层脂质双分子层极性头部极性头部疏水尾部疏水尾部外周蛋白外周蛋白镶嵌蛋白镶嵌蛋白 3.3.膜的两侧结构是不对称的，糖链分布在非胞质侧。膜的两侧结构是不对称的，糖链分布在非胞质侧。 4.4.膜脂和膜蛋白具有一定的流动性。膜上各化学组分膜脂和膜蛋白具有一定的流动性。膜上各化学组分不断更新，处于动态平衡之中。不断更新，处于动态平衡之中。评价：评价：评价：评价： 液态镶嵌模型可以解释膜中发生的很多液态镶嵌模型可
10、以解释膜中发生的很多液态镶嵌模型可以解释膜中发生的很多液态镶嵌模型可以解释膜中发生的很多 现象，为人们普遍接受。现象，为人们普遍接受。现象，为人们普遍接受。现象，为人们普遍接受。不足之处：不足之处：不足之处：不足之处： 1. 1. 忽视了膜的各部分流动性的不均匀性忽视了膜的各部分流动性的不均匀性忽视了膜的各部分流动性的不均匀性忽视了膜的各部分流动性的不均匀性 2. 2. 忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制作用作用作用作用+ Wallach (1975)+ 要点：生物膜内脂质分子随时进行
11、无序(液态)和有序(晶态)的转变相变；膜内在蛋白可制约周围膜脂的运动，形成界面脂，二者一起形成晶态部分(晶格)，流动的脂类分子成片状分布；膜的流动性是局部的，并非整个脂类分子层都在均一流动。3.晶格镶嵌模型晶格镶嵌模型 (Crystal Mosaic Model)+ Jain & White (1977)+ 要点：流动的脂质双分子层中存在许多大小不同、刚性较大、彼此独立移动的脂质区(有序结构的板块)；有序结构的板块之间被流动的脂质区(无序结构的板块)所分割；生物膜是因不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构。4.板块镶嵌模型板块镶嵌模型(Block Mosaic Model) 不对称性 流动性四、细
12、胞膜的特性四、细胞膜的特性膜脂的不对称性膜脂的不对称性1.膜脂分布不对称性膜脂分布不对称性2.膜蛋白分布的不对称性膜蛋白分布的不对称性 糖蛋白、糖脂上的低聚糖糖蛋白、糖脂上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。残基均位于膜的非胞质侧。3.膜糖类分布的不对称性膜糖类分布的不对称性4.细胞膜内侧面分布有微管、微丝细胞膜内侧面分布有微管、微丝不对称性的生物学意义：不对称性的生物学意义： 决定了膜内外表面功能的不对称性。决定了膜内外表面功能的不对称性。膜脂的流动性膜脂的流动性1.侧向扩散侧向扩散2.旋转旋转3.摆动摆动4.翻转翻转 细胞膜分子的流动性细胞膜分子的流动性膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性 细胞膜分子
13、的流动性细胞膜分子的流动性横向扩散横向扩散旋转运动旋转运动小鼠细胞小鼠细胞标记人膜蛋白抗体标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）人膜蛋白（抗原）异核细胞异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素B抗人膜蛋白抗体抗人膜蛋白抗体+荧光素荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）小鼠膜蛋白（抗原）人细胞人细胞孵育（孵育（370C,40分钟）分钟）诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原）抗原）生命的基本单位 细胞五、膜功能五、膜功能 （一）界膜和细胞区域化（一）界膜和细胞区域化OO细胞区域化细胞区域化细胞区域化细胞区域化生命的基本单位 细胞（二）调节运输（二）调节运输OO某些
14、物质可以某些物质可以某些物质可以某些物质可以“自由通透自由通透自由通透自由通透”OO某些物质出入细胞的障碍某些物质出入细胞的障碍某些物质出入细胞的障碍某些物质出入细胞的障碍 运输方式运输方式穿膜运输穿膜运输膜泡运输膜泡运输被被 动动 运运 输输主动主动 运运 输输胞吐作用胞吐作用胞吞作用胞吞作用简单扩散简单扩散协助扩散协助扩散穿膜运输穿膜运输小分子、离子的运输小分子、离子的运输高浓度高浓度低浓度低浓度简单扩散简单扩散simple diffusion 脂溶性物质如苯、醇、甾类激素以及O2、N2等容易穿过质膜； 某些极性分子(如水、尿素、甘油、CO2等)，因不带电荷，分子小，能较易穿过质膜运输；
15、带电荷离子，不论大小均不能以简单扩散方式进出细胞。 大的不带电荷的分子，如葡萄糖、蔗糖、氨基酸和核苷酸等，不能以简单扩散方式进出细胞。高浓度高浓度低浓度通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的载体蛋白：与特定溶质结合改变构载体蛋白：与特定溶质结合改变构通道。通道。象使溶质穿越细胞膜。象使溶质穿越细胞膜。转运蛋白质转运蛋白质（跨膜蛋白）（跨膜蛋白）通道蛋白通道蛋白协助扩散协助扩散facilitated diffusion协助扩散协助扩散 协助扩散：凡借助于协助扩散：凡借助于转运蛋白转运蛋白的帮助，不消耗的帮助，不消耗能量，物质顺浓度梯度的转运方式称协助扩散。能量，物质顺浓度梯
16、度的转运方式称协助扩散。载体蛋白载体蛋白高浓度高浓度低浓度低浓度高浓度高浓度低浓度低浓度 一种载体蛋白可特异性的连接和传送一种特定的分子一种载体蛋白可特异性的连接和传送一种特定的分子跨膜，这种运输方式比单纯扩散速率大大增加。跨膜，这种运输方式比单纯扩散速率大大增加。高浓度高浓度低浓度低浓度第一课件网在线( )高浓度高浓度低浓度低浓度高浓度高浓度低浓度低浓度 逆浓度梯度或电化学梯度需要能量，需ATP酶参与 需载体蛋白参与 种类：质子泵、钠钾泵、钙泵2. 2.主动运输主动运输主动运输主动运输(active transportion)(active transportion)主动运输：钠钾泵主动运输
17、：钠钾泵(Na-Kpump)化学本质：化学本质：Na-K ATPNa-K ATP酶（既是载体又是酶）酶（既是载体又是酶）酶（既是载体又是酶）酶（既是载体又是酶）吞饮作用吞饮作用吞噬作用吞噬作用大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜膜膜膜, , , ,而是通过一系列而是通过一系列而是通过一系列而是通过一系列膜囊泡膜囊泡的形成和的形成和的形成和的形成和融合来完成物质转运的，所以称融合来完成物质转运的，所以称融合来完成物质转运的，所以称融合来完成物质转运的，所以称。( ( ( (此过程耗能）此过程耗能）此过程
18、耗能）此过程耗能）(endocytosis)(endocytosis)(endocytosis)(endocytosis)(exocytosis)(exocytosis)(exocytosis)(exocytosis)胞胞胞胞吐吐吐吐作作作作用用用用吞吞吞吞噬噬噬噬作作作作用用用用吞吞吞吞饮饮饮饮作作作作用用用用吞噬体吞噬体吞噬体吞噬体吞饮体吞饮体吞饮体吞饮体胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用巨噬巨噬细胞细胞吞噬吞噬扫描扫描电镜电镜观察观察 适用对象适用对象适用对象适用对象 激素激素激素激素 酶类酶类酶类酶类 抗体抗体抗体抗体 未消化的食物残渣未消化的食物
19、残渣未消化的食物残渣未消化的食物残渣 胞吐作用胞吐作用细胞内细胞内细胞内细胞内细胞外细胞外细胞外细胞外生命的基本单位 细胞（三）功能定位与组织化（三）功能定位与组织化OO通过形成膜结合通过形成膜结合通过形成膜结合通过形成膜结合细胞器，使细胞的功能细胞器，使细胞的功能细胞器，使细胞的功能细胞器，使细胞的功能定位在一定的细胞结构定位在一定的细胞结构定位在一定的细胞结构定位在一定的细胞结构 并组成相互协作系统并组成相互协作系统并组成相互协作系统并组成相互协作系统生命的基本单位 细胞（四）信号转导（四）信号转导OO信号分子信号分子信号分子信号分子靶细胞产生反应靶细胞产生反应靶细胞产生反应靶细胞产生反应
20、糖原合成与分解糖原合成与分解糖原合成与分解糖原合成与分解细胞分裂与分化细胞分裂与分化细胞分裂与分化细胞分裂与分化细胞收缩与舒张细胞收缩与舒张细胞收缩与舒张细胞收缩与舒张 信号分子（配体）：信号分子（配体）：信号分子（配体）：信号分子（配体）：细胞外能作用于细胞的有生细胞外能作用于细胞的有生细胞外能作用于细胞的有生细胞外能作用于细胞的有生物活性的化学物质统称信号分子或配体，如：激素、物活性的化学物质统称信号分子或配体，如：激素、物活性的化学物质统称信号分子或配体，如：激素、物活性的化学物质统称信号分子或配体，如：激素、神经递质、抗原、药物等。神经递质、抗原、药物等。神经递质、抗原、药物等。神经递
21、质、抗原、药物等。 受体：受体：受体：受体：是细胞的一种生物大分子，能选择性地是细胞的一种生物大分子，能选择性地是细胞的一种生物大分子，能选择性地是细胞的一种生物大分子，能选择性地识别外来信号分子，并与之结合而产生继发信号，识别外来信号分子，并与之结合而产生继发信号，识别外来信号分子，并与之结合而产生继发信号，识别外来信号分子，并与之结合而产生继发信号，在细胞内启动一系列过程从而引发相应的生物学效在细胞内启动一系列过程从而引发相应的生物学效在细胞内启动一系列过程从而引发相应的生物学效在细胞内启动一系列过程从而引发相应的生物学效应。应。应。应。信号转导：信号转导：信号转导：信号转导： 指外界信号
22、与细胞表面受体作用，通过影响细指外界信号与细胞表面受体作用，通过影响细指外界信号与细胞表面受体作用，通过影响细指外界信号与细胞表面受体作用，通过影响细胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一胞内信使的水平变化，进而引起细胞应答反应的一系列过程。系列过程。系列过程。系列过程。1. 基本概念基本概念分布在细胞膜上的一类镶嵌蛋白，多为分布在细胞膜上的一类镶嵌蛋白，多为膜上的功能性糖蛋白。与水溶性信号分膜上的功能性糖蛋白。与水溶性信号分子结合。子结合。胞内受体：分布在细胞质和细胞核内，与脂溶胞内受体：分布在细胞
23、质和细胞核内，与脂溶 性信号分子结合性信号分子结合膜受体：膜受体：2. 受体的类型受体的类型膜受体膜受体膜受体膜受体胞内受体胞内受体胞内受体胞内受体根据其结构和功能根据其结构和功能根据其结构和功能根据其结构和功能可分为三类可分为三类可分为三类可分为三类离子通道受体离子通道受体离子通道受体离子通道受体 酶关联受体酶关联受体酶关联受体酶关联受体 蛋白偶联受体：蛋白偶联受体：蛋白偶联受体：蛋白偶联受体： 在在在在G G G G蛋白的介导下，在细胞内产生蛋白的介导下，在细胞内产生蛋白的介导下，在细胞内产生蛋白的介导下，在细胞内产生 第二信使，引起胞内效应。第二信使，引起胞内效应。第二信使，引起胞内效应
24、。第二信使，引起胞内效应。3. 膜受体的类型膜受体的类型1)1)识别识别信号分子，并与之信号分子，并与之结合结合2)2)将胞外信号将胞外信号转变转变成胞内信号，引起成胞内信号，引起胞内效应胞内效应。4. 膜受体的功能膜受体的功能生命的基本单位 细胞（五）参与细胞间的相互作用（五）参与细胞间的相互作用OO细胞识别细胞识别细胞识别细胞识别OO细胞黏着细胞黏着细胞黏着细胞黏着OO细胞连接细胞连接细胞连接细胞连接OO细胞间通讯细胞间通讯细胞间通讯细胞间通讯 生命的基本单位 细胞（六）能量转换（六）能量转换(energy transduction)OO叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体OO线粒体线粒体线粒体线粒体
