-細(xì)胞膜細(xì)胞生物學(xué)-ppt課件

1、(Cell Membrane)第四章第四章細(xì)胞膜細(xì)胞膜第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的分子構(gòu)造與生物學(xué)特性細(xì)胞膜的分子構(gòu)造與生物學(xué)特性第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞膜受體與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞膜受體與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)胞銜接細(xì)胞銜接第五節(jié)第五節(jié) 細(xì)胞膜異常與疾病細(xì)胞膜異常與疾病內(nèi)容內(nèi)容 細(xì)胞膜是指包圍在細(xì)胞質(zhì)外表的一層細(xì)胞膜是指包圍在細(xì)胞質(zhì)外表的一層薄膜，又稱質(zhì)膜薄膜，又稱質(zhì)膜plasma membrane。 生物膜生物膜biomembrane。 。細(xì)胞的根本構(gòu)造：細(xì)胞的根本構(gòu)造：光鏡下：真核細(xì)胞可見(jiàn)細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核光鏡下：真核細(xì)胞可見(jiàn)細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)

2、胞核電鏡下：膜相構(gòu)造和非膜相構(gòu)造電鏡下：膜相構(gòu)造和非膜相構(gòu)造第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的分子構(gòu)造與生物學(xué)特性細(xì)胞膜的分子構(gòu)造與生物學(xué)特性一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成二、細(xì)胞膜的分子構(gòu)造二、細(xì)胞膜的分子構(gòu)造三、細(xì)胞膜的主要理化特性三、細(xì)胞膜的主要理化特性四、細(xì)胞膜的功能四、細(xì)胞膜的功能一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成成成 分分:脂類、蛋白質(zhì)、糖類、水和無(wú)機(jī)鹽等。脂類、蛋白質(zhì)、糖類、水和無(wú)機(jī)鹽等。 膜膜 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)% 脂質(zhì)脂質(zhì)% 糖類糖類% 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)/脂質(zhì)脂質(zhì)神經(jīng)髓鞘神經(jīng)髓鞘 18 79 3 0.23人紅細(xì)胞質(zhì)膜人紅細(xì)胞質(zhì)膜 49 43 8 1.1大鼠肝細(xì)胞質(zhì)膜大鼠肝細(xì)胞質(zhì)膜

3、58 42 5-10 0.9大鼠肝細(xì)胞核膜大鼠肝細(xì)胞核膜 59 35 2.9 1.7 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 67 33 2.0線粒體外膜線粒體外膜 52 48 2.4 1.1線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 76 24 1-2 3.2各種生物膜的根本化學(xué)組成各種生物膜的根本化學(xué)組成1. 磷脂磷脂 phospholipid 50%以上，最重要。以上，最重要。 甘油磷脂磷酸甘油脂和甘油磷脂磷酸甘油脂和鞘磷脂鞘磷脂化學(xué)構(gòu)造：以甘油為骨架，甘油分子的化學(xué)構(gòu)造：以甘油為骨架，甘油分子的1、2位羥基分別與脂位羥基分別與脂肪酸構(gòu)成酯鍵，肪酸構(gòu)成酯鍵，3位羥基與磷酸構(gòu)成酯鍵。位羥基與磷酸構(gòu)成酯鍵。 磷脂酸磷脂酸 磷脂酸的衍生

4、物磷脂酸的衍生物1 1甘油磷脂甘油磷脂phosphoglyceridesphosphoglycerides(一一) 膜脂膜脂membrane lipid構(gòu)成細(xì)胞膜的構(gòu)造骨架構(gòu)成細(xì)胞膜的構(gòu)造骨架 磷脂、膽固醇和糖脂磷脂、膽固醇和糖脂磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿 phosphatidylcholine，PC ，卵磷脂，卵磷脂)磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine，PE ，腦磷脂，腦磷脂磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸 (phosphatidylserine，PS)磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 phosphatidylinosital，PI2 2鞘磷脂鞘磷脂sphingomyalins

5、phingomyalin，SMSM化學(xué)構(gòu)造：由鞘氨醇的氨基與脂肪酸的羧基間構(gòu)成酰胺鍵銜化學(xué)構(gòu)造：由鞘氨醇的氨基與脂肪酸的羧基間構(gòu)成酰胺鍵銜接而成。接而成。3 3磷脂分子是兩親性分子磷脂分子是兩親性分子amphipathic moleculeamphipathic molecule或兼或兼性分子。親水頭、疏水尾性分子。親水頭、疏水尾極性頭部基團(tuán)親水極性頭部基團(tuán)親水非極性尾部基團(tuán)疏水非極性尾部基團(tuán)疏水細(xì)胞膜上的主要磷脂分子細(xì)胞膜上的主要磷脂分子細(xì)胞膜細(xì)胞膜含量含量 其次其次 少少 最多最多 少少親水頭親水頭極性極性疏水尾疏水尾非極性非極性 2. 膽固醇膽固醇 cholesterol 分布：膽固醇分

6、布在磷脂分子之間。分布：膽固醇分布在磷脂分子之間。構(gòu)造：極性頭為羥基團(tuán)，緊靠磷脂的構(gòu)造：極性頭為羥基團(tuán)，緊靠磷脂的極性頭部；非極性疏水構(gòu)造為固醇環(huán)極性頭部；非極性疏水構(gòu)造為固醇環(huán)和烴鏈，固醇環(huán)固定在磷脂分子臨近和烴鏈，固醇環(huán)固定在磷脂分子臨近頭部的烴鏈上，疏水的烴鏈尾部埋在頭部的烴鏈上，疏水的烴鏈尾部埋在脂雙層的中央。脂雙層的中央。 功能：調(diào)理膜的流動(dòng)性，加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性。功能：調(diào)理膜的流動(dòng)性，加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性。3. 糖脂糖脂 (glycolipid) 分布：細(xì)胞膜外表。分布：細(xì)胞膜外表。構(gòu)造：由脂類和寡糖構(gòu)成，動(dòng)物細(xì)胞構(gòu)造：由脂類和寡糖構(gòu)成，動(dòng)物細(xì)胞膜的糖脂幾乎都是鞘氨醇的衍生物，膜的糖脂幾乎都

7、是鞘氨醇的衍生物，稱鞘糖脂。糖基為極性頭部。稱鞘糖脂。糖基為極性頭部。 腦苷脂腦苷脂 神經(jīng)節(jié)苷脂神經(jīng)節(jié)苷脂功能：能夠作為細(xì)胞外表受體，與細(xì)胞識(shí)別、功能：能夠作為細(xì)胞外表受體，與細(xì)胞識(shí)別、 黏附和信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)。黏附和信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)。膜脂能夠的存在方式：膜脂能夠的存在方式： 構(gòu)成球狀分子團(tuán)構(gòu)成球狀分子團(tuán)micelle 構(gòu)成雙分子層構(gòu)成雙分子層bilayer親水頭親水頭極性極性疏水尾疏水尾非極性非極性膜脂分子是兩親性分子。膜脂分子是兩親性分子。不同生物膜的脂質(zhì)組成不同生物膜的脂質(zhì)組成 肝細(xì)胞膜肝細(xì)胞膜 紅細(xì)胞膜紅細(xì)胞膜 髓鞘髓鞘 線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膽固醇膽固醇 17 23 22 3 6

8、磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 7 18 15 35 17磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸 4 7 9 2 5磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿 24 17 10 39 40鞘磷脂鞘磷脂 19 18 8 0 5糖脂糖脂 7 3 28 痕量痕量 痕量痕量其他其他 22 13 8 21 27 二膜蛋白二膜蛋白 跨膜蛋白或整合蛋白、膜周邊蛋白和脂錨定蛋白1. 跨膜蛋白跨膜蛋白 transmembrane protein 占膜蛋白總量的占膜蛋白總量的7080。 兩親性分子，疏水區(qū)兩親性分子，疏水區(qū) 脂雙層脂雙層 共價(jià)結(jié)合；共價(jià)結(jié)合； 親水部分親水部分 膜內(nèi)外外表膜內(nèi)外外表 大多數(shù)穿膜蛋白穿膜域都是大多數(shù)穿膜蛋白穿膜域都是-螺旋，

9、也有的穿膜蛋白以螺旋，也有的穿膜蛋白以-折疊片層折疊片層-螺旋構(gòu)象螺旋構(gòu)象穿膜蛋白穿膜蛋白-折疊構(gòu)象穿折疊構(gòu)象穿膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白球狀蛋白球狀蛋白2.膜周邊蛋白膜周邊蛋白peripheral protein 占膜蛋白總量的占膜蛋白總量的20%30%3.脂錨定蛋白脂錨定蛋白 (lipid-anchored protein) 又稱脂銜接蛋白又稱脂銜接蛋白lipid-linked protein 以共價(jià)鍵與脂雙層內(nèi)的脂分子結(jié)合以共價(jià)鍵與脂雙層內(nèi)的脂分子結(jié)合 位于質(zhì)膜的兩側(cè)。位于質(zhì)膜的兩側(cè)。 以兩種方式與脂類分子共價(jià)結(jié)合以兩種方式與脂類分子共價(jià)結(jié)合經(jīng)過(guò)非共價(jià)鍵與膜脂極性頭部或跨膜經(jīng)過(guò)非共價(jià)鍵與膜

10、脂極性頭部或跨膜蛋白相互作用間接與膜結(jié)合。蛋白相互作用間接與膜結(jié)合。主要分布在質(zhì)膜的胞質(zhì)側(cè)。主要分布在質(zhì)膜的胞質(zhì)側(cè)。糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白GPI 與磷脂酰肌醇相連的寡糖鏈結(jié)合共價(jià)鍵質(zhì)膜外外表的蛋白與脂雙層中的碳?xì)滏溄Y(jié)合 共價(jià)鍵胞質(zhì)側(cè)的蛋白 膜蛋白舉例膜蛋白舉例: 血影血影(ghost)膜蛋白主要有血影蛋白膜蛋白主要有血影蛋白(spectrin)、血、血型糖蛋白型糖蛋白(glycophorin)和帶和帶3蛋白蛋白(band 3 protein)。紅細(xì)胞平均壽命紅細(xì)胞平均壽命120d， 行程行程480km。原肌球蛋白原肌球蛋白錨蛋白錨蛋白血影蛋白血影蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白紅細(xì)胞經(jīng)低滲處置，質(zhì)膜破

11、裂，胞內(nèi)可溶性蛋白外泄，殘留的細(xì)胞膜為血影。紅細(xì)胞經(jīng)低滲處置，質(zhì)膜破裂，胞內(nèi)可溶性蛋白外泄，殘留的細(xì)胞膜為血影。blood ghost血影蛋白血影蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白錨蛋白錨蛋白SDS血影蛋白血影蛋白SDS血型糖蛋白血型糖蛋白錨蛋白錨蛋白4. 4. 膜蛋白的功能：膜蛋白的功能： 機(jī)械支持；機(jī)械支持； 參與物質(zhì)運(yùn)輸；參與物質(zhì)運(yùn)輸； 作為受體成分；作為受體成分； 作為膜抗原；作為膜抗原； 作為酶。作為酶。三膜糖三膜糖 覆蓋細(xì)胞膜外表覆蓋細(xì)胞膜外表糖蛋白糖蛋白glycoprotein：糖與肽鏈的氨基端共價(jià)結(jié)合。：糖與肽鏈的氨基端共價(jià)結(jié)合。糖脂糖脂glycolipid：糖與脂類分子親水端共價(jià)結(jié)合。

12、：糖與脂類分子親水端共價(jià)結(jié)合。O型型: 細(xì)胞膜細(xì)胞膜(蛋白蛋白)-葡萄糖葡萄糖-半乳糖半乳糖-乙酰葡萄乙酰葡萄糖胺糖胺-半乳糖半乳糖-巖藻糖巖藻糖(構(gòu)成構(gòu)成H抗原抗原)A型型: 細(xì)胞膜細(xì)胞膜-H抗原抗原(半乳糖半乳糖)-乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖B型型: 細(xì)胞膜細(xì)胞膜-H抗原抗原(半乳糖半乳糖)-D型半乳糖型半乳糖二、細(xì)胞膜的分子構(gòu)造二、細(xì)胞膜的分子構(gòu)造 1895年，年， E. Overton 推測(cè)推測(cè)細(xì)胞膜由延續(xù)的脂類物質(zhì)組成。細(xì)胞膜由延續(xù)的脂類物質(zhì)組成。 1925年，年， E. Gorter & F. Grendel 推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。一片層

13、構(gòu)造模型一片層構(gòu)造模型lamella structure model 具有三層夾板式構(gòu)造特點(diǎn)具有三層夾板式構(gòu)造特點(diǎn) 1935 1935年，年，J. DanielliJ. Danielli和和H. DavsonH. Davson推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了蛋白質(zhì)從而提出了蛋白質(zhì)- -脂類脂類- -蛋白質(zhì)的三明治模型。以為質(zhì)膜蛋白質(zhì)的三明治模型。以為質(zhì)膜由雙層脂類分子及其內(nèi)外外表附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。由雙層脂類分子及其內(nèi)外外表附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。二單位膜模型二單位膜模型unit membrane model 表達(dá)膜形狀構(gòu)造的共同特點(diǎn)表達(dá)膜形狀構(gòu)造的共同特點(diǎn) 1959 年，年，J

14、. D. Robertson發(fā)現(xiàn)生物膜均呈發(fā)現(xiàn)生物膜均呈“暗暗-明明-暗的暗的三層式構(gòu)造，厚約三層式構(gòu)造，厚約7.5nm。這就是所謂的。這就是所謂的“單位膜模型。它單位膜模型。它由厚約由厚約3.5 nm的雙層脂分子和內(nèi)外外表各厚約的雙層脂分子和內(nèi)外外表各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)成。成。三流動(dòng)鑲嵌模型三流動(dòng)鑲嵌模型fluid mosaic model 被普遍接受的模型被普遍接受的模型 1972年，Singer和Nicolson 類脂雙分子層構(gòu)成膜的根本骨架；球形蛋白質(zhì)分子，以不同的方式,或附著于類脂雙分子層外表，或不同程度地鑲嵌在類脂雙分子層之中；膜在其組成和構(gòu)造上均是不對(duì)稱的；膜具有一定

15、的流動(dòng)性。晶格鑲嵌模型晶格鑲嵌模型 板塊鑲嵌模型板塊鑲嵌模型四脂筏四脂筏lipid raft 深化了對(duì)膜構(gòu)造和功能的認(rèn)識(shí)深化了對(duì)膜構(gòu)造和功能的認(rèn)識(shí) 質(zhì)膜上大小約質(zhì)膜上大小約70nm70nm左右、富含膽固醇和鞘磷脂的動(dòng)態(tài)微左右、富含膽固醇和鞘磷脂的動(dòng)態(tài)微構(gòu)造域構(gòu)造域microdomainmicrodomain。由于鞘磷脂具有較長(zhǎng)的飽和脂肪。由于鞘磷脂具有較長(zhǎng)的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強(qiáng)，所以這些區(qū)域構(gòu)造致密，介于酸鏈，分子間的作用力較強(qiáng)，所以這些區(qū)域構(gòu)造致密，介于無(wú)序液體與液晶之間，稱為有序液體無(wú)序液體與液晶之間，稱為有序液體Liquid-orderedLiquid-ordered?？谷ス?/p>

16、劑膜?？谷ス竸┠?。膜的分子構(gòu)造模型膜的分子構(gòu)造模型三、細(xì)胞膜的主要理化特性三、細(xì)胞膜的主要理化特性一膜的不對(duì)稱性一膜的不對(duì)稱性membrane asymmetry1. 1. 膜脂組成與分布的不對(duì)稱性膜脂組成與分布的不對(duì)稱性 內(nèi)外層脂質(zhì)組廢種類、含量、比例的不同。內(nèi)外層脂質(zhì)組廢種類、含量、比例的不同。 人紅細(xì)胞膜中幾種膜脂的不對(duì)稱分布人紅細(xì)胞膜中幾種膜脂的不對(duì)稱分布2. 2. 膜蛋白的不對(duì)稱性膜蛋白的不對(duì)稱性 膜蛋白分布絕對(duì)不對(duì)稱，各種膜蛋白在質(zhì)膜中都有一定膜蛋白分布絕對(duì)不對(duì)稱，各種膜蛋白在質(zhì)膜中都有一定的位置。穿膜蛋白穿越脂雙層都有一定的方向性。的位置。穿膜蛋白穿越脂雙層都有一定的方向性。 3

17、. 3. 膜糖的不對(duì)稱性膜糖的不對(duì)稱性 二膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證二膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證1. 膜脂的流動(dòng)性膜脂的流動(dòng)性fluidity 脂雙層為液晶態(tài)二維流體脂雙層為液晶態(tài)二維流體 隨溫度變化的液晶態(tài)隨溫度變化的液晶態(tài)-晶態(tài)相變晶態(tài)相變 膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式：膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式： 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向分散運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向分散運(yùn)動(dòng)、 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、彎曲運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、彎曲運(yùn)動(dòng)2. 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性mobility 分布在膜脂二維流體中的膜蛋白也有發(fā)生分子分布在膜脂二維流體中的膜蛋白也有發(fā)生分子運(yùn)動(dòng)的特性，其主要運(yùn)動(dòng)方式是側(cè)向分散和旋運(yùn)動(dòng)的特性，其主要運(yùn)動(dòng)方式是側(cè)向分散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)

18、運(yùn)動(dòng)。3. 3. 影響膜流動(dòng)性的要素影響膜流動(dòng)性的要素 1 1脂肪酸鏈的長(zhǎng)度和不飽和程度脂肪酸鏈的長(zhǎng)度和不飽和程度 短的脂肪酸鏈增進(jìn)流動(dòng)，不飽和脂肪酸含量高那么流短的脂肪酸鏈增進(jìn)流動(dòng)，不飽和脂肪酸含量高那么流動(dòng)性強(qiáng)。動(dòng)性強(qiáng)。2 2膽固醇與磷脂的比例膽固醇與磷脂的比例 膽固醇含量高那么添加膜脂的有序性，膜的流動(dòng)性降膽固醇含量高那么添加膜脂的有序性，膜的流動(dòng)性降低。低。3 3卵磷脂與鞘磷脂的比例卵磷脂與鞘磷脂的比例 卵磷脂含不飽和程度高的脂肪酸；鞘磷脂含不飽和程卵磷脂含不飽和程度高的脂肪酸；鞘磷脂含不飽和程度低的脂肪酸。鞘磷脂含量高那么流動(dòng)性差。度低的脂肪酸。鞘磷脂含量高那么流動(dòng)性差。4 4膜蛋白的影響膜蛋白的影響 嵌入膜脂疏水區(qū)的膜蛋白使膜黏度添加。嵌入蛋白越嵌入膜脂疏水區(qū)的膜蛋白使膜黏度添加。嵌入蛋白越多，脂質(zhì)層的流動(dòng)性越差。多，脂質(zhì)層的流動(dòng)性越差。5 5其他要素其他要素 溫度、溫度、pHpH值、離子強(qiáng)度和金屬離子等。值、離子強(qiáng)度和金屬離子等。膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證四、細(xì)胞膜的功能四、細(xì)胞膜的功能1. 為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；2. 選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸，并伴隨能量的傳送；選擇性的物質(zhì)