第六章細(xì)胞膜

1、細(xì)胞細(xì)胞最外層結(jié)構(gòu)是什么？最外層結(jié)構(gòu)是什么？這一結(jié)構(gòu)對細(xì)胞與環(huán)境的關(guān)這一結(jié)構(gòu)對細(xì)胞與環(huán)境的關(guān)系起什么作用？系起什么作用？細(xì)胞內(nèi)外、細(xì)胞器內(nèi)外的分子組成截然不同第三章第三章 細(xì)胞膜細(xì)胞膜第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能光鏡下細(xì)胞膜：界膜(內(nèi)外分隔而又溝通)？思考：思考：作為界膜所需要的性質(zhì)作為界膜所需要的性質(zhì)電鏡下的細(xì)胞膜兩暗夾一明，總寬度7nm叫作 電影電影細(xì)胞膜（細(xì)胞膜（cell membrane）質(zhì)膜（質(zhì)膜（plasma membrane）生物膜生物膜 (biomembrane) 質(zhì)膜（質(zhì)膜（plasma membrane）

2、細(xì)胞內(nèi)膜細(xì)胞內(nèi)膜 （internal membrane）質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜具有共同的結(jié)構(gòu)和相近的質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜具有共同的結(jié)構(gòu)和相近的功能，統(tǒng)稱生物膜功能，統(tǒng)稱生物膜膜兩側(cè)奇特的膜兩側(cè)奇特的離子分布離子分布鈣離子濃度：膜外是膜內(nèi)的10000倍！ 三種成分各自獨(dú)特的理化性狀，三者巧妙的相互作用一、膜脂一、膜脂二、膜蛋白二、膜蛋白 三、膜糖三、膜糖神經(jīng)髓鞘膜： 脂脂7575線粒體膜： 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)7575一般： 脂脂5050、蛋白、蛋白40405050、 糖糖1 11010流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型 Fluid Mosaic Model 脂質(zhì)分子排成雙層構(gòu)成生物膜的骨架 蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌或聯(lián)結(jié)與脂

3、雙層上 膜兩側(cè)結(jié)構(gòu)是不對稱的 膜脂和膜蛋白具有一定的流動(dòng)性20世紀(jì)世紀(jì)70年代提出年代提出(Singer & Nicolson),不斷補(bǔ)充和完善不斷補(bǔ)充和完善膜糖膜糖膜脂膜脂膜蛋白膜蛋白流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型 Fluid Mosaic Model3. 膜脂的流動(dòng)性膜脂的流動(dòng)性1. 膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)membrane lipids2. 膜脂分子的排列特性膜脂分子的排列特性4. 脂雙層的不對稱性脂雙層的不對稱性(2)膽固醇（膽固醇（cholesterol）可與磷脂等量可與磷脂等量(3)糖脂糖脂 （glycolipid） 外側(cè)外側(cè)磷脂酰膽堿、磷脂酰膽堿、鞘磷脂鞘磷脂磷

4、脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺、磷脂酰乙醇胺、(1)磷脂（磷脂（phospholipid）含量最高含量最高1. 膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)都是兼性分子-親水又親脂親水又親脂磷脂（磷脂（磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿）的分子結(jié)構(gòu)）的分子結(jié)構(gòu)磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸鞘磷脂鞘磷脂糖脂的分子結(jié)構(gòu)糖脂的分子結(jié)構(gòu)最簡單的糖脂半乳糖腦苷脂最簡單的糖脂半乳糖腦苷脂最復(fù)雜的糖脂神經(jīng)節(jié)苷脂最復(fù)雜的糖脂神經(jīng)節(jié)苷脂(GM1) Lipids that have sugars instead of phosphate as their head groups, eith

5、er as mono- or oligosaccharides - are called glycolipids. Glycolipids are found exclusively in the outward-facing part of the bilayer. In red blood cells, the type of glycolipids present determines which combination of ABO blood groups a person has. Like their chemical cousins, glycolipids can perfo

6、rm structural roles, insulating or protecting the membrane. And they can also function, in concert with membrane proteins, as receptors glycolipids are involved in the insulin pathway, for example. Some of the cells enemies also home in on them. The HIV virus recognizes glycolipids when it locks on

7、to immune cells. The cholera and tetanus toxins also attach to membrane glycolipids. 脂質(zhì)分子脂質(zhì)分子在水中的排列在水中的排列脂質(zhì)分子脂質(zhì)分子在膜上的排列在膜上的排列-胞外胞外胞內(nèi)胞內(nèi) 分子團(tuán)分子團(tuán)雙分子層雙分子層脂質(zhì)體脂質(zhì)體兼性分子兼性分子(amphipathic molecule) - 親水又親脂親水又親脂2. 膜脂分子的排列特性膜脂分子的排列特性磷脂分子在膜上的運(yùn)動(dòng)磷脂分子在膜上的運(yùn)動(dòng)橫向擴(kuò)散橫向擴(kuò)散翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)尾部擺動(dòng)尾部擺動(dòng)Lateral diffusion3. 膜脂的流動(dòng)性膜脂的流動(dòng)性 (flu

8、idity)1. 1. 磷脂尾部不飽和磷脂尾部不飽和脂肪酸對膜流動(dòng)性脂肪酸對膜流動(dòng)性的影響的影響2. 2. 膽固醇對膜流膽固醇對膜流動(dòng)性的影響動(dòng)性的影響不飽和脂肪酸含量愈高不飽和脂肪酸含量愈高, ,膜流動(dòng)性愈大膜流動(dòng)性愈大堅(jiān)硬的甾環(huán)結(jié)構(gòu)使堅(jiān)硬的甾環(huán)結(jié)構(gòu)使膜穩(wěn)定性增加膜穩(wěn)定性增加animation(1) 兩個(gè)單層磷脂分布不同 對流動(dòng)性和帶電性的影響(2) 糖脂全部分布于非胞質(zhì)單層 4. 脂雙層的不對稱性脂雙層的不對稱性 (asymmetry of lipid bilayer)胞質(zhì)面非胞質(zhì)面頭部帶氨基頭部帶氨基的磷脂的磷脂: :糖脂和糖脂和頭部帶膽堿的磷頭部帶膽堿的磷脂脂: :membrane p

9、roteins2.膜蛋白的結(jié)構(gòu)膜蛋白的結(jié)構(gòu)1.膜蛋白的種類膜蛋白的種類3.膜蛋白的移動(dòng)性膜蛋白的移動(dòng)性物質(zhì)運(yùn)輸物質(zhì)運(yùn)輸信息交流信息交流細(xì)胞膜對于外界既是屏障又是溝通中介細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能? ?膜糖膜糖膜脂膜脂膜蛋白膜蛋白12 3 4 5 6 71，2：跨膜蛋白 transmembrane protein根據(jù)分離的難易和在膜上的存在方式分為2類：1、外在蛋白 位于膜內(nèi)外表面，溫和鹽溶液可洗脫2、 內(nèi)在蛋白 與脂雙層牢固結(jié)合，不易分離Glycosylphosphatidylinositol(糖基磷脂酰肌醇糖基磷脂酰肌醇)膜蛋白的結(jié)構(gòu)膜蛋白的結(jié)構(gòu)2. 筒筒 barrel 片層卷成筒狀1. 螺旋

10、螺旋 helix膜蛋白也是兼性分子親水又親脂膜蛋白也是兼性分子親水又親脂 疏水氨基酸疏水段疏水區(qū)域疏水氨基酸疏水段疏水區(qū)域 (hydrophobic)親水氨基酸親水段親水區(qū)域親水氨基酸親水段親水區(qū)域 (hydrophilic)螺旋螺旋真核細(xì)胞和細(xì)菌的跨膜蛋白主要是螺旋結(jié)構(gòu) 疏水脂雙層疏水脂雙層筒筒限于線粒體和葉綠體外膜的跨膜蛋白疏水脂雙層疏水脂雙層 Prion diseases -著名的與膜表面糖蛋白有關(guān)的疾病著名的與膜表面糖蛋白有關(guān)的疾病致病原因：致病原因：PrP變成PrP*PrP： 質(zhì)膜表面糖蛋白，神經(jīng)細(xì)胞含量特別豐富，功 能不明， 正常情況下偶可改變構(gòu)象成為PrP* 。PrP*：正常Pr

11、P二維和三維結(jié)構(gòu)改變，折疊錯(cuò)誤。易 于聚集， 具有感染性。引起瘋牛病的引起瘋牛病的異常異常PrPPrP* *蛋白蛋白正常正常PrPPrP蛋白蛋白異常異常PrPPrP* *有有傳染性，傳染性，使其它正常使其它正常PrPPrP變成異常變成異常PrPPrP* *正常情況下正常情況下偶然發(fā)生偶然發(fā)生膜蛋白的不對稱性膜蛋白的不對稱性1. 分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成和插入脂雙層的方式不對稱分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成和插入脂雙層的方式不對稱 2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中糖基化不對稱內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中糖基化不對稱 -糖加在肽鏈的非胞質(zhì)面一端糖加在肽鏈的非胞質(zhì)面一端 3. 肽鏈上半胱氨酸的巰基形式不對稱肽鏈上半胱氨酸的巰基形式不對

12、稱 -在胞質(zhì)面呈還原狀態(tài)的巰基在胞質(zhì)面呈還原狀態(tài)的巰基-SH 在非胞質(zhì)面呈氧化狀態(tài)的二硫鍵在非胞質(zhì)面呈氧化狀態(tài)的二硫鍵S-S NHNH3 3+ +NHNH3 3+ +NHNH3 3+ +NHNH3 3+ +NHNH3 3+ +NHNH3 3+ +NHNH3 3+ +COOCOO- -COOCOO- -COOCOO- -COOCOO- -COOCOO- -COOCOO- -跨膜蛋白的不對稱跨膜蛋白的不對稱在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中肽鏈插入方向不同在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中肽鏈插入方向不同animation1.運(yùn)輸?shù)鞍?transportors2.黏附分子 adhesive molecules3.受體 receptors4.抗原

13、遞呈分子 antigen-presenting molecules5.連接蛋白 junction proteins6.酶 enzymes 膜蛋白的功能膜蛋白的功能膜蛋白的存在方式與功能有關(guān)膜蛋白的存在方式與功能有關(guān)(1) 膜蛋白是移動(dòng)的、可擴(kuò)散的，但不翻轉(zhuǎn) 例子：雜交細(xì)胞膜蛋白混合例子：雜交細(xì)胞膜蛋白混合(2) 膜蛋白的移動(dòng)是受限的 例子例子: : 膜蛋白的區(qū)域性分布膜蛋白的區(qū)域性分布膜蛋白的移動(dòng)性膜蛋白的移動(dòng)性 movement光漂白后熒光恢復(fù)光漂白后熒光恢復(fù)實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)（FRAP）movie雜交細(xì)胞膜蛋白雜交細(xì)胞膜蛋白的混合的混合 分布于膜的非胞質(zhì)面分布于膜的非胞質(zhì)面 （細(xì)胞的外側(cè)面或細(xì)胞器

14、的內(nèi)腔面）（細(xì)胞的外側(cè)面或細(xì)胞器的內(nèi)腔面） 連接于膜蛋白和膜脂連接于膜蛋白和膜脂membrane carbohydrade細(xì)胞外衣（細(xì)胞外衣（cell coat）-真核細(xì)胞表面富含糖類的外圍區(qū)域真核細(xì)胞表面富含糖類的外圍區(qū)域 與膜蛋白和膜脂相連的膜糖類與膜蛋白和膜脂相連的膜糖類+ + 黏附于膜上的糖蛋白和蛋白聚糖黏附于膜上的糖蛋白和蛋白聚糖（細(xì)胞外基質(zhì)）（細(xì)胞外基質(zhì)） 膜糖類的功能膜糖類的功能 1. 形成細(xì)胞外衣形成細(xì)胞外衣 - 保護(hù)保護(hù) 2. 特異的糖基和規(guī)則的糖鏈排列特異的糖基和規(guī)則的糖鏈排列 - 識別識別 細(xì)胞膜對于外界 既是屏障又是溝通中介細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能? ? 一一. . 物

15、質(zhì)運(yùn)輸物質(zhì)運(yùn)輸（質(zhì)膜和內(nèi)膜共有）（質(zhì)膜和內(nèi)膜共有） 二二. . 細(xì)胞識別和細(xì)胞黏附細(xì)胞識別和細(xì)胞黏附 三三. . 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 四四. . 細(xì)胞連接和組織構(gòu)建細(xì)胞連接和組織構(gòu)建對大分子物質(zhì)對大分子物質(zhì)（小泡運(yùn)輸）（小泡運(yùn)輸）對小分子物質(zhì)運(yùn)輸需要膜運(yùn)輸?shù)鞍捉閷?dǎo)對小分子物質(zhì)運(yùn)輸需要膜運(yùn)輸?shù)鞍捉閷?dǎo)需要膜脂雙層變化和膜蛋白、需要膜脂雙層變化和膜蛋白、膜糖參與膜糖參與 二二. .細(xì)胞識別和細(xì)胞黏附細(xì)胞識別和細(xì)胞黏附細(xì)胞黏附和遷移細(xì)胞黏附和遷移精卵結(jié)合精卵結(jié)合移植排斥反應(yīng)移植排斥反應(yīng)細(xì)胞識別和細(xì)胞黏附細(xì)胞識別和細(xì)胞黏附表達(dá)不同黏附分子的兩種表達(dá)不同黏附分子的兩種細(xì)胞分別黏附在一起細(xì)胞分別黏附在

16、一起表達(dá)相同黏附分子表達(dá)相同黏附分子但表達(dá)水平有高低的兩種但表達(dá)水平有高低的兩種細(xì)胞分別黏附在一起細(xì)胞分別黏附在一起2. 精卵結(jié)合精卵結(jié)合 精子精子 卵子卵子質(zhì)膜表面有質(zhì)膜表面有卵子結(jié)合蛋白卵子結(jié)合蛋白質(zhì)膜表面有質(zhì)膜表面有精子受體精子受體我來了！結(jié)合蛋白和受體都是跨膜糖蛋白結(jié)合蛋白和受體都是跨膜糖蛋白 精子膜表面的結(jié)合蛋白（凝集素）識別了卵子膜表精子膜表面的結(jié)合蛋白（凝集素）識別了卵子膜表面受體上的特殊糖基面受體上的特殊糖基 保證了受精的種屬特異性1. 2. 是受精的啟動(dòng)步驟精卵識別精卵識別移植排斥反應(yīng)移植排斥反應(yīng) transplantation rejection發(fā)生：發(fā)生：同種或異種的不同

17、個(gè)體之間作細(xì)胞、組織或器官移植， 引發(fā)受者對供者移植物的免疫排斥反應(yīng)。 受者受者免疫細(xì)胞免疫細(xì)胞 供者細(xì)胞供者細(xì)胞我看你不是自己人質(zhì)膜表面有受體質(zhì)膜表面有受體質(zhì)膜表面有特異質(zhì)膜表面有特異識別識別分子分子 三三. .細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo) Signal transductionSignal transduction膜受體及其分類膜受體及其分類信信號號接接收收裝裝置置: :膜膜受受體體G G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體酶偶聯(lián)受體酶偶聯(lián)受體膜受體與細(xì)胞外信號分子結(jié)合而被激活，膜受體與細(xì)胞外信號分子結(jié)合而被激活，從而將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)從而將信號轉(zhuǎn)導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)膜受體：信號接收

18、裝置膜受體：信號接收裝置是是跨膜蛋白跨膜蛋白 細(xì)胞連接和組織構(gòu)建細(xì)胞連接和組織構(gòu)建 Cell junction & tissue construction1. 封閉相鄰細(xì)胞間隙封閉相鄰細(xì)胞間隙2. 加固與相鄰細(xì)胞和與基質(zhì)的連接加固與相鄰細(xì)胞和與基質(zhì)的連接3. 與相鄰細(xì)胞形成連接通道與相鄰細(xì)胞形成連接通道細(xì)胞連接的概念細(xì)胞連接的概念細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與胞基質(zhì)間細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與胞基質(zhì)間 發(fā)生聯(lián)系的特殊結(jié)構(gòu)。發(fā)生聯(lián)系的特殊結(jié)構(gòu)。 通訊連接，其中有通訊連接，其中有 縫隙連接（縫隙連接（gap junction） 錨著連接錨著連接 閉鎖連接，緊密連接（閉鎖連接，緊密連接（tight junc

19、tion）細(xì)胞連接的類型細(xì)胞連接的類型What are lipid rafts? Now most researchers believe that there is local structure within different areas of the same membrane leaflet, in the form of relatively dense patches called lipid rafts. Lipid rafts have changed our view of membrane organization.Rafts are small platforms, c

20、omposed of sphingolipidsand cholesterol in the outer exoplasmic leaflet,connected to phospholipids and cholesterol in theinner cytoplasmic leaflet of the lipid bilayer. These assemblies are fluid but more ordered and tightlypacked than the surrounding bilayer. The difference inpacking is due to the

21、saturation of the hydrocarbonchains in raft sphingolipids and phospholipids as compared with the unsaturated state of fatty acids of phospholipids in the liquid-disordered phase. Thus, the presence of liquid-ordered microdomains in cells transforms the classical membrane fluid mosaic model into a mo

22、re complex system,where proteins and lipid rafts diffuse laterally within a two-dimensional liquid.The different packing of the sphingolipids and phospholipids probably leads to their phase separation in membrane bilayers. Sphingolipid microdomains float in a phospholipid bilayer, leading to the coi

23、ning of the term lipid rafts. The function of raftsMany functions have been attributed to rafts, from cholesterol transport, endocytosis and signal transduction. The later is almost certainly the case. (Thompsen et al, 2002).Simons, K. et al. J. Clin. Invest. 2002;110:597-603Mechanisms of raft clust

24、ering. (a) Rafts (red) are small at the plasma membrane, containing only a subset of proteins. (b) Raft size is increased by clustering, leading to a new mixture of molecules. This clustering can be triggered (1) at the extracellular side by ligands, antibodies, or lectins, (2) within the membrane by oligomerization, or (3) by cytosolic agents (cytoskeletal elements, adapters, scaffolds).Raft clustering occurs at the plasma membrane as well as intracellularly, e.g., in endosomal lumen. Ligand binding or oligomerization can alter the partitioning