第二節(jié) 細(xì)胞膜

1、第3頁章節(jié)名稱第3章 第二節(jié) 細(xì)胞膜課 時4課時授課時間授課地點(diǎn)學(xué)生人數(shù)教學(xué)目標(biāo)與要求1掌握：細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型、小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸及大分子與顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸、受體、配體與第二信使的概念。2熟悉：細(xì)胞膜的化學(xué)組成、細(xì)胞膜的特性。3了解：細(xì)胞膜的其它分子結(jié)構(gòu)模型、影響膜流動性的因素、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。能力培養(yǎng)目標(biāo) 通過本節(jié)教學(xué)，使學(xué)生初步具有對細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，逐步培養(yǎng)學(xué)生從分子水平上對細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知能力。使學(xué)生初步具有對細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的認(rèn)識，逐步培養(yǎng)學(xué)生用聯(lián)系的整體的觀念學(xué)習(xí)和理解細(xì)胞的生命活動的認(rèn)知能力。重點(diǎn)難點(diǎn)分析重點(diǎn)難點(diǎn) 細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型及細(xì)胞膜的特性，小分

2、子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸，受體、配體與第二信使的概念。課程資源準(zhǔn)備教室教案教學(xué)參考資料普通的多媒體教室，能夠有播放課件的設(shè)備環(huán)境即可有幻燈片和較為詳細(xì)的講義，也有電子教案醫(yī)用生物學(xué)，胡先明、唐吟宇主編。教 學(xué) 預(yù) 設(shè)調(diào)控對策1、 教學(xué)內(nèi)容2、 教學(xué)內(nèi)容1講述：細(xì)胞膜的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)及細(xì)胞膜的特性；細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸，受體、配體與第二信使的概念。2簡介：細(xì)胞膜的其它分子結(jié)構(gòu)模型。3重點(diǎn)講解：細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型，小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，大分子物質(zhì)與顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸，受體、配體與第二信使的概念。二、教學(xué)模式采用理論講授、提問、討論及自學(xué)交互的方式進(jìn)行三、教學(xué)方法1. 多媒體教學(xué)2.

3、傳統(tǒng)講授復(fù)習(xí)思考題課后記錄 教學(xué)內(nèi)容第3章 生命的基本單位細(xì)胞第二節(jié) 細(xì)胞膜一、概念細(xì)胞膜(cell membrane)又稱細(xì)胞質(zhì)膜(plasmamembrane)，是指圍繞在細(xì)胞最外層。將原生質(zhì)與周圍環(huán)境分隔開，由膜脂和膜蛋白組成的一層極薄的膜，它是生物膜的重要組成部分。在光學(xué)顯微鏡下，細(xì)胞膜只不過是細(xì)胞與周圍環(huán)境之間的一個折光性和著色程度不同的界限 。在常規(guī)電鏡超薄切片上，生物膜具有基本相似的兩暗夾明結(jié)構(gòu)，總厚度約為7.5nm。二、細(xì)胞膜的基本作用單層膜雙層膜單位膜細(xì)胞膜（質(zhì)膜）細(xì)胞內(nèi)膜生物膜維護(hù)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的相對穩(wěn)定，并參與同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換、能量和信息傳遞。另外，在細(xì)胞的生存、生長

4、、分裂、分化中起重要作用。三、細(xì)胞膜的化學(xué)組成在不同種類的細(xì)胞中，細(xì)胞膜的化學(xué)組成基本相同，幾乎全部是由脂類、蛋白質(zhì)和少量的糖類組成。此外，還有少量的水、無機(jī)鹽和金屬離子等。糖 類脂 類蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞膜的主體糖蛋白糖 脂膜糖類的主要存在形式（一）膜脂包括磷脂、膽固醇、糖脂。1.磷脂膜脂的基本成分（50%左右）極性頭部和非極性尾部常有不飽和脂肪酸2.膽固醇存在于真核細(xì)胞膜上調(diào)節(jié)膜的流動性、穩(wěn)定性和通透性3.糖脂普遍存在，含量約在5%左右神經(jīng)細(xì)胞膜上含量豐富紅細(xì)胞表面的ABO血型糖脂（二）膜蛋白周邊蛋白(外在蛋白) 分布：膜的內(nèi)外表面鑲嵌蛋白(內(nèi)在蛋白) 分布：貫穿整個脂質(zhì)雙分子層或部分插入脂質(zhì)雙

5、分子層 , 膜內(nèi)在蛋白； , 膜周邊蛋白（脂錨定蛋白）; , 膜周邊蛋白（三）膜糖類分布：生物膜的非胞質(zhì)面膜中含有少量的糖類，稱為膜糖類。糖 類脂 類糖 脂 糖 類蛋白質(zhì)及糖蛋白 糖脂和糖蛋白分布在質(zhì)膜的外表面。三、細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)l 1917年，Langmuir，細(xì)胞膜由單層磷脂分子構(gòu)成l 1925，Gorter等， 膜由雙層脂類構(gòu)成l 1935，Denielli等，片層結(jié)構(gòu)模型l 1959，Roberson，單位膜模型l 1972，S.J.Singer等，液態(tài)鑲嵌模型l 1975，Wallach，晶格鑲嵌模型l 1977，Jain 等，板塊鑲嵌模型l 1997，K.Smons 等，脂筏模型

6、（一）磷脂單分子層模型1917年， Langmuir發(fā)現(xiàn)磷脂在水和空氣界面上形成單分子膜。（二）磷脂雙分子層模型1925年，E.Gorter and F.Grendel從紅細(xì)胞膜抽提出磷脂，測出被抽提出的磷脂鋪成單層膜時所占有面積大約是紅細(xì)胞表面積的2倍。提出雙分子類脂層是細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)。（三）片層結(jié)構(gòu)（三明治）模型1935年，J.F.Danielli and H.Davson發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油-水界面低很多，提出“蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”的三明治結(jié)構(gòu)模型。（4） 單位膜模型1959年，J. D. Robertson發(fā)展了三明治模型，提出單位膜模型（Unit membrane model）

7、。得到X-衍射與電鏡結(jié)果的支持。內(nèi)容：1. 電鏡下，“兩暗一明”2. 內(nèi)外為蛋白質(zhì)，每層厚約2nm；中間為雙層脂分子，厚約3.5nm；總厚度7.5nm（單位膜）3. 蛋白質(zhì)肽鏈折疊意義：闡述了生物膜形態(tài)上共性單位膜缺陷：把各種膜視為千篇一律，難以對不同功能的生物膜做出合理解釋（五）液態(tài)鑲嵌模型1959-1972年，冰凍蝕刻技術(shù)雙層膜脂中存在膜蛋白顆粒。免疫熒光標(biāo)記技術(shù)質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)是流動的。觀點(diǎn)：1. 流動的脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體：流動性,有序性2. 球狀蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙層中：分布不對稱性缺陷：忽視蛋白質(zhì)對脂類流動性的控制；忽視膜各部分流動性的不均一性。（六）晶格鑲嵌模型1. 液態(tài)與晶態(tài)、有序

8、與無序之間變化；2. 強(qiáng)調(diào)流動的局部性。（七）板塊鑲嵌模型1. 有序結(jié)構(gòu)板塊被無序的流動板塊分割；2. 板塊流動性不同。（八）脂閥模型1.脂雙分子層外層，富含膽固醇和鞘磷脂，結(jié)構(gòu)致密，形成“脂閥”2.脂閥上載著蛋白質(zhì)3. 功能：參與膜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選等1. Non-raft membrane2. Lipid raft3. Lipid raft associated transmembrane protein4. Non-raft membrane protein5. Glycosylation modifications (on glycoproteins and glycolipids

9、)6. GPI-anchored protein7. Cholesterol8. Glycolipid 四、細(xì)胞膜的特性（一）膜的不對稱性功能的方向性膜脂分布的不對稱性膜蛋白分布的不對稱性膜糖分布的不對稱性（二）膜的流動性1. 膜脂的流動性1. 側(cè)向擴(kuò)散 2. 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 3. 擺動運(yùn)動 4. 伸縮震蕩 5. 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動 6. 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)2. 膜蛋白的運(yùn)動性膜蛋白的運(yùn)動是側(cè)向移動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動3.影響膜脂流動性的因素（1） 膽固醇：高于相變溫度，膽固醇的含量增加會降低膜的流動性。（2）脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加。（3） 脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降

10、低。（4） 卵磷脂/鞘磷脂：比例高則膜流動性增加，是因?yàn)榍柿字扯雀哂诼蚜字?。?） 其他因素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。五、細(xì)胞膜的功能膜是細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜的基本功能對外防止有害物質(zhì)的侵入，對內(nèi)保持細(xì)胞相對獨(dú)立和維持環(huán)境的穩(wěn)定，此外它也是細(xì)胞膜內(nèi)外物質(zhì)進(jìn)出、信息交流、能量交換的門戶。（一）細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸細(xì)胞要新陳代謝，必須與外界進(jìn)行活躍的物質(zhì)交流。即新陳代謝所需的各種物質(zhì)不斷地?cái)z入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝產(chǎn)物及時地分泌或排出細(xì)胞外。這些物質(zhì)交換過程都是通過細(xì)胞膜來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞膜的物質(zhì)交換過程是有選擇性地進(jìn)行著的。如果細(xì)胞膜的選擇性通透作用異常將會產(chǎn)生病理狀態(tài)，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。細(xì)胞膜

11、的物質(zhì)運(yùn)輸概括起來，主要有穿膜運(yùn)輸（離子和小分子的運(yùn)輸）和膜泡運(yùn)輸（大分子與顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸）兩大方式。物質(zhì)運(yùn)輸穿膜運(yùn)輸被動運(yùn)輸簡單擴(kuò)散閘門通道擴(kuò)散被動擴(kuò)散主動運(yùn)輸離子泵運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸胞吞作用吞噬作用胞飲作用胞吐作用1.穿膜運(yùn)輸穿膜運(yùn)輸是小分子物質(zhì)和離子穿過細(xì)胞膜的運(yùn)輸方式。細(xì)胞膜允許某些物質(zhì)穿過的性質(zhì)稱為通透性。膜的通透性最顯著的特點(diǎn)是它的選擇性，它對物質(zhì)的運(yùn)輸可以是被動的，也可以是主動的。（1）被動運(yùn)輸定義：不需要消耗細(xì)胞代謝能量，將物質(zhì)從高濃度一側(cè)經(jīng)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)至濃度低的一側(cè)的物質(zhì)運(yùn)輸方式我們把它稱為被動運(yùn)輸。特點(diǎn)：不消耗ATP方式：被動運(yùn)輸可分為簡單擴(kuò)散、閘門通道擴(kuò)散和幫助擴(kuò)散3種。

12、1 簡單擴(kuò)散不需要消耗能量和不依靠專一性膜蛋白分子而使物質(zhì)順濃度梯度從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)的運(yùn)輸方式稱為簡單擴(kuò)散。脂溶性物質(zhì)，如苯、乙醇、甾類激素以及O2和N2等可以通過脂雙分子層按此方式擴(kuò)散。有些不帶電的極性小分子，如水、尿素、甘油、CO2等，它們的分子量小，且為雙極性，因而也能穿過脂雙分子的磷脂分子的極性頭部進(jìn)入脂雙分子層。特點(diǎn)：1）不需要特異的膜載體和能量供應(yīng)2）通透速度和濃度梯度成正比3）分子通透的速度取決于分子的大小和脂溶性的高低 通透性 P=KD/d K-分配系數(shù)； D-擴(kuò)散系數(shù)； d-膜的厚度；影響通透率的因素通透率大?。翰煌镔|(zhì)的通透率不同；脂溶性高低：脂溶性越高通透性越大；分

13、子量大?。盒》肿颖却蠓肿右淄高^；分子的極性：非極性分子比極性容易透過；分子帶電與否：極性不帶電荷的小分子可透過脂雙層；膜對帶電荷的物質(zhì)，如離子是高度不通透的。2 閘門通道擴(kuò)散定義：一些分子和電荷適當(dāng)?shù)碾x子，代謝產(chǎn)物或其他溶質(zhì)，順濃度梯度經(jīng)過閘門通道擴(kuò)散到細(xì)胞膜的另一側(cè)的運(yùn)輸方式。種類：一類是可持續(xù)開放的通道蛋白，第二類是閘門通道蛋白。1） 一類是可持續(xù)開放的通道蛋白，其上有0.350.8nm的小孔，小孔能持續(xù)開放，一些親水基團(tuán)鑲在小孔的表面，因而能使水和一些大小適宜的分子與帶電荷的溶質(zhì)，經(jīng)此小孔從膜的一側(cè)以簡單擴(kuò)散的方式轉(zhuǎn)運(yùn)動膜的另一側(cè)。2） 第二類是閘門通道蛋白，其孔道的開放是不連續(xù)的，僅在

14、對特定刺激發(fā)生反應(yīng)的瞬間才開放，其他時間是關(guān)閉的。通道的開放與關(guān)閉受通道的閘門控制。如鉀離子的閘門通道運(yùn)輸。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度增加時，可啟動鉀離子的閘門通道開放。但它的開放常常只有幾毫秒的時間，在許多情況下閘門能迅速自動關(guān)閉。1）特點(diǎn)： 離子選擇性； 門控； 轉(zhuǎn)運(yùn)速率高。3 幫助擴(kuò)散：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散1）定義：凡是借助于載體蛋白的幫助順濃度梯度的物質(zhì)運(yùn)輸方式。如：K+、Na+、Ca2+等帶電離子的轉(zhuǎn)運(yùn)和葡萄糖、氨基酸等的轉(zhuǎn)運(yùn)。2）特點(diǎn)：增加轉(zhuǎn)運(yùn)速率：如葡萄糖載體對葡萄糖有很高的親和力，1秒鐘可傳送180個葡萄糖分子進(jìn)入細(xì)胞。維生素D可以促進(jìn)小腸粘膜中鈣離子載體的合成，所以維生素D可以

15、促進(jìn)機(jī)體對鈣的吸收。協(xié)助擴(kuò)散的速率僅在一定范圍內(nèi)同物質(zhì)的濃度差成正比。細(xì)胞膜上特定載體蛋白的數(shù)量是相對恒定，當(dāng)所有載體蛋白的結(jié)合部位都被占據(jù)，載體處于飽和狀態(tài)時，運(yùn)輸速率達(dá)到最大值。（2）主動運(yùn)輸1）定義：主動運(yùn)輸是物質(zhì)由低濃度的一側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)到高濃度的一側(cè)，同時消耗ATP能量的運(yùn)輸方式。2）特點(diǎn)：消耗能量 逆濃度差 需要載體蛋白1 Na-K泵（Na+-K+ATP酶）工作原理：每個循環(huán)消耗一個ATP。每個周期轉(zhuǎn)出2個鈉離子，輸入2個鉀離子，使細(xì)胞外帶正電荷。 構(gòu)成：由1個大亞基、1個小亞基組成的2聚體，具有ATP酶活性，因此也叫Na+-K+ATP酶，分布于動物細(xì)胞的質(zhì)膜。 分布：一切動物細(xì)胞的細(xì)

16、胞膜上。2）協(xié)同運(yùn)輸離子梯度驅(qū)動定義：協(xié)同運(yùn)輸是由鈉鉀泵等與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP完成的主動運(yùn)輸方式，又叫耦連運(yùn)輸。特點(diǎn)：靠間接提供能量完成主動運(yùn)輸。能量來自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度。動物細(xì)胞中常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來驅(qū)動。植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度驅(qū)動。2.膜泡運(yùn)輸大多數(shù)細(xì)胞都能攝入或排出特定大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多核苷酸和多糖等，有些細(xì)胞甚至能吞入大顆粒。由于有些細(xì)胞對一些大分子與顆粒物質(zhì)不能通過細(xì)胞膜的滲透進(jìn)行運(yùn)輸，而必須被包裹在膜圍繞的小泡中進(jìn)行運(yùn)輸。細(xì)胞在轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的過程中，物質(zhì)被包裹在膜脂雙層圍繞的囊泡中，所以稱為膜泡運(yùn)輸。細(xì)胞攝入和排出大分子和顆粒物質(zhì)的過程分

17、別為胞吞作用和胞吐作用。胞吞作用和胞吐作用都需要能量供應(yīng)，故屬于主動運(yùn)輸。1）胞吞作用范疇胞吞作用是通過細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷形成胞吞泡，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程。胞吞作用類型：根據(jù)胞吞分子的大小劃分:A、吞噬作用（指細(xì)胞的“吃”）：細(xì)胞內(nèi)吞入較大的固體顆粒物質(zhì)，如微生物或細(xì)胞的殘?jiān)?、?xì)菌、細(xì)胞碎片等。形成的囊泡的直徑一般大于250nm，只有少數(shù)特化了的細(xì)胞才具有吞噬作用，如白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。B、胞飲作用（指細(xì)胞的“喝”或“飲”）：細(xì)胞內(nèi)吞液體或極小的顆粒物質(zhì)。吞入的液體和溶質(zhì)形成的囊泡直徑小于150nm。大多數(shù)細(xì)胞具有胞飲作用。（二）細(xì)胞膜的信號傳遞“人類為什么能感受到春天紫丁香的香氣，并在任

18、何時候都能提取出這種嗅覺上的記憶”。人能夠分辨和記憶約1萬種不同的氣味，但人具有這種能力的基本原理是什么？香氣受體結(jié)合G蛋白纖毛膜上的離子通道產(chǎn)生電信號沿著神經(jīng)細(xì)胞的軸突傳遞嗅球。1.概念是指一個細(xì)胞發(fā)出的信息可通過介質(zhì)（配體）傳遞到另一個細(xì)胞，通過受體的識別和信號傳遞產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程。細(xì)胞通過分泌化學(xué)信號進(jìn)行細(xì)胞間相互通訊這是多細(xì)胞生物包括動物和植物最普遍采用的通訊方式。受體： 膜受體：親水性分子 胞內(nèi)受體：親脂性分子（1）膜受體：位于細(xì)胞膜上的受體。其多為膜上的功能性糖蛋白。也有糖脂組成的，也有糖脂和糖蛋白組成的復(fù)合物。（2）胞內(nèi)受體：位于細(xì)胞