生物細(xì)胞學(xué)課件文字版：第04章 細(xì)胞質(zhì)膜

1、課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)（2012年） 13章 概論412、17章 細(xì)胞靜態(tài)結(jié)構(gòu)1316章 細(xì)胞動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)第四章 細(xì)胞質(zhì)膜（Plasma Membrane）本章內(nèi)容 第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分；第二節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的基本特征和功能，（包含“膜骨架”）；第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分本節(jié)主要內(nèi)容一、細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型（model）二、膜脂三、膜蛋白一、 生物膜的結(jié)構(gòu)模型P83，541、Ernest Overton （1895） 發(fā)現(xiàn)：溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過(guò)植物的細(xì)胞膜；不溶于脂肪的物質(zhì)則不易透過(guò)。推測(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。2、E. Gorter 和 F. Grendel（1925）發(fā)現(xiàn)：紅

2、細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分在水面展開(kāi)的面積是紅細(xì)胞表面積的2倍，由此推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。3、三明治式質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型P83J. Danielli 和 H. Davson（1935） 發(fā)現(xiàn)：質(zhì)膜的表面張力油-水界面，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)。1959年提出了“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三明治式的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型4、單位膜模型（unit membrane model）J. D. Robertson （1959） 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)；5、流動(dòng)鑲嵌模型（fluid mosaic model）S. J. Singer 和 G. L.Nicolson（ 1972） 提出了“流動(dòng)鑲嵌模

3、型”。6、脂筏（lipid rafts）和質(zhì)膜微囊（caveolae）（補(bǔ)充）（1）1988年 脂筏富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域 (直徑約100nm)，是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁(yè)；形成于高爾基體；如同一個(gè)蛋白質(zhì)停泊的平臺(tái)，與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、跨膜運(yùn)輸、病源入侵等有密切關(guān)系。（2）1995年 質(zhì)膜微囊細(xì)胞表面內(nèi)陷小孔結(jié)構(gòu)，以鞘脂和膽固醇為主，以微囊素/內(nèi)陷素（caveolin）為標(biāo)志蛋白。（3）脂筏和質(zhì)膜微囊（胞膜窖）的功能P96：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中心？物質(zhì)的運(yùn)輸內(nèi)吞、外排疾病關(guān)聯(lián)HIV、癌、動(dòng)脈粥樣硬化、糖尿病、老年性癡呆質(zhì)膜應(yīng)該視為脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖組成的一個(gè)不均勻的超分子體系，膜脂以甘油酯為主體，

4、大小不一的、以鞘脂和膽固醇為主要成分的微區(qū)分散在主體中。主體和微區(qū)都含有數(shù)量不等的膜蛋白。question ？1、微區(qū)的功能機(jī)制？2、微區(qū)小，難以分離3、信號(hào)分子與微區(qū)的關(guān)系？4、微區(qū)在醫(yī)藥的應(yīng)用？細(xì)胞膜的化學(xué)組成p85質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成。 膜脂膜的基本骨架； 膜蛋白膜功能的主要體現(xiàn)者。二、膜脂（membrane lipid）P85，56生物膜的基本成分成分 主要包括甘油磷脂、鞘酯（包括糖脂）和固醇三種類型。1、甘油磷脂：是構(gòu)成膜脂的基本成分，占膜脂的50以上；在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成。 甘油磷脂phosphoglyceride 主要類型有： 磷脂酰膽堿(PC)，舊稱卵磷脂 磷脂酰絲氨酸(PS)

5、磷脂酰乙醇胺(PE), 舊稱腦磷脂 磷脂酰肌醇(PI) 雙磷脂酰甘油( DPG) , 舊稱心磷脂脂分子極性頭部的空間占位對(duì)脂雙層曲度的影響磷酸甘油酯的分子結(jié)構(gòu)特征1）頭尾： “一頭二尾”（心磷脂4尾）；2）碳鏈：碳原子多為16或18，偶數(shù)。3）飽和性：飽和、單不飽和、多不飽和。 30o轉(zhuǎn)角2、鞘酯（sphingolipids）含量較少，是鞘胺醇的衍生物。鞘磷脂（sphingomyelin）以鞘胺醇為骨架，與一條脂肪酸鏈組成疏水尾部，與含膽堿的磷酸基團(tuán)組成親水頭部；在神經(jīng)系統(tǒng)中含量特別豐富。原核細(xì)胞、植物中無(wú)鞘磷脂。糖脂（glycolipid）以鞘胺醇為骨架，與一條脂肪酸鏈組成疏水尾部，與一個(gè)或

6、多個(gè)糖殘基組成親水頭部，在神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高。最簡(jiǎn)單的糖脂半乳糖腦苷脂，在髓鞘的多層膜中含量豐富；變化最多、最復(fù)雜的糖脂神經(jīng)節(jié)苷脂。質(zhì)膜上的糖類：共價(jià)連接在膜脂和膜蛋白上90以共價(jià)鍵與蛋白質(zhì)糖蛋白；10連接到脂類糖脂。膜糖的功能： 細(xì)胞與環(huán)境的相互作用 接觸抑制 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 蛋白質(zhì)分選 保護(hù)作用等。3、固醇包括膽固醇及類似物；動(dòng)物中含量最豐富的固醇類化合物； 植物和細(xì)菌中少；在腦、神經(jīng)組織及腎上腺中含量豐富，其次是在肝、腎、脾、皮膚和脂肪組織中。膽固醇對(duì)細(xì)胞膜流動(dòng)性的影響在相變溫度以上,它可使磷脂分子的脂酰鏈末端的運(yùn)動(dòng)減小,即限制膜的流動(dòng)性。在相變溫度以下,可增加脂類分子脂酰鏈的運(yùn)動(dòng),這樣

7、可以增強(qiáng)膜的流動(dòng)性。膜脂的特性厚度約6nm；連續(xù)廣泛的網(wǎng)絡(luò)；可變形；自組裝（self assemble）。（二）膜脂的運(yùn)動(dòng)方式（P87，58）1、沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)；*2、脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)；3、脂分子尾部的擺動(dòng)；4、雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（三）脂質(zhì)體（liposome）p88，58本質(zhì)：利用了磷脂分子在水相中自我組裝形成的穩(wěn)定的脂雙層膜現(xiàn)象而制備的人工膜。在水中，攪動(dòng)磷脂形成的雙層脂分子球形體，直徑251000nm不等。liposome人工脂質(zhì)體的用途： 1.研究生物膜的特性 2.藥物和DNA的載體 隱形脂質(zhì)體（stealth liposomes）三、膜蛋白 P88，58 種類繁多

8、, 是膜功能的主要體現(xiàn)者。據(jù)估計(jì)核基因組編碼的蛋白質(zhì)中約30%為膜蛋白。（一）膜蛋白的類型根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式，分為三類：外在膜蛋白 （peripheral protein）外周內(nèi)在膜蛋白 （integral protein ）整合脂錨定膜蛋白（lipid anchored protein）外在膜蛋白水溶性，暴露在脂雙層的表面；與質(zhì)膜以弱鍵形式連接；容易從膜上分離下來(lái)。膜內(nèi)在蛋白 p90，59占膜蛋白主體，多數(shù)為跨膜蛋白（tansmembrane proteins），是兩性分子；與膜的結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來(lái)，如SDS（離子型），TritonX-100（非離子型）p

9、91，61。膜內(nèi)在蛋白與膜脂的結(jié)合方式 p89本節(jié)小結(jié)一、細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型二、膜脂三、膜蛋白第二節(jié)、生物膜的基本特征和功能一、膜的流動(dòng)性（P92，62）質(zhì)膜流動(dòng)性的意義 1）有利于酶的側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 2）保證了物質(zhì)的運(yùn)輸； 3）與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)； 4）和能量轉(zhuǎn)換有關(guān)； 5）與細(xì)胞的發(fā)育和衰老相關(guān)。影響膜脂流動(dòng)性的因素膽固醇含量：含量增加，膜的流動(dòng)性降低；脂肪酸鏈的飽和度：飽和度越低，膜流動(dòng)性越強(qiáng)。脂肪酸鏈的長(zhǎng)度：長(zhǎng)鏈，相變溫度高，膜流動(dòng)性低；卵磷脂/鞘磷脂比例：該比例高則膜流動(dòng)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。（二） 膜蛋白的流動(dòng)性 （P92，62

10、）是自發(fā)的熱運(yùn)動(dòng)（側(cè)向流動(dòng)），不需要代謝產(chǎn)物的參加和能量的提供，但受到溫度影響。膜蛋白的流動(dòng)性是相對(duì)的：某些膜蛋白分布有區(qū)域性；有的蛋白不流動(dòng)的因與膜下的細(xì)胞骨架相結(jié)合，流動(dòng)受限。研究膜蛋白流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)熒光抗體免疫標(biāo)記細(xì)胞融合整合膜蛋白的運(yùn)動(dòng)方式影響膜蛋白移動(dòng)的因素溫度整合蛋白相互間的影響膜骨架的影響細(xì)胞外基質(zhì)的影響相鄰細(xì)胞的影響細(xì)胞外配體、抗體、及藥物大分子的影響（三）膜脂和膜蛋白運(yùn)動(dòng)速率的檢測(cè)P93，63光脫色熒光恢復(fù)技術(shù) FRAPfluorescence recovery after photobleaching熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜脂，再用激光照射某一區(qū)域，被照射區(qū)的熒光因淬滅而變?nèi)酢Ｓ捎?/p>

11、膜的流動(dòng)性，粹滅區(qū)域亮度會(huì)逐漸恢復(fù)，最后與周圍亮度等同?；謴?fù)的速度間接反映出膜蛋白或者膜脂擴(kuò)散的速度。二、膜的不對(duì)稱性 P93，63 質(zhì)膜內(nèi)外兩層的組分和功能的差異（一） 細(xì)胞質(zhì)膜各膜面的名稱ESEFPFPS小鼠肝細(xì)胞膜冰凍蝕刻（二）膜脂的不對(duì)稱性 p93， 64 （三）膜蛋白的不對(duì)稱性三、質(zhì)膜相關(guān)的膜骨架（一）膜骨架（membrane associated cytoskeleton）定義：質(zhì)膜下與膜蛋白相連的纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。作用：維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。研究材料：成熟的哺乳動(dòng)物血紅細(xì)胞二、紅細(xì)胞的生物學(xué)特性不貴，可大量獲得；游離，無(wú)需從復(fù)雜組織中分離；無(wú)核膜和內(nèi)膜，

12、避免膜樣品的污染；簡(jiǎn)單處理溶血，就能獲得血影。紅細(xì)胞血影三、紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞膜骨架：在紅細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)，由膜蛋白和纖維蛋白組成的網(wǎng)架。人紅細(xì)胞膜蛋白SDSPAGE電泳分布紅細(xì)胞膜內(nèi)存在的蛋白質(zhì)約15種蛋白，其中主要的有3種:血影蛋白（spectrin）：又叫紅膜肽，是膜骨架主要成分，、亞基構(gòu)成，非膜蛋白；帶3蛋白（band 3 protein）：跨膜蛋白， “陰離子通道”；多次跨膜（1214次）血型糖蛋白A（glycophorin A）：?jiǎn)未慰缒さ鞍?，富含唾液酸，類似的還有血型糖蛋白B、C、D；肌動(dòng)蛋白（actin）：又稱帶5蛋白，是膜骨架的主要成分，肌動(dòng)蛋白纖維上有多個(gè)與血影蛋白結(jié)合的位點(diǎn)。錨蛋白（ankyrin）：又稱帶2.1蛋白，一方面連接血影蛋白，一方面連接帶3蛋白；帶4.1蛋白（band 4.1 protein）：膜骨架成分，促使血影蛋白和肌動(dòng)蛋白結(jié)合；紅細(xì)胞