細胞膜和細胞表面

1、關(guān)于細胞膜與細胞表面 第一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型第二節(jié)生物膜基本特征與功能第三節(jié)膜骨架第四章細胞膜與細胞表面第二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型二、膜脂三、膜蛋白第一節(jié)細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型第三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞質(zhì)膜（cell membrane）/細胞膜（plasma membrane):是指圍繞在細胞最外層，由脂質(zhì)和 蛋白質(zhì)、糖組成的生物膜。生物膜的作用：細胞結(jié)構(gòu)的邊界， 物質(zhì)運輸、能量傳遞生物膜（bio-membrane）:細胞內(nèi)的膜系統(tǒng)與細胞膜統(tǒng)稱為生物膜。第四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2

2、022年6月一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型：E. Overton 1895 發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過植物的細胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過細胞膜，因此推測細胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。第一節(jié) 細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型第五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2. E. Gorter & F. Grendel 1925 用有機溶劑提取了人類紅細胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細胞表面積，因而推測細胞膜由雙層脂分子組成。第七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3. J. Danielli & H. Davson 1935 發(fā)

3、現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油水界面的張力低得多，推測膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了”蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”的三明治模型。第八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月4.J.D.Robertson，1959 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細胞膜照片,顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。各種膜均具有各自特定的厚度，質(zhì)膜：10nm線粒體：5-6nm雙層脂分子厚：3.5nm蛋白質(zhì)厚：2nm的構(gòu)成。X-射線衍射分析；電鏡技術(shù)第九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月紅細胞膜的結(jié)構(gòu)第十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月5. S. J. Singer & G. Nicolson

4、 1972根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在”單位膜”模型的基礎(chǔ)上提出“流動鑲嵌模型（fluid mosaic model)”。強調(diào)膜的流動性和膜蛋白分布的不對稱性。第十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月6.質(zhì)筏模型（lipid raft model)(Simon,1988）以甘油磷脂為主體的生物膜上，膽固醇、鞘磷脂等形成相對有序的脂相。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體上形成，最終轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜上載著執(zhí)行某種特定生物功能的各種膜蛋白。第十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月7. 生物膜結(jié)構(gòu)具有極性頭部，非極性尾部的磷脂分子.蛋白質(zhì)分子生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中的二維溶液。第十三

5、張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(一)成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和 膽固醇三種類型(二)膜脂的運動方式(三)脂質(zhì)體(liposome）二、膜脂第十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月磷脂：膜脂的基本成分（50以上） 分為兩類: 甘油磷脂和鞘磷脂 主要特征： 具有一個極性頭和兩個非極性的尾(線粒體4個) 脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù),多數(shù)碳鏈由16,18或 20個組成； 飽和脂肪酸(軟脂酸)及不飽和脂肪酸(油酸)；(一)成分:膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇第十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核細

6、胞的質(zhì)膜上（5以下）,神經(jīng)元質(zhì)膜上糖脂含量較高，約占5-10%；膽固醇：膽固醇存在于真核細胞膜上（30%以下），細菌質(zhì)膜不含有膽固醇，但某些細菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂類。第十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)膜脂的種熱運動方式沿膜平面的側(cè)向運動;（基本運動方式）,其擴散系數(shù)為10-8 cm2/s；產(chǎn)生分子間換位。頻率在106 次/s 以上，膜脂分子的基本運動方式。脂分子圍繞軸心的自旋運動;脂分子尾部的擺動;雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運動，發(fā)生頻率還不到脂分子側(cè)向交換頻率的1010 cm2/s 。但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運動發(fā)生頻率很高(經(jīng)幾秒種后，將半數(shù)發(fā)上發(fā)生轉(zhuǎn)運)

7、。第十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞脂雙層膜間的磷脂的移動1234第十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(三) 脂質(zhì)體(liposome)脂質(zhì)體：是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定 的雙層膜的趨勢而制備的人工膜。類 型： (a)水溶液中的磷脂分子團； (b)球形脂質(zhì)體； (c)平面脂質(zhì)體膜； (d）用于疾病治療的脂質(zhì)體應用： 研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質(zhì)； 脂質(zhì)體中裹入DNA可用于基因轉(zhuǎn)移； 在臨床治療中,脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體。 第二十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、膜蛋白(一)蛋白膜類型(二)內(nèi)在

8、膜蛋白與膜脂結(jié)合方式(三)去垢劑第二十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(一) 類型外在膜蛋白(extrinsic membrane protein /外周膜蛋白(peripheral membrane proteins) : 水溶性蛋白, 分離：改變離子度、提高溫度內(nèi)在蛋白(intrinsic membrane protein) /整合蛋白(integral membrane protein): 水不溶性蛋白，形成跨 分離：需用去垢劑使膜崩解后才可分離質(zhì)錨定膜蛋白(lipid anchored protein ):通過磷脂或脂肪酸錨定，共價結(jié)合。第二十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于

9、2022年6月外在膜蛋白內(nèi)在膜蛋白與質(zhì)分子或糖脂連接的錨定膜蛋白第二十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式第二十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(三)去垢劑：是一端親水一端疏水的兩性小分子，是分離研究膜蛋白的常用試劑。 離子型： SDS(十二烷基磺酸鈉) 可使細胞膜崩解，與膜蛋白疏水部分結(jié)合，使其分 離，破壞蛋白內(nèi)部的共價鍵，改變親水部分的構(gòu)象。 非離子型：Triton X-100 可使細胞膜崩解，用于膜蛋白的分離與純化；除去細 胞的膜系統(tǒng)，以便對細胞膜骨架蛋白和其它蛋白進 行研究。第二十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十七張

10、，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié)生物膜基本特征與功能一、膜的流動性(一)膜質(zhì)的流動性(二)膜蛋白的流動性(三)熒光漂白恢復技術(shù)第二十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）膜脂的流動性膽固醇：膽固醇的含量增加會降低膜的流動性。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。脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動 性降低。卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動性增加，是因為 鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：膜蛋白和膜脂的結(jié)合方式、溫度、酸堿 度、離子強度等。第二十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月The structure of the lip

11、id bilayer depends on the temperature. Above the transition temperature, the lipid molecules and their hydrophobic tails are free to move in certain directions even through they retain a considerable degree of order.Below the transition temperature, the movement of the molecules is greatly restricte

12、d, and entire bilayer can be described as a crystalline gel. 第三十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）膜蛋白的流動性膜蛋白的運動方式主要有側(cè)向擴散和繞與平面相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)。周圍膜脂的性質(zhì)和相態(tài)：膜脂的液態(tài)區(qū)與晶態(tài)區(qū)，質(zhì)膜相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用：細胞骨架的作用：微管固定膜蛋白和位置；微絲引 起膜蛋白的運動，發(fā)生成帽反應。膜蛋白和運動必然存在一種跨膜控制系統(tǒng) (transmembrane control system)第三十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞膜是流動鑲

13、嵌模型的實驗結(jié)果(1) 細胞融合試驗：證明膜的流動性。 小鼠H-2抗原(綠) 人HLA抗原(紅) 異核體(heterokaryon)仙臺病毒第三十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十四張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)淋巴細胞的成斑(patching)和成帽(capping)反應 證明質(zhì)膜的流動化。 抗原+抗體 抗原均勻分布在細胞表面 抗原+抗體結(jié)合物簇集分布 集中成斑(patching) 集中細胞尾端表面，形成帽狀結(jié)構(gòu)(capping) 被吞入到細胞內(nèi)，被酶消化 第三十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第

14、三十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）熒光漂白恢復技術(shù)膜蛋白和膜質(zhì)流動性的基本試驗之一。第三十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、膜的不對稱性(一）細胞膜各部分名稱(二)膜脂的不對稱性(三)膜蛋白的不對稱性第四十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(一）細胞膜各部分名稱細胞膜各部分的名稱：胞外表面(extrocytoplasmic surface, ES): 與細胞外環(huán)境接觸的膜面。原生質(zhì)表面(protoplasmic surface, PS): 與細胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面。細胞外小頁斷裂面(extrocytopl

15、asmic face, EF):原生質(zhì)小頁斷裂面(protoplasmic face,PF)第四十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月細胞外小頁斷裂面(EF)原生質(zhì)小頁斷裂面(PF)第四十二張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(二）膜脂與糖脂的不對稱性質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷脂的含量比例不同。 PC和SM：膜外小頁， PE和PS：質(zhì)膜內(nèi)小頁。證據(jù)：用磷脂酶處理完整的人類紅細胞， 80%的PC降解，而PE和PS分別只有20% 和10%的被降解。糖脂僅存在于質(zhì)膜的ES面，可能是細胞表面受 體，與細胞的抗原性有關(guān)。 第四十三張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共五

16、十五頁，創(chuàng)作于2022年6月膜蛋白的不對稱性：是指每種膜蛋白分子在細胞膜 上都具有明確的方向性； 細胞表面受體 膜上載體蛋白糖蛋白，糖殘基均分布在質(zhì)膜的ES 膜蛋白的不對稱性是生物膜完成復雜的在時間與空間上有序的各種生理功能的保證。(三）膜蛋白的不對稱性第四十五張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十六張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、細胞膜的功能為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境;選擇性的物質(zhì)運輸,包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排除,其中伴隨著能量的傳遞;提供細胞識別位點,并完成細胞內(nèi)外信息跨膜傳遞;為多種酶提供結(jié)合位點,使酶促反應高效而有序地進行;介導細胞與細胞、細胞

17、與基質(zhì)之間的連接;質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細胞表面特化結(jié)構(gòu)。第四十七張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié)、膜骨架(一）膜骨架(二）紅細胞的生物學特性(三）紅細胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架第四十八張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月(一)膜骨架（membrane associated cytoskeletion) 膜骨架：是指細胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它參與維持細胞膜的形狀并協(xié)助膜，完成多種生理功能。 膜骨架位于細胞質(zhì)膜下約0.2m厚的溶膠層。(二)紅細胞的生物學特性 膜骨架賦予紅細胞質(zhì)膜既有很好的彈性又 具有較高強度。第四十九張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022

18、年6月（三）紅細胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細胞質(zhì)膜蛋白成分血影蛋白(紅膜肽 spectrin)肌動蛋白(actin) 血型糖蛋白(glycolphorin) 帶3蛋白(band 3) 錨蛋白(ankyrin) 帶4.1蛋白(band 4.1)第五十張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十一張，PPT共五十五頁，創(chuàng)作于2022年6月血影蛋白：由結(jié)構(gòu)相似的鏈、鏈組成一個異二聚體，兩個二聚體頭與頭相接連形成一四聚體。錨蛋白：與血影蛋白和帶3蛋白的胞質(zhì)部相連，將血影蛋白網(wǎng)絡連接到質(zhì)膜上。帶3蛋白：是陰離子載體，通過交換Cl，使HCO3進入紅細胞。為二聚體。每個單體含929個氨基酸，穿膜12次。血型糖蛋白：單