細(xì)胞質(zhì)膜精品課件

1、關(guān)于細(xì)胞質(zhì)膜第一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四章 細(xì)胞質(zhì)膜第二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月構(gòu)成細(xì)胞的活物質(zhì)總稱為原生質(zhì)。細(xì)胞的外圍包有一層由脂雙分子和蛋白質(zhì)構(gòu)成的單位膜稱為質(zhì)膜亦稱為細(xì)胞膜（cell membrane）。質(zhì)膜不僅是細(xì)胞把其內(nèi)部與周圍環(huán)境分開的邊界，更重要的是，它是細(xì)胞與周圍環(huán)境和細(xì)胞與細(xì)胞間進行物質(zhì)交換和信息傳遞的重要通道。質(zhì)膜是細(xì)胞的一道可調(diào)控的動態(tài)屏障，對物質(zhì)進出細(xì)胞運輸有調(diào)控作用。質(zhì)膜是細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)成分，質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)各種膜的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和活動屬性等方面有一定的共性，故總稱為生物膜第三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)

2、膜的結(jié)構(gòu)模型一、細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史 1. E.Overton1895年發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過植物細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易夠過細(xì)胞膜。因此推測細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。2. E. Gorter &F. Grendel1925年用有機溶劑提取了人的紅細(xì)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(xì)胞表面積，因而推測細(xì)胞膜由雙層脂分子組成第四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月雙分子片層模型（三明治模型） 認(rèn)為：細(xì)胞膜是兩層磷脂分子構(gòu)成，分子的疏水性碳?xì)滏溤谀?nèi)部彼此相對，親水端朝外，親水端覆蓋著一層球形蛋白質(zhì)分子。即“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三明治式結(jié)構(gòu)模型。

3、3. J. Danielli & H. Davson 1935年發(fā)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)。1959年提出了修正模型，認(rèn)為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過。第五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月J.D.Rorbertson提出所有膜都呈三層式結(jié)構(gòu)：在橫切面上表現(xiàn)為兩側(cè)為暗線、中央夾著一條明線。于是他根據(jù)在電鏡下的觀察結(jié)構(gòu)，以及質(zhì)膜的一些功能指標(biāo)，提出了單位膜模型（Unit membrane model）。單位膜模型他認(rèn)為，膜中央為脂類雙層分子，在電鏡下顯示為明線，膜兩側(cè)為展開的蛋白質(zhì)分子層，在電鏡下顯示為暗線。第六張，PPT共三十二頁

4、，創(chuàng)作于2022年6月 在單位膜模型的基礎(chǔ)上Singer和Nicolson在1972年提出了生物膜的流動鑲嵌型模型。這種模型主要強調(diào)：（1）膜的流動性，膜蛋白和膜脂均可側(cè)向運動（2）膜蛋白分布的不對稱性，有的鑲在膜的表面，有的嵌入或橫跨脂雙分子層。 流動鑲嵌型模型(Fluid mosaic model)第七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月這種模型是對膜的流動性的新理解，主要觀點：在甘油磷脂主體的生物膜上，膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)形成相對有序的脂相，如同漂浮在脂雙層上的“脂筏”一樣載著執(zhí)行某些特定生物學(xué)功能的各種膜蛋白。 脂筏在高爾基體上形成、參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、跨膜運輸?shù)冗^程脂筏模型(lip

5、id model, Simons 1988)脂筏模型示意圖第八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月目前對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識歸納為以下幾點：（1）脂類是生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分。具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在水相中具有自發(fā)形成封閉的膜系統(tǒng)的性質(zhì)，磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相形成脂雙分子層。（2）鑲嵌性 蛋白質(zhì)分子以不同的方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在起表面，蛋白質(zhì)的類型、分布的不對成性及其與脂分子的協(xié)同作用賦予生物膜各自的特性與功能。（3）流動性 生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中的二維溶液。但膜蛋白與膜脂間、膜蛋白與膜蛋白間以及與膜兩側(cè)大分子間存在復(fù)雜的相互作用，限制了膜的

6、流動性。（4）生物膜的動態(tài) 在細(xì)胞生長和分裂過程中，生物膜在三維空間上可出現(xiàn)彎曲、折疊、延伸等改變，出于不斷的動態(tài)變化，確保生命活動的進行。第九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、 質(zhì)膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)排列 1、 質(zhì)膜的化學(xué)組成：膜主要是由脂類和蛋白質(zhì)兩大類物質(zhì)組成，蛋白質(zhì)約占膜干重的20-70%，脂類占30-70%。 此外，膜還含10%的碳水化合物。第十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）膜脂：主要為: 甘油磷脂（glycerophosphatide） 鞘脂(sphingolipid) 固醇(sterol)。 甘油磷脂構(gòu)成

7、膜脂的基本成分，占膜脂的50%以上。包括： 磷脂酰膽堿（卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺 磷脂酰肌醇、 磷酯酰絲氨酸合成部位：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 磷脂的特性：a、磷脂為雙性分子，由磷脂酰堿基和脂肪酸兩部分通過甘油基團結(jié)合而成的，具有一個極性頭部和兩個非極性碳?xì)湮膊?；c、脂雙分子層具有不對稱性 例如，人的紅細(xì)胞質(zhì)膜，脂雙層的外單層幾乎全部由磷脂酰膽堿所組成，而內(nèi)單層則是由一端含氨基的磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸組成，故膜內(nèi)外層的電荷有顯著差異，且有重要的生理功能；d、脂肪酸為偶數(shù)碳 e、除飽和脂肪酸根外， 還有不飽和順式脂肪酸磷脂分子磷脂酰堿基-集中了磷酸和堿基，極性強，

8、親水第十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 鞘 脂： 合成部位：高爾基體具有一個類似甘油磷脂的極性頭部-鞘磷脂。 -豐富度最高的鞘磷脂為神經(jīng)鞘磷脂 另一類鞘脂類為糖脂-極性頭部直接共價結(jié)合到鞘氨醇上的一個糖分子或寡糖鏈。 -普遍存在于原核和真核細(xì)胞的膜上，其含量約占膜質(zhì)總量的5以下。第十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 固 醇： 膽固醇及其類似物，自身不能形成脂雙層，只能插入磷脂分子之間，參與生物膜的形成。 其含量不超過膜脂的13，膽固醇在調(diào)節(jié)膜的流動性，增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)的通透性等方面起著重要作用。膽固醇還是很多重要的生物活性分子的前體化合物，如固醇類激素

9、、維生素D等。還參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：膽固醇可與發(fā)育調(diào)控的信號分子Hedgehog共價結(jié)合。第十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 （2）膜蛋白：根據(jù)膜蛋白分離的難易程度和與脂分子的結(jié)合方式，蛋白可分為三大類型： 膜周邊蛋白（或外在蛋白，extrinsic or peripheral protein）分布在膜的內(nèi)外表面，為水溶性的；易分離 跨膜整合蛋白（或內(nèi)在蛋白，intrinsic or integral protein） 以不同程度嵌入脂雙層的內(nèi)部，多為橫跨全膜，它們的疏水區(qū)域與脂雙層中脂類分子的疏水尾部相互作用，親水區(qū)域暴露在膜的一側(cè)或兩側(cè)表面。它們是雙性蛋白。不易分離脂錨定蛋白：通過

10、與之共價相連的脂分子插入膜的脂雙分子中，從而錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上。根據(jù)功能不同可將構(gòu)成膜的蛋白質(zhì)分成3類： 運輸?shù)鞍祝╰ransport protein）受體蛋白（receptor protein）和酶 第十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月hggfhfdg膜蛋白與膜的結(jié)合結(jié)合方式第十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）膜糖類：膜結(jié)構(gòu)的糖類主要與膜脂、膜蛋白以共價鍵形成糖脂和糖蛋白，分布在膜的表面。第十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月脂雙層+蛋白+糖磷脂（甘油磷脂、鞘脂）、糖脂和固醇周邊蛋白、跨膜蛋白、脂錨定蛋白第十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一

11、、膜的流動性 膜脂的流動性和膜蛋白的運動性, 都與分子的屬性有關(guān)。1膜脂的流動性（1）膜脂分子的運動方式： 磷脂分子以膜平面相垂直的軸線左右擺動； 磷脂分子圍繞與膜平面相垂直的軸旋轉(zhuǎn)運動； 磷脂分子在膜內(nèi)沿膜平面?zhèn)认驍U散或側(cè)向移動； 磷脂分子在兩層脂分子中 作翻轉(zhuǎn)運動，即脂分子從一單 分子層以180度翻到另一脂分子單 層中第二節(jié) 生物膜基本特征與功能第二十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月消防規(guī)劃法規(guī)和第二十一張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月脂肪酸鏈的飽和程度(雙鍵越多，流動性越大)脂肪酸鏈的長度（越短，流動性越大） 膽固醇磷脂的比值（比值大，流動性低） 卵磷脂鞘磷脂的比值（

12、比值大，流動性高）（卵磷脂不飽和程度高，鞘磷脂黏度是卵磷脂的6倍）衰老和動脈硬化都與膜的流動性有關(guān)(比值降低） 膜蛋白的影響 此外，膜脂的極性基團、環(huán)境溫度、離子強度、金屬離子等均可對膜脂的流動性產(chǎn)生一定的影響（2） 影響膜脂分子流動性的因素第二十二張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月2膜蛋白的流動 膜蛋白的運動方式主要有側(cè)向擴散和繞與膜平面相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)。利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運動40 min第二十三張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月膜蛋白的運動性要受其所處的微環(huán)境的制約：（1）周圍膜脂的性質(zhì)和相態(tài)：液態(tài)區(qū)易于流動，晶態(tài)區(qū)不易運動（2）質(zhì)膜相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用：如紅細(xì)胞膜下的膜

13、骨架的作用限制了蛋白的運動（3）細(xì)胞骨架的作用：微管可固定膜蛋白的位置，微絲可引起膜蛋白運動。第二十四張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月膜流動性的生理意義： 質(zhì)膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。 例如跨膜物質(zhì)運輸、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞識別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動性密切相關(guān)。 當(dāng)膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運輸將停止 反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。第二十五張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、膜的不對稱性質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異，稱為膜的不對稱性。膜脂、膜蛋白和復(fù)合糖在膜上均呈不對稱分布，導(dǎo)致膜功能的不對稱性和

14、方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號的接受和傳遞也有一定方向等。樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜往往從脂雙層中央斷開，為了便于研究，各部分都有固定的名稱：ES，質(zhì)膜的細(xì)胞外表面；PS，質(zhì)膜的原生質(zhì)表面；EF，質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁斷裂面；PF，原生質(zhì)小頁斷裂面。 膜各個斷面的名稱ESEFPFPS第二十六張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1膜脂的不對稱性 脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷脂的含量比例也不同。 2膜蛋白的不對稱性膜蛋白的不對稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性和分布的區(qū)域性。各種膜蛋白在膜上都有特定的分布區(qū)域。 某些膜蛋白只有

15、在特定膜脂存在時才能發(fā)揮其功能，如：蛋白激酶C 結(jié)合于膜的內(nèi)側(cè)，需要磷脂酰絲氨酸的存在下才能發(fā)揮作用；線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性。3復(fù)合糖的不對稱性無論在任何情況下，糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面，這些成分可能是細(xì)胞表面受體，并且與細(xì)胞的抗原性有關(guān)。第二十七張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、細(xì)胞質(zhì)膜的功能為細(xì)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(xì)胞識別位點，并完成細(xì)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(yīng)高效而有序地進行介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接質(zhì)膜參與形成具有

16、不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)膜蛋白的異常與某些遺傳病、惡性腫瘤、甚至神經(jīng)退行性疾病相關(guān)，很多膜蛋白可作為疾病治療的藥物靶標(biāo)。第二十八張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 第三節(jié) 膜骨架 在電鏡下面細(xì)胞表面并不像在光鏡下那么平整。通常動物體內(nèi)的各種細(xì)胞，因功能和生理狀態(tài)不同，質(zhì)膜常帶有許多特化的附屬結(jié)構(gòu)。 這些特化結(jié)構(gòu)包括膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛以及細(xì)胞的變形足等等。分別與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運動、細(xì)胞的物質(zhì)交換等功能有關(guān)。第二十九張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月膜骨架 膜骨架是質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；位于細(xì)胞質(zhì)膜下約0.2m厚的溶膠層。 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。 成熟的哺乳動物血紅細(xì)胞沒有核和內(nèi)膜系統(tǒng)，是研究膜骨架的理想材料 紅細(xì)胞經(jīng)低滲處理，細(xì)胞破裂釋放出內(nèi)容物，留下一個保持原形的空殼，稱為血影（ghost）。第三十張，PPT共三十二頁，創(chuàng)作于2022年6月經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影成分主要有:1. 血影蛋白（或稱紅膜肽）：由結(jié)構(gòu)相似的鏈、鏈組成異二聚體，兩個二聚體頭與