細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型與細(xì)胞功能

關(guān)于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型與細(xì)胞功能第1頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五單位膜unitmembrane：在透射電鏡下為“兩暗夾一明”三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。內(nèi)外兩層電子密度高，中間層電子密度低。細(xì)胞膜cellmembrane:細(xì)胞質(zhì)與外界相隔的一層界膜又稱質(zhì)膜（plasmamembrane)。內(nèi)膜系統(tǒng)：細(xì)胞內(nèi)的膜性細(xì)胞器的統(tǒng)稱。概念第2頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五生物膜：質(zhì)膜和內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等方面具有相似性，總稱為生物膜（biomembrane）。脂類蛋白質(zhì)糖類生物膜第3頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五糖類：2%-10%，分布在膜表面細(xì)胞膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者?；瘜W(xué)組成脂類：50%，主要為磷脂、膽固醇和糖脂蛋白質(zhì)：40%,膜外在蛋白和膜內(nèi)在蛋白其他：水、無機鹽、金屬離子第4頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五1.磷脂構(gòu)成細(xì)胞膜的基本成分磷脂的分子結(jié)構(gòu)模型

（一）膜脂是兩親性分子膜脂：磷脂，膽固醇，糖脂頭部：極性、親水性

磷脂酰堿基尾部：非極性、疏水性

兩條脂肪酸鏈一、形成生物膜基本骨架的膜脂第5頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五幾種磷脂堿基磷酸甘油脂肪酸頭部尾部磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰膽堿磷脂酰肌醇第6頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五膽固醇的結(jié)構(gòu)

膽固醇在脂雙層中的位置

2.膽固醇—分散于磷脂分子之間，調(diào)節(jié)膜的流動性。

OHCH3CH3CH3CH3CH3頭部尾部甾環(huán)烴連第7頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五3.糖脂—所有動物的細(xì)胞膜都含有糖脂，由脂類和寡糖構(gòu)成，分布于膜的非胞質(zhì)面。頭部-糖基尾部-兩條烴鏈?zhǔn)荏w結(jié)構(gòu)細(xì)胞識別信號轉(zhuǎn)導(dǎo)頭部尾部第8頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五（二）膜脂在水溶液中自動形成雙層水磷脂分子團脂質(zhì)體第9頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五二、膜蛋白以多種方式與脂雙層結(jié)合生物膜所含的蛋白質(zhì)叫膜蛋白,承擔(dān)轉(zhuǎn)運蛋白、受體、酶、連接體等許多重要功能。膜內(nèi)在蛋白膜外在蛋白分為第10頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五（二）膜外在蛋白（占20%-30%）（一）膜內(nèi)在蛋白（又稱整合蛋白,占70%-80%）

為兩親性分子,疏水部分嵌入脂質(zhì)中,親水部分暴露于脂雙層的內(nèi)外表面。一次跨膜多次跨膜膜外在蛋白通過離子鍵、氫鍵與脂質(zhì)分子或膜表面的蛋白質(zhì)結(jié)合。多數(shù)分布在內(nèi)表面。部分跨膜第11頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五三、存在于質(zhì)膜表面糖脂和糖蛋白分布：呈樹枝狀突出在膜脂外表面或內(nèi)膜系統(tǒng)的腔面。細(xì)胞外被結(jié)構(gòu)示意圖糖蛋白glycoprotein糖脂glycolipid細(xì)胞外被分布于細(xì)胞膜的非胞質(zhì)面，能吸附水分，形成粘性表面，對細(xì)胞有保護作用，參與細(xì)胞識別和粘附作用。第12頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五細(xì)胞膜生物膜的特征一、膜的流動性二、膜的不對稱性第13頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五一、細(xì)胞膜的流動性（一）膜脂的流動性

1.在相變溫度以上的條件下，膜脂運動的方式如下：（1）側(cè)向擴散（2）翻轉(zhuǎn)運動（3）旋轉(zhuǎn)運動（4）彎曲運動（5）伸縮振蕩運動液晶態(tài)晶態(tài)溫度下降溫度上升第14頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五膜脂分子能進行各種運動脂雙層是一種二維流體（液晶態(tài)）側(cè)向擴散翻轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動彎曲運動伸縮振蕩運動第15頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五2.影響膜流動性的因素（1）脂肪酸鏈的飽和程度與其長度：流動性降低增加流動性。飽和脂肪酸鏈直而不彎曲流動性低不飽和脂肪鏈雙鍵處易彎曲脂肪酸鏈尾部不易相互靠近脂肪鏈短降低脂肪酸鏈尾部的相互作用不易凝集在相變溫度以下脂肪鏈長增加分子的有序性脂雙層是一種二維流體（液晶態(tài)）第16頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五脂雙層的流動性依賴于其組成成分（2）動物細(xì)胞質(zhì)膜含有較多的膽固醇。膽固醇：磷脂=1：1膽固醇調(diào)節(jié)膜流動性，增加細(xì)胞膜穩(wěn)定性的作用膽固醇相變溫度以上限制膜的流動性相變溫度以下阻止磷脂分子互相聚集成晶態(tài)結(jié)構(gòu)增加脂質(zhì)分子的有序性防止膜的流動性突然降低第17頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五膜蛋白越多流動性降低。（3）卵磷脂與鞘磷脂比值：卵磷脂越高流動性越強。（4）膜蛋白的影響：卵磷脂脂肪酸不飽和程度高，相變溫度低。鞘磷脂脂肪酸飽和程度高，相變溫度高。第18頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運動鼠細(xì)胞人細(xì)胞標(biāo)記蛋白標(biāo)記蛋白重新分布細(xì)胞融合（二）膜蛋白分子在質(zhì)膜中的運動運動方式：側(cè)向擴散、旋轉(zhuǎn)運動第19頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五膜脂分子不對稱性膜蛋白不對稱性糖類分布不對稱性膜糖分布的不對稱性

膜蛋白分布的不對稱性

膜蛋白膜糖二、細(xì)胞膜的不對稱性物質(zhì)傳遞有一定方向，信號的接受和傳遞也有一定方向等。第20頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五

細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞膜電鏡照片第21頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五E.Overton1895用植物的根毛作實驗,發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過植物的細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過細(xì)胞膜，因此推測細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。第22頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五20世紀(jì)初，IrvingLangmuir將紅細(xì)胞的脂提取后鋪展在Langmuir水盤(LangmuirTrough)的水面上，研究了脂的展層行為，提出脂單層的設(shè)想。

第23頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五1925年，E.Gorter&F.Grendel用有機溶劑提取了人類紅細(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24頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五1、片層結(jié)構(gòu)模型

細(xì)胞的表面張力顯著低于油-水界面的表面張力，因此，細(xì)胞膜不可能是單純由脂類構(gòu)成的，可能還吸附有蛋白質(zhì)。

1935年J.Danielli和H.Davson提出了第一個膜的分子結(jié)構(gòu)模型——片層結(jié)構(gòu)模型。第25頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五2、單位膜模型

1959年，J.D.Robertson用電鏡觀察細(xì)胞膜，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜呈三層式結(jié)構(gòu)。內(nèi)外兩側(cè)為電子密度高的暗線，中間為電子密度低的明線，即所謂“兩暗一明”，進而提出單位膜模型。

第26頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五3、液態(tài)鑲嵌模型

1972

S.J.Singer&G.Nicolson在”單位膜”模型的基礎(chǔ)上提出“液態(tài)鑲嵌模型”

：把生物膜看成是嵌有球形蛋白質(zhì)脂類二維排列的液態(tài)體，膜中脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體，它既具有固體分子排列的有序性，又具有液體的流動性，呈液晶態(tài)。膜中球形蛋白質(zhì)分子以各種形式與脂雙分子層相結(jié)合。蛋白質(zhì)膜脂第27頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五其它模型*晶格鑲嵌模型（1975年）

*板塊鑲嵌模型（1977年）

第28頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五細(xì)胞膜的功能

1、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點2、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能3、細(xì)胞膜的受體功能

4、其他功能第29頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五膜脂：磷脂、膽固醇膜蛋白：鑲嵌于脂質(zhì)雙層（介導(dǎo)細(xì)胞功能的實現(xiàn)）膜糖：糖脂、糖蛋白（起細(xì)胞標(biāo)識的作用）（構(gòu)成膜的骨架）1、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點“液態(tài)鑲嵌模型”（Fluidmosaicmodel）第30頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五功能：①液態(tài)，流動性②穩(wěn)定性構(gòu)成細(xì)胞膜的基架和細(xì)胞膜與外界環(huán)境的屏障意義：細(xì)胞可以承受相當(dāng)大的張力和外形改變而不破裂；而且即使膜結(jié)構(gòu)有時發(fā)生一些較小的斷裂，也可以自動融合而修復(fù)，仍保持膜的完整性。磷脂雙分子層第31頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五蛋白質(zhì)特點：分子大小不同形態(tài)不同鑲嵌在膜內(nèi)的深淺不同功能不同

第32頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五

蛋白質(zhì)功能①形成細(xì)胞的骨架蛋白,可使細(xì)胞膜附著在另一細(xì)胞的膜上，或使其附著在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的某物質(zhì)上；②作為“識別蛋白質(zhì)”,存在于免疫細(xì)胞膜上，能識別異體細(xì)胞的蛋白質(zhì)或癌細(xì)胞；③具有酶的特性,能催化細(xì)胞內(nèi)外的化學(xué)反應(yīng)；④作為“受體蛋白質(zhì)”，能與信息傳遞物質(zhì)（激素或遞質(zhì)）進行特異性結(jié)合，并引起細(xì)胞反應(yīng)；⑤作為轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)或載體蛋白、通道蛋白質(zhì)和膜泵與細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能有關(guān)。第33頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五糖類

①免疫標(biāo)志②傳遞信息功能：第34頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五2、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能簡單擴散（Simplediffusion）易化擴散（Faciliateddiffusion）主動轉(zhuǎn)運（Activetransport）入胞和出胞作用（EndocytosisandExocytosis）第35頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五也叫自由擴散（freediffusing），特點是：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴散；②不需要提供能量；③沒有膜蛋白的協(xié)助。簡單擴散（Simplediffusion）第36頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五易化擴散（Facilitateddiffusion）：

某些物質(zhì)能夠依靠細(xì)胞膜上的特殊蛋白的幫助，順電-化學(xué)梯度（由高－低）通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運方式。分類：

（1）載體介導(dǎo)的易化擴散；（2）離子通道介導(dǎo)的易化擴散。第37頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五細(xì)胞生理特點：主動轉(zhuǎn)運（Activetransport）：

在細(xì)胞膜上載體的幫助下，通過消耗ATP，將某種物質(zhì)逆濃度梯度進行轉(zhuǎn)運的過程。（1）逆濃度梯度轉(zhuǎn)運；（2）耗能（ATP）。

第38頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五主動轉(zhuǎn)運（據(jù)提供能量方式）原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運直接利用ATP水解產(chǎn)生的能量進行離子的跨膜轉(zhuǎn)運。如Na＋的轉(zhuǎn)運能量不是直接來自ATP的水解，來自膜外的高勢能Na＋。第39頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五細(xì)胞生理

是指某些物質(zhì)與細(xì)胞膜接觸，導(dǎo)致接觸部位的質(zhì)膜內(nèi)陷以包被該物質(zhì)，然后出現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)融合和斷裂，使該物質(zhì)連同包被它的質(zhì)膜一起進入胞漿的過程，含吞飲（Pinocytosis）和吞噬（Phagocytosis）。出胞作用（Exocytosis）：

出胞與入胞相反，指某些大分子物質(zhì)或顆粒從細(xì)胞排出的過程，主要見于細(xì)胞的分泌活動等。入胞作用（Endocytosis）：第40頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五存在的部位不同可分為細(xì)胞膜受體、胞漿受體和核受體。3、細(xì)胞膜的受體功能受體（receptor）：

細(xì)胞擁有的能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體（化學(xué)物質(zhì)）的蛋白質(zhì)大分子，它與配體結(jié)合后，啟動一系列過程，最終引發(fā)細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)。分類：

第41頁，共43頁，2022年，5月20日，19點17分，星期五膜受體的特征a.特異性特定的受體只能與特定的物質(zhì)結(jié)合，產(chǎn)生特定的效應(yīng)。

b.飽和