醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

本章內(nèi)容4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型及特性4.3細(xì)胞表面及其功能4.4細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第一頁，共八十九頁。1質(zhì)膜與細(xì)胞內(nèi)膜第二頁，共八十九頁。2細(xì)胞的生物膜體系第三頁，共八十九頁。3細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模式圖第四頁，共八十九頁。4與細(xì)胞膜相關(guān)的概念細(xì)胞被（cellcoat）-----糖蛋白、糖脂的糖鏈向膜外伸展、交織而成的毯狀構(gòu)造。也稱糖被（glycocalyx）。細(xì)胞表面（cellsurface）------由細(xì)胞被、細(xì)胞膜和胞質(zhì)溶膠構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。廣義上，還包括鞭毛、纖毛、微絨毛等表面特化結(jié)構(gòu)&細(xì)胞連接。第五頁，共八十九頁。5細(xì)胞表面的范疇第六頁，共八十九頁。64.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成

膜脂-----構(gòu)成膜的主體蛋白質(zhì)-----參與構(gòu)成膜主體糖類-----3%~10%(糖脂、糖蛋白)水-----膜的內(nèi)外表面，80％自由水無機(jī)鹽-----少量，為膜蛋白組分不同細(xì)胞的膜，三種主要物質(zhì)比例相差大

第七頁，共八十九頁。7膜中各成分的比例膜脂蛋白質(zhì)糖類其它第八頁，共八十九頁。8膜結(jié)構(gòu)研究的好材料第九頁，共八十九頁。9紅細(xì)胞

◆RedBloodCell是結(jié)構(gòu)最簡單的細(xì)胞:■成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞器；■質(zhì)膜是紅細(xì)胞惟一的膜結(jié)構(gòu)；■紅細(xì)胞質(zhì)膜易于提純和分離；◆人們對膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，大多來自于對紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究。第十頁，共八十九頁。10紅細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)第十一頁，共八十九頁。114.1.1膜脂

（磷脂、糖脂、膽固醇）

1、磷脂

磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）神經(jīng)鞘磷脂（鞘磷脂）磷脂酰肌醇磷脂酰絲氨酸

第十二頁，共八十九頁。12卵磷脂的結(jié)構(gòu)l

頭部:

膽堿+磷酸+甘油

極性、親水

l

尾部:脂肪酸

非極性、疏水

第十三頁，共八十九頁。13磷脂分子的性質(zhì)第十四頁，共八十九頁。14脂質(zhì)體(Liposome)

除作為生物膜的研究模型，更重要的用途是作為臨床上各種藥物的載體；遺傳性疾病基因療法中靶基因的運(yùn)載體，可將靶基因高效率地導(dǎo)入待治療的細(xì)胞。

第十五頁，共八十九頁。15脂質(zhì)體的形成第十六頁，共八十九頁。162、膽固醇存在于真核細(xì)胞膜中，

▼兼性分子

◆極性頭部

◆非極性尾部功能：增加膜穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)膜流動性。第十七頁，共八十九頁。17膽固醇與磷脂的關(guān)系第十八頁，共八十九頁。183、糖脂的結(jié)構(gòu)與功能

糖脂——磷脂衍生物——糖基取代磷脂頭部的磷酸膽堿。

糖脂功能：膜受體。第十九頁，共八十九頁。194.1.2膜蛋白種類、分布和功能膜蛋白——約占細(xì)胞總蛋白25％膜各種功能的執(zhí)行者1.按位置分:

◆外周蛋白——膜內(nèi)外表面

◆鑲嵌蛋白——嵌在脂質(zhì)雙分子層中or跨膜存在（跨膜蛋白）第二十頁，共八十九頁。20外周蛋白鑲嵌蛋白磷脂雙層外周蛋白鑲嵌蛋白膜蛋白的種類和位置第二十一頁，共八十九頁。21第二十二頁，共八十九頁。222.按膜蛋白與膜脂的相互關(guān)系分：①以單一的α螺旋形式伸展越過脂質(zhì)雙層的跨膜蛋白②以多個螺旋形式多次越過質(zhì)膜的球形蛋白③位于質(zhì)膜內(nèi)表面的膜外在蛋白④位于質(zhì)膜外表面的膜外在蛋白⑤位于膜脂雙分子層內(nèi)表面的膜外周蛋白⑥位于膜脂雙分子層外表面的膜外周蛋白第二十三頁，共八十九頁。233.按功能分：①運(yùn)輸?shù)鞍注谶B接蛋白③受體蛋白④催化蛋白

第二十四頁，共八十九頁。24本章內(nèi)容4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型與特性4.3細(xì)胞表面及其功能4.4細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第二十五頁，共八十九頁。254.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型及特性4.2.1膜的分子結(jié)構(gòu)模型

eg：單位膜模型、流動鑲嵌模型…第二十六頁，共八十九頁。26流動鑲嵌模型第二十七頁，共八十九頁。27流動鑲嵌模型要點：①強(qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的流動性。②強(qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的不對稱性和不均勻性。③膜的功能是由蛋白與蛋白、蛋白與脂質(zhì)、脂質(zhì)與脂質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用實現(xiàn)的。

第二十八頁，共八十九頁。284.2.2細(xì)胞膜的特性1、膜的不對稱性（膜脂、膜蛋白不對稱）

第二十九頁，共八十九頁。292、細(xì)胞膜的流動性膜的動態(tài)結(jié)構(gòu)，由膜分子的運(yùn)動決定。磷脂雙分子層具流動性。生理溫度下，處于液態(tài)與晶態(tài)間的過渡狀態(tài)----液晶態(tài)（由磷脂的各種運(yùn)動引起）。溫度下降，液晶態(tài)晶態(tài)，溫度上升，晶態(tài)液晶態(tài)，這種膜狀態(tài)的改變稱為相變。引起相變的臨界溫度稱為相變溫度。第三十頁，共八十九頁。30膜脂的運(yùn)動溫度高于相變溫度液晶態(tài)的膜脂流動，即膜脂分子的運(yùn)動。其運(yùn)動方式有以下四種：①翻轉(zhuǎn)運(yùn)動②測向擴(kuò)散③鐘擺運(yùn)動④旋轉(zhuǎn)運(yùn)動第三十一頁，共八十九頁。31膜脂的流動性示意第三十二頁，共八十九頁。32膜蛋白的運(yùn)動細(xì)胞膜脂的運(yùn)動使膜蛋白產(chǎn)生了運(yùn)動。

膜蛋白的運(yùn)動方式：

①轉(zhuǎn)動②側(cè)向擴(kuò)散（在磷脂海洋中漂浮的冰山）證明膜蛋白流動性的實驗：

人鼠細(xì)胞融合實驗.第三十三頁，共八十九頁。33人鼠細(xì)胞雜交實驗第三十四頁，共八十九頁。343.細(xì)胞膜的選擇透性選擇透性（半透性）：讓部分物質(zhì)通過。細(xì)胞膜對不同性質(zhì)物質(zhì)的通透性差異大一般地：脂溶性、分子小、不帶電物質(zhì)易透過。

eg：水分子、磺胺藥，易透過膜第三十五頁，共八十九頁。35本章內(nèi)容4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型與特性4.3細(xì)胞表面及其功能4.4細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第三十六頁，共八十九頁。364.3細(xì)胞膜的功能保護(hù)屏障、物質(zhì)和信號交換的門戶

物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、細(xì)胞識別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分裂、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡…第三十七頁，共八十九頁。374.3.1細(xì)胞膜的概念

功能：支撐保護(hù)、物質(zhì)交換、信息傳導(dǎo)、細(xì)胞識別、細(xì)胞通信、細(xì)胞連接、…第三十八頁，共八十九頁。384.3.2物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

不同物質(zhì)（小分子、大分子）以不同方式轉(zhuǎn)運(yùn)。1.跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

①被動運(yùn)輸②主動運(yùn)輸(小分子)2.膜泡運(yùn)輸

①胞吞作用

②胞吐作用(大分子)第三十九頁，共八十九頁。39物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)概況第四十頁，共八十九頁。401、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（1）被動運(yùn)輸：不需耗能，順濃度梯度。（2）主動運(yùn)輸：需耗能、膜蛋白，逆濃度梯度。第四十一頁，共八十九頁。41（1）被動運(yùn)輸簡單擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）------僅要濃度梯度易化擴(kuò)散（幫助擴(kuò)散）------還要載體蛋白通道擴(kuò)散-------------------還要通道蛋白第四十二頁，共八十九頁。42小分子穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)圖解第四十三頁，共八十九頁。43自由擴(kuò)散（Freediffusion）

又稱簡單擴(kuò)散（simplediffusion）。它不要膜蛋白的幫助,也不消耗ATP,僅靠膜的兩側(cè)被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)保持一定的濃度差。第四十四頁，共八十九頁。44易化擴(kuò)散（幫助擴(kuò)散）圖解第四十五頁，共八十九頁。45載體蛋白（carrierproteins）*特點:

1.具有特異性；

2.參與被動運(yùn)輸；3.參與主動運(yùn)輸。第四十六頁，共八十九頁。46載體蛋白的工作原理第四十七頁，共八十九頁。47通道擴(kuò)散——通道蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)@典型的膜通道：

水通道蛋白（aquaporin）離子通道蛋白（ionchannel）

eg：神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞的離子通道。@離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)的特點：

1、速度快（百萬每秒，比載體快千倍）；2、選擇性：Na+K+Ca2+Cl-通道不同；3、多數(shù)非持續(xù)開放（閘門控制）；4、被動轉(zhuǎn)運(yùn)，無需ATP。第四十八頁，共八十九頁。48通道蛋白（Channelproteins）

已發(fā)現(xiàn)通道蛋白50多種，主要是離子通道(ionchannel)。通道蛋白——持續(xù)開放的、非持續(xù)開放（閘門）閘門通道(gatedchannel)：間斷開放通道。第四十九頁，共八十九頁。49閘門通道(gatedchannel)

①

電壓閘門通道-----電位差變化時開放。

（要電壓刺激）②

配體閘門通道-----配體受體結(jié)合時開放

（要配體刺激）③

離子閘門通道-----離子濃度變化時開放

（要離子刺激）第五十頁，共八十九頁。50配體閘門通道圖解第五十一頁，共八十九頁。51電壓閘門通道示意（動畫）第五十二頁，共八十九頁。52水通道蛋白（aquaporin，AQP）

——水的分子通道

在哺乳動物已發(fā)現(xiàn)有13種水通道蛋白，構(gòu)成水通道蛋白家族。第一個水通道蛋白AQP1于1988年發(fā)現(xiàn)，是人紅細(xì)胞膜的一種主要蛋白。它可使紅細(xì)胞快速膨脹和收縮以適應(yīng)細(xì)胞間滲透性的變化。AQP1蛋白也存在于其他組織的細(xì)胞中。AQP1能讓水自由通過，不許離子或其他小分子通過。

美國霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院彼得.阿格雷（PeterAgre）教授因發(fā)現(xiàn)水通道蛋白獲2003年諾貝爾化學(xué)獎?！八ǖ赖鞍着c肺水腫”“水通道蛋白與腦水腫”，“腹瀉大鼠結(jié)腸水通道蛋白4的表達(dá)與分布研究”

第五十三頁，共八十九頁。53（2）主動運(yùn)輸（activetransport）特點：

消耗ATP、需要載體蛋白、逆濃度梯度類型：1.ATP直接供能的（離子泵）2.ATP間接供能的（協(xié)同運(yùn)輸）3.光能驅(qū)動的

（光驅(qū)動泵）第五十四頁，共八十九頁。54主動運(yùn)輸?shù)娜N基本類型協(xié)同運(yùn)輸ATP驅(qū)動泵光驅(qū)動泵方向！第五十五頁，共八十九頁。551.ATP直接供能的主動運(yùn)輸鈉鉀泵（Na+-K+泵）---轉(zhuǎn)運(yùn)Na+、K+

鈣泵（

Ca2+

泵）----轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2+

氫泵（H+泵）-------轉(zhuǎn)運(yùn)H+泵的本質(zhì)：有ATP酶活性的蛋白。

第五十六頁，共八十九頁。56鈉鉀泵（Na+-K+pump）又稱Na+-K+ATPase或Na+/K+交換泵。存在于一切動物細(xì)胞的質(zhì)膜上。由兩個亞基（α、β）構(gòu)成。α亞基——多次跨膜蛋白。具ATP酶活性，有Na+和K+的結(jié)合位點。β亞基——具組織特異性，糖蛋白。第五十七頁，共八十九頁。57鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)特點第五十八頁，共八十九頁。58鈉鉀泵的工作機(jī)理在細(xì)胞內(nèi)側(cè)α亞基與Na+結(jié)合促進(jìn)ATP水解，α上的一個天冬氨酸磷酸化引起亞基的構(gòu)象變化，將Na+泵出胞外。同時，胞外的K+與α亞基的另一位點結(jié)合，使其去磷酸化，α亞基構(gòu)象變回原狀，將K+泵進(jìn)細(xì)胞，完成一個循環(huán)。第五十九頁，共八十九頁。59鈉鉀泵的工作原理

（每秒運(yùn)轉(zhuǎn)1000次）

第六十頁，共八十九頁。60鈉鉀泵工作原理示意第六十一頁，共八十九頁。61

2.ATP間接供能的主動運(yùn)輸

——協(xié)同運(yùn)輸

利用離子泵所產(chǎn)生的離子濃度差（勢能）

同向伴隨運(yùn)輸

（cotransportsymport）反向伴隨運(yùn)輸

（cotransportantiport）第六十二頁，共八十九頁。62協(xié)同運(yùn)輸示意圖單向運(yùn)輸同向伴隨運(yùn)輸反向伴隨運(yùn)輸?shù)诹?，共八十九頁?3葡萄糖與鈉離子的同向伴隨運(yùn)輸?shù)诹捻摚舶耸彭摗?4伴隨運(yùn)輸（共運(yùn)輸）動畫第六十五頁，共八十九頁。65小腸上皮細(xì)胞吸收腸腔中葡萄糖的過程第六十六頁，共八十九頁。662、膜泡運(yùn)輸（1）特點：

①膜的變形與斷裂②消耗能量③轉(zhuǎn)運(yùn)大分子

④主動運(yùn)輸?shù)诹唔摚舶耸彭摗?7①胞吞作用：

吞飲作用------------對液體or小顆粒吞噬作用------------對較大顆粒受體介導(dǎo)入胞作用----特異吞噬or吞飲,需膜受體。②胞吐作用：

細(xì)胞分泌、廢渣的排除。（2）分類第六十八頁，共八十九頁。68第六十九頁，共八十九頁。69胞吐作用第七十頁，共八十九頁。70受體介導(dǎo)的胞吞過程第七十一頁，共八十九頁。71LDL（膽固醇）顆粒的結(jié)構(gòu)第七十二頁，共八十九頁。72膽固醇入胞示意圖第七十三頁，共八十九頁。734.3.3細(xì)胞表面受體與細(xì)胞通訊1、細(xì)胞表面受體與細(xì)胞識別2、細(xì)胞通訊的機(jī)制第七十四頁，共八十九頁。74

細(xì)胞通訊與信號傳遞示意圖第七十五頁，共八十九頁。751、細(xì)胞表面受體與細(xì)胞識別（1）細(xì)胞表面受體（cellsurfacereceptor)=膜受體?！?xì)胞表面能結(jié)合配體產(chǎn)生生物效應(yīng)的膜蛋白分子。多為糖蛋白，種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）細(xì)胞識別（cellrecognition）——通過膜受體對其他細(xì)胞及各種化學(xué)信號分子的認(rèn)識和鑒別。

第七十六頁，共八十九頁。76細(xì)胞表面受體舉例第七十七頁，共八十九頁。77細(xì)胞表面受體分三類①離子通道偶聯(lián)受體（ion-channel-linkedreceptor）②G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-linkedreceptor）；③酶偶聯(lián)受體（enzyme-linkedreceptor）

第一類主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞；后兩種存在于幾乎所有類型的細(xì)胞。第七十八頁，共八十九頁。78第七十九頁，共八十九頁。792、跨膜信息傳遞的機(jī)理（1）環(huán)腺苷酸信號通路—cAMP信號體系受體-----激活型激素受體（Rs）或抑制型激素受體（Ri）；

調(diào)節(jié)蛋白----G蛋白------活化型調(diào)節(jié)蛋白（Gs）或抑制型調(diào)節(jié)蛋白（Gi）；腺苷酸環(huán)化酶（AC）----