細(xì)胞質(zhì)膜-end課件

第四章細(xì)胞質(zhì)膜第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型一、細(xì)胞膜和生物膜細(xì)胞膜Cellmembrane

又稱(chēng)質(zhì)膜plasmamembrane。是細(xì)胞的重要組成部分，包圍在所有細(xì)胞的表面，為一層極薄的膜,具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能。2.生物膜biomembrane

除了質(zhì)膜以外，在細(xì)胞內(nèi)部還有豐富的膜系統(tǒng)，如：核膜、細(xì)胞器膜等，這些稱(chēng)為內(nèi)膜系統(tǒng)，細(xì)胞膜被稱(chēng)為外周膜。質(zhì)膜和內(nèi)膜系統(tǒng)稱(chēng)為生物膜。

此外生物膜與生命科學(xué)中許多的基本問(wèn)題以及一些需要迫切解決的實(shí)際問(wèn)題都有密切的聯(lián)系，如：細(xì)胞起源、分裂分化、細(xì)胞識(shí)別、免疫、物質(zhì)運(yùn)輸、信息傳遞、代謝調(diào)控、能量轉(zhuǎn)換、神經(jīng)傳導(dǎo)以及腫瘤發(fā)生等都與膜有關(guān)。生物膜的研究在生理學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥理學(xué)等許多方面都得到了重視，正確認(rèn)識(shí)生物膜的結(jié)構(gòu)與功能不僅對(duì)揭開(kāi)生命的奧秘有重要意義，對(duì)解決醫(yī)學(xué)農(nóng)業(yè)以及工業(yè)一些實(shí)際問(wèn)題也會(huì)發(fā)揮重要作用。二、生物膜的化學(xué)組成成分和比列質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。

一般蛋白質(zhì)40%，脂類(lèi)50%，糖類(lèi)1~10%，水15~20%，實(shí)際比列隨膜種類(lèi)不同有很大差別。

一般膜中蛋白質(zhì)越多，膜的功能越是復(fù)雜多樣。如：神經(jīng)髓鞘主要起絕緣作用，蛋白質(zhì)只有3種，含量顯著低于脂類(lèi)。

甘油磷脂類(lèi)phosphoglycride：磷脂酰膽堿PC、磷脂酰乙醇胺PE、磷脂酰肌醇PI、磷脂酰絲氨酸PS

鞘磷脂類(lèi)sphingolipid：神經(jīng)鞘磷脂SM、

糖脂類(lèi)glycolipid：

膽固醇cholesterol：

簡(jiǎn)單脂類(lèi)（甘油+脂肪酸）復(fù)合脂類(lèi)（含氮堿基或其它成分）磷脂phospholipid磷脂的結(jié)構(gòu)

甘油的的兩個(gè)羥基被脂肪酸脂化，第3個(gè)羥基被磷酸化。不同磷脂分子在磷酸上的堿基不同。磷脂酰堿基的部分較短、稱(chēng)為頭部，極性很強(qiáng)，是親水的；兩條長(zhǎng)鏈部分稱(chēng)為尾部，非極性，疏水。雙親媒性分子組成磷脂尾部的兩條脂肪酸鏈長(zhǎng)短不同，飽和程度也不同。可以是飽和的：硬脂酸、軟脂酸（棕櫚酸）、豆蔻酸；也可以是不飽和的：油酸、亞油酸、花生四烯酸等。

磷脂酰膽堿

如果在鞘磷脂中，磷酸膽堿被一個(gè)或多個(gè)糖殘基取代。則形成糖脂。如半乳糖腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂糖脂糖脂的分子結(jié)構(gòu)腦苷脂神經(jīng)節(jié)苷脂唾液酸（SiA）磷脂和糖脂在細(xì)胞膜中的分布蘭色極性頭部代表糖脂，黃色代表磷脂酰乙醇胺，綠色為磷脂酰絲氨酸，紅色為磷脂酰膽堿，黑色為鞘磷脂膽固醇在細(xì)胞膜中的位置（維持膜的穩(wěn)定性）

大部分磷脂和糖脂分子在水環(huán)境里能自發(fā)地形成雙層，這樣脂雙層又能自我封閉成脂質(zhì)體。磷脂分子能自發(fā)形成雙層，具有自我組裝、自我封閉的特點(diǎn)以及流動(dòng)性，對(duì)其構(gòu)成生物膜的組要成分之一是很有意義的。Theyarealwayscontinuous,unbrokenstructures.3.膜蛋白

細(xì)胞膜的大部分功能主要由膜的蛋白質(zhì)完成，因此膜中蛋白質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量反映了膜的功能。根據(jù)膜蛋白質(zhì)與膜脂的相互作用方式和蛋白質(zhì)在膜脂中的位置，可分為外周蛋白（外在蛋白）和整合蛋白（內(nèi)在蛋白）、錨定膜蛋白。

外周蛋白靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的親水部分結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來(lái).有時(shí)很難區(qū)分整合蛋白和外周蛋白，主要是因?yàn)橐粋€(gè)蛋白質(zhì)可以由多個(gè)亞基構(gòu)成，有的亞基為跨膜蛋白，有的則結(jié)合在膜的外部。

整合蛋白為跨膜蛋白（tansmembraneproteins），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)，如離子型去垢劑SDS，非離子型去垢劑Triton-X100。因此整合蛋白的分離提純研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于外在蛋白和非膜蛋白的研究。不同程度嵌入脂雙層內(nèi)部，多為橫跨全膜(血型糖蛋白A），甚至多次跨膜（質(zhì)膜上的鈣泵5次，葡萄糖載體12次）。約占70-80%。

跨膜蛋白的疏水區(qū)非極性氨基酸與脂類(lèi)分子的疏水尾部相互作用，極性氨基酸親水區(qū)域暴露在膜的一側(cè)或兩側(cè)表面。這些蛋白質(zhì)也具有雙型性。整合蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域可以是1至多個(gè)疏水的α螺旋，形成親水通道的整合蛋白跨膜區(qū)域有兩種組成形式，一是由多個(gè)兩性α螺旋組成親水通道；二是由兩性β折疊組成親水通道。糖

主要與蛋白質(zhì)、脂類(lèi)以共價(jià)鍵形成糖脂和糖蛋白，約占質(zhì)膜總量的2-10%；主要分布于膜的外表面，與細(xì)胞膜抗原性有關(guān)。N-glycosidiclinkageO-glycosidiclinkage三、質(zhì)膜的分子模型

質(zhì)膜的主要成分是脂類(lèi)、蛋白質(zhì)，還有少量糖類(lèi)，它們是如何排列和組織的，它們之間如何相互作用？研究簡(jiǎn)史結(jié)構(gòu)模型生物膜結(jié)構(gòu)的特征質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型（Fluid-mosaicmodel）細(xì)胞膜由流動(dòng)的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。2.磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；3.蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性。（一）結(jié)構(gòu)模型

E.Gorter和F．Grendel（1925）:“蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白質(zhì)”

三夾板質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型

J.D.Robertson（1959年）：?jiǎn)挝荒つＰ?unitmembranemodel)

S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

脂筏模型（lipidraftsmodel）Lipidrafts

Alzheimei’sdisease:amyloidprecursor,gammasecretase（二）生物膜結(jié)構(gòu)的特征磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分,未發(fā)現(xiàn)膜中起組織作用的蛋白；蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面,賦予生物膜的功能；

膜的流動(dòng)性：生物膜的基本特征之一,細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的必要條件。

膜的不對(duì)稱(chēng)性

流動(dòng)性由膜脂和蛋白質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)兩個(gè)方面組成。ThestructureofthelipidbilayerdependsonthetemperatureTransitiontemperature(相變溫度）Liquidcrystallinephase--frozencrystallinegel液晶態(tài)凝膠態(tài)?側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：同一平面上相鄰的脂分子交換位置。?旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)。?擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)：圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行左右擺動(dòng)。?伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)：脂肪酸鏈進(jìn)行伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)。?翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另一層。?旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)：脂肪酸鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)。膜脂分子的運(yùn)動(dòng)影響膜脂流動(dòng)性的因素①膽固醇：膽固醇的含量增加會(huì)降低膜的流動(dòng)性。②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(dòng)性增加。③脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)：長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動(dòng)性降低。④卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動(dòng)性增加，是因?yàn)榍柿字扯雀哂诼蚜字＂萜渌蛩兀簻囟?、酸堿度、離子強(qiáng)度等主要有側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式。可用光脫色恢復(fù)技術(shù)和細(xì)胞融合技術(shù)檢測(cè)側(cè)向擴(kuò)散。膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)受細(xì)胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細(xì)胞松弛素B能促進(jìn)膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。膜蛋白的分子運(yùn)動(dòng)利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)光脫色恢復(fù)技術(shù)膜流動(dòng)性的生理意義?質(zhì)膜的流動(dòng)性是保證其正常功能的必要條件。當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜的溶解。?樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜可從脂雙層中央斷開(kāi)，各斷面命名為：

ES，細(xì)胞外表面（extrocytoplasmicsurface）；

EF，細(xì)胞外小頁(yè)斷面（extrocytoplasmicface）；PS，原生質(zhì)表面（protoplasmicsurface）；PF，原生質(zhì)小頁(yè)斷面（protoplasmicface）膜的不對(duì)稱(chēng)性質(zhì)膜內(nèi)外兩層的組分和功能的差異，稱(chēng)為膜的不對(duì)稱(chēng)性。小鼠肝細(xì)胞膜冰凍蝕刻四、細(xì)胞膜的功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；2.選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸，包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排出；3.提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，并完成細(xì)胞內(nèi)外信息的跨膜傳遞；4.為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行；5.介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接；6.參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。五、膜骨架質(zhì)膜常與膜下結(jié)構(gòu)(主要是細(xì)胞骨架系統(tǒng))相互聯(lián)系，協(xié)同作用，并形成細(xì)胞表面的某些特化結(jié)構(gòu)完成特定的功能。細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如：膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細(xì)胞的變形足等等，分別與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞的物質(zhì)交換等功能有關(guān)。膜骨架膜骨架的概念

指細(xì)胞質(zhì)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(xì)胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。紅細(xì)胞膜的生物學(xué)特性

膜骨架賦予紅細(xì)胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強(qiáng)度。

紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白的SDS紅細(xì)胞膜骨架的結(jié)構(gòu)血影蛋白錨蛋白帶3蛋白血型糖蛋白ATheorganizationofthemajorerythrocytecytoskeletalproteinsandtheirinteractionswithintegralmembran