細胞膜及其表面

細胞膜及其表面第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二①使細胞具有相對獨立和穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境②是細胞內(nèi)外物質(zhì)、信息、能量交換的“門戶”細胞膜cellmembrane概念：是包圍在細胞質(zhì)外周的一層界膜，又稱質(zhì)膜（plasmamembrane)功能：生物膜

biologicalmembrane在細胞中,除了質(zhì)膜外,細胞內(nèi)還有豐富的膜性結(jié)構(gòu)。由于這些膜與質(zhì)膜在化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)和功能運作上具有很多共性，把質(zhì)膜和細胞內(nèi)各種膜相結(jié)構(gòu)的膜統(tǒng)稱為生物膜。第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成生物膜脂類、蛋白質(zhì)、糖類水、無機鹽、金屬離子——主要成分——少量成分蛋白質(zhì)/脂類:在不同種類生物膜中有所不同。一般地說：功能多而復(fù)雜的膜，蛋白質(zhì)/脂類大；功能少而簡單的膜，蛋白質(zhì)/脂類小。第一節(jié)細胞膜的分子結(jié)構(gòu)和特性第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)細胞膜的分子結(jié)構(gòu)和特性一、膜的化學(xué)組成(一)膜脂生物膜上的脂類統(tǒng)稱膜脂。膜脂磷脂(phospholipid)糖脂(glycolipid)膽固醇(cholesterol)第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(一)膜脂1、磷脂鞘磷脂磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）磷脂酰絲氨酸類型磷酸甘油酯磷脂酸（前體）第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(一)膜脂1、磷脂結(jié)構(gòu)極性頭部（親水性）非極性尾部（疏水性）鞘磷脂第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(一)膜脂2、膽固醇極性頭部固醇環(huán)結(jié)構(gòu)非極性尾部第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(一)膜脂3、糖脂糖脂與鞘磷脂相似，只是頭部不同。常見糖脂：腦苷脂；神經(jīng)節(jié)苷脂糖脂分子半乳糖苷脂鞘胺醇第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(一)膜脂膜脂分子的共同特點：都有親水性和疏水性兩端，稱兼性分子或雙親性分子(amphipathicmolecule)脂分子團脂雙分子層雙親性分子在水溶液中可形成兩種排列方式:水水脂質(zhì)體第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(二)膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。根據(jù)膜蛋白與膜脂的結(jié)合方式以及在膜中的位置的不同，分為：膜內(nèi)在蛋白膜周邊蛋白第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(二)膜蛋白1、膜內(nèi)在蛋白(integralprotein)貫穿脂雙層，兩端露出膜內(nèi)外——跨膜蛋白非胞質(zhì)面脂雙分子層胞質(zhì)面1單次穿膜：單條a-螺旋貫穿脂質(zhì)雙層2多次穿膜：數(shù)條a-螺旋折返穿越脂質(zhì)雙層內(nèi)在膜蛋白具有雙親性，其親水區(qū)域暴露在膜的內(nèi)外表面與水相吸，它們的疏水區(qū)域嵌入膜內(nèi)，與脂類分子疏水尾部通過疏水鍵結(jié)合，不易分離提純。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二附在膜的內(nèi)外表面，非共價地結(jié)合在跨膜蛋白上。2、膜周邊蛋白(peripheralprotein)一、膜的化學(xué)組成(二)膜蛋白非胞質(zhì)面脂雙分子層胞質(zhì)面膜周邊蛋白都是水溶性蛋白質(zhì)，多分布在膜的內(nèi)表面，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的極性頭部結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來。第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、膜的化學(xué)組成(三)膜糖單糖或多聚糖+膜脂共價鍵糖脂(glycolipid)單糖或多聚糖+膜蛋白糖蛋白(glycoprotein)共價鍵功能：細胞外表的糖鏈與該細胞分泌出來的糖蛋白等粘附在一起，形成一層外被，稱細胞外被或糖萼，具有重要生理作用，幾乎涉及所有細胞與環(huán)境相互作用的生物學(xué)現(xiàn)象。細胞內(nèi)脂雙層膜蛋白細胞外被膜蛋白第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二、膜的分子結(jié)構(gòu)

生物膜結(jié)構(gòu)描述的歷史回顧:1925年,Gorter和Grendell用丙酮抽提紅細胞膜中的脂類并在水和空氣界面上鋪展成單分子層,測量其所占面積相當于所用紅細胞膜總面積的兩倍,因而首次提出細胞膜是由連續(xù)的脂雙分子層組成的。迄今為止，關(guān)于膜的幾十種結(jié)構(gòu)模型都是建立在“脂雙分子層”這一基礎(chǔ)之上的。第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二、膜的分子結(jié)構(gòu)（一）片層結(jié)構(gòu)模型（lamellastructuremodel）

1935年Danielli和Davson提出蛋白質(zhì)

脂雙分子層“蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)”三夾板結(jié)構(gòu)（二）單位膜模型（unitmembranemodel）1959年Robertson提出評價：提出膜形態(tài)共性，解釋了某些屬性不足之處：無法解釋膜的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化，顯示不出各種膜之間的結(jié)構(gòu)功能差異第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二、膜的分子結(jié)構(gòu)★★（三）液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）1972年，Singer和Nicolson總結(jié)提出，主要論點：1.流動的脂雙分子層構(gòu)成生物膜的連續(xù)主體。2.球形的膜蛋白以各種形式鑲嵌在脂雙分子層中或附著在膜表面。3.強調(diào)了膜的流動性和不對稱性。

脂雙分子層極性頭部疏水尾部內(nèi)在膜蛋白外在膜蛋白評價：

液態(tài)鑲嵌模型可以解釋膜中發(fā)生的很多現(xiàn)象，為人們普遍接受。不足之處：忽視了膜各部分流動性的不均勻性，忽視了蛋白質(zhì)分子對脂分子流動性的控制作用。晶格鑲嵌模型板塊鑲嵌模型補充完善液態(tài)鑲嵌模型第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二、膜的分子結(jié)構(gòu)目前對膜的分子結(jié)構(gòu)較為一致的看法：第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二三、膜的理化特性★★★——不對稱性和流動性（一）膜的不對稱性1、膜蛋白分布的不對稱性1)膜蛋白在脂雙分子層中、膜內(nèi)外的位置分布是不對稱的2)膜蛋白在膜內(nèi)的排布方向是不對稱的2、膜脂的不對稱性1)磷脂：磷脂酰膽堿和鞘磷脂多分布在膜外層

磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸多分布在膜內(nèi)層2)膽固醇：主要分布在膜外層。3)糖脂:全部分布在膜外層。※膜脂和膜蛋白分布的不對稱性決定了膜內(nèi)外表面功能的不對稱性。第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二三、膜的理化特性★★★（二）膜的流動性1、膜脂的流動性★★膜脂的特性——液晶態(tài)晶態(tài)液晶態(tài)液態(tài)相變相變溫度★膜脂分子的運動方式（1）烴鏈的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運動（2）脂肪酸鏈的伸縮和振蕩運動（3）膜脂分子的旋轉(zhuǎn)運動（4）側(cè)向擴散運動（5）翻轉(zhuǎn)運動（1）（2）（3）（4）（5）第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二2、膜蛋白的運動性三、膜的理化特性（二）膜的流動性運動方式：側(cè)向擴散、旋轉(zhuǎn)擴散細胞融合實驗“成帽反應(yīng)”3、影響膜脂流動性的因素1）脂肪酸鏈的長度及不飽和程度鏈長，流動性??；鏈短，流動性大飽和程度高，流動性小；反之，流動性大2）膽固醇與磷脂的比值調(diào)節(jié)膜質(zhì)流動性，與溫度有關(guān)3）卵磷脂/鞘磷脂的比例此比例小，流動性??；反之，流動性大4）膜蛋白含量如溫度低，流動性??；反之，流動性大5）其他影響因素含量高，流動性小；反之，流動性大※膜的流動性具有十分重要的功能意義。+第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)細胞表面及其特化結(jié)構(gòu)細胞表面的概念包圍在細胞質(zhì)外層的一個復(fù)合結(jié)構(gòu)體系和多功能體系，是細胞與外界相互作用并產(chǎn)生各種復(fù)雜功能的部位。其結(jié)構(gòu)以質(zhì)膜為主體，包括質(zhì)膜外的細胞外被、質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的胞質(zhì)溶膠以及細胞連接和一些特化結(jié)構(gòu)。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二一、細胞外被和胞質(zhì)溶膠（一）細胞外被（糖萼）（glycocalyx）細胞外表的糖鏈與該細胞分泌出來的糖蛋白等粘附在一起，形成一層外被，稱細胞外被或糖萼。保護，細胞物質(zhì)運輸、識別、分化，并與細胞表面的抗原性有關(guān)。概念：作用：（二）胞質(zhì)溶膠概念：位于質(zhì)膜下的一層厚約0.1-0.2μm的黏滯無結(jié)構(gòu)的液體物質(zhì)，主要含有蛋白質(zhì)、微絲和微管。抗力，維持細胞形態(tài)，調(diào)節(jié)膜蛋白分布與運動。作用：第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二二、細胞表面的特殊結(jié)構(gòu)是為適應(yīng)某種環(huán)境而形成的特殊表面結(jié)構(gòu)，如：微絨毛、褶皺、圓泡、細胞內(nèi)褶、鞭毛和纖毛等，分別與細胞的吸收、吞飲、物質(zhì)運輸、運動等功能有關(guān)。定義：第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二三、細胞間的連接是細胞間或細胞與細胞外基質(zhì)間的連接結(jié)構(gòu)，其作用在于加強細胞間的機械聯(lián)系，對于維持組織結(jié)構(gòu)的完整性，協(xié)調(diào)細胞功能有重要意義。定義：類型：按功能分類封閉連接（occludingjunction）錨定連接(anchoringjunction)通訊連接(communicating

junction)第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二三、細胞間的連接★（一）封閉連接（occludingjunction）存在部位：存在于脊椎動物的上皮、表皮細胞間，又稱緊密連接或封閉小帶結(jié)構(gòu)特點：相鄰細胞膜點狀融合形成封閉鏈結(jié)構(gòu)，封閉鏈交織成網(wǎng)狀，將相鄰細胞緊密連接在一起。細胞膜

細胞間隙封閉鏈緊密連接的功能:

封閉細胞間隙

防止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內(nèi)，構(gòu)成血腦屏障和睪血屏障等。隔離作用

使游離端與基底面質(zhì)膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能；支持功能第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期二三、細胞間的連接★（二）錨定連接（anchoringjunction）是由一個細胞骨架系統(tǒng)成分與相鄰細胞的骨架成分或細胞外基質(zhì)相連接而成。分布廣泛，尤其在上皮，心肌和子宮頸等組織中含量豐富。構(gòu)成蛋白：

①細胞內(nèi)附著蛋白②跨膜連接糖蛋白與肌動蛋白相連的：黏合帶（adhesionbelt）黏合斑（adhesionplaque）