細(xì)胞質(zhì)膜翟中和細(xì)胞生物學(xué)演示文稿

細(xì)胞質(zhì)膜翟中和細(xì)胞生物學(xué)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)（優(yōu)選）細(xì)胞質(zhì)膜翟中和細(xì)胞生物學(xué)當(dāng)前第2頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)細(xì)胞質(zhì)膜曾稱細(xì)胞膜：是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的生物膜。生物膜：真核細(xì)胞內(nèi)部存在著由膜圍繞構(gòu)建的各種細(xì)胞器。細(xì)胞內(nèi)的膜系統(tǒng)與細(xì)胞膜統(tǒng)稱為生物膜。當(dāng)前第3頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型

一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型二、膜脂三、膜蛋白

當(dāng)前第4頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型戈特(Gorter)和格蘭戴爾(

Grendel)(1925年),脂雙層模型戴夫森(Davson)和丹尼利(Daniellie)

(1935年),三明治模型羅伯遜(Robertson)(1959年),單位膜模型辛格(Singer)和尼科爾森(Nicolson)

(1972年),流動(dòng)鑲嵌模型脂筏模型:在生物膜上富含膽固醇,形成有序的脂相，如同“脂筏”一樣,并載有各種蛋白。研究簡史當(dāng)前第5頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)可歸納如下：(1)

膜脂主要由磷脂分子構(gòu)成,磷脂分子具有極性頭部和非極性尾部。在水相中以疏水性非極性尾部相對(duì)、極性頭部朝向水相自發(fā)形成磷脂雙分子層的封閉的膜系統(tǒng)。(2)

蛋白分子以不同的方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面，蛋白的類型、分布的不對(duì)稱性及其與脂分子的協(xié)同作用賦予生物膜具有各自的特性與功能。(3)

在膜蛋白與膜脂之間、膜蛋白與膜蛋白之間以及膜蛋白與膜兩側(cè)其他生物大分子之間的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流動(dòng)性。當(dāng)前第6頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)二、膜脂㈠、成分

膜脂是生物膜的基本組成成分。主要包括：磷脂、糖脂和膽固醇三種類型。㈡、膜脂的運(yùn)動(dòng)方式㈢、脂質(zhì)體當(dāng)前第7頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈠、膜脂成分1、磷脂：膜脂的基本成分，占整個(gè)膜質(zhì)的50％以上。1.1類型:

分為甘油磷脂和鞘磷脂二類甘油磷脂磷脂酰膽堿（卵磷脂PC）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂PE）磷脂酰絲氨酸(PS)磷脂酰肌醇（PI）鞘磷脂磷脂當(dāng)前第8頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)1.2主要特征①具有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性的尾(脂肪酸鏈)（心磷脂—雙磷脂酰甘油（DPG）除外）；②脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù),

多數(shù)碳鏈由16,18或20個(gè)組成；③除飽和脂肪酸外，還常含有不飽和脂肪酸(如油酸)，不飽和脂肪酸多為順式，順式雙鍵在烴鏈中產(chǎn)生約30°彎曲。

當(dāng)前第9頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)2、糖脂（Sphingolipid）：普遍存在于原核和真核細(xì)胞膜上,占膜脂的5%以下；如腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂和人的ABO血型抗原。（由糖殘基與神經(jīng)酰胺連接）㈠、膜脂成分當(dāng)前第10頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈠、膜脂成分

3、膽固醇分布：膽固醇存在于動(dòng)物細(xì)胞和少數(shù)植物細(xì)胞質(zhì)膜上（30%以下），細(xì)菌質(zhì)膜不含有膽固醇，但某些細(xì)菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂類。功能：調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性，降低水溶性物質(zhì)的通透性當(dāng)前第11頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈡、膜脂的運(yùn)動(dòng)方式1.沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)其擴(kuò)散系數(shù)為10-8cm2/s,相當(dāng)于每秒移動(dòng)2μm的距離。由于側(cè)向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生分子間的換位，其交換頻率在106次/s以上。側(cè)向運(yùn)動(dòng)是膜脂分子的基本運(yùn)動(dòng)方式，具有重要的生物學(xué)意義。

2.脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)

3.脂分子尾部的擺動(dòng)脂肪酸鏈靠近極性頭部的擺動(dòng)較小，尾部擺動(dòng)較大。X射線衍射分析顯示，在距頭部第9個(gè)碳原子以后的脂肪酸鏈已由較為有序變成無序狀態(tài)。4．雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一般情況下翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)極少發(fā)生。但在細(xì)胞某些膜系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，特別是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，新合成的磷脂分子經(jīng)幾分鐘后，將有半數(shù)從雙層脂分子的一側(cè)通過翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向另一側(cè)。

脂分子的運(yùn)動(dòng)不僅與脂分子的類型有關(guān)，也與脂分子同膜蛋白及膜周圍的生物大分子之間的相互作用以及溫度等環(huán)境條件有關(guān)。

當(dāng)前第13頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈢、脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜。

脂質(zhì)體的類型脂質(zhì)體的應(yīng)用當(dāng)前第14頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)脂質(zhì)體的類型單層脂分子鋪展在水面上時(shí)，其極性端插入水相而非極性尾部面向空氣界面。攪動(dòng)后形成乳濁液，即形成極性端向外而非極性端在內(nèi)部的脂分子團(tuán)(a)或形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體(b)

。球形脂質(zhì)體直徑為25—1000nm不等，控制形成條件可獲得大小均一的脂質(zhì)體，同樣的原理還可以制備平面的脂質(zhì)體膜(c)。用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖(d）。當(dāng)前第15頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)脂質(zhì)體的應(yīng)用研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)；脂質(zhì)體中裹入DNA可用于基因轉(zhuǎn)移；在臨床治療中,脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體當(dāng)前第16頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)三、膜蛋白㈠、膜蛋白的類型㈡、內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式㈢、去垢劑(detergent)當(dāng)前第17頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)外在(外周)膜蛋白：水溶性蛋白,靠離子鍵或其它弱鍵與膜表面的膜蛋白分子或膜脂分子極性頭部非共價(jià)結(jié)合，易分離。內(nèi)在（整合）膜蛋白：

水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，與膜結(jié)合緊密,需用去垢劑使膜崩解后才可分離。

脂錨定蛋白：

通過與之共價(jià)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。

㈠、膜蛋白的類型當(dāng)前第18頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈡、內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心的相互作用。

跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸殘基通過

Ca2+、Mg2+等陽離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用。

某些膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基上共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子,插入脂雙層之間,進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力,還有少數(shù)蛋白與糖脂共價(jià)結(jié)合。當(dāng)前第19頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)內(nèi)在膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域是與膜脂結(jié)合的主要部位，具體作用方式如下：(1)跨膜結(jié)構(gòu)域形成α螺旋，其外部疏水側(cè)鏈通過范德華力與脂雙層分子脂肪酸鏈相互作用。(2)某些α螺旋既具有極性側(cè)鏈又具有非極性側(cè)鏈，α螺旋的外側(cè)是非極性鏈，內(nèi)側(cè)是極性鏈，形成特異極性分子的跨膜通道。(3)某些跨膜蛋白(如大腸桿菌外膜上的孔蛋白和線粒體內(nèi)膜上的孔蛋白)，其跨膜結(jié)構(gòu)域常常僅有10～12個(gè)氨基酸殘基，形成β折疊片結(jié)構(gòu)。α螺旋中相鄰二個(gè)氨基酸殘基的軸向距離為0.15nm，而在折疊片中為0.35nm。反向平行的折疊片相互作用形成非特異的跨膜通道，可允許相對(duì)分子質(zhì)量小于104的小分子自由通過。當(dāng)前第20頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈢、去垢劑去垢劑是一端親水、另一端疏水的兩性小分子,是分離與研究膜蛋白的常用試劑。離子型去垢劑(十二烷基磺酸鈉

SDS)：它可使細(xì)胞膜崩解，與膜蛋白疏水部分結(jié)合使其分離，還可破壞蛋白內(nèi)部非共價(jià)鍵，甚至改變親水部分的構(gòu)象。

非離子型去垢劑（TritonX-100）：也可使細(xì)胞膜崩解，但對(duì)蛋白作用較溫和，用于膜蛋白的分離與純化，也用于除去細(xì)胞膜系統(tǒng)，以便對(duì)細(xì)胞骨架蛋白和其他蛋白進(jìn)行研究。

當(dāng)前第21頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)

第二節(jié)生物膜結(jié)構(gòu)的特征與功能膜的流動(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)稱性當(dāng)前第22頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)一、膜的流動(dòng)性㈠、膜脂的流動(dòng)性膜脂的流動(dòng)性主要指脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，它主要是由脂分子本身的性質(zhì)決定的。脂肪酸鏈越短,不飽和程度越高,膜脂的流動(dòng)性越大。溫度對(duì)膜脂的運(yùn)動(dòng)有明顯的影響。在細(xì)菌和動(dòng)物細(xì)胞中常通過增加不飽和脂肪酸的含量來調(diào)節(jié)膜脂的相變溫度以維持膜脂的流動(dòng)性。在動(dòng)物細(xì)胞中，膽固醇對(duì)膜的流動(dòng)性起重要的雙向調(diào)節(jié)作用。

當(dāng)前第23頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)一、膜的流動(dòng)性㈡、膜蛋白的流動(dòng)性 熒光抗體免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)成斑現(xiàn)象(patching)或成帽現(xiàn)象(capping)膜的流動(dòng)性受多種因素影響；細(xì)胞骨架不但影響膜蛋白的運(yùn)動(dòng)，也影響其周圍的膜脂的流動(dòng)。膜蛋白與膜脂分子的相互作用也是影響膜流動(dòng)性的重要因素。當(dāng)前第24頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈢、熒光漂白恢復(fù)技術(shù)

程序：

用熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜質(zhì)，然后用激光束照射細(xì)胞表面某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光淬滅變暗。由于膜的流動(dòng)性，變暗區(qū)域的亮度逐漸增加，最后恢復(fù)到與周圍的熒光強(qiáng)度相等。根據(jù)熒光恢復(fù)的速度可推算出膜蛋白或膜脂擴(kuò)散速度。一、膜的流動(dòng)性研究膜蛋白或膜脂流動(dòng)性的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一。當(dāng)前第25頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈠、細(xì)胞質(zhì)膜各部分名稱與細(xì)胞外環(huán)境接觸的膜面稱質(zhì)膜的細(xì)胞外表面(ES)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面稱質(zhì)膜的原生質(zhì)表面(PS)。冷凍蝕刻技術(shù)制樣過程中，膜結(jié)構(gòu)常常從雙層脂分子疏水端斷裂，這樣又產(chǎn)生了質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁斷裂面(EF)和原生質(zhì)小頁斷裂面(PF)。二、膜的不對(duì)稱性當(dāng)前第26頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)㈡、膜脂的不對(duì)稱性膜質(zhì)的不對(duì)稱性：指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。糖脂僅存在于質(zhì)膜的ES面，是完成其生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。磷脂分子不對(duì)稱分布的生物學(xué)意義還不清楚，有人推測可能與其合成部位有關(guān)，還有可能與膜蛋白的不對(duì)稱分布有關(guān)。磷脂在紅細(xì)胞質(zhì)膜上的分布SM：鞘磷脂；PC:卵磷脂；PS：磷脂酰絲氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CI：膽固醇二、膜的不對(duì)稱性質(zhì)膜外小頁質(zhì)膜內(nèi)小頁占膜質(zhì)總量的百分?jǐn)?shù)當(dāng)前第27頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)二、膜的不對(duì)稱性㈢、膜蛋白的不對(duì)稱性

膜蛋白的不對(duì)稱性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有確定的方向性；例如：糖蛋白糖殘基均分布在質(zhì)膜的ES面；膜蛋白的不對(duì)稱性是生物膜完成復(fù)雜的在時(shí)間與空間上有序的各種生理功能的保證。當(dāng)前第28頁\共有30頁\編于星期四\10點(diǎn)三、細(xì)胞質(zhì)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;

選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸,包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排除,其中伴隨著能量的傳遞;

提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn),并完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo);

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;

介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與胞外基質(zhì)之間的連接;

參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)；膜蛋白的遺傳與某些遺傳病、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)。當(dāng)