細(xì)胞基本知識概要

第三章

細(xì)胞質(zhì)膜與跨膜運輸(yùnshū)熊濤第一頁，共三十六頁。精選ppt細(xì)胞質(zhì)膜概述細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)(jiégòu)細(xì)胞膜的功能紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)膜的化學(xué)組成膜的分子結(jié)構(gòu)及特點第二頁，共三十六頁。精選ppt細(xì)胞(xìbāo)的膜結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜(cellmembrane)是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的總稱。有時特指細(xì)胞質(zhì)膜。細(xì)胞質(zhì)膜(plasmamembrane)是指包圍在細(xì)胞表面(biǎomiàn)的一層極薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白組成。質(zhì)膜的基本作用是維護細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的相對穩(wěn)定，并參與同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換、能量和信息傳遞。在細(xì)胞的生存、生長、分裂、分化中起重要作用。生物膜(biomembrane):細(xì)胞所有膜結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，包括細(xì)胞內(nèi)膜和質(zhì)膜。第三頁，共三十六頁。精選ppt細(xì)胞膜的功能(gōngnéng)界膜和區(qū)室化調(diào)節(jié)運輸：膜對物質(zhì)的運輸具有選擇性功能定位與組織化信號(xìnhào)的檢測與傳遞參與細(xì)胞間的相互作用能量置換第四頁，共三十六頁。精選ppt紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)紅細(xì)胞(redbloodcell,erythrocyte)

是結(jié)構(gòu)最簡單的細(xì)胞，也是研究(yánjiū)膜結(jié)構(gòu)的最好材料。紅細(xì)胞的生物學(xué)形態(tài)結(jié)構(gòu)：成熟的紅細(xì)胞呈雙面凹或單面凹陷的盤狀，直徑約為7μm,厚度1.7μm,表面積為145μm2；表面積與體積的比值較大，有得于細(xì)胞變形、氣體交換(jiāohuàn)和攜帶。第五頁，共三十六頁。精選ppt紅細(xì)胞的功能紅細(xì)胞的主要(zhǔyào)功能是攜帶O2和運輸CO2紅細(xì)胞血影第六頁，共三十六頁。精選ppt紅細(xì)胞質(zhì)膜紅細(xì)胞的壽命約為120天，一生中要行走500,000米。紅細(xì)胞膜骨架膜骨架賦予紅細(xì)胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強度。紅細(xì)胞膜(含膜骨架部分(bùfen))大約有15種主要的蛋白帶:血影蛋白(Spectrin)血型糖蛋白(Glycophorin)帶3蛋白(Band3protein)第七頁，共三十六頁。精選ppt紅細(xì)胞膜蛋白的組成血影蛋白：膜下蛋白，膜骨架的重要(zhòngyào)成分，占膜提取蛋白的30%血型糖蛋白A：單次跨膜糖蛋白帶3蛋白：具有陰離子轉(zhuǎn)運功能錨蛋白：將血影蛋白固定到RBC膜上肌動蛋白、帶4.1蛋白、內(nèi)收蛋白膜骨架蛋白的主要成分包括

血影蛋白、肌動蛋白、錨定蛋白、帶4.1蛋白等，這些都是外周蛋白。肌動蛋白原肌球蛋白錨蛋白血影蛋白血型(xuèxíng)糖蛋白A帶3蛋白(dànbái)第八頁，共三十六頁。精選ppt膜的化學(xué)(huàxué)組成膜的化學(xué)組成：脂/蛋白質(zhì)/糖膜中蛋白質(zhì)與脂的比例，依據(jù)膜的類型(質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜)、細(xì)胞類型(肌細(xì)胞、肝細(xì)胞)、生物類型(動物(dòngwù)、植物和原核生物)的不同而不同。蛋白質(zhì)/脂：與膜的功能密切相關(guān)，線粒體>>紅細(xì)胞第九頁，共三十六頁。精選ppt膜脂生物膜上的脂類統(tǒng)稱(tǒngchēng)為膜脂，其分子排列呈連續(xù)的雙層，構(gòu)成了生物膜的基本骨架。所有的膜脂都具有兩親性：一個親水末端(極性端)和一具疏水端(非極性端)。膜脂的主要類型磷脂、鞘脂、膽固醇第十頁，共三十六頁。精選ppt膽固醇占膜脂的50%對磷脂的脂肪酸尾部的運動具有干擾(gānrǎo)作用，所以膽固醇對調(diào)節(jié)膜的流動性、加強膜的穩(wěn)定性有重要作用。膽固醇在脂雙層中的位置(wèizhi)第十一頁，共三十六頁。精選pptLipoproteinisanClassofNaturally

ExistingNanostructures第十二頁，共三十六頁。精選pptLow-DensityLipoprotein(LDL)NanoparticleGoldsteinandBrownwon1985NobelPrizeforelucidatingLDLreceptor(LDLR)pathwayLDLdeliverycountfor90%ofcholesterolsupply(only10%fromdenovosynthesis)Endogenouscarrier?nonimmunogenicandescapeRESescapeRES?biocompatibleandbiodegradable第十三頁，共三十六頁。精選ppt基于LDL的納米(nàmǐ)平臺技術(shù)靶向LDL受體完整的ApoB-100信號通過LDL受體擴大靶向其它的癌癥信號通過覆蓋Lys或改變apoB-100的構(gòu)型，以封閉與LDL受體的結(jié)合位點。偶聯(lián)腫瘤(zhǒngliú)相對特異性靶分子的配體或多肽生物相容性好(無免疫原性，能夠逃避內(nèi)皮網(wǎng)狀系統(tǒng)，可生物降解)多功能(結(jié)合MRI和NIRF成像，成像和治療)靶向性可變(LDLR或非LDLR)納米尺寸(chǐcun)可調(diào)(過裝載LDL或用不同尺寸(chǐcun)的脂蛋白)~22nm第十四頁，共三十六頁。精選ppt膜脂的特性和功能在水溶液中能夠自動形成微球或雙分子層結(jié)構(gòu)(jiégòu)；脂雙層的厚度為6nm；膜脂的主要功能是構(gòu)成膜的基本骨架。第十五頁，共三十六頁。精選ppt脂質(zhì)體人工制備的連續(xù)(liánxù)脂雙層的球形脂質(zhì)小囊；作為生物膜的研究模型；作為生物大分子(如DNA分子)和藥物的載體。

((a)水溶液中的磷脂(línzhī)分子團；(b)球形脂質(zhì)體；(c)平面(píngmiàn)脂質(zhì)體膜；d)用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖第十六頁，共三十六頁。精選ppt膜糖膜糖的位置：細(xì)胞質(zhì)膜上所有膜糖都位于質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則位于內(nèi)表面。膜糖的種類：動物細(xì)胞質(zhì)膜上主要(zhǔyào)有7種D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-巖藻糖、N-乙酰-D-半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、唾液酸膜糖的存在方式：通過共價鍵同膜脂或膜蛋白相連，即以糖脂或糖蛋白的形式存在于細(xì)胞質(zhì)膜上。真核生物細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)幾乎都是糖蛋白。糖蛋白主要存在于細(xì)胞質(zhì)膜上，內(nèi)膜中糖蛋白極少。第十七頁，共三十六頁。精選ppt膜糖的功能提高膜的穩(wěn)定性，增強膜蛋白對細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性，幫助膜蛋白進(jìn)行正確的折疊維持正確的三維構(gòu)型；參與細(xì)胞的信號識別、細(xì)胞的粘著；糖蛋白中的糖基還幫助新合成蛋白質(zhì)進(jìn)行正確的運輸和定位；ABO血型決定子(determinant)，即ABO血型抗原，它是一種糖脂，其寡糖部分具有決定抗原特異性的作用。A血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端(mòduān)是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人紅細(xì)胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳糖(Gal)，O型則沒有這兩種糖基，AB型的人則在末端同時具有這兩種糖。第十八頁，共三十六頁。精選ppt膜蛋白(membraneprotein)膜蛋白分類內(nèi)在（整合）膜蛋白(intrinsic/integralmembraneproteins)：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(fēnlí)。外在(外周)膜蛋白(extrinsic/peripheralmembraneproteins)：水溶性蛋白,靠離子鍵或其它弱鍵與膜內(nèi)表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子極性頭部非共價結(jié)合，易分離。脂質(zhì)錨定蛋白（lipid-anchoredproteins)：通過磷脂或脂肪酸錨定，共價結(jié)合。第十九頁，共三十六頁。精選ppt膜蛋白的功能(gōngnéng)功能蛋白示例作用方式運輸?shù)鞍譔a＋泵主動將Na+泵出細(xì)胞，K+泵入細(xì)胞連接蛋白整合素將細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長因子(PDGF)受體同細(xì)胞外的PDGF結(jié)合、在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號，引起細(xì)胞的生長與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細(xì)胞外信號作用下，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生第二十頁，共三十六頁。精選ppt膜蛋白的研究(yánjiū)方法膜蛋白的分離去垢(qùɡòu)劑的作用機理去垢劑是一端親水一端疏水的雙親媒性分子，它們具有極性端和非極性的碳?xì)滏湣．?dāng)它們與膜蛋白作用時，可以用非極性端同蛋白質(zhì)的疏水區(qū)作用，取代膜脂，極性端指向水中，形成溶于水的去垢劑-膜蛋白復(fù)合物，從而使膜蛋白在水中溶解、變性、沉淀。去垢劑可分為離子型和非離子型兩種十二烷基磺酸鈉(SDS)是常用的離子型去垢劑，它不僅可使細(xì)胞膜崩潰，并與膜蛋白的疏水部分結(jié)合使其分離，而且還破壞膜蛋白內(nèi)部的非共價鍵，使蛋白變性，所以不宜用于分離有功能的膜蛋白。TritonX-100是溫和性去垢劑，它可以使膜脂溶解，又不使蛋白變性，可分離到有生物功能的膜蛋白。第二十一頁，共三十六頁。精選ppt膜的分子結(jié)構(gòu)(fēnzǐjiéɡòu)及特點結(jié)構(gòu)(jiégòu)模型1935年提出"雙分子(fēnzǐ)片層"結(jié)構(gòu)模型流動鑲嵌模型；生物膜結(jié)構(gòu)模型膽固醇磷脂寡糖糖脂內(nèi)在蛋白第二十二頁，共三十六頁。精選ppt膜的不對稱性細(xì)胞質(zhì)膜的不對稱性是指細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分不是(bùshi)均勻分布的，包括種類和數(shù)量的不均勻。膜脂的不對稱性膜蛋白的不對稱膜糖的不對稱不對稱性的意義膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對稱性導(dǎo)致了膜功能的不對稱性和方向性。保證了生命活動的高度有序性。第二十三頁，共三十六頁。精選ppt膜的流動性膜的流動性是指構(gòu)成膜的脂和蛋白質(zhì)分子的運動性。膜的流動性不僅(bùjǐn)是膜的基本特性之一，也是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的必要條件。膜的流動性的生理意義細(xì)胞質(zhì)膜適宜的流動性是生物膜正常功能的必要條件。酶活性與流動性有極大的關(guān)系，流動性大活性高。如果沒有膜的流動性，細(xì)胞外的營養(yǎng)物質(zhì)無法進(jìn)入，細(xì)胞內(nèi)合成的胞外物質(zhì)及細(xì)胞廢物也不能運到細(xì)胞外，這樣細(xì)胞就要停止新陳代謝而死亡。膜流動性與信息傳遞有著極大的關(guān)系。如果沒有流動性，能量轉(zhuǎn)換是不可能的。膜的流動性與發(fā)育和衰老過程都有相當(dāng)大的關(guān)系。

第二十四頁，共三十六頁。精選ppt流動性的表現(xiàn)形式膜脂的運動方式(脂的流動是造成膜流動性的主要因素)側(cè)向擴散(lateraldiffusion)旋轉(zhuǎn)運動(rotation)伸縮運動（flex）

翻轉(zhuǎn)(fānzhuǎn)擴散(transversediffusion)膜蛋白的運動隨機移動定向移動局部擴散第二十五頁，共三十六頁。精選ppt膜流動性的研究(yánjiū)方法人、鼠細(xì)胞融合實驗1970年，L.DavidFrye和MichaelEdidin進(jìn)行了人、鼠細(xì)胞融合實驗，令人信服地證明(zhèngmíng)了膜蛋白的流動。免疫(miǎnyì)球蛋白與單克隆抗第二十六頁，共三十六頁。精選ppt淋巴細(xì)胞的成斑和成帽反應(yīng)通過抗體(kàngtǐ)交聯(lián)膜蛋白分子聚集成斑(patching)、成帽(capping)的現(xiàn)象也是證明膜蛋白在膜平面?zhèn)认驍U散的例子。第二十七頁，共三十六頁。精選ppt光脫色熒光恢復(fù)技術(shù)

(fluorescencerecoveryafterphotobleachingFRAP)這種方法(fāngfǎ)不僅能夠證明膜的流動性，同時也能測量膜蛋白擴散的速率。第二十八頁，共三十六頁。精選ppt細(xì)胞質(zhì)膜的功能(gōngnéng)第二十九頁，共三十六頁。精選ppt非離子型去垢劑的作用(zuòyòng)機制第三十頁，共三十六頁。精選pptGlycophorin第三十一頁，共三十六頁。精選ppt帶3蛋白(dànbái)的功能碳酸酐酶第三十二頁，共三十六頁。精選ppt磷脂(línzhī)酰絲氨酸外翻分析

（AnnexinV法）第三十三頁，共三十六頁。精選ppt細(xì)胞(xìbāo)凋亡第三十四頁，共三十六頁。精選pptImagingapoptoticresponseinvivoVasilisNtziachristos,etal.VisualizationofantitumortreatmentbymeansoffluorescencemoleculartomographywithanannexinV–Cy5.5conjugate,PNAS,2