細胞基本知識概要

第三章

細胞質(zhì)膜與跨膜運輸熊濤編輯ppt細胞質(zhì)膜概述細胞膜的結(jié)構(gòu)細胞膜的功能紅細胞膜結(jié)構(gòu)膜的化學組成膜的分子結(jié)構(gòu)及特點編輯ppt細胞的膜結(jié)構(gòu)細胞膜(cellmembrane)是細胞膜結(jié)構(gòu)的總稱。有時特指細胞質(zhì)膜。細胞質(zhì)膜(plasmamembrane)是指包圍在細胞外表的一層極薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白組成。質(zhì)膜的根本作用是維護細胞內(nèi)微環(huán)境的相對穩(wěn)定，并參與同外界環(huán)境進行物質(zhì)交換、能量和信息傳遞。在細胞的生存、生長、分裂、分化中起重要作用。生物膜(biomembrane):細胞所有膜結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱，包括細胞內(nèi)膜和質(zhì)膜。編輯ppt細胞膜的功能界膜和區(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的檢測與傳遞參與細胞間的相互作用能量置換編輯ppt紅細胞膜結(jié)構(gòu)紅細胞(redbloodcell,erythrocyte)

是結(jié)構(gòu)最簡單的細胞，也是研究膜結(jié)構(gòu)的最好材料。紅細胞的生物學形態(tài)結(jié)構(gòu)：成熟的紅細胞呈雙面凹或單面凹陷的盤狀，直徑約為7μm,厚度1.7μm,外表積為145μm2；外表積與體積的比值較大，有得于細胞變形、氣體交換和攜帶。編輯ppt紅細胞的功能紅細胞的主要功能是攜帶O2和運輸CO2紅細胞血影編輯ppt紅細胞質(zhì)膜紅細胞的壽命約為120天，一生中要行走500,000米。紅細胞膜骨架膜骨架賦予紅細胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強度。紅細胞膜(含膜骨架局部)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)編輯ppt紅細胞膜蛋白的組成血影蛋白：膜下蛋白，膜骨架的重要成分，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糖蛋白A帶3蛋白編輯ppt膜的化學組成膜的化學組成：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)、細胞類型(肌細胞、肝細胞)、生物類型(動物、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>>紅細胞編輯ppt膜脂生物膜上的脂類統(tǒng)稱為膜脂，其分子排列呈連續(xù)的雙層，構(gòu)成了生物膜的根本骨架。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、膽固醇編輯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編輯pptLipoproteinisanClassofNaturally

ExistingNanostructures編輯pptLow-DensityLipoprotein(LDL)NanoparticleGoldsteinandBrownwon1985NobelPrizeforelucidatingLDLreceptor(LDLR)pathwayLDLdeliverycountfor90%ofcholesterolsupply(only10%fromdenovosynthesis)Endogenouscarrier?nonimmunogenicandescapeRESescapeRES?biocompatibleandbiodegradable編輯ppt基于LDL的納米平臺技術(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)

納米尺寸可調(diào)(過裝載LDL或用不同尺寸的脂蛋白)~22nm編輯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)；脂雙層的厚度為6nm；膜脂的主要功能是構(gòu)成膜的根本骨架。編輯ppt脂質(zhì)體人工制備的連續(xù)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)水溶液中的磷脂分子團；(b)球形脂質(zhì)體；(c)平面脂質(zhì)體膜；d)用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖編輯ppt膜糖膜糖的位置：細胞質(zhì)膜上所有膜糖都位于質(zhì)膜的外外表，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖那么位于內(nèi)外表。膜糖的種類：動物細胞質(zhì)膜上主要有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胞質(zhì)膜上。真核生物細胞膜上的蛋白質(zhì)幾乎都是糖蛋白。糖蛋白主要存在于細胞質(zhì)膜上，內(nèi)膜中糖蛋白極少。編輯ppt膜糖的功能提高膜的穩(wěn)定性，增強膜蛋白對細胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性，幫助膜蛋白進行正確的折疊維持正確的三維構(gòu)型；參與細胞的信號識別、細胞的粘著；糖蛋白中的糖基還幫助新合成蛋白質(zhì)進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，其寡糖局部具有決定抗原特異性的作用。A血型的人紅細胞膜脂寡糖鏈的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人紅細胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳糖(Gal)，O型那么沒有這兩種糖基，AB型的人那么在末端同時具有這兩種糖。編輯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別離。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)外表的蛋白質(zhì)分子或脂分子極性頭部非共價結(jié)合，易別離。脂質(zhì)錨定蛋白〔lipid-anchoredproteins)：通過磷脂或脂肪酸錨定，共價結(jié)合。編輯ppt膜蛋白的功能功能蛋白示例作用方式運輸?shù)鞍譔a＋泵主動將Na+泵出細胞，K+泵入細胞連接蛋白整合素將細胞內(nèi)肌動蛋白與細胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長因子(PDGF)受體同細胞外的PDGF結(jié)合、在細胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號，引起細胞的生長與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細胞外信號作用下，導致細胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生編輯ppt膜蛋白的研究方法膜蛋白的別離去垢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氫鏈。當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，它不僅可使細胞膜崩潰，并與膜蛋白的疏水局部結(jié)合使其別離，而且還破壞膜蛋白內(nèi)部的非共價鍵，使蛋白變性，所以不宜用于別離有功能的膜蛋白。TritonX-100是溫和性去垢劑，它可以使膜脂溶解，又不使蛋白變性，可別離到有生物功能的膜蛋白。編輯ppt膜的分子結(jié)構(gòu)及特點結(jié)構(gòu)模型1935年提出"雙分子片層"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)在蛋白編輯ppt膜的不對稱性細胞質(zhì)膜的不對稱性是指細胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分不是均勻分布的，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。編輯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。膜的流動性不僅是膜的根本特性之一，也是細胞進行生命活動的必要條件。膜的流動性的生理意義細胞質(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，細胞外的營養(yǎng)物質(zhì)無法進入，細胞內(nèi)合成的胞外物質(zhì)及細胞廢物也不能運到細胞外，這樣細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大的關(guān)系。

編輯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)擴散(transversediffusion)膜蛋白的運動隨機移動定向移動局部擴散編輯ppt膜流動性的研究方法人、鼠細胞融合實驗1970年，L.DavidFrye和MichaelEdidin進行了人、鼠細胞融合實驗，令人信服地證明了膜蛋白的流動。免疫球蛋白與單克隆抗編輯ppt淋巴細胞的成斑和成帽反響通過抗體交聯(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。編輯ppt光脫色熒光恢復技術(shù)

(fluorescencerecoveryafterphotobleachingFRAP)這種方法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。編輯ppt細胞質(zhì)膜的功能編輯ppt非離子型去垢劑的作用機制編輯pptGlycophorin編輯ppt帶3蛋白的功能碳酸酐酶編輯ppt磷脂酰絲氨酸外翻分析

〔AnnexinV法〕編輯ppt細胞凋亡編輯pptIma