細(xì)胞膜及其表面醫(yī)學(xué)生物學(xué)課件

-第二節(jié)

細(xì)胞膜及其外表Contents細(xì)胞膜的分子組成及結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞膜外表及其特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的主要功能細(xì)胞膜與醫(yī)藥學(xué)構(gòu)成細(xì)胞的三大要素

一套完整的代謝系統(tǒng)

一套遺傳信息

質(zhì)膜biologicalmembrane=plasmamembrane+intracellularmembrane

生物膜=質(zhì)膜+細(xì)胞內(nèi)膜

生物膜biologicalmembrane

一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成

1%-10%糖類

40%-50%蛋白質(zhì)水、無機鹽、金屬離子等其他

50%

脂質(zhì)含量成分〔一〕膜脂1.磷脂磷脂酰膽堿〔卵磷脂〕磷酸甘油酯磷脂酰乙醇胺〔腦磷脂〕磷脂酰絲氨酸鞘磷脂2.糖脂：腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂3.膽固醇1．磷脂主要特征：〔1〕具有一個極性頭和兩個非極性的尾〔脂肪酸鏈〕，線粒體內(nèi)膜上的心磷脂具有4個非極性局部〔2〕脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，多數(shù)碳鏈由16，18或20個碳原子組成〔3〕常含有不飽和脂肪酸〔如油酸〕親水的頭部基團疏水的尾部基團空間結(jié)構(gòu)符號空間結(jié)構(gòu)模型磷脂酰膽堿分子的結(jié)構(gòu)2．糖脂是含糖而不含磷酸的脂類，含量約占脂總量的5％以下，在神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高，約占5%～10％。GlycolipidsGlycolipids

3.膽固醇主要存在真核細(xì)胞膜上，含量一般不超過膜脂的1/3，

功能：提高雙脂層的力學(xué)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)雙脂層流動性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。膜脂分子的物理特性脂質(zhì)體分子團磷脂雙層是一種人工膜在水中，攪動后磷脂形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體，直徑25～1000nm不等。脂質(zhì)體〔liposome〕：直徑25～1000nm不等。〔二〕膜蛋白生物膜所含有的蛋白質(zhì)稱為膜蛋白〔membraneprotein〕，是生物膜最主要的組成成分，其含量和種類與膜的功能密切相關(guān)。

分類內(nèi)在蛋白周邊蛋白膜蛋白的類型膜蛋白主要是球狀蛋白質(zhì)，單體或多聚體。一般為α螺旋〔三〕膜糖類含量：占膜重量的1%～10%。存在方式：糖脂、糖蛋白分布：在質(zhì)膜的外外表形成細(xì)胞外被(cellcoat)或糖萼〔glycocalyx〕。糖萼

二、膜的分子結(jié)構(gòu)模型〔一〕片層結(jié)構(gòu)模型〔二〕單位膜模型〔三〕液態(tài)鑲嵌模型Singer&Nicolson于1972年根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，提出了“流動鑲嵌模型〞。Fluid-mosaicmodel：細(xì)胞膜由流動的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層外表，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對稱性?！菜摹尘Ц耔偳赌Ｐ?975年Wallach提出了晶格鑲嵌模型〔crystalmosaicmodel。三、細(xì)胞膜的特性膜的不對稱性〔asymmetry〕膜的流動性〔fluidity〕?！惨弧衬さ牟粚ΨQ性質(zhì)膜內(nèi)外兩層的組分和功能的差異，稱為膜的不對稱性。

膜脂分布的不對稱性膜蛋白分布的不對稱性

膜糖分布的不對稱性膜的不對稱性表現(xiàn)在：功能的方向性1.膜脂的不對稱性同一種脂分子在脂雙層中呈不均勻分布

膜脂的不對稱性還表現(xiàn)在膜外表具有膽固醇和鞘磷脂等形成的微結(jié)構(gòu)域——脂筏。SM,鞘磷脂；PC,磷脂酰膽堿；PS，磷脂酰絲氨酸；PE，磷脂酰乙醇胺；PI，磷脂酰肌醇；Cl,膽固醇

Theasymmetricdistributionofphospholipids(andcholesterol)inPMofHumanerythrocytes2．復(fù)合糖的不對稱性糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外外表3.膜蛋白的不對稱性每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有特定的方向性和分布的區(qū)域性。如各種激素的受體具有極性，細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜側(cè)Simplifieddiagramofthecellcoat(glycocalyx)〔二〕質(zhì)膜的流動性

1．膜脂分子的運動

2.膜蛋白的分子運動

側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)擴散膜蛋白的側(cè)向運動受細(xì)胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細(xì)胞松弛素B能促進膜蛋白的側(cè)向運動。利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運動

3、影響膜流動性的因素〔1〕脂肪酸鏈的長度〔反比〕和不飽和程度(正比)〔2〕膽固醇含量(反比)〔3〕卵磷脂與鞘磷脂的比例(正比)〔4〕膜蛋白含量(反比)〔5〕其他因素〔環(huán)境溫度、pH等〕膜功能的穩(wěn)定性膜流動性脂肪酸鏈的長度和不飽和程度的影響膽固醇的影響四、細(xì)胞外表及其特化結(jié)構(gòu)(一)糖萼動物細(xì)胞外表的一層富含糖類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞外被或糖萼。作用：保護，細(xì)胞通信，并與細(xì)胞外表的抗原性有關(guān)?！捕臣?xì)胞外表的特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞外表的特化結(jié)構(gòu)：1.微絨毛、纖毛和鞭毛；2.內(nèi)褶；3.不同形狀的變形足和皺褶。對于細(xì)胞的特定活動有重要的作用。1.微絨毛微絨毛〔microvilli〕是細(xì)胞外表伸出的細(xì)長突起，廣泛存在于動物細(xì)胞外表，直徑約為0.1μm。小鼠腎曲管上皮細(xì)胞微絨毛〔冰凍蝕刻〕2纖毛ciliumLM：外包細(xì)胞膜，內(nèi)為細(xì)胞質(zhì)，EM：含微管〔2x9+2〕結(jié)構(gòu)根部有基體功能：擺動，排出 灰塵及細(xì)菌組成：細(xì)胞外表較長能擺動的突起纖毛橫切面〔透射電鏡〕微絨毛和纖毛〔掃描電鏡〕3.內(nèi)褶〔infolding〕是質(zhì)膜由細(xì)胞外表內(nèi)陷形成的結(jié)構(gòu)，以相反的方式擴大了細(xì)胞的外表積。這種結(jié)構(gòu)常見于液體和離子交換活動比較旺盛的細(xì)胞?！踩臣?xì)胞連接〔celljunction〕：指多細(xì)胞生物特別是動物體中細(xì)胞與細(xì)胞之間外表的某些區(qū)域特化形成各種結(jié)構(gòu)，以便細(xì)胞之間彼此接觸。主要功能：細(xì)胞間的機械連接，對細(xì)胞間的物質(zhì)交換起重要作用。三種連接方式：緊密連接(tightjunction)黏合連接〔adheringjunction)通訊連接〔communicatingjunction)?！菜摹臣?xì)胞外基質(zhì)〔extracellularmatrix〕指分布于細(xì)胞外空間，由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。五、細(xì)胞膜的主要功能

細(xì)胞膜是細(xì)胞和外環(huán)境間的屏障，是一種特殊的選擇性的差異透性膜，有選擇地允許或阻止一些物質(zhì)進出細(xì)胞調(diào)節(jié)膜內(nèi)外離子濃度差和膜電位，保證膜內(nèi)外滲透壓平衡。細(xì)胞膜也是接收外界信息的門戶?！惨弧痴{(diào)節(jié)運輸〔膜內(nèi)外物質(zhì)的交換〕被動運輸穿膜運輸:膜內(nèi)外小分子物質(zhì)交換主動運輸胞吞作用膜泡運輸：膜內(nèi)外大分子物質(zhì)交換胞吐作用〔二〕細(xì)胞膜受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體〔receptor〕：能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體〔信號分子〕的大分子物質(zhì)，多為糖蛋白，至少包括兩個功能區(qū)域：配體結(jié)合區(qū)域產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域。受體分類：細(xì)胞內(nèi)受體〔intracellularreceptor〕、細(xì)胞膜受體〔cellsurfacereceptor〕。受體的特征：①特異性；②飽和性；③高度的親和力。膜受體有三類：①離子通道型受體〔ion-channel-linkedreceptor〕②G蛋白耦聯(lián)型受體〔G-protein-linkedreceptor〕③酶耦聯(lián)的受體〔enzyme-linkedreceptor〕第一類存在于可興奮細(xì)胞,后兩類存在于大多數(shù)細(xì)胞，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的早期表現(xiàn)為激酶級聯(lián)〔kinasecascade〕事件，即為一系列蛋白質(zhì)的逐級磷酸化，籍此使信號逐級傳送和放大。生命的根本單位——細(xì)胞〔三〕界膜和細(xì)胞區(qū)域化細(xì)胞區(qū)域化生命的根本單位——細(xì)胞〔四〕功能定位與組織化細(xì)胞器

生命的根本單位——細(xì)胞〔五〕參與細(xì)胞間的相互作用細(xì)胞識別細(xì)胞黏著細(xì)胞連接細(xì)胞間通訊生命的根本單位——細(xì)胞〔六〕能量轉(zhuǎn)換(energytransduction)葉綠體線粒體

六、細(xì)胞膜與醫(yī)藥學(xué)〔一〕膜受體異常與疾病細(xì)胞膜上的LDL受體對于調(diào)節(jié)血液中膽固醇的含量有很大關(guān)系。假設(shè)LDL受體蛋白基因缺陷，使細(xì)胞膜上LDL受體先天性缺損或LDL受體數(shù)目減少，那么嚴(yán)重影響血中膽固醇的代謝，使血中膽固醇的含量升高而成為遺傳性高膽固醇血癥患者。〔二〕膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)異常與疾病膜中的轉(zhuǎn)運蛋白〔載體蛋白、通道蛋白、離子泵等〕結(jié)構(gòu)的缺損或功能異常，都會引起物質(zhì)轉(zhuǎn)運障礙，產(chǎn)生相應(yīng)的遺傳性膜轉(zhuǎn)運異常的疾病。胱氨酸尿癥患者，由于載體蛋白基因突變，導(dǎo)致膜上載體蛋白的先天性缺陷。當(dāng)患者尿的pH值下降時，其中含有的大量胱氨酸沉淀形成結(jié)石?！踩臣?xì)胞膜外表異常與細(xì)胞癌變細(xì)胞癌變，細(xì)胞表現(xiàn)出形態(tài)的異?！踩绯霈F(xiàn)微絨毛、褶皺、變形足或突起等〕，細(xì)胞外表的糖脂和糖蛋白也發(fā)生異常〔如鞘糖脂和纖連蛋白減少〕。細(xì)胞喪失接觸抑制和黏著作用，造成腫瘤細(xì)胞惡性增殖。breastcancercell復(fù)習(xí)思考題1.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)如何？有哪些主要功能？2.為什么說細(xì)胞膜具有流動性和不對稱性，這對細(xì)胞膜的功能有何意義？3.細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜的功能有何關(guān)系？Theend1．穿膜運輸指小分子和離子物質(zhì)進出細(xì)胞膜的運輸方式?！?〕被動運輸〔passivetransport〕：物質(zhì)從高濃度向低濃度方向的跨膜轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運的動力來自物質(zhì)的濃度梯度不需要消耗細(xì)胞的代謝能量1〕簡單擴散〔simplediffusion〕

特點：沿濃度梯度或電化學(xué)梯度擴散不需要提供能量沒有膜蛋白的協(xié)助極性很強的水化離子〔如Na+、K+、Ca2+等〕通過細(xì)胞膜上特異離子通道蛋白從高濃度向低濃度方向的轉(zhuǎn)運。2〕離子通道擴散〔ionchanneldiffusion〕IonChannels離子通道的開啟或關(guān)閉由通道閘門所控制，而閘門由通道蛋白的帶電分子或基團〔如羥基或羧基〕構(gòu)成。有的閘門持續(xù)開放，有的間斷開放。間斷開放的閘門的開閉受膜電壓或化學(xué)物質(zhì)的調(diào)節(jié)。3〕易化擴散〔facilitateddiffusion〕：指非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì)〔如葡萄糖、氨基酸、核苷酸、金屬離子以及細(xì)胞代謝物等〕順濃度梯度方向的跨膜轉(zhuǎn)運。易化擴散又稱幫助擴散，物質(zhì)轉(zhuǎn)運需要細(xì)胞膜上的載體蛋白〔carrierprotein〕幫助。Glucoseisabsorbedbysymport〔2〕主動運輸〔activetransport〕物質(zhì)從低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)的跨膜轉(zhuǎn)運，即逆濃度梯度方向的運輸需要細(xì)胞膜上的載體蛋白參與需要消耗細(xì)胞代謝能。

Na+-K+ATPPUMPNa+-K+ATPpumpcancatalyzetheformationofATPunderlaboratoryconditionMaintainslowcytosolic[Ca++]PresentInPlasmaandERmembranes

Ca