細(xì)胞質(zhì)膜教材課程

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型第二節(jié)生物膜的基本特征與功能第三節(jié)膜骨架Chapter4Cellmembrane

TheCellMembrane第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型Everycellisencircledbyamembraneandmostcellscontainanextensiveintracellularmembranesystem.Membranesfenceoffthecell'sinteriorfromitssurroundings.Membranesletinwater,certainionsandsubstratesandtheyexcretewastesubstances.Theyacttoprotectthecell.

www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e22/22.htmCellMembranePlasmamembraneEndo-membranesystemNuclearmembraneEndoplasmicreticulumGolgiapparatusMitochondronCholoplast

TheCellMembrane一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型

（一）生物膜模型的發(fā)展歷程

1.DanielliandDavison，1925提出的“蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)”的三明治結(jié)構(gòu)模型2.Robertson，1959提出單位膜模型，dark-bright－darkunderelectronmicroscope3.SingerandNicolson1972提出流體鑲嵌模型，主要強(qiáng)調(diào)生物膜的幾個(gè)重要特點(diǎn)膜的二維性，流動(dòng)性；膜蛋白分布的不對稱性。4.隨后的液晶態(tài)模型以及板塊鑲嵌模型對流體鑲嵌模型作了補(bǔ)充完善。5.1988，simon提出脂筏模型。雙層磷脂分子（雙性分子，疏水端親水端）尾－尾相連TailsHeadHeadamphipathicP-Lipidsareamphipathicmoleculeshydrophobic疏水的hydrophilic親（二）對生物膜結(jié)構(gòu)認(rèn)識的歸納總結(jié)：1.具有極性頭部何非極性尾部的磷脂分子形成可運(yùn)動(dòng)的磷脂雙層2.可運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)以非對稱方式鑲嵌在磷脂雙層中或結(jié)合于表面，3.生物膜可以看作是磷脂雙層中鑲嵌蛋白質(zhì)的二維溶液。CMiscomposedofA)Lipids B)Proteins C)Carbohydrates碳水化合物二、生物膜的結(jié)構(gòu)成分

（一）膜脂1.成分：主要包括磷脂，糖脂和膽固醇。2.運(yùn)動(dòng)方式：沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，是膜脂運(yùn)動(dòng)的基本形式。脂分子的自旋運(yùn)動(dòng)脂分子尾部擺動(dòng)雙層脂分子間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3.脂質(zhì)體：根據(jù)磷質(zhì)分子可以在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜。單層脂分子鋪展在水面上，即形成極性端向外而非極性端向內(nèi)的脂分子團(tuán)。。可以用不同的膜脂來制備，也可以嵌入不同的蛋白質(zhì)，是研究膜蛋白與膜脂及其生物學(xué)性質(zhì)的極好的材料，在臨床治療中有很好的前景。二膜蛋白表面蛋白鑲嵌蛋白跨膜蛋白1.組成：外在膜蛋白；水溶性蛋白，依靠離子鍵或其他弱鍵與膜表面的蛋白或膜脂分子結(jié)合。內(nèi)在膜蛋白；與膜結(jié)合比較緊密，占整個(gè)膜蛋白的70－80％。脂錨定膜蛋白：通過與之共價(jià)相連的脂分子插入脂雙層，從而錨定在質(zhì)膜上。2.內(nèi)在膜蛋白與膜脂的結(jié)合方式：膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層的疏水核心作用。帶正電荷膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域與帶負(fù)電的磷脂極性分子結(jié)合。有些膜蛋白通過共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子插入到脂雙層中。少數(shù)蛋白與糖脂共價(jià)結(jié)合。3.內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的主要部位：膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域形成a螺旋與脂雙層相互作用。某些雙性的a螺旋形成特異的極性分子跨膜通道與脂雙層相互作用。膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域形成b折疊，反向平行的b折疊形成非特異的跨膜通道與脂雙層相互作用。4.去垢劑是一端親水一端疏水的兩性分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑，包含離子型去垢劑和非離子型去垢劑。離子型去垢劑對蛋白質(zhì)作用劇烈，引起蛋白變性，在純化膜蛋白時(shí)，一般選用效果溫和的非非離子型去垢劑。MembraneProteinFunctions運(yùn)輸識別酶活性細(xì)胞連接信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與骨架和胞外基質(zhì)相連CarbohydratesCarbohydrate+protein=glycoprotein糖蛋白Carobhydrate+lipid=glycolipid糖脂第二節(jié)生物膜的基本特征與功能一、膜的流動(dòng)性（一）膜脂的流動(dòng)性：主要方式為脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，很大成都由脂分子本身的性質(zhì)決定，是生長細(xì)胞完成多種生理功能所必需的。MembraneproteinfluidityMembranelipidfluidity4.1.4Fluidityofcellmembrane1.影響膜脂流動(dòng)性的因素脂肪酸鏈的鏈長短：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動(dòng)性降低。脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動(dòng)性增加溫度：各種膜脂具備不同的相變溫度。膽固醇含量：在動(dòng)物細(xì)胞中，膽固醇對膜的流動(dòng)性發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用。（二）膜蛋白的流動(dòng)性：膜蛋白在脂雙層二維溶液中的運(yùn)動(dòng)是自發(fā)的熱運(yùn)動(dòng)（主要為側(cè)向流動(dòng)），不需要代謝產(chǎn)物的參加和能量的提供。膜蛋白的流動(dòng)性是相對的。膜蛋白分布是非對稱即有一定的方向性和一定的區(qū)域性，甚至有的蛋白是不流動(dòng)的，細(xì)胞膜骨架限制某些蛋白的流動(dòng)。ExperimentalObservationofFluidityFluorescencerecoveryafterphotobleachingFRAP)Membraneproteinfluidity)（三）研究膜蛋白流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)：

熒光抗體免疫標(biāo)記細(xì)胞融合：用熒光抗體標(biāo)記不同類型的細(xì)胞，不同的膜蛋白顯示不同顏色的熒光，在誘導(dǎo)劑的作用下介導(dǎo)細(xì)胞融合不同熒光的蛋白在融合細(xì)胞表面擴(kuò)散直至均勻分布于融合細(xì)胞。光脫色恢復(fù)技術(shù)FRAP

膜蛋白或者膜脂被熒光素標(biāo)記，再用激光照射某一區(qū)域，被照射區(qū)的熒光因?yàn)榇銣缍內(nèi)?。由于膜的流?dòng)性，粹滅區(qū)域亮度會(huì)逐漸增加，最后與周圍兩度等同。熒光恢復(fù)的速度間接反映出膜蛋白或者膜脂擴(kuò)散的速度。成斑現(xiàn)象或成帽現(xiàn)象當(dāng)熒光抗體標(biāo)記細(xì)胞的時(shí)間達(dá)到一定長度時(shí)，已經(jīng)均勻分布在細(xì)胞表面的標(biāo)記熒光會(huì)重新分布，聚集在細(xì)胞表面的某些部位即成斑，如果是聚集在細(xì)胞一端則表現(xiàn)為成帽現(xiàn)象，這兩種現(xiàn)象進(jìn)一步顯示了膜蛋白的流動(dòng)性。二、膜的不對稱性（一）膜脂的不對稱脂分子在細(xì)胞質(zhì)膜不同部位的脂雙層中數(shù)量和種類曾不均勻分布。糖脂只分布于細(xì)胞膜的外表面。（二）膜蛋白的不對稱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。糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。是生物膜執(zhí)行復(fù)雜的，時(shí)空調(diào)控有序的各種生理活動(dòng)的保證。Asymmetryof

membraneMembranelipidasymmetry:distributionMembraneproteinasymmetry:directionalsignal三、細(xì)胞膜的功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對穩(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)物的排出；提供細(xì)胞識別位點(diǎn)，并完成細(xì)胞內(nèi)外信息的跨膜傳遞；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)。某些膜蛋白的異常常與疾病直接相關(guān)，可以作為疾病治療的藥物靶點(diǎn)。第三節(jié)膜骨架一、膜骨架（membraneassociatedcytoskeleton）膜骨架是質(zhì)膜下與膜蛋白相連的纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。參與維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。二、紅細(xì)胞的生物學(xué)特征血影：紅細(xì)胞經(jīng)低滲處理，細(xì)胞破裂釋放出血紅蛋白和胞內(nèi)其他可溶性蛋白，留下一個(gè)保持原形的空殼，稱為血影（bloodghost）。成熟的哺乳動(dòng)物血紅細(xì)胞沒有核和內(nèi)膜系統(tǒng)，是研究膜骨架的理想材料。三、紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞膜骨架：在紅細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)，由膜蛋白和纖維蛋白組成的網(wǎng)架