细胞膜1细胞生物学ppt课件

(Cell Membrane)第四章第四章细胞膜细胞膜第一节第一节 细胞膜的分子构造与生物学特性细胞膜的分子构造与生物学特性第二节第二节 细胞膜与物质的跨膜转运细胞膜与物质的跨膜转运第三节第三节 细胞膜受体与信号转导细胞膜受体与信号转导第四节第四节 细胞衔接细胞衔接第五节第五节 细胞膜异常与疾病细胞膜异常与疾病内容内容 细胞膜是指包围在细胞质外表的一层细胞膜是指包围在细胞质外表的一层薄膜，又称质膜薄膜，又称质膜plasma membrane。生物膜生物膜biomembrane。细胞的根本构造：细胞的根本构造：光镜下：真核细胞可见细胞膜、细胞质和细胞核光镜下：真核细胞可见细胞膜、细胞质和细胞核电镜下：膜相构造和非膜相构造电镜下：膜相构造和非膜相构造第一节第一节 细胞膜的分子构造与生物学特性细胞膜的分子构造与生物学特性一、细胞膜的化学组成一、细胞膜的化学组成二、细胞膜的分子构造二、细胞膜的分子构造三、细胞膜的主要理化特性三、细胞膜的主要理化特性四、细胞膜的功能四、细胞膜的功能一、细胞膜的化学组成一、细胞膜的化学组成成成 分分:脂类、蛋白质、糖类、水和无机盐等。脂类、蛋白质、糖类、水和无机盐等。膜膜 蛋白质蛋白质%脂质脂质%糖类糖类%蛋白质蛋白质/脂质脂质神经髓鞘神经髓鞘 18 79 3 0.23人红细胞质膜人红细胞质膜 49 43 8 1.1大鼠肝细胞质膜大鼠肝细胞质膜 58 42 5-10 0.9大鼠肝细胞核膜大鼠肝细胞核膜 59 35 2.9 1.7 内质网膜内质网膜 67 33 2.0线粒体外膜线粒体外膜 52 48 2.4 1.1线粒体内膜线粒体内膜 76 24 1-2 3.2各种生物膜的根本化学组成各种生物膜的根本化学组成1.磷脂磷脂 phospholipid 50%以上，最重要。以上，最重要。甘油磷脂磷酸甘油脂和甘油磷脂磷酸甘油脂和鞘磷脂鞘磷脂化学构造：以甘油为骨架，甘油分子的化学构造：以甘油为骨架，甘油分子的1、2位羟基分别与脂位羟基分别与脂肪酸构成酯键，肪酸构成酯键，3位羟基与磷酸构成酯键。位羟基与磷酸构成酯键。磷脂酸磷脂酸 磷脂酸的衍生物磷脂酸的衍生物1 1甘油磷脂甘油磷脂phosphoglyceridesphosphoglycerides(一一)膜脂膜脂membrane lipid构成细胞膜的构造骨架构成细胞膜的构造骨架 磷脂、胆固醇和糖脂磷脂、胆固醇和糖脂磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱 phosphatidylcholine，PC，卵磷脂，卵磷脂)磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine，PE，脑磷脂，脑磷脂磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 phosphatidylinosital，PI2 2鞘磷脂鞘磷脂sphingomyalinsphingomyalin，SMSM化学构造：由鞘氨醇的氨基与脂肪酸的羧基间构成酰胺键衔化学构造：由鞘氨醇的氨基与脂肪酸的羧基间构成酰胺键衔接而成。接而成。3 3磷脂分子是两亲性分子磷脂分子是两亲性分子amphipathic moleculeamphipathic molecule或兼或兼性分子。亲水头、疏水尾性分子。亲水头、疏水尾极性头部基团亲水极性头部基团亲水非极性尾部基团疏水非极性尾部基团疏水细胞膜上的主要磷脂分子细胞膜上的主要磷脂分子细胞膜细胞膜含量含量 其次其次 少少 最多最多 少少亲水头亲水头极性极性疏水尾疏水尾非极性非极性 2.胆固醇胆固醇 cholesterol 分布：胆固醇分布在磷脂分子之间。分布：胆固醇分布在磷脂分子之间。构造：极性头为羟基团，紧靠磷脂的构造：极性头为羟基团，紧靠磷脂的极性头部；非极性疏水构造为固醇环极性头部；非极性疏水构造为固醇环和烃链，固醇环固定在磷脂分子临近和烃链，固醇环固定在磷脂分子临近头部的烃链上，疏水的烃链尾部埋在头部的烃链上，疏水的烃链尾部埋在脂双层的中央。脂双层的中央。功能：调理膜的流动性，加强膜的稳定性。功能：调理膜的流动性，加强膜的稳定性。3.糖脂糖脂(glycolipid)分布：细胞膜外表。分布：细胞膜外表。构造：由脂类和寡糖构成，动物细胞构造：由脂类和寡糖构成，动物细胞膜的糖脂几乎都是鞘氨醇的衍生物，膜的糖脂几乎都是鞘氨醇的衍生物，称鞘糖脂。糖基为极性头部。称鞘糖脂。糖基为极性头部。脑苷脂脑苷脂 神经节苷脂神经节苷脂功能：能够作为细胞外表受体，与细胞识别、功能：能够作为细胞外表受体，与细胞识别、黏附和信号传导有关。黏附和信号传导有关。膜脂能够的存在方式：膜脂能够的存在方式：构成球状分子团构成球状分子团micelle 构成双分子层构成双分子层bilayer亲水头亲水头极性极性疏水尾疏水尾非极性非极性膜脂分子是两亲性分子。膜脂分子是两亲性分子。不同生物膜的脂质组成不同生物膜的脂质组成 肝细胞膜肝细胞膜 红细胞膜红细胞膜 髓鞘髓鞘 线粒体内膜线粒体内膜 内质网内质网胆固醇胆固醇 17 23 22 3 6磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 7 18 15 35 17磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸 4 7 9 2 5磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱 24 17 10 39 40鞘磷脂鞘磷脂 19 18 8 0 5糖脂糖脂 7 3 28 痕量痕量 痕量痕量其他其他 22 13 8 21 27 二膜蛋白二膜蛋白 跨膜蛋白或整合蛋白、膜周边蛋白和脂锚定蛋白1.跨膜蛋白跨膜蛋白 transmembrane protein 占膜蛋白总量的占膜蛋白总量的7080。两亲性分子，疏水区两亲性分子，疏水区 脂双层脂双层 共价结合；共价结合；亲水部分亲水部分 膜内外外表膜内外外表 大多数穿膜蛋白穿膜域都是大多数穿膜蛋白穿膜域都是-螺旋，也有的穿膜蛋白以螺旋，也有的穿膜蛋白以-折叠片层折叠片层-螺旋构象螺旋构象穿膜蛋白穿膜蛋白-折叠构象穿折叠构象穿膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白球状蛋白球状蛋白2.膜周边蛋白膜周边蛋白peripheral protein 占膜蛋白总量的占膜蛋白总量的20%30%3.脂锚定蛋白脂锚定蛋白(lipid-anchored protein)又称脂衔接蛋白又称脂衔接蛋白lipid-linked protein 以共价键与脂双层内的脂分子结合以共价键与脂双层内的脂分子结合 位于质膜的两侧。位于质膜的两侧。以两种方式与脂类分子共价结合以两种方式与脂类分子共价结合经过非共价键与膜脂极性头部或跨膜经过非共价键与膜脂极性头部或跨膜蛋白相互作用间接与膜结合。蛋白相互作用间接与膜结合。主要分布在质膜的胞质侧。主要分布在质膜的胞质侧。糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白GPI 与磷脂酰肌醇相连的寡糖链结合共价键质膜外外表的蛋白与脂双层中的碳氢链结合 共价键胞质侧的蛋白 膜蛋白举例膜蛋白举例:血影血影(ghost)膜蛋白主要有血影蛋白膜蛋白主要有血影蛋白(spectrin)、血、血型糖蛋白型糖蛋白(glycophorin)和带和带3蛋白蛋白(band 3 protein)。红细胞平均寿命红细胞平均寿命120d，行程行程480km。原肌球蛋白原肌球蛋白锚蛋白锚蛋白血影蛋白血影蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白红细胞经低渗处置，质膜破裂，胞内可溶性蛋白外泄，残留的细胞膜为血影。红细胞经低渗处置，质膜破裂，胞内可溶性蛋白外泄，残留的细胞膜为血影。blood ghost血影蛋白血影蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白锚蛋白锚蛋白SDS血影蛋白血影蛋白SDS血型糖蛋白血型糖蛋白锚蛋白锚蛋白4.4.膜蛋白的功能：膜蛋白的功能：机械支持；机械支持；参与物质运输；参与物质运输；作为受体成分；作为受体成分；作为膜抗原；作为膜抗原；作为酶。作为酶。三膜糖三膜糖 覆盖细胞膜外表覆盖细胞膜外表糖蛋白糖蛋白glycoprotein：糖与肽链的氨基端共价结合。：糖与肽链的氨基端共价结合。糖脂糖脂glycolipid：糖与脂类分子亲水端共价结合。：糖与脂类分子亲水端共价结合。O型型:细胞膜细胞膜(蛋白蛋白)-葡萄糖葡萄糖-半乳糖半乳糖-乙酰葡萄乙酰葡萄糖胺糖胺-半乳糖半乳糖-岩藻糖岩藻糖(构成构成H抗原抗原)A型型:细胞膜细胞膜-H抗原抗原(半乳糖半乳糖)-乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖B型型:细胞膜细胞膜-H抗原抗原(半乳糖半乳糖)-D型半乳糖型半乳糖二、细胞膜的分子构造二、细胞膜的分子构造 1895年，年，E.Overton 推测推测细胞膜由延续的脂类物质组成。细胞膜由延续的脂类物质组成。1925年，年，E.Gorter&F.Grendel 推测细胞膜由双层脂分子组成。推测细胞膜由双层脂分子组成。一片层构造模型一片层构造模型lamella structure model 具有三层夹板式构造特点具有三层夹板式构造特点 1935 1935年，年，J.DanielliJ.Danielli和和H.DavsonH.Davson推测膜中含有蛋白质，推测膜中含有蛋白质，从而提出了从而提出了蛋白质蛋白质-脂类脂类-蛋白质蛋白质的三明治模型。以为质膜的三明治模型。以为质膜由双层脂类分子及其内外外表附着的蛋白质构成的。由双层脂类分子及其内外外表附着的蛋白质构成的。二单位膜模型二单位膜模型unit membrane model 表达膜形状构造的共同特点表达膜形状构造的共同特点 1959 年，年，J.D.Robertson发现生物膜均呈发现生物膜均呈“暗暗-明明-暗的暗的三层式构造，厚约三层式构造，厚约7.5nm。这就是所谓的。这就是所谓的“单位膜模型。它单位膜模型。它由厚约由厚约3.5 nm的双层脂分子和内外外表各厚约的双层脂分子和内外外表各厚约2nm的蛋白质构的蛋白质构成。成。三流动镶嵌模型三流动镶嵌模型fluid mosaic model 被普遍接受的模型被普遍接受的模型 1972年，Singer和Nicolson 类脂双分子层构成膜的根本骨架；球形蛋白质分子，以不同的方式,或附着于类脂双分子层外表，或不同程度地镶嵌在类脂双分子层之中；膜在其组成和构造上均是不对称的；膜具有一定的流动性。晶格镶嵌模型晶格镶嵌模型 板块镶嵌模型板块镶嵌模型四脂筏四脂筏lipid raft 深化了对膜构造和功能的认识深化了对膜构造和功能的认识 质膜上大小约质膜上大小约70nm70nm左右、富含胆固醇和鞘磷脂的动态微左右、富含胆固醇和鞘磷脂的动态微构造域构造域microdomainmicrodomain。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域构造致密，介于酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域构造致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体无序液体与液晶之间，称为有序液体Liquid-orderedLiquid-ordered。抗去垢剂膜。抗去垢剂膜。膜的分子构造模型膜的分子构造模型三、细胞膜的主要理化特性三、细胞膜的主要理化特性一膜的不对称性一膜的不对称性membrane asymmetry1.1.膜脂组成与分布的不对称性膜脂组成与分布的不对称性 内外层脂质组废种类、含量、比例的不同。内外层脂质组废种类、含量、比例的不同。人红细胞膜中几种膜脂的不对称分布人红细胞膜中几种膜脂的不对称分布2.2.膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性 膜蛋白分布绝对不对称，各种膜蛋白在质膜中都有一定膜蛋白分布绝对不对称，各种膜蛋白在质膜中都有一定的位置。穿膜蛋白穿越脂双层都有一定的方向性。的位置。穿膜蛋白穿越脂双层都有一定的方向性。3.3.膜糖的不对称性膜糖的不对称性 二膜的流动性是膜功能活动的保证二膜的流动性是膜功能活动的保证1.膜脂的流动性膜脂的流动性fluidity 脂双层为液晶态二维流体脂双层为液晶态二维流体 随温度变化的液晶态随温度变化的液晶态-晶态相变晶态相变 膜脂分子的运动方式：膜脂分子的运动方式：旋转运动、侧向分散运动、旋转运动、侧向分散运动、翻转运动、弯曲运动翻转运动、弯曲运动2.膜蛋白的运动性膜蛋白的运动性mobility 分布在膜脂二维流体中的膜蛋白也有发生分子分布在膜脂二维流体中的膜蛋白也有发生分子运动的特性，其主要运动方式是侧向分散和旋运动的特性，其主要运动方式是侧向分散和旋转运动。转运动。3.3.影响膜流动性的要素影响膜流动性的要素 1 1脂肪酸链的长度和不饱和程度脂肪酸链的长度和不饱和程度 短的脂肪酸链增进流动，不饱和脂肪酸含量高那么流短的脂肪酸链增进流动，不饱和脂肪酸含量高那么流动性强。动性强。2 2胆固醇与磷脂的比例胆固醇与磷脂的比例 胆固醇含量高那么添加膜脂的有序性，膜的流动性降胆固醇含量高那么添加膜脂的有序性，膜的流动性降低。低。3 3卵磷脂与鞘磷脂的比例卵磷脂与鞘磷脂的比例 卵磷脂含不饱和程度高的脂肪酸；鞘磷脂含不饱和程卵磷脂含不饱和程度高的脂肪酸；鞘磷脂含不饱和程度低的脂肪酸。鞘磷脂含量高那么流动性差。度低的脂肪酸。鞘磷脂含量高那么流动性差。4 4膜蛋白的影响膜蛋白的影响 嵌入膜脂疏水区的膜蛋白使膜黏度添加。嵌入蛋白越嵌入膜脂疏水区的膜蛋白使膜黏度添加。嵌入蛋白越多，脂质层的流动性越差。多，脂质层的流动性越差。5 5其他要素其他要素 温度、温度、pHpH值、离子强度和金属离子等。值、离子强度和金属离子等。膜的流动性是膜功能活动的保证膜的流动性是膜功能活动的保证四、细胞膜的功能四、细胞膜的功能1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2.选择性的物质运输，并伴随能量的传送；选择性的物质运输，并伴随能量的传送；3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传送；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传送；4.为多种酶提供结合位点，使酶促反响高效有序的进展；为多种酶提供结合位点，使酶促反响高效有序的进展；5.介导细胞与细胞、细胞与基质之间的衔接；介导细胞与细胞、细胞与基质之间的衔接；6.参与构成具有不同功能的细胞外表特化构造；参与构成具有不同功能的细胞外表特化构造；7.免疫维护。免疫维护。思索题思索题 1.真核细胞生命活动中质膜有哪些真核细胞生命活动中质膜有哪些重要功能。重要功能。2.细胞膜的化学组成与膜功能的关细胞膜的化学组成与膜功能的关系。系。