第四章细胞膜2

n细胞膜细胞膜（cell membrane）是包围在细胞质外周）是包围在细胞质外周的一层界膜的一层界膜,又称质膜（又称质膜（plasma membrane）。n细胞内膜系统细胞内膜系统（endomembrane system)：在细：在细胞内，包裹在各种细胞器周围的膜组成的系统。胞内，包裹在各种细胞器周围的膜组成的系统。生物膜生物膜（biomembrane):为细胞膜和细胞内的各为细胞膜和细胞内的各种膜性结构统称为生物膜。种膜性结构统称为生物膜。细胞外衣细胞外衣（糖萼）：为糖脂和糖蛋白外伸的寡糖链。（糖萼）：为糖脂和糖蛋白外伸的寡糖链。细胞膜的特化结构细胞膜的特化结构 ：鞭毛、纤毛、微绒毛。：鞭毛、纤毛、微绒毛。胞质溶胶层胞质溶胶层：厚度厚度0.10.2m，含有许多微管，微，含有许多微管，微丝。膜形态改变有关。丝。膜形态改变有关。第一节第一节 生物膜的化学组成和分子结构生物膜的化学组成和分子结构n一、生物膜的化学组成一、生物膜的化学组成 主要由主要由脂类脂类、蛋白质蛋白质和和糖类糖类组成。还有少量水分，组成。还有少量水分，无机盐和金属离子。无机盐和金属离子。（一）（一）.膜脂膜脂 （双亲性双亲性）磷脂、胆固醇、糖脂。磷脂、胆固醇、糖脂。1.磷脂的类型磷脂的类型 卵磷脂（磷脂酰胆碱）卵磷脂（磷脂酰胆碱）、脑磷脂（磷脂酰乙醇、脑磷脂（磷脂酰乙醇 胺）胺）、磷脂酰丝氨酸和鞘磷脂，磷脂酰肌醇。、磷脂酰丝氨酸和鞘磷脂，磷脂酰肌醇。胆固醇胆固醇 细胞膜上另一类脂是固醇类的胆固醇，细胞膜上另一类脂是固醇类的胆固醇，胆固醇存胆固醇存在于真核细胞膜中在于真核细胞膜中糖脂糖脂n是只含糖不含磷酸的脂类，头部以是只含糖不含磷酸的脂类，头部以糖基糖基替代了替代了磷磷脂酰碱基脂酰碱基。普遍存在于原核和真核细胞中，在神。普遍存在于原核和真核细胞中，在神经细胞膜上含量高经细胞膜上含量高n脑苷脂是最简单的糖脂，神经节苷脂最复杂脑苷脂是最简单的糖脂，神经节苷脂最复杂n儿童患家族性白痴病儿童患家族性白痴病 因为细胞缺乏氨基己糖脂酶，因为细胞缺乏氨基己糖脂酶，不能将神经节甘脂不能将神经节甘脂GM2 转变为转变为GM3，使，使GM2累累积在神经细胞中，导致中枢神经系统退化。积在神经细胞中，导致中枢神经系统退化。nTay-Sachs病患者于出生时正常病患者于出生时正常,出生后出生后46个月开始出个月开始出现对周围注意减少，运动减少，肌张力降低，听觉过敏，现对周围注意减少，运动减少，肌张力降低，听觉过敏，惊跳、尖叫或不自主发笑惊跳、尖叫或不自主发笑,可能为首发早期表现。可能为首发早期表现。n起病后起病后34个月内病程迅速发展，头围增大，视力下降、个月内病程迅速发展，头围增大，视力下降、体检可见光反应差，肝脾不大，体检可见光反应差，肝脾不大，90%以上患儿可见眼底黄以上患儿可见眼底黄斑樱桃红斑点斑樱桃红斑点,n1岁以后出现肢体肌张力增高，痛苦尖叫病容，但叫不出岁以后出现肢体肌张力增高，痛苦尖叫病容，但叫不出声音，声音，n2岁之后完全痴呆，全身频繁肌阵挛和抽搐发作，反应消岁之后完全痴呆，全身频繁肌阵挛和抽搐发作，反应消失，吸吮和吞咽能力消失。平均病程失，吸吮和吞咽能力消失。平均病程2年左右。多数患儿年左右。多数患儿在在34岁之前夭折。岁之前夭折。脂质体脂质体（liposome）n是一种人工膜。是一种人工膜。n在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径体，直径251000nm不等。不等。n人工脂质体可用于：人工脂质体可用于：1.研究生物膜的特性研究生物膜的特性2.转基因或制备药物转基因或制备药物（二）膜蛋白（二）膜蛋白 外在蛋白外在蛋白（外周蛋白）主要在外表面。（外周蛋白）主要在外表面。与膜结合不牢固。与膜结合不牢固。内在蛋白内在蛋白（镶嵌蛋白）有的为跨膜蛋白，（镶嵌蛋白）有的为跨膜蛋白，与膜结合牢固。与膜结合牢固。锚定蛋白锚定蛋白 非穿越性，共价结合非穿越性，共价结合 （三）膜糖类（三）膜糖类：真核细胞质膜中的糖类是通过真核细胞质膜中的糖类是通过共共价键价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋白的同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋白的形式存在于细胞质膜上。形式存在于细胞质膜上。n人的血型是人的血型是A A型、型、B B型、型、ABAB型还是型还是O O型，是由红细胞型，是由红细胞膜脂的糖基决定的。膜脂的糖基决定的。A A血型的人红细胞膜脂寡糖链血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是的末端是N-N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)(GalNAc)，B B血型的人红血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖(Gal)(Gal)，O O型则没型则没有这两种糖基，而有这两种糖基，而ABAB型的人则在末端同时具有这型的人则在末端同时具有这两种糖。两种糖。思考题n1、从细胞生物学的角度解释为何食用三文鱼有利于健康？、从细胞生物学的角度解释为何食用三文鱼有利于健康？n2、有一缺陷型菌株不能合成脂肪酸，必须在培养基中加、有一缺陷型菌株不能合成脂肪酸，必须在培养基中加入脂肪酸才能正常的更新细胞膜，请根据题干回答下列问入脂肪酸才能正常的更新细胞膜，请根据题干回答下列问题：题：n（1）如果在培养基中同时加入饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，在室温）如果在培养基中同时加入饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，在室温条件下培养，细菌能正常生长吗？为什么？条件下培养，细菌能正常生长吗？为什么？n（2）将细菌移至只含饱和脂肪酸的培养基中，继续培养后发现细菌）将细菌移至只含饱和脂肪酸的培养基中，继续培养后发现细菌死亡，为什么？怎样在不改变培养基的条件下，让细菌正常生长？死亡，为什么？怎样在不改变培养基的条件下，让细菌正常生长？n（3）如果将细菌在只含有不饱和脂肪酸的培养基中培养，细菌能正）如果将细菌在只含有不饱和脂肪酸的培养基中培养，细菌能正常生长吗？为什么？常生长吗？为什么？二、生物膜的特性（一（一）细胞膜的分子结构模型）细胞膜的分子结构模型 1.夹层学说夹层学说 1935年年 2.单位膜模型单位膜模型 1959年年 所有生物膜在电镜下都呈现所有生物膜在电镜下都呈现暗明暗暗明暗的的 三层夹心结构，厚度基本一致，称为三层夹心结构，厚度基本一致，称为单位膜单位膜。n2、J.D.Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗晰的细胞膜照片，显示暗-明明-暗三层结构，它由厚约暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质的蛋白质构成，总厚约构成，总厚约7.5nm。3.液态镶嵌模型液态镶嵌模型 S.J.Singer&G.Nicolson 1972根根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流流动镶嵌模型动镶嵌模型”。细胞膜是由流动的脂类双分子层中镶嵌着细胞膜是由流动的脂类双分子层中镶嵌着球形蛋白按二维排列组成的。球形蛋白按二维排列组成的。n二、二、生物膜的特性生物膜的特性（一）（一）细胞膜的流动性细胞膜的流动性 1.膜脂的分子运动膜脂的分子运动 侧向移动、旋转运动、左右摆动、伸缩震荡侧向移动、旋转运动、左右摆动、伸缩震荡、翻转运动翻转运动 影响因素：影响因素：脂肪酸链的长短和不饱和程度脂肪酸链的长短和不饱和程度 胆固醇对膜流动性的调节作用胆固醇对膜流动性的调节作用 2.膜蛋白的分子运动膜蛋白的分子运动 侧向运动、旋转运动。侧向运动、旋转运动。膜脂分子的运动膜脂分子的运动小鼠细胞小鼠细胞标记人膜蛋白抗体标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）人膜蛋白（抗原）异核细胞异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素B抗人膜蛋白抗体抗人膜蛋白抗体+荧光素荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）小鼠膜蛋白（抗原）人细胞人细胞孵育（孵育（370C,40分钟）分钟）诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原）抗原）（二）生物膜的（二）生物膜的不对称性不对称性 是指细胞膜内外两层的结构和功能上有很大差异，是指细胞膜内外两层的结构和功能上有很大差异，主要表现在脂类和蛋白质的分布上。主要表现在脂类和蛋白质的分布上。1.脂类脂类 磷脂酰胆碱、鞘磷脂磷脂酰胆碱、鞘磷脂、胆固醇细胞膜外层、胆固醇细胞膜外层 磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺细胞膜内层磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺细胞膜内层 糖脂和糖蛋白的寡糖链膜外侧，内膜系糖脂和糖蛋白的寡糖链膜外侧，内膜系 统的非胞质面。统的非胞质面。2.膜蛋白膜蛋白 膜蛋白颗粒细胞膜膜蛋白颗粒细胞膜内层多于外层。内层多于外层。内外层膜蛋白的种类也不一样。内外层膜蛋白的种类也不一样。细胞膜的功能n细胞膜与物质运输细胞膜与物质运输 分为小分子和离子的分为小分子和离子的穿膜穿膜运输，大分子与颗粒运输，大分子与颗粒 物质的物质的膜泡膜泡运输两大类型。运输两大类型。穿膜运输的三种基本形式：穿膜运输的三种基本形式：单纯扩散、协助扩散、单纯扩散、协助扩散、主动运输。主动运输。第二节 小分子物质的跨膜运输n一、膜的选择性通透和单纯扩散一、膜的选择性通透和单纯扩散n1.单纯扩散单纯扩散又称被动扩散又称被动扩散 顺浓度梯度，不需要膜蛋白，不需要消耗能量顺浓度梯度，不需要膜蛋白，不需要消耗能量n人工脂质双层通透实验证明：人工脂质双层通透实验证明：脂溶性小分子脂溶性小分子：苯：苯 乙醇乙醇 甾族激素甾族激素 气体气体：O2 N2 CO2 不带电的极性小分子不带电的极性小分子：水：水 尿素尿素 甘油甘油 二、膜蛋白介导的跨膜运输n根据膜蛋白介导物质运输的形式，可分为：根据膜蛋白介导物质运输的形式，可分为：载体蛋白介导载体蛋白介导和和通道蛋白介导通道蛋白介导两大类型两大类型n根据有无能量耦连分为根据有无能量耦连分为：被动运输被动运输（易化扩（易化扩散）散）和和主动运输主动运输n所有的通道蛋白和部分载体蛋白均是被动运所有的通道蛋白和部分载体蛋白均是被动运输输（一（一）载体蛋白介导的运输）载体蛋白介导的运输 载体蛋白载体蛋白也是一种重要的运输蛋白。载体蛋白上也是一种重要的运输蛋白。载体蛋白上有结合位点，对所结合的物质具有高度专一性。有结合位点，对所结合的物质具有高度专一性。1.葡萄糖载体蛋白葡萄糖载体蛋白 2.Na+-K+ATP酶酶 3.Ca2+-ATP酶酶 4.H+-ATP酶酶 5.协同运输协同运输 1.葡萄糖载体蛋白葡萄糖载体蛋白 5万个载体万个载体/每个红细胞。速率：每秒每个红细胞。速率：每秒180个葡萄糖分子。个葡萄糖分子。2.Na+-K+ATP酶 Na+-K+ATP酶酶：一个跨膜催化亚单位（大亚基）一个跨膜催化亚单位（大亚基）和一个糖蛋白（小亚基）构成。和一个糖蛋白（小亚基）构成。细胞质侧细胞质侧 Na+和和ATP结合部位结合部位 膜外侧面膜外侧面 K+和乌本苷（哇巴因）结合部和乌本苷（哇巴因）结合部位位间接效应n1 调节细胞容积调节细胞容积，维持膜内渗透压的平衡，维持膜内渗透压的平衡 乌本苷处理，细胞肿胀破裂乌本苷处理，细胞肿胀破裂n2 物质吸收物质吸收 Na+提供能量差，可用来物质运输提供能量差，可用来物质运输n3 胞内胞内K+是核糖体合成蛋白质和糖酵解过程中是核糖体合成蛋白质和糖酵解过程中 酶活动的必要条件酶活动的必要条件n4 膜电位的产生膜电位的产生 3.Ca2+-ATP酶酶n肌肉细胞的肌质网（滑面内质网）是细胞中的钙肌肉细胞的肌质网（滑面内质网）是细胞中的钙 库，其库，其Ca2+浓度远高于胞质。肌质网上有浓度远高于胞质。肌质网上有Ca2+泵泵n当有外界信号时，当有外界信号时，Ca2+顺浓度梯度流入胞质，使胞质内顺浓度梯度流入胞质，使胞质内Ca2+浓度增高，引发肌肉收缩。释放出的浓度增高，引发肌肉收缩。释放出的Ca2+再由再由Ca2+泵泵入肌质网，维持膜内外入肌质网，维持膜内外Ca2+浓度差。浓度差。n 每一个分子每一个分子ATP水解可运转水解可运转2个个 Ca2+，并伴有一个，并伴有一个Mg2反向转运反向转运4.H+-ATP酶酶 溶酶体上有质子泵，溶酶体上有质子泵，哺乳动物胃内含哺乳动物胃内含HCl,因为胃壁细胞顶部质因为胃壁细胞顶部质膜上有膜上有 H+-ATP酶，此酶使酶，此酶使ATP水解，将水解，将H+泵向细胞外，泵向细胞外，H+主动运输的同时，伴有主动运输的同时，伴有Cl-被动转运。被动转运。n5.协同运输协同运输n 一种物质的运输依赖第二种物质的同时运输一种物质的运输依赖第二种物质的同时运输（1）同向协同运输）同向协同运输 小肠上皮细胞、肾细胞摄取葡萄糖的过小肠上皮细胞、肾细胞摄取葡萄糖的过 程。这程。这种载体蛋白兼有种载体蛋白兼有葡萄糖葡萄糖和和Na+的结合部位。的结合部位。钠钾泵间接提供能量以维持钠钾泵间接提供能量以维持Na+浓度浓度（2）逆向协同运输）逆向协同运输Glucose is absorbed bysymport（二）通道蛋白介导的运输（二）通道蛋白介导的运输 通道蛋白通道蛋白是一种重要的运输蛋白，其亲是一种重要的运输蛋白，其亲水氨基酸形成跨膜水通道，允许适当大小水氨基酸形成跨膜水通道，允许适当大小的分子和离子通过。的分子和离子通过。特点：特点：1 物质运输快物质运输快 2 对离子通透具有高选择性对离子通透具有高选择性 3 离子通道有闸门控制离子通道有闸门控制n通道蛋白的带电分子或集团构成通道的闸通道蛋白的带电分子或集团构成通道的闸门，控制离子通道的开启或关闭门，控制离子通道的开启或关闭n闸门开闭有三种机制闸门开闭有三种机制n1 电压闸门离子通道电压闸门离子通道n2 配体闸门离子通道配体闸门离子通道n3 离子闸门通道离子闸门通道 n水通道蛋白水通道蛋白Three conformation of the acetylcholine receptor高浓度低浓度通道蛋白配体 第三节第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输大分子和颗粒物质的跨膜运输 细胞摄入和排出大分子、颗粒物质的过程分别细胞摄入和排出大分子、颗粒物质的过程分别称为胞吞作用和胞吐作用，需要能量供应属主动称为胞吞作用和胞吐作用，需要能量供应属主动运输。运输。一、内吞作用一、内吞作用 吞噬作用吞噬作用 胞饮作用胞饮作用 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用胞吐作用吞噬作用胞饮作用吞噬体吞饮体n细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。少数特化细胞：巨噬细胞称为吞噬作用。少数特化细胞：巨噬细胞 单核细胞单核细胞 白白细胞细胞一、吞噬作用一、吞噬作用n细胞吞入液体或极小的颗粒物质。是细胞摄取液体细胞吞入液体或极小的颗粒物质。是细胞摄取液体溶质的过程，形成的囊泡较小。溶质的过程，形成的囊泡较小。胞饮作用是细胞基本的内吞作用。胞饮作用是细胞基本的内吞作用。二、吞饮（胞饮）作用二、吞饮（胞饮）作用 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用 是细胞摄取特定大分子的专门途径。是细胞摄取特定大分子的专门途径。有被小窝有被小窝：细胞膜细胞膜有衣区内陷形成的凹窝。有衣区内陷形成的凹窝。细胞膜进行胞吞作用的细胞膜进行胞吞作用的特定区域特定区域被：电镜下细胞膜的被：电镜下细胞膜的毛刷装结构，主要成分毛刷装结构，主要成分是是笼蛋白（网格蛋白）笼蛋白（网格蛋白）由由3条长肽链和条长肽链和3条短条短肽链形成三叉性蛋白肽链形成三叉性蛋白复合体（三联体骨架）三联体骨架组成篮网装结构。复合体（三联体骨架）三联体骨架组成篮网装结构。例子：细胞对例子：细胞对胆固醇胆固醇的摄取的摄取 内体内体：一系列膜性管道和囊泡构成，是细：一系列膜性管道和囊泡构成，是细胞运输胞吞物质的主要场所。内体膜上有胞运输胞吞物质的主要场所。内体膜上有H+泵，腔内呈酸性。泵，腔内呈酸性。LDL颗粒LDL受体有被小窝有被小泡内吞去被无被小泡胞内体融合受体与大分子颗粒分开胞内体部分受体再循环胞内体部分 初级溶酶体融合吞噬溶酶体调节素n为多亚基复合物。能识别特异的跨膜受体为多亚基复合物。能识别特异的跨膜受体蛋白，并连接至蛋白，并连接至三腿蛋白复合物三腿蛋白复合物。n跨膜受体蛋白胞质面肽链尾部四个氨基酸跨膜受体蛋白胞质面肽链尾部四个氨基酸折叠，由调节素识别它。所以调节素可以折叠，由调节素识别它。所以调节素可以介导不同类型受体，使细胞能捕获不同类介导不同类型受体，使细胞能捕获不同类型的物质。型的物质。二、二、外吐作用外吐作用 真核细胞的分泌活动几乎都以胞吐的形式进行。包含大分真核细胞的分泌活动几乎都以胞吐的形式进行。包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外。分为：固有分泌（物质排出细胞之外。分为：固有分泌（结构性分泌途径）结构性分泌途径）和受调分泌（和受调分泌（调节性分泌途径）调节性分泌途径）n固有分泌（固有分泌（结构性分泌途径）结构性分泌途径）nV-SNARE t-SNARE SNAP NSFn受调分泌（受调分泌（调节性分泌途径）调节性分泌途径）nV-SNARE 分子夹分子夹 t-SNARE SNAP NSFn三、质膜的循环三、质膜的循环n四、质膜的运动四、质膜的运动