细胞生物学4课件

第四章第四章 细胞质膜细胞质膜第一节第一节 细胞质膜的结构模型细胞质膜的结构模型一、生物膜的结构模型一、生物膜的结构模型1.1925年，测定红细胞单层膜脂分子铺展面年，测定红细胞单层膜脂分子铺展面积为红细胞表面积的积为红细胞表面积的2倍倍提示质膜由双层提示质膜由双层脂分子构成脂分子构成2.质膜表面张力比油质膜表面张力比油-水界面表面张力小水界面表面张力小3.（吸附蛋白可产生）吸附蛋白可产生）提出提出“蛋白质蛋白质-脂质脂质-蛋白质蛋白质”三明治结构三明治结构3.1959年，年，J.D.Robertson 提出提出“单位膜模型单位膜模型”pr-脂质脂质-pr 电镜超薄切片电镜超薄切片“暗暗-亮亮-暗暗”三条带三条带“2-3.5-2”nm4.1972年，年，S.J.Singer&G.Nicolson 提出提出“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”强调：强调：膜的流动性：膜蛋白和膜脂均可侧向运动膜的流动性：膜蛋白和膜脂均可侧向运动膜膜pr分布的不对称性：镶在表面、嵌入或横跨分布的不对称性：镶在表面、嵌入或横跨脂双份子层脂双份子层“液晶态模型液晶态模型”“板块镶嵌模型板块镶嵌模型”“脂筏模型脂筏模型”膜脂：无序（流动态）膜脂：无序（流动态）有序（晶态）有序（晶态）有流动性程度不同的有流动性程度不同的“板块板块”镶嵌而成镶嵌而成胆固醇、鞘磷脂等组成胆固醇、鞘磷脂等组成“脂筏脂筏”，运载膜，运载膜pr1.磷脂分子具有极性头部和非极性尾部，且疏水性（非极磷脂分子具有极性头部和非极性尾部，且疏水性（非极性）尾部相对，极性头部朝外，在水相中可自发形成封性）尾部相对，极性头部朝外，在水相中可自发形成封闭的膜系统。闭的膜系统。2.蛋白分子以不同方式镶嵌再脂双层分子中或结合在其表蛋白分子以不同方式镶嵌再脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的类型、分布及与脂分子协同作用，赋予其不面，蛋白的类型、分布及与脂分子协同作用，赋予其不同的特性和功能。同的特性和功能。3.膜膜pr-膜脂、膜膜脂、膜pr-膜膜pr、膜、膜pr-生物大分子等相互作用，生物大分子等相互作用，限制了膜蛋白和膜脂的流动性，形成脂筏结构。限制了膜蛋白和膜脂的流动性，形成脂筏结构。对生物膜的认识对生物膜的认识细胞质膜结构模式图细胞质膜结构模式图二、膜脂二、膜脂（一）成分（一）成分磷脂磷脂(phospholipid)糖脂糖脂(glycolipid)胆固醇胆固醇(cholesterol)1.磷脂磷脂膜脂的基本成分，膜脂的基本成分，50磷脂磷脂甘油磷脂甘油磷脂（phosphoglyceride）鞘磷脂（鞘磷脂（sphingolipid）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇主要特征：主要特征：具有一个极性头部和两个非极性尾部（脂肪酸链）具有一个极性头部和两个非极性尾部（脂肪酸链）脂肪酸碳链为偶数，脂肪酸碳链为偶数，16、18、20含饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（含饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸（30）2.糖脂糖脂5，神经元质膜上糖脂含量较高（，神经元质膜上糖脂含量较高（5-10）不同细胞糖脂种类不同不同细胞糖脂种类不同神经细胞：神经节苷脂神经细胞：神经节苷脂红细胞：红细胞：ABO血型血型脂脂葡萄糖葡萄糖N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺半乳糖半乳糖岩藻糖岩藻糖无：无：O型型N-乙酰氨基半乳糖：乙酰氨基半乳糖：A型型半乳糖：半乳糖：B型型脑细胞：脑苷脂脑细胞：脑苷脂3.胆固醇胆固醇1/3调节膜的流动性、增加膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性调节膜的流动性、增加膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性脂筏的基本结构成分脂筏的基本结构成分（二）膜脂的运动方式（二）膜脂的运动方式1.沿膜平面的侧向运动沿膜平面的侧向运动2.脂分子围绕轴心的自旋运动脂分子围绕轴心的自旋运动3.脂分子尾部的摆动脂分子尾部的摆动4.双层脂分子之间的翻转运动双层脂分子之间的翻转运动（三）脂质体（三）脂质体(liposome)根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的膜的趋势而制备的人工膜人工膜人工膜人工膜，球形脂质直径在，球形脂质直径在25-1000nm之间。可裹入之间。可裹入DNA,用于转基因；可裹用于转基因；可裹入药物，用于诊断与治疗。入药物，用于诊断与治疗。三、膜蛋白三、膜蛋白（一）膜蛋白的类型（一）膜蛋白的类型外在（周边）膜蛋白外在（周边）膜蛋白内在（整合）膜蛋白内在（整合）膜蛋白脂锚定膜蛋白脂锚定膜蛋白水溶性，易分离（离子强度、温度）水溶性，易分离（离子强度、温度）结合紧密，去垢剂结合紧密，去垢剂通过与脂肪酸或糖脂相连锚定通过与脂肪酸或糖脂相连锚定（二）内在膜蛋白与膜脂结合的方式（二）内在膜蛋白与膜脂结合的方式1.跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心相互作用2.跨膜结构域两端携带的氨基酸跨膜结构域两端携带的氨基酸正电荷的氨基酸残基（正电荷的氨基酸残基（Arg+、Lys+）负电荷的氨基酸残基负电荷的氨基酸残基Ca2+/Mg2+磷脂带负电的极性头磷脂带负电的极性头3.细胞质基质侧的细胞质基质侧的Cys残基与脂肪酸分子共价结合残基与脂肪酸分子共价结合跨膜结构域与膜脂的结合方式：跨膜结构域与膜脂的结合方式：1.含有含有20个左右的疏水氨基酸残基，形成个左右的疏水氨基酸残基，形成螺旋螺旋嗜盐菌的膜蛋白嗜盐菌的膜蛋白螺旋：螺旋：21aa2.螺旋同时具有极性侧链和非极性侧链，形成特螺旋同时具有极性侧链和非极性侧链，形成特异极性分子的跨膜通道异极性分子的跨膜通道带带3 pr：Cl-/HCO3-的跨膜运输的跨膜运输3.10-12个个aa残基，形成残基，形成折叠折叠（三）去垢剂（三）去垢剂一端亲水另一端疏水的两性小分子，分离与一端亲水另一端疏水的两性小分子，分离与研究膜蛋白的常用试剂研究膜蛋白的常用试剂离子型去垢剂：十二烷基磺酸钠（离子型去垢剂：十二烷基磺酸钠（SDS）引起细胞质膜崩解，或与膜引起细胞质膜崩解，或与膜pr疏水部结合从而使其与膜分离疏水部结合从而使其与膜分离引起蛋白质变性引起蛋白质变性非离子型去垢剂：非离子型去垢剂：Triton-100引起细胞质膜崩解，但对引起细胞质膜崩解，但对pr作用温和作用温和第二节第二节 生物膜的基本特征与功能生物膜的基本特征与功能一、膜的流动性一、膜的流动性（一）膜脂的流动性（一）膜脂的流动性1.脂肪酸链越短、不饱和程度越高，膜脂的流动性越大脂肪酸链越短、不饱和程度越高，膜脂的流动性越大2.在相变温度范围内，温度越高，膜脂的流动性越大在相变温度范围内，温度越高，膜脂的流动性越大3.胆固醇对膜的流动性起重要的双重调节作用，多数情况下，胆固醇对膜的流动性起重要的双重调节作用，多数情况下，防止膜脂由液相变成固相，保证膜处于流动状态防止膜脂由液相变成固相，保证膜处于流动状态（二）膜蛋白的流动性（二）膜蛋白的流动性经典实验：经典实验：荧光抗体免疫标记实验荧光抗体免疫标记实验膜蛋白的运动是自发的热运动，膜蛋白的运动是自发的热运动，膜蛋白的运动是自发的热运动，膜蛋白的运动是自发的热运动，不需要代谢产物，也不需要能量不需要代谢产物，也不需要能量不需要代谢产物，也不需要能量不需要代谢产物，也不需要能量成斑现象：成斑现象：成帽现象：成帽现象：荧光标记聚集在细胞表面的某些部位荧光标记聚集在细胞表面的某些部位荧光标记聚集在细胞的一端荧光标记聚集在细胞的一端部分膜蛋白不能自由运动，其分布具有区域性，被限制在部分膜蛋白不能自由运动，其分布具有区域性，被限制在某个特定区域内某个特定区域内膜蛋白与细胞骨架结构相结合膜蛋白与细胞骨架结构相结合细胞松弛素细胞松弛素B影响膜的流动性的因素：影响膜的流动性的因素：细胞骨架细胞骨架膜蛋白与膜脂的相互作用膜蛋白与膜脂的相互作用（三）荧光漂白恢复技术（三）荧光漂白恢复技术质膜上膜蛋白扩散速率：质膜上膜蛋白扩散速率：5X10-115X10-9CM2/S蛋白在水中的扩散速率：蛋白在水中的扩散速率：10-7CM2/S脂分子脂分子-prPr-pr束缚了膜蛋白的自由扩散束缚了膜蛋白的自由扩散二、膜的不对称性二、膜的不对称性（一）细胞质膜各部分的名称（一）细胞质膜各部分的名称ES:细胞外表面细胞外表面PS:原生质表面原生质表面EF:PF:细胞外小页断裂面细胞外小页断裂面原生质小页断裂面原生质小页断裂面（二）膜脂的不对称性（二）膜脂的不对称性同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布磷脂磷脂甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）PC磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸 PS磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）PE磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 PIESPSPSPSES糖脂糖脂胆固醇胆固醇ES50%膜脂不对称分布的影响因素膜脂不对称分布的影响因素磷脂：磷脂：1.合成部位合成部位2.生物学功能生物学功能3.空间形状空间形状糖脂：糖脂：执行生理功能的结构基础执行生理功能的结构基础胆固醇：胆固醇：（三）膜蛋白的不对称性（三）膜蛋白的不对称性每种膜蛋白在质膜上都有确定的方向性每种膜蛋白在质膜上都有确定的方向性所有的膜蛋白都在质膜上不对称分布所有的膜蛋白都在质膜上不对称分布所有的膜蛋白都在质膜上不对称分布所有的膜蛋白都在质膜上不对称分布细胞表面受体细胞表面受体膜上载体蛋白膜上载体蛋白糖蛋白糖蛋白按一定方向传递信号、转运物质按一定方向传递信号、转运物质糖残基分布在质膜糖残基分布在质膜ES面面生物各膜面的名称及不对称性生物各膜面的名称及不对称性七、细胞膜的功能七、细胞膜的功能1.提供稳定的内环境提供稳定的内环境2.选择性的物质运输选择性的物质运输3.信息识别位点信息识别位点4.多种酶的结合位点多种酶的结合位点5.介导细胞与细胞、细胞与基质间的连接介导细胞与细胞、细胞与基质间的连接6.参与具有不同功能的细胞表面特化结构参与具有不同功能的细胞表面特化结构7.膜蛋白的异常与疾病相关，可作为治疗的药物靶标膜蛋白的异常与疾病相关，可作为治疗的药物靶标第三节第三节 膜骨架膜骨架一、膜骨架一、膜骨架细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质的网架结构，参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能膜完成多种生理功能溶胶层中含丰富的骨架纤维，通过膜骨架与质膜相连溶胶层中含丰富的骨架纤维，通过膜骨架与质膜相连二、红细胞的生物学特性二、红细胞的生物学特性红细胞影（血影，红细胞影（血影，blood ghost）当红细胞经低渗处理后，质膜破裂，同时释当红细胞经低渗处理后，质膜破裂，同时释放出血红蛋白和胞内其他可溶性蛋白，细胞仍维放出血红蛋白和胞内其他可溶性蛋白，细胞仍维持原来的形状和大小，这种结构称为血影。持原来的形状和大小，这种结构称为血影。三、红细胞质膜蛋白及膜骨架三、红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白包括：红细胞质膜蛋白包括：血影蛋白（红膜肽）、锚蛋白、带血影蛋白（红膜肽）、锚蛋白、带3蛋白、带蛋白、带4.1蛋白、肌动蛋白、血型糖蛋白蛋白、肌动蛋白、血型糖蛋白带带3蛋白是红细胞膜上蛋白是红细胞膜上Cl-/HCO3-阴离子转运的载体蛋白阴离子转运的载体蛋白红细胞及其膜骨架红细胞及其膜骨架p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日