细胞质膜及其表面结构课件

第四章第四章 质膜及膜及细胞表面胞表面Plasmalemma and Cell Surface细胞胞质膜（膜（plasma membrane）亦称）亦称细胞膜（胞膜（cell membrane），是指），是指围绕在在细胞最外胞最外层，由，由脂脂质和和蛋蛋白白质组成的生物膜。它不成的生物膜。它不仅是区分是区分细胞内部与周胞内部与周围环境的境的动态屏障，更是屏障，更是细胞物胞物质交交换和信息和信息传递的通道。的通道。围绕各种各种细胞器的膜胞器的膜，称，称为细胞内膜（胞内膜（internal membrane）。）。质膜和内膜在起源、膜和内膜在起源、结构和化学构和化学组成成的等方面具有相似性，故的等方面具有相似性，故总称称为生物膜生物膜（biomembrane）。）。生物膜是生物膜是细胞胞进行生命活行生命活动的重要物的重要物质基基础，细胞的胞的能量能量转换、蛋白、蛋白质合成、物合成、物质运运输、信息、信息传递、细胞胞运运动等活等活动都与膜的作用有密切的关系。都与膜的作用有密切的关系。质质膜厚度：膜厚度：膜厚度：膜厚度：6-10nm.6-10nm.基本基本基本基本结结构构构构:脂脂脂脂质质双分子双分子双分子双分子层层，蛋白，蛋白，蛋白，蛋白质质嵌合在脂嵌合在脂嵌合在脂嵌合在脂质质双分子双分子双分子双分子层层中。中。中。中。质质膜是膜是膜是膜是动态动态的流的流的流的流动结动结构，膜脂和膜蛋白两构，膜脂和膜蛋白两构，膜脂和膜蛋白两构，膜脂和膜蛋白两类类分分分分子子子子围绕围绕着膜的平面做各种运着膜的平面做各种运着膜的平面做各种运着膜的平面做各种运动动。质质膜表面寡糖膜表面寡糖膜表面寡糖膜表面寡糖链链形成形成形成形成细细胞外被胞外被胞外被胞外被（cell coatcell coat）或糖萼（）或糖萼（）或糖萼（）或糖萼（glycocalyxglycocalyx）；）；）；）；质质膜下的表膜下的表膜下的表膜下的表层层溶胶中具溶胶中具溶胶中具溶胶中具有有有有细细胞骨架成分胞骨架成分胞骨架成分胞骨架成分组组成的网成的网成的网成的网络结络结构，除构，除构，除构，除对质对质膜有支持作用外，膜有支持作用外，膜有支持作用外，膜有支持作用外，还还与与与与维维持持持持质质膜的功能有关，所以膜的功能有关，所以膜的功能有关，所以膜的功能有关，所以这这部分部分部分部分细细胞骨架又称胞骨架又称胞骨架又称胞骨架又称为为膜骨架。膜骨架。膜骨架。膜骨架。细细胞外被、胞外被、胞外被、胞外被、质质膜和表膜和表膜和表膜和表层层胞胞胞胞质质溶胶构成溶胶构成溶胶构成溶胶构成细细胞表面。胞表面。胞表面。胞表面。主要内容第一第一节 质膜的化学膜的化学组成成第二第二节 生物膜的生物膜的结构构 第三第三节 细胞表面的分化胞表面的分化 第一第一节 质膜的化学膜的化学组成成质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。1.1 膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。（一）、磷脂（一）、磷脂构成膜脂的基本成分，构成膜脂的基本成分，约约占占5050。主要特征：具有一个极性主要特征：具有一个极性头头和两个非极性的尾（脂肪酸和两个非极性的尾（脂肪酸链链），但存在于），但存在于线线粒体内膜和某些粒体内膜和某些细细菌菌质质膜上的心磷脂膜上的心磷脂具有具有4 4个非极性的区域。脂肪酸碳个非极性的区域。脂肪酸碳链为链为偶数，多数碳偶数，多数碳链链由由1616，1818或或2020个碳原子个碳原子组组成。常含有不成。常含有不饱饱和脂肪酸和脂肪酸（如油酸）。（如油酸）。极性极性头部部基基团非极性尾部基团脂肪酸胆碱胆碱磷酸磷酸甘油甘油脂肪酸脂肪酸链A.磷脂磷脂酰基胆碱中磷脂分子示意基胆碱中磷脂分子示意图；B:结构式构式;C:空空间模型模型顺式双键顺式双式双键1、甘油磷脂、甘油磷脂:以甘油以甘油为骨架；在骨架上骨架；在骨架上结合两个脂肪酸合两个脂肪酸链和一个磷酸基和一个磷酸基团，而磷酸基，而磷酸基团又可分又可分别将胆碱、乙醇将胆碱、乙醇胺、胺、丝氨酸、肌醇等氨酸、肌醇等连接到脂分子上。接到脂分子上。n n主要主要主要主要类类型有：型有：型有：型有：磷脂磷脂磷脂磷脂酰酰乙醇胺（乙醇胺（乙醇胺（乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine phosphatidyl ethanolamine，PEPE，旧称，旧称，旧称，旧称脑脑磷脂）磷脂）磷脂）磷脂）磷脂磷脂磷脂磷脂酰丝酰丝氨酸（氨酸（氨酸（氨酸（phosphatidyl serinephosphatidyl serine，PSPS）磷脂磷脂磷脂磷脂酰酰胆碱（胆碱（胆碱（胆碱（phosphatidyl cholinephosphatidyl choline，PCPC，旧称卵磷脂）；，旧称卵磷脂）；，旧称卵磷脂）；，旧称卵磷脂）；磷脂磷脂磷脂磷脂酰酰肌醇（肌醇（肌醇（肌醇（phosphatidyl inositolphosphatidyl inositol，PIPI）双磷脂双磷脂双磷脂双磷脂酰酰甘油（甘油（甘油（甘油（DPGDPG，旧称心磷脂）等。，旧称心磷脂）等。，旧称心磷脂）等。，旧称心磷脂）等。2、鞘磷脂（、鞘磷脂（sphingomyelin，SM）脑和神和神经细胞膜中极丰富，亦称神胞膜中极丰富，亦称神经醇磷脂。醇磷脂。以鞘胺醇（以鞘胺醇（sphingoine）为骨架，与一条脂肪骨架，与一条脂肪酸酸链组成疏水尾部，成疏水尾部，亲水水头部也含胆碱与磷酸部也含胆碱与磷酸结合。合。原核原核细胞和植物中没有鞘磷脂。胞和植物中没有鞘磷脂。（二）、糖脂含糖而不含磷酸的脂含糖而不含磷酸的脂含糖而不含磷酸的脂含糖而不含磷酸的脂类类，普遍存在于原核和真核，普遍存在于原核和真核，普遍存在于原核和真核，普遍存在于原核和真核细细胞的胞的胞的胞的质质膜上，膜上，膜上，膜上，占膜脂占膜脂占膜脂占膜脂总总量量量量5 5以下。神以下。神以下。神以下。神经细经细胞膜上含量胞膜上含量胞膜上含量胞膜上含量较较高，高，高，高，约约占占占占5-105-10。糖脂也是两性分子。其糖脂也是两性分子。其糖脂也是两性分子。其糖脂也是两性分子。其结结构与构与构与构与SMSM很相似，只是由一个或多个很相似，只是由一个或多个很相似，只是由一个或多个很相似，只是由一个或多个糖残基代替了磷脂糖残基代替了磷脂糖残基代替了磷脂糖残基代替了磷脂酰酰胆碱而与鞘氨醇的胆碱而与鞘氨醇的胆碱而与鞘氨醇的胆碱而与鞘氨醇的羟羟基基基基结结合。合。合。合。最最最最简单简单：半乳糖：半乳糖：半乳糖：半乳糖脑脑苷脂，只有一个半乳糖残基作苷脂，只有一个半乳糖残基作苷脂，只有一个半乳糖残基作苷脂，只有一个半乳糖残基作为为极性极性极性极性头头部，部，部，部，在髓鞘的多在髓鞘的多在髓鞘的多在髓鞘的多层层膜中含量丰富；膜中含量丰富；膜中含量丰富；膜中含量丰富；最复最复最复最复杂杂：神：神：神：神经节经节苷脂，其苷脂，其苷脂，其苷脂，其头头部包含一个或几个唾液酸和糖的残部包含一个或几个唾液酸和糖的残部包含一个或几个唾液酸和糖的残部包含一个或几个唾液酸和糖的残基。神基。神基。神基。神经经元元元元质质膜中具有特征性的成分。膜中具有特征性的成分。膜中具有特征性的成分。膜中具有特征性的成分。儿童所患的家族性白痴病（儿童所患的家族性白痴病（儿童所患的家族性白痴病（儿童所患的家族性白痴病（Tay-sachs diseaseTay-sachs disease）就是因）就是因）就是因）就是因为为在在在在其其其其细细胞内缺乏氨基己糖脂胞内缺乏氨基己糖脂胞内缺乏氨基己糖脂胞内缺乏氨基己糖脂酶酶，不能将神，不能将神，不能将神，不能将神经节经节苷脂苷脂苷脂苷脂GM2 GM2 加工成加工成加工成加工成为为GM3GM3，结结果大量的果大量的果大量的果大量的GM2GM2累累累累积积在神在神在神在神经细经细胞中，胞中，胞中，胞中，导导致中枢神致中枢神致中枢神致中枢神经经系系系系统统退化。神退化。神退化。神退化。神经节经节苷脂本身就是一苷脂本身就是一苷脂本身就是一苷脂本身就是一类类膜上的受体，已知破膜上的受体，已知破膜上的受体，已知破膜上的受体，已知破伤风伤风毒素、霍乱毒素、干毒素、霍乱毒素、干毒素、霍乱毒素、干毒素、霍乱毒素、干扰扰素、促甲状腺素、素、促甲状腺素、素、促甲状腺素、素、促甲状腺素、绒绒毛膜促性腺激素和毛膜促性腺激素和毛膜促性腺激素和毛膜促性腺激素和5-5-羟羟色胺等的受体就是不同的神色胺等的受体就是不同的神色胺等的受体就是不同的神色胺等的受体就是不同的神经节经节苷脂。苷脂。苷脂。苷脂。葡糖葡糖脑苷脂苷脂一些糖脂的一些糖脂的结构构 1.半乳糖半乳糖脑苷脂，苷脂，2.GM1神神经节苷脂，苷脂，3.唾液酸唾液酸（三）、胆固醇（三）、胆固醇仅仅存在真核存在真核存在真核存在真核细细胞膜上，不超胞膜上，不超胞膜上，不超胞膜上，不超过过膜脂的膜脂的膜脂的膜脂的1/31/3，植物，植物，植物，植物细细胞膜胞膜胞膜胞膜中含量中含量中含量中含量较较少。少。少。少。功能：提高脂双功能：提高脂双功能：提高脂双功能：提高脂双层层的力学的力学的力学的力学稳稳定性，定性，定性，定性，调节调节脂双脂双脂双脂双层层流流流流动动性，性，性，性，降低水溶性物降低水溶性物降低水溶性物降低水溶性物质质的通透性。（如：在缺少胆固醇培养基的通透性。（如：在缺少胆固醇培养基的通透性。（如：在缺少胆固醇培养基的通透性。（如：在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突中，不能合成胆固醇的突中，不能合成胆固醇的突中，不能合成胆固醇的突变细变细胞株很快胞株很快胞株很快胞株很快发发生自溶。）生自溶。）生自溶。）生自溶。）（四）、脂（四）、脂质体体（liposome）一种人工膜。在水中磷脂分子一种人工膜。在水中磷脂分子一种人工膜。在水中磷脂分子一种人工膜。在水中磷脂分子亲亲水水水水头头部插入水中，疏水尾部部插入水中，疏水尾部部插入水中，疏水尾部部插入水中，疏水尾部伸向空气，伸向空气，伸向空气，伸向空气，搅动搅动后形成双后形成双后形成双后形成双层层脂分子的球形脂脂分子的球形脂脂分子的球形脂脂分子的球形脂质质体，直径体，直径体，直径体，直径25-25-1000nm1000nm不等。不等。不等。不等。用途：用途：用途：用途：转转基因，或制基因，或制基因，或制基因，或制备药备药物。利用脂物。利用脂物。利用脂物。利用脂质质体可以和体可以和体可以和体可以和细细胞膜融合胞膜融合胞膜融合胞膜融合的特点，将的特点，将的特点，将的特点，将药药物送入物送入物送入物送入细细胞内部。胞内部。胞内部。胞内部。1.2 膜蛋白生物膜所含的蛋白，是生物膜最为重要的成分，是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。在膜中，蛋白质的种类和数量反映膜功能的复杂程度。功能复杂的，蛋白质含量高。动物细胞主要有9种膜脂，而膜蛋白的种类繁多，多数膜蛋白分子数目较少，但却赋予细胞膜非常重要的生物学功能。根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为整合蛋白（integral protein，膜内在膜蛋白，跨膜蛋白）、外周蛋白（peripheral protein，膜周边蛋白）和脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）。整合蛋白整合蛋白整合蛋白整合蛋白可能全可能全可能全可能全为为跨膜蛋白（跨膜蛋白（跨膜蛋白（跨膜蛋白（tansmembrane proteinstansmembrane proteins），），），），两性分子，疏水部分位于脂双两性分子，疏水部分位于脂双两性分子，疏水部分位于脂双两性分子，疏水部分位于脂双层层内部，内部，内部，内部，亲亲水部分位于脂双水部分位于脂双水部分位于脂双水部分位于脂双层层外部。由于存在疏水外部。由于存在疏水外部。由于存在疏水外部。由于存在疏水结结构域，整合蛋白与膜的构域，整合蛋白与膜的构域，整合蛋白与膜的构域，整合蛋白与膜的结结合非常合非常合非常合非常紧紧密，密，密，密，一般不易分离开来，只有用去垢一般不易分离开来，只有用去垢一般不易分离开来，只有用去垢一般不易分离开来，只有用去垢剂剂（detergentdetergent）才能从膜）才能从膜）才能从膜）才能从膜上洗上洗上洗上洗涤涤下来，如离子型去垢下来，如离子型去垢下来，如离子型去垢下来，如离子型去垢剂剂SDSSDS，非离子型去垢，非离子型去垢，非离子型去垢，非离子型去垢剂剂Triton-X100Triton-X100。整合蛋白的跨膜。整合蛋白的跨膜。整合蛋白的跨膜。整合蛋白的跨膜结结构域可以是构域可以是构域可以是构域可以是1 1至多个疏水的至多个疏水的至多个疏水的至多个疏水的 螺旋。形成螺旋。形成螺旋。形成螺旋。形成亲亲水通道的整合蛋白跨膜区有两种水通道的整合蛋白跨膜区有两种水通道的整合蛋白跨膜区有两种水通道的整合蛋白跨膜区有两种组组成形式，成形式，成形式，成形式，一是由多个两性一是由多个两性一是由多个两性一是由多个两性 螺旋螺旋螺旋螺旋组组成；二是由两性成；二是由两性成；二是由两性成；二是由两性 折叠折叠折叠折叠组组成。成。成。成。外周蛋白外周蛋白外周蛋白外周蛋白靠离子靠离子靠离子靠离子键键或其它或其它或其它或其它较较弱的弱的弱的弱的键键与膜表面的蛋白与膜表面的蛋白与膜表面的蛋白与膜表面的蛋白质质分子或分子或分子或分子或脂分子的脂分子的脂分子的脂分子的亲亲水部分水部分水部分水部分结结合，因此只要改合，因此只要改合，因此只要改合，因此只要改变变溶液的离子溶液的离子溶液的离子溶液的离子强强度甚至度甚至度甚至度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。提高温度就可以从膜上分离下来。提高温度就可以从膜上分离下来。提高温度就可以从膜上分离下来。有有有有时时很很很很难难区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因为为一个蛋白一个蛋白一个蛋白一个蛋白质质可以由多个可以由多个可以由多个可以由多个亚亚基构成，有的基构成，有的基构成，有的基构成，有的亚亚基基基基为为跨膜蛋白，有的跨膜蛋白，有的跨膜蛋白，有的跨膜蛋白，有的则结则结合在合在合在合在膜的外部。膜的外部。膜的外部。膜的外部。脂脂脂脂锚锚定蛋白定蛋白定蛋白定蛋白：通通通通过过与之共价相与之共价相与之共价相与之共价相连连的脂分子（如脂肪酸的脂分子（如脂肪酸的脂分子（如脂肪酸的脂分子（如脂肪酸或糖脂）插入膜的脂双分子或糖脂）插入膜的脂双分子或糖脂）插入膜的脂双分子或糖脂）插入膜的脂双分子层层中，从而中，从而中，从而中，从而锚锚定在定在定在定在细细胞胞胞胞质质膜上。与脂肪酸膜上。与脂肪酸膜上。与脂肪酸膜上。与脂肪酸结结合的脂合的脂合的脂合的脂锚锚定膜蛋白多分布在定膜蛋白多分布在定膜蛋白多分布在定膜蛋白多分布在质质膜内膜内膜内膜内侧侧，与糖脂相，与糖脂相，与糖脂相，与糖脂相结结合的脂合的脂合的脂合的脂锚锚定膜蛋白多分布在定膜蛋白多分布在定膜蛋白多分布在定膜蛋白多分布在质质膜外膜外膜外膜外侧侧。可分两可分两可分两可分两类类:一一一一类类是糖磷脂是糖磷脂是糖磷脂是糖磷脂酰酰肌醇肌醇肌醇肌醇(glycophosphatidylinositol(glycophosphatidylinositol，GPI)GPI)连连接的蛋白，接的蛋白，接的蛋白，接的蛋白，GPIGPI位于位于位于位于细细胞膜的外小叶，用磷脂胞膜的外小叶，用磷脂胞膜的外小叶，用磷脂胞膜的外小叶，用磷脂酶酶C C（能（能（能（能识别识别含肌醇的磷脂）含肌醇的磷脂）含肌醇的磷脂）含肌醇的磷脂）处处理理理理细细胞，能胞，能胞，能胞，能释释放出放出放出放出结结合的蛋白。合的蛋白。合的蛋白。合的蛋白。许许多多多多细细胞表面的受体、胞表面的受体、胞表面的受体、胞表面的受体、酶酶、细细胞粘附分子胞粘附分子胞粘附分子胞粘附分子和引起羊瘙痒病的和引起羊瘙痒病的和引起羊瘙痒病的和引起羊瘙痒病的PrPCPrPC都是都是都是都是这类这类蛋白。蛋白。蛋白。蛋白。另一另一另一另一类类脂脂脂脂锚锚定蛋白与插入定蛋白与插入定蛋白与插入定蛋白与插入质质膜内小叶的膜内小叶的膜内小叶的膜内小叶的长长碳碳碳碳氢链结氢链结合，合，合，合，如三聚体如三聚体如三聚体如三聚体GTPGTP结结合合合合调节调节蛋白（蛋白（蛋白（蛋白（trimeric GTP-binding trimeric GTP-binding regulatory proteinregulatory protein）的）的）的）的 和和和和 亚亚基。基。基。基。膜蛋白与膜脂的膜蛋白与膜脂的结合方式合方式:六六种种1.单一的一的-螺旋跨膜，只穿膜一次，螺旋跨膜，只穿膜一次，N端和端和C端分端分别在膜的两在膜的两侧。2.-螺旋螺旋链多次跨膜，多多次跨膜，多肽链的的N端和端和C端分端分别在膜的两在膜的两侧。3.膜内的表面膜蛋白，以脂肪酸膜内的表面膜蛋白，以脂肪酸链或异戊二或异戊二烯基插入基插入细胞胞质一一侧的的单层膜内。膜内。4.蛋白蛋白质与寡糖、糖脂或肌醇磷脂与寡糖、糖脂或肌醇磷脂结合，并以其脂肪酸合，并以其脂肪酸链插入非胞插入非胞质一一侧单层膜内膜内锚定。定。5、6是位于膜内或膜外的蛋白是位于膜内或膜外的蛋白质以非共价以非共价键形式依附于其他跨膜蛋形式依附于其他跨膜蛋白上。白上。膜蛋白的提取：去垢膜蛋白的提取：去垢剂分离和分离和纯化化整合膜蛋白与膜脂整合膜蛋白与膜脂间的的结合牢固，必合牢固，必须用去垢用去垢剂使膜使膜崩解后才能提取。崩解后才能提取。去垢去垢剂是一种一端是一种一端亲水，一端疏水的两性分子，是分水，一端疏水的两性分子，是分离与研究膜蛋白常用的离与研究膜蛋白常用的试剂。它不它不仅使膜崩解，并使膜崩解，并与膜蛋白疏水部分与膜蛋白疏水部分结合使其与膜分离，合使其与膜分离，还能破坏蛋白能破坏蛋白内部的非共价内部的非共价键，甚至改，甚至改变亲水部分的构象。水部分的构象。常用：常用：SDS（离子型）和（离子型）和Triton X-100（非离子型），（非离子型），其中其中SDS作用作用较剧烈，会引起蛋白烈，会引起蛋白质变性，因此要得性，因此要得到有生物活性的膜蛋白，常用非离子型去垢到有生物活性的膜蛋白，常用非离子型去垢剂。去去污剂胶胶团水溶性蛋白水溶性蛋白-脂脂质-去去污剂复合体复合体 可溶性脂可溶性脂质去去污剂混合胶粒混合胶粒用去用去污剂溶溶解膜蛋白。解膜蛋白。去去污剂破坏破坏脂双脂双层，把，把蛋白蛋白质溶于溶于溶液中，形溶液中，形成蛋白成蛋白质-脂脂质-去去污剂复合物。复合物。膜上的磷脂膜上的磷脂也被去也被去污剂溶解。溶解。去去污剂单体体Review:去垢剂（detergent）去垢去垢去垢去垢剂剂(表面活性表面活性表面活性表面活性剂剂)是一是一是一是一类类即具有即具有即具有即具有亲亲水基又具有疏水基的物水基又具有疏水基的物水基又具有疏水基的物水基又具有疏水基的物质质，一般具有乳化、分散和增溶作用。可分阴离子、阳离子和中性一般具有乳化、分散和增溶作用。可分阴离子、阳离子和中性一般具有乳化、分散和增溶作用。可分阴离子、阳离子和中性一般具有乳化、分散和增溶作用。可分阴离子、阳离子和中性去垢去垢去垢去垢剂剂等多种等多种等多种等多种类类型，中性去垢型，中性去垢型，中性去垢型，中性去垢剂剂在蛋白提取中在蛋白提取中在蛋白提取中在蛋白提取中应应用的用的用的用的较较多。多。多。多。A A中性去垢中性去垢中性去垢中性去垢剂剂又称非离子表面活性又称非离子表面活性又称非离子表面活性又称非离子表面活性剂剂，对对蛋白蛋白蛋白蛋白质质的的的的变变性作用影性作用影性作用影性作用影响响响响较较少，宜于蛋白少，宜于蛋白少，宜于蛋白少，宜于蛋白质质或或或或酶酶提取之用。一般市售中性去垢提取之用。一般市售中性去垢提取之用。一般市售中性去垢提取之用。一般市售中性去垢剂剂有聚有聚有聚有聚乙二醇乙二醇乙二醇乙二醇类类，如，如，如，如PEG200PEG200；多元醇；多元醇；多元醇；多元醇类类表面活性表面活性表面活性表面活性剂剂，如山梨醇、司，如山梨醇、司，如山梨醇、司，如山梨醇、司盘类盘类和吐温和吐温和吐温和吐温类类；聚氧乙；聚氧乙；聚氧乙；聚氧乙烯烯脂肪醇脂肪醇脂肪醇脂肪醇醚醚，如，如，如，如苄泽类苄泽类、平平加、平平加、平平加、平平加类类；聚；聚；聚；聚氧乙氧乙氧乙氧乙烯烷烯烷基苯酚基苯酚基苯酚基苯酚醚醚，如，如，如，如Igepal COIgepal CO、乳化、乳化、乳化、乳化剂剂OPOP、TritonTriton、Pluronic(Pluronic(用作消泡用作消泡用作消泡用作消泡剂剂、润润湿湿湿湿剂剂、增溶、增溶、增溶、增溶剂剂)、泡、泡、泡、泡敌敌。中性去垢。中性去垢。中性去垢。中性去垢剂剂作用后可通作用后可通作用后可通作用后可通过过Sephadex LH-50Sephadex LH-50柱除去；也可直接上柱除去；也可直接上柱除去；也可直接上柱除去；也可直接上DEAE-DEAE-SephadexSephadex柱柱柱柱层层析分离目的蛋白，不必先除去去垢析分离目的蛋白，不必先除去去垢析分离目的蛋白，不必先除去去垢析分离目的蛋白，不必先除去去垢剂剂。B B阴离子去垢阴离子去垢阴离子去垢阴离子去垢剂剂 常常常常见见的有十二的有十二的有十二的有十二烷烷基硫酸基硫酸基硫酸基硫酸钠钠和十二和十二和十二和十二烷烷基璜酸基璜酸基璜酸基璜酸钠钠。前者可促前者可促前者可促前者可促进进核蛋白的溶解，将核酸核蛋白的溶解，将核酸核蛋白的溶解，将核酸核蛋白的溶解，将核酸释释放出来，并放出来，并放出来，并放出来，并对对核酸核酸核酸核酸酶酶有一有一有一有一定抑制作用，常用于核酸的提取。定抑制作用，常用于核酸的提取。定抑制作用，常用于核酸的提取。定抑制作用，常用于核酸的提取。C C阳离子去垢阳离子去垢阳离子去垢阳离子去垢剂剂 如如如如洁尔灭洁尔灭、新、新、新、新洁尔灭洁尔灭、CTABCTAB、CPCCPC、ZEPHZEPH、克菌定、消毒克菌定、消毒克菌定、消毒克菌定、消毒净净（TMPBTMPB）、杜）、杜）、杜）、杜灭灭芬等，消毒芬等，消毒芬等，消毒芬等，消毒灭灭菌菌菌菌类类居多。居多。居多。居多。D D天然表面活性天然表面活性天然表面活性天然表面活性剂剂 又称又称又称又称为为生物表面活性生物表面活性生物表面活性生物表面活性剂剂，包括种，包括种，包括种，包括种类较为类较为广泛，如各种广泛，如各种广泛，如各种广泛，如各种树树胶（阿拉伯胶、杏胶、桃胶、胶（阿拉伯胶、杏胶、桃胶、胶（阿拉伯胶、杏胶、桃胶、胶（阿拉伯胶、杏胶、桃胶、果胶）、明胶、皂果胶）、明胶、皂果胶）、明胶、皂果胶）、明胶、皂甙甙、卵磷脂、豆磷脂、卵磷脂、豆磷脂、卵磷脂、豆磷脂、卵磷脂、豆磷脂、琼琼脂、海藻脂、海藻脂、海藻脂、海藻酸酸酸酸钠钠、酪蛋白、胆甾醇、胆酸、酪蛋白、胆甾醇、胆酸、酪蛋白、胆甾醇、胆酸、酪蛋白、胆甾醇、胆酸类类、多糖、多糖、多糖、多糖类类（如（如（如（如环环糊精）糊精）糊精）糊精）等。等。等。等。E E两性表面活性两性表面活性两性表面活性两性表面活性剂剂 在碱性水溶液中呈阴离子表面活在碱性水溶液中呈阴离子表面活在碱性水溶液中呈阴离子表面活在碱性水溶液中呈阴离子表面活性性性性剂剂的性的性的性的性质质，起泡性好，去，起泡性好，去，起泡性好，去，起泡性好，去污污力也力也力也力也强强；在酸性溶液中；在酸性溶液中；在酸性溶液中；在酸性溶液中则则呈呈呈呈现现阳离子表面活性阳离子表面活性阳离子表面活性阳离子表面活性剂剂特征，其特征，其特征，其特征，其杀杀菌性很菌性很菌性很菌性很强强。蛋白蛋白蛋白蛋白质变质变性性性性剂剂的作用是的作用是的作用是的作用是破坏蛋白破坏蛋白破坏蛋白破坏蛋白质质的次的次的次的次级键级键，如，如，如，如氢键氢键、盐键盐键和疏水力，引起天然构象的解体；它和疏水力，引起天然构象的解体；它和疏水力，引起天然构象的解体；它和疏水力，引起天然构象的解体；它们们并并并并不破坏共价不破坏共价不破坏共价不破坏共价键键，如，如，如，如肽键肽键和二硫和二硫和二硫和二硫键键，故不涉及一，故不涉及一，故不涉及一，故不涉及一级结级结构构构构的改的改的改的改变变。变变性性性性剂剂有溶解型和沉淀型两有溶解型和沉淀型两有溶解型和沉淀型两有溶解型和沉淀型两类类，SDSSDS、尿素、尿素、尿素、尿素和胍和胍和胍和胍盐盐是有效的溶解型是有效的溶解型是有效的溶解型是有效的溶解型变变性性性性剂剂，而三，而三，而三，而三氯氯乙酸、甲醇、乙酸、甲醇、乙酸、甲醇、乙酸、甲醇、和和和和氯氯仿仿仿仿/异戊醇是有效的沉淀异戊醇是有效的沉淀异戊醇是有效的沉淀异戊醇是有效的沉淀变变性性性性剂剂。第二节生物膜的结构 已知已知质膜的主要成分是膜的主要成分是脂脂类、蛋白、蛋白质和少量的糖和少量的糖类，那么，那么这些些组分在膜中分在膜中是如何排列和是如何排列和组织的，它的，它们之之间如何如何相互作用？关系到膜的分子相互作用？关系到膜的分子结构构问题，历史上曾史上曾经提出很多模型。主要有提出很多模型。主要有片片层结构模型构模型、单位膜模型位膜模型、流流动镶嵌嵌模型模型和和脂筏模型脂筏模型。2.1 质膜的膜的结构模型构模型(一一)片片层结构模型构模型认为细胞胞有有质膜膜的的存存在在经历了了很很长的的历程程。最最早早的的工工作作是是质膜膜通通透透性性的的研研究究。1895年年，E.Overton发现凡凡是是溶溶于于脂脂肪肪的的物物质很很容容易易穿穿过植植物物的的细胞胞膜膜，而而不不溶溶于于脂脂肪肪的的物物质则不不容容易易穿穿过膜膜。因因此此推推测，细胞胞膜膜是是由由一一层脂脂类物物质所所组成。成。1917年年，Langmuir设计出出了了膜膜平平衡衡技技术（film balance)。根根据据所所投投入入的的脂脂分分子子数数，即即可可计算算出出单个个脂脂分分子子所所占占的的面面积（如如一一个个硬硬脂脂酸酸分分子子所所占占面面积约为0.2nm2)。用用这种种方方法法也也可可测定定单脂脂分分子子层的的厚厚度度，硬硬脂脂酸酸的的厚厚度度约为2.5nm。当当把把玻玻片片插插入入浮浮有有单层脂脂分分子子的的水水中中时，玻玻片片表表面面可可吸吸附附上上单层脂分子膜。脂分子膜。从从真真核核细胞胞分分离离纯净的的质膜膜很很困困难，主主要要受受内内膜膜的的污染染。红细胞胞没没有有细胞胞内内膜膜结构构和和细胞胞核核。经低低渗渗处理理后后，造造成成溶溶血血现象象，血血红蛋蛋白白和和无无机机盐等等被被溶溶出出细胞胞外外，剩剩下下的的空空壳壳称称为血血影影。把把血血影影的的脂脂类物物质抽抽提提出出来来，在在水水面面上上铺成成单分分子子层。1925年年，荷荷兰科科学学家家E.Gorter和和F.Grendel用用有有机机溶溶剂抽抽提提人人的的红细胞胞膜膜的的膜膜脂脂成成分分并并测定定膜膜脂脂单层分分子子在在水水面面的的铺展展面面积，发现它它为红细胞胞表表面面积的的二二倍倍，提提示示了了质膜是由膜是由双双层脂分子脂分子构成的。构成的。球形蛋白球形蛋白磷脂双分子磷脂双分子层球形蛋白球形蛋白 这个模型表明，个模型表明，细胞膜中有两胞膜中有两层磷脂分子，其疏水脂肪磷脂分子，其疏水脂肪酸酸链在膜的内在膜的内侧彼此相彼此相对，而分子的，而分子的亲水端水端则朝向膜的内朝向膜的内外表面，球形蛋白外表面，球形蛋白质分子附着在脂双分子附着在脂双层的两的两侧表面。表面。这一一模型影响达模型影响达20年之久。年之久。1935年，J.Daniell&H.Davson：发现质膜的表面膜的表面张力比油力比油-水水界面的表面界面的表面张力低得多。力低得多。已知脂滴表面如果吸附已知脂滴表面如果吸附有蛋白有蛋白质成分成分则表面表面张力降低。力降低。推推测：质膜中含有蛋白膜中含有蛋白质成分。从成分。从测定膜的表定膜的表面面张力得出力得出细胞膜的胞膜的“三明治三明治结构构”，即蛋白，即蛋白质脂脂质蛋白蛋白质。(二二)单位膜模型位膜模型1959年，年，J.D.Robertson用超薄切用超薄切片技片技术和和电镜观察了各种膜后察了各种膜后发现膜膜呈呈“暗暗-明明-暗暗”三三层式式结构。内外两构。内外两侧为电子密度高的暗子密度高的暗线，中，中间为电子子密度低的明密度低的明线。该模型模型认为明明线部分部分是膜中是膜中间的双的双层脂脂类分子，而暗分子，而暗线部部分分则为膜两膜两侧的的单层蛋白蛋白质分子。分子。这些蛋白些蛋白质以以单层肽链折叠形式存在，折叠形式存在，通通过静静电作用与磷脂极性端相作用与磷脂极性端相结合。合。该模型提出了各种生物膜在形模型提出了各种生物膜在形态结构构上的共性，即生物膜都以上的共性，即生物膜都以“两暗一明两暗一明”的形式存在，故生物膜也被称的形式存在，故生物膜也被称为单位膜位膜。2nm3.5nm2nm不足：不足：（1）单位膜位膜为一静一静态单一的一的结构构,无法无法说明膜的明膜的动态结构的构的变化化;（2）无法）无法显示各种膜的功能的不同示各种膜的功能的不同;（3）各各种种不不同同细胞胞和和同同一一细胞胞中中的的不不同同部部分分膜膜的的厚厚度度实际上上并并不都是不都是7.5nm。60年年代代以以后后，应用用一一系系列列新新技技术，证明明膜膜中中的的蛋蛋白白质和和脂脂类分子主要以疏水分子主要以疏水键相相结合。合。电镜冰冰冻蚀刻技刻技术：脂：脂类双分子双分子层中心部分有蛋白中心部分有蛋白质颗粒分布。粒分布。红外光外光谱分析：膜蛋白不是分析：膜蛋白不是折叠折叠结构而是构而是-螺旋的球状螺旋的球状结构。构。荧光光标记和和细胞融合胞融合实验：生物膜具有液体的性：生物膜具有液体的性质。(三）流三）流动镶嵌模型嵌模型1972年年S.J.Singer&G.Nicolson 提提出出流流动镶嵌嵌模模型型。把把生生物物膜膜看看成成是是嵌嵌有有球球形形蛋蛋白白质的的脂脂类二二维排排列列的的液液态体体，膜膜中中脂脂双双层构构成成膜膜的的连续主主体体，既既具具有有固固体体分分子子排排列列的的有有序序性性，又又具具有有液液体体的的流流动性性，呈呈液液晶晶态。该模模型型强调：(1)膜膜的的流流动性性，即即蛋蛋白白质和和膜膜脂脂均均可可侧向向运运动；（2）膜内蛋白和脂）膜内蛋白和脂类分子分布的分子分布的不不对称称。使使膜膜分分子子聚聚在在一一起起主主要要是是蛋蛋白白-蛋蛋白白、蛋蛋白白-脂脂类、脂脂类和和脂脂类通通过疏疏水水和和亲水水的的两两种种非非共共价价键的的相相互互作作用用。如如果果相相互互作作用用达达到到最最大大时，在在最最小自由能情况下就能小自由能情况下就能维持膜持膜结构的构的稳定。定。膜蛋白露在水介膜蛋白露在水介质的部分，是由的部分，是由亲水的氨基酸水的氨基酸组成，而嵌在脂双中的成，而嵌在脂双中的是由疏水的氨基酸是由疏水的氨基酸组成的。成的。认为：细胞中各种膜的不同活性和特异性，胞中各种膜的不同活性和特异性，可能是由于膜内蛋白的种可能是由于膜内蛋白的种类不同所致；大部分膜是不不同所致；大部分膜是不对称的，在其内称的，在其内部及内外表面具有不同功能的蛋白部及内外表面具有不同功能的蛋白质。红细胞膜或其他胞膜或其他细胞膜的不胞膜的不对称性表称性表现为：1.只在膜的外表面有糖脂、糖蛋白等；只在膜的外表面有糖脂、糖蛋白等；2.脂双脂双层的内、外的内、外两两层脂脂类分子也是不分子也是不对称的。称的。流流动镶嵌模型嵌模型该模型模型强调了膜的流了膜的流动性，蛋白性，蛋白质和膜脂均可和膜脂均可侧向运向运动，膜蛋白分布的，膜蛋白分布的不不对称性。有的称性。有的镶嵌在脂双分子嵌在脂双分子层表面，有的表面，有的则全部或部分嵌入其内，全部或部分嵌入其内，有的横跨整个脂有的横跨整个脂类区。区。该模型模型认为膜的膜的结构成分不是静止的而是构成分不是静止的而是动态的，膜脂双分子的，膜脂双分子层就像就像轻油般的流体，具有流油般的流体，具有流动性，能迅速地在膜平面性，能迅速地在膜平面进行行侧向运向运动。优点：比点：比较合理地解合理地解释了膜中所了膜中所发生的生理生的生理现象，特象，特别是以是以动态的的观点点分析膜中各种化学分析膜中各种化学组分的相互关系。分的相互关系。不足：忽不足：忽视了蛋白了蛋白质分子分子对流流动性的控制作用和膜的各部分流性的控制作用和膜的各部分流动性的性的不均匀性不均匀性。改改进：强调生物膜的膜脂生物膜的膜脂处于无序（流于无序（流动性）和有序（晶性）和有序（晶态）之）之间动态转变的的“液晶液晶态模型模型”；强调生物膜是由具有流生物膜是由具有流动性程度不同的性程度不同的“板板块”镶嵌而成的嵌而成的“板板块镶嵌模型嵌模型”等。支持完善了等。支持完善了这个模型。个模型。1997年年，Kai Simons首首次次提提出出，越越来来越越多多的的试验证实其其存存在及其重要性。在及其重要性。脂脂筏筏：质膜膜上上富富含含胆胆固固醇醇和和鞘鞘磷磷脂脂的的微微结构构域域，70nm左左右右，动态结构构，位位于于质膜膜的的外外小小页。由由于于鞘鞘磷磷脂脂具具有有较长的的饱和和脂脂肪肪酸酸链，分分子子间的的作作用用力力较强，所所以以这些些区区域域结构构致致密密，介介于于无无序序液液体体与与液液晶晶之之间，称称为有有序序液液体体。在在低低温温下下（4）这些些区区域域能能抵抵抗抗非非离离子子去去垢垢剂的的抽抽提提，所所以以又又称称为抗抗 去去 垢垢 剂 膜膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。脂脂筏筏就就像像一一个个蛋蛋白白质停停泊泊的的平平台台，与与膜膜的的信信号号转导、蛋白、蛋白质分分选均有密切的关系。均有密切的关系。研究表明，一些感染性疾病，心血管疾病，研究表明，一些感染性疾病，心血管疾病，肿瘤，肌瘤，肌营养养不良症，阿不良症，阿尔茨海默症，茨海默症，HIV，朊病毒病等可能与脂筏功能病毒病等可能与脂筏功能紊乱有着密切的关系。紊乱有着密切的关系。(四）脂筏模型（四）脂筏模型（lipid raft）脂筏是膜脂双脂筏是膜脂双层内含有特殊脂内含有特殊脂质和蛋白和蛋白质的微区，富含鞘磷的微区，富含鞘磷脂，鞘糖脂，胆固醇，脂，鞘糖脂，胆固醇，GPI-锚固蛋白，固蛋白，Src-kinase等。不等。不仅存在于存在于质膜上，而且膜上，而且还存在于存在于高高尔基体膜上。鞘磷脂和鞘糖基体膜上。鞘磷脂和鞘糖脂（如神脂（如神经节苷脂苷脂类）的）的饱和和脂肪脂肪链紧密聚集，密聚集，饱和脂肪和脂肪链之之间的空隙填的空隙填满了作了作为间隔分隔分子的胆固醇，形成液子的胆固醇，形成液态有序相。有序相。不不饱和脂肪和脂肪链围绕在筏区的周在筏区的周围，形成，形成非筏区非筏区，主要成分是，主要成分是卵磷脂，磷脂卵磷脂，磷脂酰乙醇胺，磷脂乙醇胺，磷脂酰丝氨酸等，也含有胆固醇。氨酸等，也含有胆固醇。因因为鞘脂含有鞘脂含有长链饱和脂肪和脂肪链，Tm较高，所以脂筏区与非筏区相比，流高，所以脂筏区与非筏区相比，流动性差，脂肪性差，脂肪链伸展，而且粘稠。所以出伸展，而且粘稠。所以出现分相。脂筏区比非筏区高大分相。脂筏区比非筏区高大约0.4-1nm左右。左右。质膜内外两膜内外两层均含有脂筏，脂膜内均含有脂筏，脂膜内层的脂筏除了知道需要胆固的脂筏除了知道需要胆固醇来醇来维持其整体性和缺少鞘磷脂之外，脂筏的持其整体性和缺少鞘磷脂之外，脂筏的组成成还是不清楚的。是不清楚的。含含有有两两种种蛋蛋白白质的的脂脂筏筏模模型型。液液态有有序序相相中中的的脂脂（红色色），液液晶晶相相中中的的脂脂（蓝色色），胆固醇（桔胆固醇（桔红色）。色）。胆固醇主要分布在液胆固醇主要分布在液态有序相有序相中，外中，外层的脂筏主要富含鞘磷的脂筏主要富含鞘磷脂和鞘糖脂，脂和鞘糖脂，对应的内的内层的脂的脂筏包含有脂肪酸筏包含有脂肪酸链更偏向于更偏向于饱和的甘油脂。和的甘油脂。GPI-锚固蛋白耦固蛋白耦联于于质膜外膜外层的脂筏，的脂筏，Src-kinase耦耦联于于质膜内膜内层的脂筏。的脂筏。src Kinase Src Kinase Inhibitor 4-(4-Phenoxyanilino)-6,7-dimethoxyquinazoline Studying Tyrosine Kinase Src and Cancer Drug Discovery GPI-锚固蛋白固蛋白?据估计脂筏的面积可能占膜表面积的一半以上。脂筏的大小是可以调节的，小的独立脂筏可能在保持信号蛋白呈关闭状态方面具有重要作用，当必要时，这些小的脂筏聚集成大一个大的平台，在那里信号分子（如受体）将和它们的配件相遇，启动信号传递途径。如致敏原（allergen）能够将过敏患者体内肥大细胞或嗜碱性细胞表面的IgE抗体及其受体桥联起来，形成较大的脂筏，受体被脂筏中的Lyn（一种非受体酪氨酸激酶)磷酸化，启动下游的信号转导，最终引发过敏反应。QQ：脂筏在信号：脂筏在信号转导转导和蛋白和蛋白质转质转运中的功能是如何运中的功能是如何实实现现的？在功能的？在功能实现实现的的过过程当中程当中组组分和分和结结构的构的变变化又是化又是什么什么样样？必必须须要在要在单单分子水平上分子水平上对对脂筏内生物分子行脂筏内生物分子行为为（包括（包括构象构象变变化、相互化、相互识别识别、相互作用等）、相互作用等）进进行行实时实时动态动态检测检测，籍此深入，籍此深入阐阐明在脂筏的功能明在脂筏的功能实现过实现过程当中的构程当中的构效、构性关系等效、构性关系等变变化。因此要采用灵敏的化。因此要采用灵敏的单单分子研究分子研究仪仪器器来准确而有来准确而有较为较为直直观观的研究脂筏的的研究脂筏的结结构特性，形构特性，形成，运成，运动动与内在化机制等。与内在化机制等。细细胞表面的穴胞表面的穴样样内陷（内陷（caveolaecaveolae）具有和脂筏一）具有和脂筏一样样的的膜脂膜脂组组成，不含成，不含笼笼形蛋白（形蛋白（clathrinclathrin），含有），含有caveolincaveolin（一种小分子量的蛋白，（一种小分子量的蛋白，21KD21KD）。大量存在）。大量存在于脂肪于脂肪细细胞、上皮胞、上皮细细胞和平滑肌胞和平滑肌细细胞。与胞。与细细胞的内吞胞的内吞有关，另外有关，另外还还富含某些信号分子，与富含某些信号分子，与细细胞的信号胞的信号转导转导有关。有关。质膜的流膜的流动性由性由膜脂膜脂和和蛋白蛋白质的分子运的分子运动两方面两方面组成。成。1.膜脂分子的运膜脂分子的运动方式方式可用多种物理学技可用多种物理学技术如如电子自旋共振、核磁共振、子自旋共振、核磁共振、差示差示扫描量描量热术等来等来测量各脂量各脂类分子及其不同部分的运分子及其不同部分的运动。研究表明：脂。研究表明：脂类分子在相分子在相变温度以上的条件下，有温度以上的条件下，有以下运以下运动方式：方式：2.2 质膜的流膜的流动性性侧向向扩散散 旋旋转运运动 摆动运运动伸伸缩震震荡 翻翻转运运动旋旋转异构异构侧向向扩散：散：同一平面上相同一平面上相邻的脂分子交的脂分子交换位置。从位置。从细胞的一端到另一端只需胞的一端到另一端只需1-2s。保持脂分子在。保持脂分子在质膜中排布的方向：膜中排布的方向：亲水朝向膜表面，疏水尾朝向膜内部。水朝向膜表面，疏水尾朝向膜内部。旋旋转运运动：每个脂分子都每个脂分子都围绕与膜平面垂直的与膜平面垂直的轴进行快速旋行快速旋转。摆动运运动：膜脂分子膜脂分子围绕与膜平面垂直的与膜平面垂直的轴进行左右行左右摆动。伸伸缩震震荡：脂肪酸脂肪酸链沿着沿着纵轴进行伸行伸缩震震荡运运动。翻翻转运运动：指膜脂分子从脂双指膜脂分子从脂双层的一的一层翻翻转至另一至另一层的运的运动，对维持膜的不持膜的不对称性很重要。很少称性很重要。很少发生，两周内不多于一次。生，两周内不多于一次。旋旋转异构：异构：脂肪酸脂肪酸链围绕C-C键旋旋转，导致异构化运致异构化运动。2.影响膜流影响膜流动的的因素因素主要因素来自主要因素来自膜本身的膜本身的组成成成成分分、遗传因子因子及及环境境的理化因素的理化因素（温度、（温度、pH、离、离子子强度、度、药物）。物）。(1)胆固醇的影响胆固醇的影响;(2)不不饱和和链的含量和的含量和长度度;(3)卵磷脂与鞘磷脂的比卵磷脂与鞘磷脂的比值;(4)其他因素其他因素3.膜蛋白的流膜蛋白的流动膜蛋白的运膜蛋白的运动方式方式膜蛋白在一定条件下，可膜蛋白在一定条件下，可发生位置生位置上的上的变动，主要有，主要有侧向向扩散散和和旋旋转扩散散两种运两种运动方式。可用光脱色恢复技方式。可用光脱色恢复技术（fluorescence recovery after photobleaching，FRAP）和）和细胞融胞融合技合技术检测侧向向扩散（平面移散（平面移动）。）。证明膜蛋白在平面移明膜蛋白在平面移动的直接的直接证据据来自来自1970年年David等等设计的膜蛋白运的膜蛋白运动实验：标记时间延延长后，抗体可后，抗体可诱导抗原蛋白成斑和成帽抗原蛋白成斑和成帽现象象,最后引起最后引起内吞。内吞。淋巴淋巴细胞胞经专一抗体一抗体处理后的理后的变化化异核体异核体 在鼠在鼠-人人杂种种细胞上胞上质膜蛋白互膜蛋白互相混合的相混合的实验表明，表明，最初，鼠和人的蛋最初，鼠和人的蛋白白质仅局限在新形局限在新形成的异核体成的异核体质膜中膜中各自的半各自的半边，但随，但随着着时间的推移，它的推移，它们又交混在一起。又交混在一起。H-2抗原抗原HLA抗抗原原4.影响膜蛋白运影响膜蛋白运动的因素：的因素：膜蛋白的运膜蛋白的运动受到其所受到其所处微微环境的制境的制约。（1）周）周围膜脂的性膜脂的性质和相和相态；（2）质膜相关膜相关结构的作用；构的作用；（3）细胞骨架的作用。等胞骨架的作用。等如在极性如在极性细胞中胞中还被某些特殊的被某些特殊的结构（如构（如紧密密连接）接）限定在限定在细胞表面的某个区域。胞表面的某个区域。复合复合连接体接体锚定蛋白定蛋白血影糖蛋白血影糖蛋白内收蛋白内收蛋白血影蛋白二聚体血影蛋白二聚体原肌球蛋白原肌球蛋白一种蛋白的移一种蛋白的移动可影响其可影响其他蛋白也跟着移他蛋白也跟着移动，这是是因因为在在质膜表面和膜表面和细胞胞质中的中的细胞骨架相胞骨架相联系，系，这些微管和微些微管和微丝的活的活动对质膜以及膜中蛋白的移膜以及膜中蛋白的移动有有一定影响。一定影响。精子的精子的头、颈、尾、尾蛋白不能相互流蛋白不能相互流动 5.膜流动性的生理意义质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。2.3 膜的不膜的不对称性称性 质膜的内外两层的组分和功能有明显的差异，称为膜的不对称性。膜脂、膜蛋白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两层的流动性不同，使物质传递有一定方向，信号的接受和传递也有一定方向等。1.膜脂的不对称性同一种膜脂在脂质双分子层上分布是不对称的。但不是绝对的，仅在含量和比例上有差异。含胆碱的磷脂多分布在外层；胆固醇的分布集中于细胞膜的外层，糖脂也存在于外层。含氨基的磷脂多分布在内层；带有负电荷的磷脂酰丝氨酸位于内层，其结果是两个单层间有明显的电荷差。糖脂糖脂磷脂磷脂酰胆碱和鞘磷脂胆碱和鞘磷脂磷脂磷脂酰乙醇胺和乙醇胺和 磷脂磷脂酰丝氨酸氨酸 由于膜上磷脂更新率很高，这种不对称性的维持与磷脂的合成、交换、转移和降解都有密切关系。脂质双层不对称性的生理意义目前还不大清楚，但它可以使膜的两层流动性有所不同，有助于维持膜蛋白的极向。保证了膜功能的方向性，使膜两侧具有不同的功能。膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域脂筏。2.膜蛋白的不膜蛋白的不对称性称性每种膜蛋白分子在每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有胞膜上都具有明确的方向性。如明确的方向性。如细胞表面的受体、胞表面的受体、膜上膜上载体蛋白等，都是按一定的方体蛋白等，都是按一定的方向向传递信号和信号和转运物运物质。某些膜蛋。某些膜蛋白只有在特定膜脂存在白只有在特定膜脂存在时才能才能发挥其功能，如：蛋白激其功能，如：蛋白激酶C结合于膜合于膜的内的内侧，需要磷脂，需要磷脂酰丝氨酸的存在氨酸的存在下才能下才能发挥作用；作用；线粒体内膜的粒体内膜的细胞色素氧化胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才，需要心磷脂存在才具活性。具活性。用冰用冰冻蚀刻技刻技术得到生物膜的两个得到生物膜的两个剖面，清楚看到，膜蛋白分布有明剖面，清楚看到，膜蛋白分布有明显差异。差异。与与细胞膜相关的胞膜相关的酶促反促反应也都也都发生生在膜的某一在膜的某一侧面，特面，特别是是质膜上的膜上的糖蛋白，其糖残基均分布在糖蛋白，其糖残基均分布在质膜的膜的细胞外表面（胞外表面（ES面）。而起骨架作面）。而起骨架作用的蛋白分布在原生用的蛋白分布在原生质的表面（的表面（PS面），如血影蛋白。面），如血影蛋白。样样品品品品经经冰冰冰冰冻冻断裂断裂断裂断裂处处理后，理后，理后，理后，细细胞膜往往从脂双胞膜往往从脂双胞膜往往从脂双胞膜往往从脂双层层中央断开，中央断开，中央断开，中央断开，为为了便于研究，各部分都有了便于研究，各部分都有了便于研究，各部分都有了便于研究，各部分都有固定的名称固定的名称固定的名称固定的名称：ESES（extrocytopasmic surfaceextrocytopasmic surface），），），），质质膜的膜的膜的膜的细细胞外表面；胞外表面；胞外表面；胞外表面；EFEF（extrocytopasmic faceextrocytopasmic face），），），），质质膜的膜的膜的膜的细细胞外小胞外小胞外小胞外小页页断裂面；断裂面；断裂面；断裂面；PSPS（protoplasmic surfaceprotoplasmic surface），），），），质质膜的原生膜的原生膜的原生膜的原生质质表面；表面；表面；表面；PFPF（protoplasmic faceprotoplasmic face），原生），原生），原生），原生质质小小小小页页断裂面。断裂面。断裂面。断裂面。3.复合糖的不对称性膜糖脂是组成膜结构的成分，主要与膜脂、膜蛋白以共价键形成膜糖脂和膜糖蛋白，分布在膜的表面，仅三个糖基连在一起就能形成1000多种不同的糖。膜蛋白结合的糖类主要有：中性糖（D-半乳糖、D-甘露糖、L-岩藻糖）氨基糖（D-半乳糖胺、D-葡萄糖胺以及氨基糖等）。特点：所有的糖类都在细胞的外面，真核细胞表面上的静电荷主要是由膜糖脂造成的。无论在任何情况下，糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，这些成分可能是细胞表面受体，并且与细胞的抗原性有关。整合膜蛋白整合膜蛋白外周蛋白外周蛋白细胞骨架胞骨架纤维 糖糖糖蛋白糖蛋白糖脂糖脂胆固醇胆固醇2.4 细胞质膜的功能生物膜的结构模型与生物学特征也基本适于细胞质膜，但要指出的是，细胞质膜作为细胞内外边界，其结构上更为复杂,功能更为多样。为细胞的生命活动提供相对稳定的环境；选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，其中伴随着能量的传递；提供细胞识别位点，并完成细胞内外信号跨膜转导；为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序进行；介导细胞与细胞、细胞与胞外基质之间的连接；参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。膜蛋白的异常表达与某些遗传病、恶性肿瘤，甚至神经退行性疾病相关。很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。第三节细胞表面的分化细胞表面不是平整的，有许多特化结构如：膜骨架、鞭毛和纤毛、微绒毛及细胞的变形足等等，分别与细胞形态的维持、细胞运动、细胞的物质交换等功能有关。3.1 细胞外被胞外被动动物物细细胞胞表面存在着一表面存在着一层层富含糖富含糖类类物物质质的的结结构，称构，称为细为细胞外被（胞外被（cell coatcell coat）或糖萼（）或糖萼（glycocalyxglycocalyx）。用重金属染）。用重金属染料如料如钌红钌红染色后，在染色后，在电镜电镜下可下可显显示厚示厚约约10-20nm10-20nm的的结结构，构，边边界不甚明确。界不甚明确。细细胞外被是由构成胞外