細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能

1、(Medical Biology)主講教師：洪澤輝主講教師：洪澤輝 博士、副教授博士、副教授Email: Email: 東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)系、東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)系、教育部發(fā)育與疾病相關(guān)基因重點實驗室教育部發(fā)育與疾病相關(guān)基因重點實驗室第三節(jié)第三節(jié) 生物膜的結(jié)構(gòu)與功能生物膜的結(jié)構(gòu)與功能細胞膜細胞膜細胞質(zhì)細胞質(zhì)細胞核細胞核生物膜的結(jié)構(gòu)和功能生物膜的結(jié)構(gòu)和功能一一 生物膜的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成生物膜的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成二二 生物膜的分子結(jié)構(gòu)與特點生物膜的分子結(jié)構(gòu)與特點三三 生物膜的功能生物膜的功能細胞膜細胞膜生物膜生物膜 一一 細胞膜的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成細胞膜的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成7-10 nm的

2、結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)2 2、 細胞膜的細胞膜的脂類脂類(lipids)(lipids)（50%50%）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(proteins)(proteins)（40%-50%40%-50%） 糖類糖類(Glycols)(Glycols)（1%-10%1%-10%）磷脂磷脂糖脂糖脂膽固醇膽固醇磷脂磷脂糖脂糖脂膽固醇膽固醇脂類脂類磷脂分子的極性頭部為各種磷脂酰堿基，一般通磷脂分子的極性頭部為各種磷脂酰堿基，一般通過甘油基團與非極性尾部相連。過甘油基團與非極性尾部相連。 根據(jù)堿基不同分為磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等根據(jù)堿基不同分為磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺等磷脂磷脂膽固醇是中性脂類，它膽固醇是中性脂類，它散布于磷脂分

3、子之間，散布于磷脂分子之間，其極性頭部緊靠磷脂分其極性頭部緊靠磷脂分子的極性頭部，甾環(huán)固子的極性頭部，甾環(huán)固定在碳氫鏈上，對膜穩(wěn)定在碳氫鏈上，對膜穩(wěn)定性起重要作用。定性起重要作用。磷脂磷脂糖脂糖脂膽固醇膽固醇脂類脂類磷脂磷脂糖脂糖脂膽固醇膽固醇脂類脂類糖脂的極性頭部由一個或數(shù)個糖脂的極性頭部由一個或數(shù)個糖基組成，非極性尾部是兩條糖基組成，非極性尾部是兩條烴鏈烴鏈半乳糖腦半乳糖腦苷脂苷脂神經(jīng)節(jié)苷神經(jīng)節(jié)苷脂脂（2）膜蛋白）膜蛋白：生物膜上的蛋白叫膜蛋白。：生物膜上的蛋白叫膜蛋白。外周蛋白外周蛋白(peripheral proteins )內(nèi)在蛋白內(nèi)在蛋白(integral proteins )外周

4、蛋白又叫外在蛋白，約占膜蛋白的外周蛋白又叫外在蛋白，約占膜蛋白的20%-30%20%-30%，主要，主要分布在膜的內(nèi)表面，為水溶性。分布在膜的內(nèi)表面，為水溶性。內(nèi)在蛋白又叫鑲嵌蛋白，內(nèi)在蛋白又叫鑲嵌蛋白，占膜蛋白的占膜蛋白的70%-80%70%-80%。有的蛋白部分嵌入膜中，有的蛋白部分嵌入膜中，有的貫穿全膜，稱為跨有的貫穿全膜，稱為跨膜蛋白。膜蛋白。Membrane proteins have many functions:TransportersLinkersReceptorsEnzymes （3）膜糖）膜糖所有真核細胞表面都有糖類，約占膜重量的所有真核細胞表面都有糖類，約占膜重量的2%-

5、10%2%-10%，一般以糖蛋白和糖脂形式存在。這些糖蛋白和糖脂在一般以糖蛋白和糖脂形式存在。這些糖蛋白和糖脂在膜與外界環(huán)境相互作用過程中擔(dān)任重要的功能。膜與外界環(huán)境相互作用過程中擔(dān)任重要的功能。細胞外被細胞外被（cell coat ) cell coat ) 又叫又叫糖萼，通常指真核細胞表面富糖萼，通常指真核細胞表面富含糖類的外圍區(qū)域，它不僅對含糖類的外圍區(qū)域，它不僅對細胞有保護作用，還參與了細細胞有保護作用，還參與了細胞間的識別，對細胞的接觸抑胞間的識別，對細胞的接觸抑制及細胞間的粘著性等都起著制及細胞間的粘著性等都起著重要的作用。重要的作用。二 細胞膜的分子結(jié)構(gòu)與特性（1 1） 脂質(zhì)雙分

6、子層構(gòu)成生物膜的基本骨架脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成生物膜的基本骨架（2 2） 蛋白質(zhì)以不同方式鑲嵌或附著于脂雙層上蛋白質(zhì)以不同方式鑲嵌或附著于脂雙層上（3 3） 膜的兩側(cè)結(jié)構(gòu)是不對稱的膜的兩側(cè)結(jié)構(gòu)是不對稱的（4 4） 膜脂和膜蛋白具有一定的流動性膜脂和膜蛋白具有一定的流動性未說明具有流動性的細胞膜如何保持相對完整和穩(wěn)定未說明具有流動性的細胞膜如何保持相對完整和穩(wěn)定1 1、分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型 1 1、分子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)晶格鑲嵌模型晶格鑲嵌模型 液態(tài)和晶態(tài)的相變液態(tài)和晶態(tài)的相變板塊鑲嵌模型板塊鑲嵌模型 獨立移動的類脂板塊獨立移動的類脂板塊（2 2）膜的流動性）膜的流動性（1 1）膜的

7、不對稱性）膜的不對稱性2 2、細胞膜的特性、細胞膜的特性（1 1）膜的不對稱性）膜的不對稱性（2 2）膜的流動性）膜的流動性膜脂不對稱膜脂不對稱膜蛋白不對稱膜蛋白不對稱膜糖不對稱膜糖不對稱膜蛋白膜蛋白（1 1）膜的不對稱性）膜的不對稱性（2 2）膜的流動性）膜的流動性（1 1）膜的不對稱性）膜的不對稱性2 2、細胞膜的特性、細胞膜的特性（2 2）膜的流動性）膜的流動性（1 1）膜的不對稱性）膜的不對稱性影響因素：影響因素：脂肪酸鏈飽和度脂肪酸鏈飽和度磷脂組分、蛋白類型磷脂組分、蛋白類型溫度、溫度、PHPH值、離子強度值、離子強度2 2、細胞膜的特性、細胞膜的特性溫度影響膜脂的狀態(tài)（2 2）膜的

8、流動性）膜的流動性功能：功能：1.1.為細胞的生命活動提供了一個相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。為細胞的生命活動提供了一個相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。2.2.參與細胞內(nèi)外的物質(zhì)轉(zhuǎn)運、信號傳遞、能量轉(zhuǎn)換參與細胞內(nèi)外的物質(zhì)轉(zhuǎn)運、信號傳遞、能量轉(zhuǎn)換以及細胞的識別、粘著、運動轉(zhuǎn)移等。以及細胞的識別、粘著、運動轉(zhuǎn)移等。細胞外被細胞外被細胞膜細胞膜胞質(zhì)溶膠層胞質(zhì)溶膠層細胞外基質(zhì)細胞外基質(zhì) Extracellular matrix, ECMExtracellular matrix, ECM三三 生物膜的生物膜的1 1、界膜和區(qū)域化、界膜和區(qū)域化; ;2 2、調(diào)節(jié)運輸、調(diào)節(jié)運輸; ;3 3、功能定位與組織化、功能定位與組織化; ;4

9、 4、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo); ;5 5、參與細胞間相互作用、參與細胞間相互作用; ;6 6、能量轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換1 1、界膜和區(qū)域化、界膜和區(qū)域化; ;2 2、調(diào)節(jié)運輸、調(diào)節(jié)運輸; ;3 3、功能定位與組織化、功能定位與組織化; ;4 4、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo); ;5 5、參與細胞間相互作用、參與細胞間相互作用; ;6 6、能量轉(zhuǎn)換、能量轉(zhuǎn)換三三 生物膜的生物膜的 協(xié)助擴散協(xié)助擴散(facilitat ed diffusion )被動運輸被動運輸(passive transport)吞噬吞噬(phagocytosis) 胞飲胞飲(pinocytosis) 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用簡單擴散

10、簡單擴散(simple diffusion)主動運輸主動運輸(active transport)穿膜穿膜運輸運輸1、物質(zhì)運輸胞吞胞吞(endocytosis)膜泡膜泡運輸運輸胞吐胞吐(exocytosis)三三 細胞膜的細胞膜的膜的通透性（膜的通透性（permeabilitypermeability）被動運輸（順濃度梯度）被動運輸（順濃度梯度）協(xié)助擴散協(xié)助擴散主動運輸（逆濃度梯度）主動運輸（逆濃度梯度）簡單擴散簡單擴散（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的簡單擴散簡單擴散（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的簡單擴散簡

11、單擴散協(xié)助擴散協(xié)助擴散載體蛋白（載體蛋白（carrier protein）通道蛋白（通道蛋白（channel protein）（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的z電位閘門通道電位閘門通道（voltage-gated channel）z配體閘門通道配體閘門通道（ligand-gated channel）載體蛋白載體蛋白z電位閘門通道電位閘門通道（voltage-gated channel）z配體閘門通道配體閘門通道（ligand-gated channel）載體蛋白載體蛋白z電位閘門通道電位閘門通道（voltage-gated channel）z配體閘門

12、通道配體閘門通道（ligand-gated channel）載體蛋白載體蛋白v主動運輸主動運輸（逆濃度梯度，消耗能量）（逆濃度梯度，消耗能量）離子泵（膜上的離子泵（膜上的ATPATP酶）酶）ATPADP+Pi（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的v主動運輸主動運輸（逆濃度梯度，消耗能量）（逆濃度梯度，消耗能量）離子泵（膜上的離子泵（膜上的ATPATP酶）酶）協(xié)同運輸協(xié)同運輸單運輸單運輸共運輸共運輸對向運輸對向運輸（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸（2 2）膜泡運輸）膜泡運輸胞吞作用（胞吞

13、作用（endocytosisendocytosis）胞吐作用（胞吐作用（exocytosisexocytosis）1、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸（2 2）膜泡運輸）膜泡運輸吞噬體吞噬體胞飲小泡胞飲小泡吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用v胞吞作用胞吞作用1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的This micrograph was taken from Endocytosis （1 1）穿膜運輸）穿膜運輸（2 2）膜泡運輸）膜泡運輸吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用v胞吞作用胞吞作用1 1

14、、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用（1 1）穿膜運輸）穿膜運輸（2 2）膜泡運輸）膜泡運輸吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用v胞吞作用胞吞作用v胞吐作用胞吐作用1、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的 受體受體(receptor)(receptor)2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞接受外界信號刺激，通過一整套特定細胞接受外界信號刺激，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號，最的機制，將胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達，引起細胞應(yīng)答，終調(diào)節(jié)特定基因的表達，引起細胞應(yīng)答，這一過程稱為細胞的這一過程稱為細胞的

15、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。信號分子信號分子/ /配體配體(ligand)(ligand)脂溶性脂溶性水溶性水溶性膜受體膜受體細胞內(nèi)受體細胞內(nèi)受體1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（1 1）信號分子）信號分子/ /配體配體(ligand)(ligand)旁分泌信號旁分泌信號突觸信號突觸信號內(nèi)分泌信號內(nèi)分泌信號自分泌信號自分泌信號1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（2 2）膜受體結(jié)構(gòu)）膜受體結(jié)構(gòu)第一信使第一信使調(diào)節(jié)單位調(diào)節(jié)單位轉(zhuǎn)換單位轉(zhuǎn)換單位催化單位催化單位第二信使第二信使識別部識別部轉(zhuǎn)換部轉(zhuǎn)換部效應(yīng)部效應(yīng)部1 1、物質(zhì)運輸、

16、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（3 3）膜受體的類型與信號傳遞）膜受體的類型與信號傳遞離子通道關(guān)聯(lián)受體離子通道關(guān)聯(lián)受體1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的酶關(guān)聯(lián)受體酶關(guān)聯(lián)受體2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（3 3）膜受體的類型與信號傳遞）膜受體的類型與信號傳遞離子通道關(guān)聯(lián)受體離子通道關(guān)聯(lián)受體1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的G G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體酶關(guān)聯(lián)受體酶關(guān)聯(lián)受體2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（3 3）膜受體的類型與信號傳遞）膜受體的類型與信號傳遞離子通道關(guān)聯(lián)受體離子通道關(guān)聯(lián)受體1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的G G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（3 3）膜受體的類型與信號傳遞）膜受體的類型與信號傳遞1 1、物質(zhì)運輸、物質(zhì)運輸三三 細胞膜的細胞膜的配體配體G G蛋白蛋白腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 鳥苷酸環(huán)化酶鳥苷酸環(huán)化酶蛋白激酶蛋白激酶A AG G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體2 2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)3 3、細胞識別、細胞識別（1 1）由細胞識別導(dǎo)致配體進入細胞）由細胞識別導(dǎo)致配體進入細胞（2 2）由細胞識別導(dǎo)致細胞間的粘著）由細胞識別導(dǎo)致細胞間的粘著（