第三章 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

1、第三章第三章 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面細(xì)胞膜與細(xì)胞表面第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)一、一、 細(xì)胞質(zhì)膜模型的發(fā)展細(xì)胞質(zhì)膜模型的發(fā)展（一）、（一）、E.Gorter和和FGrendel（1925）: “蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-脂類(lèi)脂類(lèi)-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”三明治質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型三明治質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型1、研究對(duì)象是紅細(xì)胞膜、研究對(duì)象是紅細(xì)胞膜2、質(zhì)膜是由雙層脂分子構(gòu)成的、質(zhì)膜是由雙層脂分子構(gòu)成的3、質(zhì)膜表面有蛋白質(zhì)成分、質(zhì)膜表面有蛋白質(zhì)成分4、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-脂質(zhì)脂質(zhì)-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) （二）、（二）、 J.D.Robertson（1959年）：年）：?jiǎn)挝荒挝荒つＰ湍Ｐ?unit membrane

2、model) 1、膜具有流動(dòng)性，膜脂和膜蛋白均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)；、膜具有流動(dòng)性，膜脂和膜蛋白均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)；2、膜蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)性，有的鑲嵌在膜表面，有的嵌入、膜蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)性，有的鑲嵌在膜表面，有的嵌入或橫跨脂雙層分子或橫跨脂雙層分子 （四）、（四）、 K.Simons et al(1997): 脂筏脂筏模型（模型（lipid rafts model） （五）、生物膜結(jié)構(gòu)（五）、生物膜結(jié)構(gòu)、磷脂雙層分子層：非極性尾部相對(duì)，極性頭部向外、磷脂雙層分子層：非極性尾部相對(duì)，極性頭部向外、蛋白質(zhì)分子結(jié)合與脂雙層分子中（、蛋白質(zhì)分子結(jié)合與脂雙層分子中（貫穿、鑲嵌、覆蓋貫穿、鑲嵌、覆蓋）、生物膜可視為有蛋

3、白質(zhì)存在于脂雙層分子中的二維溶液、生物膜可視為有蛋白質(zhì)存在于脂雙層分子中的二維溶液 二、膜脂二、膜脂生物膜的基本組成成分生物膜的基本組成成分（一）（一）成分：成分：1、膜脂主要包括、膜脂主要包括磷脂磷脂 （膜質(zhì)的基本成分）（膜質(zhì)的基本成分） 50% 以上以上糖脂（普遍存在于原核糖脂（普遍存在于原核和真核細(xì)胞中）和真核細(xì)胞中） 5% 10%膽固醇（調(diào)節(jié)膜脂流動(dòng)性增加膜膽固醇（調(diào)節(jié)膜脂流動(dòng)性增加膜穩(wěn)定性）穩(wěn)定性）和和中性脂質(zhì)中性脂質(zhì)不超過(guò)不超過(guò)1/3（1）具有一個(gè)）具有一個(gè)極性極性頭和兩個(gè)頭和兩個(gè)非極性非極性的尾的尾(脂肪酸鏈脂肪酸鏈)（心磷脂除外，有（心磷脂除外，有4個(gè)非極性尾部）；個(gè)非極性尾部

4、）；（2）脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù)）脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù),多數(shù)碳鏈由多數(shù)碳鏈由16,18或或20個(gè)組成；個(gè)組成；（3）飽和脂肪酸）飽和脂肪酸(如軟脂酸如軟脂酸)及不飽和脂肪酸及不飽和脂肪酸(如油酸如油酸)；（二）運(yùn)動(dòng)方式（二）運(yùn)動(dòng)方式4、雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1、沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)（基本運(yùn)動(dòng)方式）；沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)（基本運(yùn)動(dòng)方式）；2、脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)；脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng)；3、脂分子尾部的擺動(dòng)；脂分子尾部的擺動(dòng)； 易分離易分離 2、內(nèi)在（整合）膜蛋白、內(nèi)在（整合）膜蛋白（1）特點(diǎn)）特點(diǎn) 不溶不溶性蛋白性蛋白 形成形成跨膜螺旋跨膜螺旋，與膜結(jié)合緊密，與

5、膜結(jié)合緊密 需用去垢劑方可分離（使膜崩解）需用去垢劑方可分離（使膜崩解）（2）與膜脂的結(jié)合方式）與膜脂的結(jié)合方式 跨膜結(jié)構(gòu)域跨膜結(jié)構(gòu)域與與脂雙層分子的疏水核心脂雙層分子的疏水核心相互作用相互作用 離子鍵：跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶離子鍵：跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶正電荷正電荷的氨基酸殘基與磷脂分的氨基酸殘基與磷脂分子帶子帶負(fù)電負(fù)電的極性頭結(jié)合的極性頭結(jié)合 共價(jià)結(jié)合：在共價(jià)結(jié)合：在半胱氨酸殘基半胱氨酸殘基上共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子或糖脂上共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子或糖脂 3、脂質(zhì)錨定蛋白脂質(zhì)錨定蛋白 （lipid-anchored proteins)與脂分子共價(jià)結(jié)合，通過(guò)這些脂分子插入膜的脂雙層分子中，與脂分子共價(jià)結(jié)合，通過(guò)這些

6、脂分子插入膜的脂雙層分子中，錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上。錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上。四、四、 生物膜的結(jié)構(gòu)特征生物膜的結(jié)構(gòu)特征（一）、流動(dòng)性（一）、流動(dòng)性1、膜質(zhì)的流動(dòng)性、膜質(zhì)的流動(dòng)性 原理：即脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，主要由脂分子本身的性質(zhì)原理：即脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，主要由脂分子本身的性質(zhì)決定決定 影響因素：脂肪酸鏈的不飽和程度影響因素：脂肪酸鏈的不飽和程度2、膜蛋白的流動(dòng)性、膜蛋白的流動(dòng)性 熒光抗體免疫標(biāo)記試驗(yàn)熒光抗體免疫標(biāo)記試驗(yàn) 其實(shí)質(zhì)是膜蛋白的自發(fā)熱運(yùn)動(dòng)其實(shí)質(zhì)是膜蛋白的自發(fā)熱運(yùn)動(dòng)反證：用藥物抑制細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換和蛋白質(zhì)合成，對(duì)膜蛋白運(yùn)反證：用藥物抑制細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換和蛋白質(zhì)合成，對(duì)膜蛋白運(yùn)動(dòng)無(wú)影響動(dòng)無(wú)影響正證：降低溫度，膜

7、蛋白的擴(kuò)散速率減慢正證：降低溫度，膜蛋白的擴(kuò)散速率減慢 （1）細(xì)胞骨架）細(xì)胞骨架（2）膜蛋白與膜脂分子的相互作用）膜蛋白與膜脂分子的相互作用（3）膽固醇含量）膽固醇含量（4）脂肪酸結(jié)構(gòu)因素）脂肪酸結(jié)構(gòu)因素（5）溫度）溫度 （二）、不對(duì)稱(chēng)性（二）、不對(duì)稱(chēng)性1、細(xì)胞膜各部分名稱(chēng)、細(xì)胞膜各部分名稱(chēng) 細(xì)胞外表面（細(xì)胞外表面（ES） 原生質(zhì)表面（原生質(zhì)表面（PS） 質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面（質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面（EF） 原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面（原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面（PF）2、膜脂的不對(duì)稱(chēng)性、膜脂的不對(duì)稱(chēng)性 涵義：同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈涵義：同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布不均勻分布 糖脂分布的糖脂

8、分布的完全完全不對(duì)稱(chēng)性：糖脂不對(duì)稱(chēng)性：糖脂僅存在于僅存在于質(zhì)膜的細(xì)胞外小質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁(yè)（頁(yè)（EF）中）中 意義：是完成生理功能的意義：是完成生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 3、膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性、膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性 涵義：每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的涵義：每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性方向性 糖蛋白殘基糖蛋白殘基均勻均勻分布在質(zhì)膜的細(xì)胞外表面（分布在質(zhì)膜的細(xì)胞外表面（ES） 意義：是生物膜完成復(fù)雜生理功能的意義：是生物膜完成復(fù)雜生理功能的保證保證五、細(xì)胞膜的功能五、細(xì)胞膜的功能1、提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境、提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境2、選擇性物質(zhì)運(yùn)輸、選擇性物質(zhì)運(yùn)輸3、提供識(shí)別位點(diǎn)、提供識(shí)別位點(diǎn)4

9、、提供酶結(jié)合位點(diǎn)、提供酶結(jié)合位點(diǎn)5、細(xì)胞連接、細(xì)胞連接6、膜蛋白的異常與遺傳病、惡性腫瘤甚至神經(jīng)退行性疾病、膜蛋白的異常與遺傳病、惡性腫瘤甚至神經(jīng)退行性疾病相關(guān)相關(guān) 低低六、目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)六、目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)1、磷脂雙分子層是組成生物膜的、磷脂雙分子層是組成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分基本結(jié)構(gòu)成分,尚未發(fā)現(xiàn)膜尚未發(fā)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白2、蛋白分子以、蛋白分子以不同方式不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面面, 膜蛋白是賦予膜蛋白是賦予生物膜功能生物膜功能的主要決定者的主要決定者3、生物膜是磷脂雙分子層嵌有蛋白質(zhì)的生物膜是磷脂雙分

10、子層嵌有蛋白質(zhì)的二維流體二維流體七、骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)七、骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)（一）、特化機(jī)構(gòu)：膜骨架、鞭毛、纖毛、微絨毛、變形足（一）、特化機(jī)構(gòu)：膜骨架、鞭毛、纖毛、微絨毛、變形足（二）、膜骨架：細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成（二）、膜骨架：細(xì)胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 生物膜知識(shí)小結(jié)生物膜知識(shí)小結(jié) 磷脂雙層生物膜，鑲嵌蛋白無(wú)數(shù)。形成屏磷脂雙層生物膜，鑲嵌蛋白無(wú)數(shù)。形成屏障，會(huì)選擇，更能不斷流動(dòng)。側(cè)向移動(dòng)，障，會(huì)選擇，更能不斷流動(dòng)。側(cè)向移動(dòng)，繞軸旋轉(zhuǎn)，雙尾翩翩舞。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，呈不繞軸旋轉(zhuǎn)，雙尾翩翩舞。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，呈不對(duì)稱(chēng)分布。對(duì)稱(chēng)分布。 蛋白種類(lèi)眾多，

11、分離有難易。外周內(nèi)在，蛋白種類(lèi)眾多，分離有難易。外周內(nèi)在，錨定蛋白，生物膜，生命功能豐富。提供錨定蛋白，生物膜，生命功能豐富。提供環(huán)境，選擇性運(yùn)輸、識(shí)別位點(diǎn)，酶類(lèi)結(jié)合、環(huán)境，選擇性運(yùn)輸、識(shí)別位點(diǎn)，酶類(lèi)結(jié)合、形成細(xì)胞連接。形成細(xì)胞連接。第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞連接細(xì)胞連接一、一、細(xì)胞連接的功能分類(lèi)細(xì)胞連接的功能分類(lèi)根據(jù)行使功能的不同分為三類(lèi)：根據(jù)行使功能的不同分為三類(lèi)：(一）封閉連接一）封閉連接(occluding junctions) 以以緊密連接緊密連接(tight junction)為典型代表為典型代表密切連接密切連接相鄰細(xì)胞相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜以的質(zhì)膜以阻止溶液分子阻止溶液分子沿細(xì)胞間隙沿細(xì)胞間隙滲

12、入滲入體內(nèi)體內(nèi)（二）錨定連接（二）錨定連接(anchoring junctions)：相鄰細(xì)胞相鄰細(xì)胞之間連接或之間連接或細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞與基質(zhì)之間連接之間連接 （通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜蛋（通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及細(xì)胞骨架系統(tǒng)）白及細(xì)胞骨架系統(tǒng)） 與中間纖維相關(guān)的：與中間纖維相關(guān)的：橋粒（橋粒（desmosome）半橋粒（）半橋粒（ hemidesmosome ） 錨定連接錨定連接根據(jù)參與細(xì)胞連接根據(jù)參與細(xì)胞連接的骨架纖維的性質(zhì)的骨架纖維的性質(zhì)與肌動(dòng)蛋白纖維（微絲）相關(guān)的：與肌動(dòng)蛋白纖維（微絲）相關(guān)的：黏合帶黏合帶(adhesion belt) 黏合斑黏合斑(focal adhesio) （三）通訊連接（三）通

13、訊連接(communicating junctions)介導(dǎo)相鄰細(xì)胞間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、化學(xué)或電信號(hào)的傳遞介導(dǎo)相鄰細(xì)胞間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、化學(xué)或電信號(hào)的傳遞通訊連接通訊連接間隙連接（間隙連接（gap juction）化學(xué)突觸（化學(xué)突觸（chemical synapse）胞間連絲（胞間連絲（plasmodesmata）二、封閉連接二、封閉連接 (以緊密連接為典型代表以緊密連接為典型代表)（一）（一） 定義：它將相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜密切地連接在一起阻止溶定義：它將相鄰細(xì)胞的質(zhì)膜密切地連接在一起阻止溶液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)。液中的分子沿細(xì)胞間隙滲入體內(nèi)。（二）（二）緊密連接的結(jié)構(gòu)緊密連接的結(jié)構(gòu) ：由成串排列的特

14、殊跨膜蛋白組成嵴線由成串排列的特殊跨膜蛋白組成嵴線（三）（三）緊密連接的功能緊密連接的功能1、形成滲漏屏障，起重要的封閉作用；形成滲漏屏障，起重要的封閉作用；2、隔離作用；隔離作用；3、支持功能支持功能（四）緊密連接嵴線中的兩類(lèi)蛋白：（四）緊密連接嵴線中的兩類(lèi)蛋白：1、封閉蛋白（封閉蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（），跨膜四次的膜蛋白（60KD）嵴線相互交聯(lián)嵴線相互交聯(lián) 2、claudin蛋白家族（現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)蛋白家族（現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)15種以上）種以上）三、錨定連接三、錨定連接（一）錨定連接的結(jié)構(gòu)組成（一）錨定連接的結(jié)構(gòu)組成1.細(xì)胞內(nèi)錨蛋白細(xì)胞內(nèi)錨蛋白 一側(cè)與一側(cè)與細(xì)胞內(nèi)骨架纖維細(xì)胞內(nèi)骨架纖

15、維相連，另一側(cè)與相連，另一側(cè)與跨跨膜粘連蛋白膜粘連蛋白相連相連 （如橋粒斑蛋白（如橋粒斑蛋白desmoplakin ）2. 跨膜粘連蛋白跨膜粘連蛋白 一端與一端與胞內(nèi)錨蛋白胞內(nèi)錨蛋白相連，另一端與相連，另一端與胞外基胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白或與相鄰細(xì)胞的或與相鄰細(xì)胞的跨膜粘連蛋白跨膜粘連蛋白相連（如橋粒芯蛋白相連（如橋粒芯蛋白desmoglein, 橋粒膠蛋白橋粒膠蛋白desmocollin） 2、功能：鉚接相鄰細(xì)胞、提供中間纖維的錨定位點(diǎn)、形成整體、功能：鉚接相鄰細(xì)胞、提供中間纖維的錨定位點(diǎn)、形成整體網(wǎng)絡(luò)支持和抵抗外界壓力和張力網(wǎng)絡(luò)支持和抵抗外界壓力和張力 3、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)（由里向外）中間纖維、盤(pán)狀

16、致密斑（中間纖維穿過(guò)）（由里向外）中間纖維、盤(pán)狀致密斑（中間纖維穿過(guò)）橋粒蛋白（中間纖維與其相連）橋粒蛋白（中間纖維與其相連）（二）橋粒（二）橋粒1、涵義：在兩個(gè)細(xì)胞之間形成紐扣式結(jié)構(gòu)將相鄰細(xì)胞、涵義：在兩個(gè)細(xì)胞之間形成紐扣式結(jié)構(gòu)將相鄰細(xì)胞“鉚鉚”接接在一起。在一起。 （三）、半橋粒（三）、半橋粒半橋粒與橋粒形態(tài)類(lèi)似半橋粒與橋粒形態(tài)類(lèi)似,但功能和化學(xué)組成不同。但功能和化學(xué)組成不同。功功 能能介導(dǎo)介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)相連（橋粒介導(dǎo)相連（橋粒介導(dǎo)細(xì)胞之間細(xì)胞之間連接）連接）中間纖維中間纖維止于止于半橋粒的半橋粒的致密斑致密斑（橋粒的（橋粒的穿過(guò)致密斑穿過(guò)致密斑） （四）、黏合帶（四

17、）、黏合帶位于緊密連接下方位于緊密連接下方,相鄰細(xì)胞間形成一個(gè)連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu)相鄰細(xì)胞間形成一個(gè)連續(xù)的帶狀結(jié)構(gòu) （四）、黏合斑（四）、黏合斑 細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞通過(guò)肌動(dòng)蛋白纖維肌動(dòng)蛋白纖維(即微絲即微絲)和和整聯(lián)蛋白整聯(lián)蛋白與與細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)之間的連接方式之間的連接方式四、通訊連接四、通訊連接（一）、間隙連接：動(dòng)物細(xì)胞中通過(guò)連接子（一）、間隙連接：動(dòng)物細(xì)胞中通過(guò)連接子（connexon）進(jìn)行的細(xì)胞間連接進(jìn)行的細(xì)胞間連接1、間隙連接的結(jié)構(gòu)、間隙連接的結(jié)構(gòu)連接子：基本單位連接子：基本單位每個(gè)連接子由每個(gè)連接子由6個(gè)個(gè)connexin分子組成。分子組成。 連接子中心形成一連接子中心形成一個(gè)直徑約個(gè)直徑

18、約1.5nm的孔道的孔道連接子單位由兩個(gè)連接子對(duì)接構(gòu)成連接子單位由兩個(gè)連接子對(duì)接構(gòu)成 2、間隙連接的功能、間隙連接的功能 在代謝偶聯(lián)中的作用：允許在代謝偶聯(lián)中的作用：允許小分子代謝物小分子代謝物和和信號(hào)分子信號(hào)分子通過(guò)，通過(guò)，是是細(xì)胞間代謝偶聯(lián)的基礎(chǔ)細(xì)胞間代謝偶聯(lián)的基礎(chǔ) 在神經(jīng)沖動(dòng)信息傳遞過(guò)程中的作用：在神經(jīng)沖動(dòng)信息傳遞過(guò)程中的作用：可興奮細(xì)胞間可興奮細(xì)胞間的間隙的間隙連接有利于細(xì)胞間連接有利于細(xì)胞間快速通訊快速通訊 在卵泡和早期胚胎發(fā)育過(guò)程中的作用：為影響細(xì)胞分化的在卵泡和早期胚胎發(fā)育過(guò)程中的作用：為影響細(xì)胞分化的信號(hào)物質(zhì)傳遞提供信號(hào)物質(zhì)傳遞提供重要通路重要通路，為某一特定細(xì)胞提供分化信，為某一特定細(xì)胞提供分化信息息 間隙連接通透性的可調(diào)性：間隙連接通透性的可調(diào)性：影響因子：胞質(zhì)影響因子：胞質(zhì)pH,自由自由