細(xì)胞質(zhì)膜2014學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第一頁(yè)，共29頁(yè)。第1頁(yè)/共28頁(yè)第二頁(yè)，共29頁(yè)。第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)構(gòu)(jigu)(jigu)模型模型1. E.Overton1895年發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易(rngy)透過(guò)植物細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易夠過(guò)細(xì)胞膜。因此推測(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類(lèi)物質(zhì)組成。2. E. Gorter &F. Grendel1925年用有機(jī)溶劑提取了人的紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類(lèi)成分，將其鋪展在水面，測(cè)出膜脂展開(kāi)的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成第2頁(yè)/共28頁(yè)第三頁(yè)，共29頁(yè)。雙分子雙分子(fnz)片層模型（三明治模型片層模型（三明治模型） 認(rèn)為(rnwi)

2、：細(xì)胞膜是兩層磷脂分子構(gòu)成，分子的疏水性碳?xì)滏溤谀?nèi)部彼此相對(duì)，親水端朝外，親水端覆蓋著一層球形蛋白質(zhì)分子。即“蛋白質(zhì)脂質(zhì)蛋白質(zhì)”的三明治式結(jié)構(gòu)模型。3. J. Danielli & H. Davson 1935年發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力(biominzhngl)比油-水界面的張力低得多，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)。1959年提出了修正模型，認(rèn)為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過(guò)。第3頁(yè)/共28頁(yè)第四頁(yè)，共29頁(yè)。J.D.Rorbertson提出所有膜都呈三層式結(jié)構(gòu)：在橫切面上表現(xiàn)為兩側(cè)為暗線、中央夾著一條明線。于是他根據(jù)在電鏡下的觀察結(jié)構(gòu)，以及質(zhì)膜的一些(yxi)功能指標(biāo)，提出了單位

3、膜模型（Unit membrane model）。單位單位(dnwi)膜模型膜模型他認(rèn)為，膜中央為脂類(lèi)雙層分子(fnz)，在電鏡下顯示為明線，膜兩側(cè)為展開(kāi)的蛋白質(zhì)分子(fnz)層，在電鏡下顯示為暗線。第4頁(yè)/共28頁(yè)第五頁(yè)，共29頁(yè)。 在單位膜模型(mxng)的基礎(chǔ)上Singer和Nicolson在1972年提出了生物膜的流動(dòng)鑲嵌型模型(mxng)。這種模型(mxng)主要強(qiáng)調(diào)：（1）膜的流動(dòng)性，膜蛋白和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)（2）膜蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)性，有的鑲在膜的表面，有的嵌入或橫跨脂雙分子層。 流動(dòng)鑲嵌流動(dòng)鑲嵌(xingqin)型模型型模型(Fluid mosaic model)第5頁(yè)/共28頁(yè)

4、第六頁(yè)，共29頁(yè)。這種模型是對(duì)膜的流動(dòng)性的新理解，主要觀點(diǎn)：在甘油磷脂主體的生物膜上，膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)形成相對(duì)有序的脂相，如同漂浮(pio f)在脂雙層上的“脂筏”一樣載著執(zhí)行某些特定生物學(xué)功能的各種膜蛋白。 脂筏在高爾基體上形成、參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、跨膜運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程脂筏模型脂筏模型(mxng)(lipid model, Simons 1988)脂筏模型(mxng)示意圖第6頁(yè)/共28頁(yè)第七頁(yè)，共29頁(yè)。目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歸納為以下幾點(diǎn)：目前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歸納為以下幾點(diǎn)：（1 1）脂類(lèi)是生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分。具有極性頭部）脂類(lèi)是生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分。具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在水

5、相中具有自發(fā)形成封和非極性尾部的磷脂分子在水相中具有自發(fā)形成封閉的膜系統(tǒng)的性質(zhì)，磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，閉的膜系統(tǒng)的性質(zhì)，磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相形成脂雙分子層。極性頭部朝向水相形成脂雙分子層。（2 2）鑲嵌性）鑲嵌性 蛋白質(zhì)分子以不同的方式鑲嵌在脂雙蛋白質(zhì)分子以不同的方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在起表面，蛋白質(zhì)的類(lèi)型、分布的層分子中或結(jié)合在起表面，蛋白質(zhì)的類(lèi)型、分布的不對(duì)成性及其與脂分子的協(xié)同作用賦予生物膜各自不對(duì)成性及其與脂分子的協(xié)同作用賦予生物膜各自的特性與功能。的特性與功能。（3 3）流動(dòng)性）流動(dòng)性 生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中

6、的二維溶液。但膜蛋白與膜脂間、膜蛋白與膜蛋中的二維溶液。但膜蛋白與膜脂間、膜蛋白與膜蛋白間以及與膜兩側(cè)大分子間存在復(fù)雜白間以及與膜兩側(cè)大分子間存在復(fù)雜(fz)(fz)的相互的相互作用，限制了膜的流動(dòng)性。作用，限制了膜的流動(dòng)性。（4 4）生物膜的動(dòng)態(tài)）生物膜的動(dòng)態(tài) 在細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂過(guò)程中，生在細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂過(guò)程中，生物膜在三維空間上可出現(xiàn)彎曲、折疊、延伸等改變物膜在三維空間上可出現(xiàn)彎曲、折疊、延伸等改變，出于不斷的動(dòng)態(tài)變化，確保生命活動(dòng)的進(jìn)行。，出于不斷的動(dòng)態(tài)變化，確保生命活動(dòng)的進(jìn)行。第7頁(yè)/共28頁(yè)第八頁(yè)，共29頁(yè)。第8頁(yè)/共28頁(yè)第九頁(yè)，共29頁(yè)。二、二、 質(zhì)膜的化學(xué)組成質(zhì)膜的化學(xué)組成(z

7、chn)(z chn)和結(jié)構(gòu)排列和結(jié)構(gòu)排列第9頁(yè)/共28頁(yè)第十頁(yè)，共29頁(yè)。n磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿(dn jin)(dn jin)（卵磷脂（卵磷脂) )、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰乙醇胺n磷脂酰肌醇、磷脂酰肌醇、 磷酯酰絲氨磷酯酰絲氨酸酸n合成部位：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成部位：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第10頁(yè)/共28頁(yè)第十一頁(yè)，共29頁(yè)。 磷脂的特性：磷脂的特性：a a、磷脂為雙性分子，由磷脂酰堿基和脂肪酸、磷脂為雙性分子，由磷脂酰堿基和脂肪酸兩部分通過(guò)甘油基團(tuán)結(jié)合而成的，具有一個(gè)兩部分通過(guò)甘油基團(tuán)結(jié)合而成的，具有一個(gè)極性頭部和兩個(gè)非極性碳?xì)湮膊?；極性頭部和兩個(gè)非極性碳?xì)湮膊?；c c、脂雙分子層具有不對(duì)稱(chēng)性、脂雙分子層具有不對(duì)稱(chēng)

8、性 例如，人的紅例如，人的紅細(xì)胞質(zhì)膜，脂雙層的外單層幾乎全部由磷脂細(xì)胞質(zhì)膜，脂雙層的外單層幾乎全部由磷脂酰膽堿所組成，而內(nèi)單層則是由一端含氨基酰膽堿所組成，而內(nèi)單層則是由一端含氨基的磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸組成，故膜的磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸組成，故膜內(nèi)外層的電荷有顯著差異，且有重要的生理內(nèi)外層的電荷有顯著差異，且有重要的生理功能；功能；d d、脂肪酸為偶數(shù)、脂肪酸為偶數(shù)(u sh)(u sh)碳碳 e e、除飽和脂肪酸根外，、除飽和脂肪酸根外， 還有不飽和順式脂肪酸還有不飽和順式脂肪酸磷脂(ln zh)分子磷脂酰堿基-集中(jzhng)了磷酸和堿基，極性強(qiáng)，親水第11頁(yè)/共28頁(yè)第十二頁(yè)

9、，共29頁(yè)。 鞘鞘 脂：脂： 合成部位：高爾基體合成部位：高爾基體具有一個(gè)類(lèi)似甘油磷脂的極性頭部具有一個(gè)類(lèi)似甘油磷脂的極性頭部- -鞘磷鞘磷脂。脂。 - -豐富豐富(fngf)(fngf)度最高的鞘度最高的鞘磷脂為神經(jīng)鞘磷脂磷脂為神經(jīng)鞘磷脂 另一類(lèi)鞘脂類(lèi)為糖脂另一類(lèi)鞘脂類(lèi)為糖脂-極性頭部直接共極性頭部直接共價(jià)結(jié)合到鞘氨醇上的一個(gè)糖分子或寡糖價(jià)結(jié)合到鞘氨醇上的一個(gè)糖分子或寡糖鏈。鏈。 - -普遍存在于原核和真核普遍存在于原核和真核細(xì)胞的膜上，其含量約占膜質(zhì)總量的細(xì)胞的膜上，其含量約占膜質(zhì)總量的5 5以下。以下。第12頁(yè)/共28頁(yè)第十三頁(yè)，共29頁(yè)。 固固 醇：醇： 膽固醇及其類(lèi)似物，自身不能形成

10、脂膽固醇及其類(lèi)似物，自身不能形成脂雙層，只能雙層，只能(zh nn)(zh nn)插入磷脂分子之間插入磷脂分子之間，參與生物膜的形成。，參與生物膜的形成。 其含量不超過(guò)膜脂的13，膽固醇在調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)的通透性等方面起著重要作用。膽固醇還是很多重要的生物活性分子的前體化合物，如固醇類(lèi)激素、維生素D等。還參與信號(hào)(xnho)轉(zhuǎn)導(dǎo)：膽固醇可與發(fā)育調(diào)控的信號(hào)(xnho)分子Hedgehog共價(jià)結(jié)合。第13頁(yè)/共28頁(yè)第十四頁(yè)，共29頁(yè)。第14頁(yè)/共28頁(yè)第十五頁(yè)，共29頁(yè)。hggfhfdg膜蛋白與膜膜蛋白與膜的結(jié)合的結(jié)合(jih)(jih)結(jié)合結(jié)合(jih)(jih

11、)方式方式第15頁(yè)/共28頁(yè)第十六頁(yè)，共29頁(yè)。n（3 3）膜糖類(lèi)）膜糖類(lèi)(tn li)(tn li)：膜結(jié)構(gòu)的糖類(lèi)：膜結(jié)構(gòu)的糖類(lèi)(tn li)(tn li)主要與膜脂、膜蛋白以共價(jià)鍵主要與膜脂、膜蛋白以共價(jià)鍵形成糖脂和糖蛋白，分布在膜的表面。形成糖脂和糖蛋白，分布在膜的表面。第16頁(yè)/共28頁(yè)第十七頁(yè)，共29頁(yè)。脂雙層+蛋白+糖磷脂（甘油(n yu)磷脂、鞘脂）、糖脂和固醇周邊蛋白、跨膜蛋白、脂錨定蛋白第17頁(yè)/共28頁(yè)第十八頁(yè)，共29頁(yè)。一、膜的流動(dòng)性一、膜的流動(dòng)性 膜脂的流動(dòng)性和膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性膜脂的流動(dòng)性和膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性, , 都與分子的屬性都與分子的屬性有關(guān)。有關(guān)。1 1膜脂的流動(dòng)性膜

12、脂的流動(dòng)性（1 1）膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式：）膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式： 磷脂分子以膜平面相垂直的軸線左右擺動(dòng)；磷脂分子以膜平面相垂直的軸線左右擺動(dòng)； 磷脂分子圍繞與膜平面相垂直的軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；磷脂分子圍繞與膜平面相垂直的軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 磷脂分子在膜內(nèi)沿膜平面?zhèn)认蛄字肿釉谀?nèi)沿膜平面?zhèn)认?c xin)(c xin)擴(kuò)散或側(cè)向擴(kuò)散或側(cè)向(c xin)(c xin)移動(dòng)；移動(dòng)； 磷脂分子在兩層脂分子中磷脂分子在兩層脂分子中 作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即脂分子從一單作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即脂分子從一單 分子層以分子層以180180度翻到另一脂分子單度翻到另一脂分子單 層中層中第二節(jié)第二節(jié) 生物膜基本特征與功能生物膜基本特征與功能(gn

13、gnng)(gngnng)第18頁(yè)/共28頁(yè)第十九頁(yè)，共29頁(yè)。消防(xiofng)規(guī)劃法規(guī)和第19頁(yè)/共28頁(yè)第二十頁(yè)，共29頁(yè)。脂肪酸鏈的飽和程度脂肪酸鏈的飽和程度( (雙鍵雙鍵(shun jin)(shun jin)越多，流動(dòng)性越大越多，流動(dòng)性越大) )脂肪酸鏈的長(zhǎng)度脂肪酸鏈的長(zhǎng)度（越短，流動(dòng)性越大）（越短，流動(dòng)性越大） 膽固醇磷脂的比值膽固醇磷脂的比值（比值大，流動(dòng)性低）（比值大，流動(dòng)性低） 卵磷脂鞘磷脂的比值卵磷脂鞘磷脂的比值（比值大，流動(dòng)性高）（卵磷脂不飽和程度高，鞘磷脂黏度是（比值大，流動(dòng)性高）（卵磷脂不飽和程度高，鞘磷脂黏度是卵磷脂的卵磷脂的6 6倍）倍）衰老和動(dòng)脈硬化都與膜的

14、流動(dòng)性有關(guān)衰老和動(dòng)脈硬化都與膜的流動(dòng)性有關(guān)( (比值降低）比值降低） 膜蛋白的影響膜蛋白的影響 此外，膜脂的極性基團(tuán)、環(huán)境溫度、離子強(qiáng)度、金屬離子等均此外，膜脂的極性基團(tuán)、環(huán)境溫度、離子強(qiáng)度、金屬離子等均可對(duì)膜脂的流動(dòng)性產(chǎn)生一定的影響可對(duì)膜脂的流動(dòng)性產(chǎn)生一定的影響（2 2） 影響影響(yngxing)(yngxing)膜脂分子流動(dòng)性的因素膜脂分子流動(dòng)性的因素第20頁(yè)/共28頁(yè)第二十一頁(yè)，共29頁(yè)。2 2膜蛋白的流動(dòng)膜蛋白的流動(dòng)(lidng)(lidng) 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)方式主要有側(cè)向擴(kuò)散(kusn)和繞與膜平面相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)。利用細(xì)胞融合技術(shù)利用細(xì)胞融合技術(shù)(jsh)(jsh)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)觀

15、察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)40 min第21頁(yè)/共28頁(yè)第二十二頁(yè)，共29頁(yè)。膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性要受其所處的微環(huán)境(hunjng)的制約：（1）周?chē)ぶ男再|(zhì)和相態(tài)：液態(tài)區(qū)易于流動(dòng)，晶態(tài)區(qū)不易運(yùn)動(dòng)（2）質(zhì)膜相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用：如紅細(xì)胞膜下的膜骨架的作用限制了蛋白的運(yùn)動(dòng)（3）細(xì)胞骨架的作用：微管可固定膜蛋白的位置，微絲可引起膜蛋白運(yùn)動(dòng)。第22頁(yè)/共28頁(yè)第二十三頁(yè)，共29頁(yè)。第23頁(yè)/共28頁(yè)第二十四頁(yè)，共29頁(yè)。 二、膜的不對(duì)稱(chēng)性二、膜的不對(duì)稱(chēng)性質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異，稱(chēng)為膜的不對(duì)稱(chēng)性。有明顯的差異，稱(chēng)為膜的不對(duì)稱(chēng)性。膜脂、膜蛋白和復(fù)合糖在膜上均呈不對(duì)稱(chēng)分布，導(dǎo)致膜功能的不

16、膜脂、膜蛋白和復(fù)合糖在膜上均呈不對(duì)稱(chēng)分布，導(dǎo)致膜功能的不對(duì)稱(chēng)性和方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動(dòng)性不同，使物質(zhì)傳遞有一對(duì)稱(chēng)性和方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動(dòng)性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號(hào)的接受和傳遞也有一定方向等。定方向，信號(hào)的接受和傳遞也有一定方向等。樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜往往從脂雙層中央斷開(kāi)，為了便樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜往往從脂雙層中央斷開(kāi)，為了便于研究，各部分于研究，各部分(b fen)(b fen)都有固定的名稱(chēng)：都有固定的名稱(chēng)：ESES，質(zhì)膜的細(xì)胞外表，質(zhì)膜的細(xì)胞外表面；面；PSPS，質(zhì)膜的原生質(zhì)表面；，質(zhì)膜的原生質(zhì)表面；EFEF，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

17、面；PFPF，原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面。，原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面。 膜各個(gè)膜各個(gè)(gg)(gg)斷面斷面的名稱(chēng)的名稱(chēng)ESESEFEFPFPFPSPS第24頁(yè)/共28頁(yè)第二十五頁(yè)，共29頁(yè)。1 1膜脂的不對(duì)稱(chēng)性膜脂的不對(duì)稱(chēng)性 脂分子脂分子(fnz)(fnz)在脂雙層中呈不均勻分布，質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷在脂雙層中呈不均勻分布，質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷脂的含量比例也不同。脂的含量比例也不同。 2 2膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性是指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性和分布的區(qū)域性。各種膜蛋白在膜上都有特定向性和分布的區(qū)域性。各種膜

18、蛋白在膜上都有特定(tdng)(tdng)的分布的分布區(qū)域。區(qū)域。 某些膜蛋白只有在特定某些膜蛋白只有在特定(tdng)(tdng)膜脂存在時(shí)才能發(fā)揮其功能，如膜脂存在時(shí)才能發(fā)揮其功能，如：蛋白激酶：蛋白激酶C C 結(jié)合于膜的內(nèi)側(cè)，需要磷脂酰絲氨酸的存在下才能發(fā)結(jié)合于膜的內(nèi)側(cè)，需要磷脂酰絲氨酸的存在下才能發(fā)揮作用；線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性揮作用；線粒體內(nèi)膜的細(xì)胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性。3 3復(fù)合糖的不對(duì)稱(chēng)性復(fù)合糖的不對(duì)稱(chēng)性無(wú)論在任何情況下，糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面，這些無(wú)論在任何情況下，糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面，這些成分可能是細(xì)胞表面受

19、體，并且與細(xì)胞的抗原性有關(guān)。成分可能是細(xì)胞表面受體，并且與細(xì)胞的抗原性有關(guān)。第25頁(yè)/共28頁(yè)第二十六頁(yè)，共29頁(yè)。三、細(xì)胞質(zhì)膜的功能三、細(xì)胞質(zhì)膜的功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸，包括代謝底物的輸入與代選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸，包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排除，其中伴隨著能量的傳遞謝產(chǎn)物的排除，其中伴隨著能量的傳遞提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，并完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，并完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞傳遞為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效而有為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行序地進(jìn)行介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)構(gòu)膜蛋白的異常與某些膜蛋白的