細(xì)胞膜的功能和構(gòu)成

1、細(xì)胞膜（質(zhì)膜）膜性質(zhì)細(xì)胞膜的功能和構(gòu)成第一節(jié) 生物膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 細(xì)胞膜的功能光鏡下細(xì)胞膜：界膜(內(nèi)外分隔而又溝通)？思考：作為界膜所需要的性質(zhì)屏障對(duì)水溶性物質(zhì)的不通透性通道對(duì)水溶性物質(zhì)選擇性的通透穩(wěn)定的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境分隔與外環(huán)境的溝通識(shí)別和被識(shí)別、 發(fā)出和接收信號(hào) 相鄰細(xì)胞連接物質(zhì)運(yùn)輸信息交流電鏡下的細(xì)胞膜兩暗夾一明，總寬度7nm細(xì)胞膜（cell membrane）質(zhì)膜（plasma membrane）生物膜 (biomembrane) 質(zhì)膜（plasma membrane） 細(xì)胞內(nèi)膜 （internal membrane）質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜具有共同的結(jié)構(gòu)和相近的功能，統(tǒng)稱生物膜第一節(jié)膜

2、是由哪些物質(zhì)構(gòu)成的？這些物質(zhì)是如何構(gòu)成細(xì)胞膜的？第二節(jié)細(xì)胞膜對(duì)于細(xì)胞有些什么作用？細(xì)胞膜大致上如何執(zhí)行這些功能？ 帶著問(wèn)題聽(tīng)課：膜兩側(cè)奇特的離子分布鈣離子濃度：膜外是膜內(nèi)的10000倍！第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 三種成分各自獨(dú)特的理化性狀，三者巧妙的相互作用一、膜脂二、膜蛋白 三、膜糖神經(jīng)髓鞘膜： 脂75線粒體膜： 蛋白質(zhì)75一般： 脂50、蛋白4050、 糖110第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 流動(dòng)鑲嵌模型 Fluid Mosai Model脂質(zhì)分子排成雙層構(gòu)成生物膜的骨架蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌或聯(lián)結(jié)與脂雙層上膜兩側(cè)結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的膜脂和膜蛋白具有一定的流動(dòng)性20世紀(jì)70年代提出(Si

3、nger & Nicolson),不斷補(bǔ)充和完善流動(dòng)鑲嵌模型 Fluid Mosai Model脂質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子脂雙層膜糖脂雙層膜蛋白磷脂雙分子層膜蛋白膜蛋白寡聚多糖糖蛋白糖脂是什么決定膜蛋白在冷凍斷裂的膜樣品上位于哪個(gè)半層？胞質(zhì)半層胞外半層3. 膜脂的流動(dòng)性1. 膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)膜脂 membrane lipids2. 膜脂分子的排列特性4. 脂雙層的不對(duì)稱性(2)膽固醇（cholesterol）可多達(dá)與磷脂等量(3)糖脂 （glycolipid） 外側(cè)磷脂酰膽堿、鞘磷脂外磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺、內(nèi)(1)磷脂（phospholipid）含量最高1. 膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)磷脂（磷脂酰膽

4、堿）的分子結(jié)構(gòu)極性的頭部（親水）非極性尾部（疏水）常見(jiàn)的磷脂及其分布磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸鞘磷脂內(nèi)層外層強(qiáng)硬的平面甾環(huán)結(jié)構(gòu)極性的頭部（親水）非極性尾部（疏水）膽固醇的分子結(jié)構(gòu)強(qiáng)硬的甾環(huán)區(qū)域極性的頭部基團(tuán)較流動(dòng)的尾部區(qū)域膽固醇排列于磷脂之間極性的頭部（親水）非極性尾部（疏水）糖脂的分子結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的糖脂半乳糖腦苷脂最復(fù)雜的糖脂神經(jīng)節(jié)苷脂(GM1)親水脂分子(amphipathic molecule) - 親水又親脂2. 膜脂分子的排列特性(1) 分子團(tuán)(2) 雙分子層(3) 脂質(zhì)體(4) 脂雙層脂質(zhì)分子在水中的排列分子團(tuán)micelle雙分子層bilayer脂質(zhì)體liposome黑膜Bl

5、ack membrane脂質(zhì)分子在水中的排列脂質(zhì)分子在膜上的排列-脂雙層lipid bilayer胞外胞內(nèi) 分子團(tuán)雙分子層脂質(zhì)體(1) 橫向擴(kuò)散(2) 旋轉(zhuǎn)(3) 尾部擺動(dòng)(4) 翻轉(zhuǎn)3. 膜脂的流動(dòng)性 (fluidity)磷脂分子在膜上的運(yùn)動(dòng)橫向擴(kuò)散翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)尾部擺動(dòng)Lateral diffusion1. 磷脂尾部不飽和脂肪酸對(duì)膜流動(dòng)性的影響2. 膽固醇對(duì)膜流動(dòng)性的影響不飽和脂肪酸含量愈高,膜流動(dòng)性愈大堅(jiān)硬的甾環(huán)結(jié)構(gòu)使膜穩(wěn)定性增加脂質(zhì)雙分子層流動(dòng)性(1) 兩個(gè)單層磷脂分布不同 對(duì)流動(dòng)性和帶電性的影響(2) 糖脂全部分布于非胞質(zhì)單層 意義？4. 脂雙層的不對(duì)稱性 (asymmetry of li

6、pid bilayer)胞質(zhì)面非胞質(zhì)面頭部帶氨基的磷脂:我們?cè)谶@兒!我們?cè)谶@兒!糖脂和頭部帶膽堿的磷脂:磷脂的不對(duì)稱分布是怎樣造成的？1.發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中膜脂合成時(shí)復(fù)習(xí)（圖5-14）：3.磷脂轉(zhuǎn)位子翻轉(zhuǎn)酶 使不對(duì)稱分布2.磷脂轉(zhuǎn)位子攪雜酶 使平衡分布磷脂的不對(duì)稱分布意義何在？1.胞質(zhì)面磷脂帶負(fù)電對(duì)某些酶激活有利與磷脂與膜蛋白相互作用有關(guān)：3.胞質(zhì)面磷脂可被某些酶加工2.胞質(zhì)面磷脂為某些胞質(zhì)蛋白提供結(jié)合位點(diǎn)膜蛋白 membrane proteins2.膜蛋白的結(jié)構(gòu)1.膜蛋白的存在方式4.幾種膜蛋白（略）3.膜蛋白的研究方法（略）5.膜蛋白的移動(dòng)性1. 膜蛋白的存在方式1) 膜蛋白肽鏈穿越脂雙層一次

7、-單次跨膜蛋白2) 膜蛋白肽鏈穿越脂雙層數(shù)次-多次跨膜蛋白3)片層卷成筒狀貫穿脂雙層- 筒4) 膜蛋白位于胞質(zhì),其肽鏈?zhǔn)杷五^入脂雙層的胞質(zhì)單層5) 膜蛋白共價(jià)結(jié)合于胞質(zhì)單層6) 膜蛋白通過(guò)一寡糖鏈共價(jià)結(jié)合于非胞質(zhì)單層中稀有磷脂7)膜蛋白非共價(jià)結(jié)合于其他膜蛋白上膜蛋白在脂雙層中存在的方式12 3 4 5 6 7周圍膜蛋白 peripheral membrane protein輕柔分離即可獲得(第6、7種) 整合膜蛋白 integral membrane protein破壞脂雙層方可獲得(第15種) 膜蛋白的不對(duì)稱性1. 分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成和插入脂雙層的方式不對(duì)稱 2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中糖基化

8、不對(duì)稱 -糖加在肽鏈的非胞質(zhì)面一端 （復(fù)習(xí)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上多萜醇寡聚糖的翻轉(zhuǎn)） 3. 肽鏈上半胱氨酸的巰基形式不對(duì)稱 -在胞質(zhì)面呈還原狀態(tài)的巰基-SH 在非胞質(zhì)面呈氧化狀態(tài)的二硫鍵S-S （復(fù)習(xí)：也在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上造成） NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+NH3+COO-COO-COO-COO-COO-COO-跨膜蛋白的不對(duì)稱在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中肽鏈插入方向不同膜蛋白合成二硫鍵和糖基修飾位于膜蛋白的非胞質(zhì)面1.運(yùn)輸?shù)鞍?transportors2.黏附分子 adhesive molecules3.受體 receptors4.抗原遞呈分子 antigen-presenting molecules5.

9、連接蛋白 junction proteins6.酶 enzymes 膜蛋白的功能膜蛋白的存在方式與功能有關(guān)兩側(cè)有作用:跨膜蛋白 運(yùn)輸?shù)鞍?、受體單側(cè)有作用,但需牢固位于膜上:跨膜蛋白 某些連接蛋白單側(cè)有作用,較松散聯(lián)結(jié)于膜上:周圍膜蛋白 細(xì)胞外衣成分 跨膜蛋白back2.膜蛋白的結(jié)構(gòu)2. 筒 barrel 片層卷成筒狀1. 螺旋 helix膜蛋白也是親水脂分子親水又親脂 疏水氨基酸疏水段疏水區(qū)域 (hydrophobic)親水氨基酸親水段親水區(qū)域 (hydrophilic)螺旋真核細(xì)胞和細(xì)菌的跨膜蛋白主要是螺旋結(jié)構(gòu) 疏水脂雙層筒限于線粒體和葉綠體外膜的跨膜蛋白疏水脂雙層(1) 膜蛋白是移動(dòng)的、可

10、擴(kuò)散的，但不翻轉(zhuǎn) 例子：斑片形成、 光漂白后熒光素復(fù)原/光漂白中熒光素丟失(2) 膜蛋白的移動(dòng)是受限的 例子: 膜蛋白的區(qū)域性分布5.膜蛋白的移動(dòng)性 movement光漂白后熒光恢復(fù)實(shí)驗(yàn)（FRAP）光漂白雜交細(xì)胞膜蛋白的混合膜蛋白的區(qū)域性分布小腸上皮細(xì)胞腸腔 上皮下組織間隙膜蛋白的區(qū)域性分布小腸上皮細(xì)胞腸腔 上皮下組織間隙主動(dòng)運(yùn)輸?shù)鞍妆粍?dòng)運(yùn)輸?shù)鞍准?xì)胞膜蛋白流動(dòng)性的限制: 小腸上皮細(xì)胞膜糖類 membrane carbohydrade2. 膜糖類與凝集素(略)1. 膜糖類的存在方式3. 膜糖類的功能 膜糖類7種 分布于膜的非胞質(zhì)面 （細(xì)胞的外側(cè)面或細(xì)胞器的內(nèi)腔面）1. 膜糖類的存在方式 連接于膜

11、蛋白和膜脂 形成糖脂-以寡聚糖鏈共價(jià)結(jié)合于膜脂 (一條寡糖鏈,常有分支,糖含量低) 形成糖蛋白-以寡聚糖鏈共價(jià)結(jié)合于膜蛋白 (多條寡糖鏈,常有分支,糖含量低) 形成蛋白聚糖-以糖胺聚糖鏈共價(jià)結(jié)合于膜蛋白 (多條糖胺聚糖鏈,無(wú)分支,糖含量高)連接方式back蛋白聚糖糖蛋白 糖脂糖基3. 膜糖類的功能(1)形成細(xì)胞外衣 - 保護(hù)(2)特異的糖基和規(guī)則的糖鏈排列 - 識(shí)別 細(xì)胞外衣（cell coat）-真核細(xì)胞表面富含糖類的外圍區(qū)域 與膜蛋白和膜脂相連的膜糖類 + 黏附于膜上的糖蛋白和蛋白聚糖細(xì)胞外衣（cell coat）-真核細(xì)胞表面富含糖類的外圍區(qū)域3. 膜糖類的功能(1)形成細(xì)胞外衣 - 保

12、護(hù)(2)特異的糖基和規(guī)則的糖鏈排列 - 識(shí)別 例子: 特異糖基被凝集素和含凝集素結(jié)構(gòu)域的受體識(shí)別 血型抗原被？識(shí)別小分子物質(zhì)大分子物質(zhì) 識(shí)別 接收和轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào) 物質(zhì)運(yùn)輸信息交流細(xì)胞膜對(duì)于外界既是屏障又是溝通中介細(xì)胞膜的功能?第二節(jié) 細(xì)胞膜的功能 一. 物質(zhì)運(yùn)輸（質(zhì)膜和內(nèi)膜共有） 二. 細(xì)胞識(shí)別和細(xì)胞黏附 三. 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 四. 細(xì)胞連接和組織構(gòu)建對(duì)大分子物質(zhì)（小泡運(yùn)輸）endocytosisexocytosis胞吞胞吐對(duì)小分子物質(zhì)簡(jiǎn)單擴(kuò)散（被動(dòng)）膜蛋白介導(dǎo)運(yùn)輸 一. 物質(zhì)運(yùn)輸 transport載體蛋白（主動(dòng)、被動(dòng)）通道蛋白（被動(dòng)）carrierchannel（脂溶性或不帶電 極性小分子）（各

13、種極性的 帶電小分子）小腸上皮細(xì)胞的葡萄糖運(yùn)輸?shù)鞍啄c腔 上皮下組織間隙主動(dòng)運(yùn)輸載體被動(dòng)運(yùn)輸載體血糖濃度升高后脂肪細(xì)胞對(duì)糖運(yùn)輸?shù)母淖兒铣筛嗟倪\(yùn)輸載體攝入更多的葡萄糖水孔蛋白質(zhì)膜上運(yùn)輸水的通道水孔蛋白血管加壓素幾種分布于各種膜上的運(yùn)輸?shù)鞍纵d體蛋白通道蛋白carrierchannel 各種離子 離子、氨基酸、單糖、核苷酸等改變與所運(yùn)物質(zhì)結(jié)合,然后自身構(gòu)象改變將物質(zhì)在膜另一側(cè)釋放。所運(yùn)物質(zhì)形成跨膜的充水通道讓所運(yùn)物質(zhì)通過(guò)。運(yùn)輸原理運(yùn)輸特點(diǎn)所運(yùn)物質(zhì)主動(dòng)或被動(dòng)運(yùn)輸，與所運(yùn)物質(zhì)互相作用較強(qiáng)，運(yùn)輸速度較慢被動(dòng)運(yùn)輸，與所運(yùn)物質(zhì)互相作用較弱，運(yùn)輸速度較快將在第三篇第九章作詳細(xì)討論小分子跨膜運(yùn)輸 小泡運(yùn)輸 (ve

14、sicular transport) 1. 胞吞作用2. 胞吐作用吞噬 （吞噬體phagosome）吞飲 （胞飲體pinosome）受體介導(dǎo)胞吞（有被小泡， coated vesicle）大分子跨膜運(yùn)輸* 小泡運(yùn)輸 胞吞作用吞噬 (顆粒)細(xì)菌吞噬細(xì)胞鼠巨噬細(xì)胞化學(xué)性變異的紅細(xì)胞back小泡運(yùn)輸 胞吞作用吞噬(顆粒)小泡運(yùn)輸 胞吞作用吞飲(液體)back受體介導(dǎo)的胞吞攝入LDL（膽固醇）有被小泡遺傳性高膽固醇血癥原因之一受體缺陷：不能讓有被小泡結(jié)合go胞吐-蛋白分泌小泡的形成和融合 伴隨膜的運(yùn)動(dòng) 耗能將在第三篇第十章作詳細(xì)討論 膜蛋白的運(yùn)輸和更新也依賴小泡運(yùn)輸 想一想:膜蛋白從哪里制造出來(lái)? 又

15、怎樣被運(yùn)送到膜上? 膜蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)制造、在高爾基體加工，由運(yùn)輸小泡運(yùn)送到膜上(像跨膜運(yùn)輸一樣)。運(yùn)輸小泡沿著細(xì)胞骨架搭成的“ 軌道”滾動(dòng)。(下一章內(nèi)容)膜泡運(yùn)輸細(xì)胞骨架運(yùn)輸 二.細(xì)胞識(shí)別和細(xì)胞黏附Cell recognition & cell adhesion1. 細(xì)胞黏附和遷移2. 精卵結(jié)合3. 抗原遞呈和免疫應(yīng)答4. 移植排斥反應(yīng)神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)生遷移集聚分化神經(jīng)細(xì)胞衛(wèi)星細(xì)胞構(gòu)成神經(jīng)節(jié)細(xì)胞識(shí)別和細(xì)胞黏附上皮的基底細(xì)胞基底細(xì)胞增殖相鄰細(xì)胞互相連接上皮擴(kuò)展細(xì)胞識(shí)別和細(xì)胞黏附表達(dá)不同黏附分子的兩種細(xì)胞分別黏附在一起表達(dá)相同黏附分子但表達(dá)水平有高低的兩種細(xì)胞分別黏附在一起1. 細(xì)胞黏附和遷移 adhe

16、sion & migration發(fā)生：白細(xì)胞趨化（穿過(guò)血管內(nèi)皮進(jìn)入炎癥組織） 白細(xì)胞歸巢（穿過(guò)血管內(nèi)皮進(jìn)入淋巴器官）第一步：識(shí)別選擇素識(shí)別并結(jié)合受體上膜糖類第二步：黏附并遷移整合素與受體上膜糖類結(jié)合 白細(xì)胞 內(nèi)皮細(xì)胞呵！我倆認(rèn)識(shí)質(zhì)膜表面有選擇素受體和整合素受體質(zhì)膜表面有選擇素和整合素選擇素、整合素及其受體都是跨膜糖蛋白(叫作細(xì)胞黏附分子)。將在第二篇第八章作詳細(xì)討論白細(xì)胞質(zhì)膜表面有受體內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)膜表面 選擇素和整合素白細(xì)胞滾動(dòng)膜蛋白與細(xì)胞黏附2. 精卵結(jié)合 sperm-ovum binding 初級(jí)識(shí)別初級(jí)精子受體（與初級(jí)卵子結(jié)合蛋白） 精子 卵子次級(jí)識(shí)別次級(jí)精子受體質(zhì)膜表面有卵子結(jié)合蛋白質(zhì)膜

17、表面有精子受體我來(lái)了！結(jié)合蛋白和受體都是跨膜糖蛋白 精子膜表面的結(jié)合蛋白（凝集素）識(shí)別了卵子膜表面受體上的特殊糖基將在第五篇第十五章作詳細(xì)討論精卵識(shí)別 保證了受精的種屬特異性保證了單精受精是受精的啟動(dòng)步驟3. 抗原遞呈和免疫應(yīng)答Antigen-presenting & immunoresponse發(fā)生：專職吞噬細(xì)胞通過(guò)自己的 II類MHC分子遞呈抗原 其他各種細(xì)胞通過(guò)自己的I類MHC分子遞呈抗原淋巴細(xì)胞受體識(shí)別MHC分子和它們遞呈的抗原 淋巴 細(xì)胞 “ 壞細(xì)胞 ” 看你往那兒逃!質(zhì)膜表面有受體質(zhì)膜表面有MHC分子MHC分子和受體都是跨膜糖蛋白 可參考第五篇第十七章細(xì)胞毒性T 淋巴細(xì)胞受體識(shí)別I

18、類MHC分子和它們遞呈的內(nèi)源性抗原輔助T 淋巴細(xì)胞受體識(shí)別II類MHC分子和它們遞呈的外源性抗原然后引發(fā)免疫應(yīng)答* MHC: 主要組織相容性復(fù)合物major histocompatity complex4. 移植排斥反應(yīng) transplantation rejection發(fā)生：同種或異種的不同個(gè)體之間作細(xì)胞、組織或器官移植， 引發(fā)受者對(duì)供者移植物的免疫排斥反應(yīng)。移植物排斥：不同種屬和個(gè)體獨(dú)特的MHC分子成為抗原輸血反應(yīng)：不同種屬和個(gè)體獨(dú)特的ABO等系統(tǒng)成為抗原 受者免疫細(xì)胞 供者細(xì)胞我看你不是自己人質(zhì)膜表面有受體質(zhì)膜表面有特異MHC分子或血型抗原MHC、血型抗原及其受體都是跨膜糖蛋白 ABO四

19、種血型抗原的差別是由血型糖蛋白在質(zhì)膜外表面的寡聚糖側(cè)鏈結(jié)構(gòu)造成的。從而引發(fā)受者對(duì)供者免疫反應(yīng)，導(dǎo)致紅細(xì)胞被攻擊（溶血）。造成ABO血型抗原的血型糖蛋白ABO血型抗原系統(tǒng)血型糖蛋白結(jié)構(gòu)差異所在 三.細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) Cell signaling1. 膜受體及其分類2. 膜受體與信號(hào)的負(fù)性調(diào)節(jié)膜受體和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)膜受體：信號(hào)接收裝置膜受體分類1. 離子通道偶聯(lián)受體2. G蛋白偶聯(lián)受體3. 酶偶聯(lián)受體膜受體是跨膜蛋白膜受體的種類離子通道偶聯(lián)受體 G蛋白偶連受體 酶偶聯(lián)受體膜受體與細(xì)胞外信號(hào)分子結(jié)合而被激活，從而將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)信號(hào)系統(tǒng)的負(fù)性調(diào)節(jié)（信號(hào)接收裝置水平）：受體的失敏與被胞吞受體激活受體失敏受

20、體被胞吞 四.細(xì)胞連接和組織構(gòu)建 Cell junction & tissue construction1. 封閉相鄰細(xì)胞間隙2. 加固與相鄰細(xì)胞和與基質(zhì)的連接3. 與相鄰細(xì)胞形成連接通道 通訊連接，其中有 間隙連接（gap junction） 錨定連接 閉鎖連接， 緊密連接（tight junction）細(xì)胞連接的類型細(xì)胞膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 三種成分:膜脂 膜蛋白 膜糖流動(dòng)鑲嵌模型 Fluid Mosai Model脂質(zhì)分子排成雙層構(gòu)成生物膜的骨架蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌或聯(lián)結(jié)與脂雙層上膜兩側(cè)結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的膜脂和膜蛋白具有一定的流動(dòng)性本章重點(diǎn) 1細(xì)胞膜上3種成分的作用 本章重點(diǎn) 2 * 膜蛋白擔(dān)任運(yùn)輸?shù)鞍?、黏附分子、受體、抗原遞呈分子和連接蛋白等角色，是細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞間相互識(shí)別、黏附、連接和對(duì)細(xì)胞外信號(hào)應(yīng)答的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。