第六章細(xì)胞膜

細(xì)胞最外層結(jié)構(gòu)是什么？這一結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞與環(huán)境的關(guān)系起什么作用？細(xì)胞內(nèi)外、細(xì)胞器內(nèi)外的分子組成截然不同第三章細(xì)胞膜第一節(jié)細(xì)胞膜的化學(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)電鏡下的細(xì)胞膜—兩暗夾一明，總寬度7nm叫作單位膜電影細(xì)胞膜（cellmembrane）＝質(zhì)膜（plasmamembrane）生物膜(biomembrane)

質(zhì)膜（plasmamembrane）

細(xì)胞內(nèi)膜（internalmembrane）——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

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40－50％、糖1－10％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FluidMosaicModel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(Singer&Nicolson),不斷補(bǔ)充和完善膜糖膜脂膜蛋白流動(dòng)鑲嵌模型FluidMosaicModel3.膜脂的流動(dòng)性1.膜脂的種類和分子結(jié)構(gòu)膜脂membranelipids2.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)都是兼性分子-親水又親脂磷脂（磷脂酰膽堿）的分子結(jié)構(gòu)極性的頭部（親水）非極性尾部（疏水）常見(jiàn)的磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸鞘磷脂強(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)Lipidsthathavesugarsinsteadofphosphateastheirheadgroups,eitherasmono-oroligosaccharides-arecalledglycolipids.Glycolipidsarefoundexclusivelyintheoutward-facingpartofthebilayer.Inredbloodcells,thetypeofglycolipidspresentdetermineswhichcombinationofABObloodgroupsapersonhas.Liketheirchemicalcousins,glycolipidscanperformstructuralroles,insulatingorprotectingthemembrane.Andtheycanalsofunction,inconcertwithmembraneproteins,asreceptors—glycolipidsareinvolvedintheinsulinpathway,forexample.Someofthecell'senemiesalsohomeinonthem.TheHIVvirusrecognizesglycolipidswhenitlocksontoimmunecells.Thecholeraandtetanustoxinsalsoattachtomembraneglycolipids.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lipidbilayer胞外胞內(nèi)分子團(tuán)雙分子層脂質(zhì)體兼性分子(amphipathicmolecule)-親水又親脂2.膜脂分子的排列特性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)Lateraldiffusion3.膜脂的流動(dòng)性(fluidity)1.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animation(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

4.脂雙層的不對(duì)稱性(asymmetryoflipidbilayer)胞質(zhì)面非胞質(zhì)面頭部帶氨基的磷脂:我們?cè)谶@兒!糖脂和頭部帶膽堿的磷脂:我們?cè)谶@兒!膜蛋白membraneproteins2.膜蛋白的結(jié)構(gòu)1.膜蛋白的種類3.膜蛋白的移動(dòng)性物質(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?膜糖膜脂膜蛋白膜蛋白在脂雙層中存在的方式12345671，2：跨膜蛋白transmembraneprotein根據(jù)分離的難易和在膜上的存在方式分為2類：1、外在蛋白

位于膜內(nèi)外表面，溫和鹽溶液可洗脫2、內(nèi)在蛋白與脂雙層牢固結(jié)合，不易分離Glycosylphosphatidylinositol(糖基磷脂酰肌醇)膜蛋白的結(jié)構(gòu)2.β筒βbarrel

－β片層卷成筒狀1.α螺旋αhelix膜蛋白也是兼性分子－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)α螺旋真核細(xì)胞和細(xì)菌的跨膜蛋白主要是α螺旋結(jié)構(gòu)疏水脂雙層β筒限于線粒體和葉綠體外膜的跨膜蛋白疏水脂雙層Priondiseases-著名的與膜表面糖蛋白有關(guān)的疾病致病原因：PrP變成PrP*PrP：質(zhì)膜表面糖蛋白，神經(jīng)細(xì)胞含量特別豐富，功能不明， 正常情況下偶可改變構(gòu)象成為PrP*。PrP*：正常PrP二維和三維結(jié)構(gòu)改變，折疊錯(cuò)誤。易于聚集，具有感染性。引起瘋牛病的異常PrP*蛋白正常PrP蛋白異常PrP*有傳染性，使其它正常PrP變成異常PrP*正常情況下偶然發(fā)生膜蛋白的不對(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不對(duì)稱--糖加在肽鏈的非胞質(zhì)面一端

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

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animation二硫鍵和糖基修飾位于膜蛋白的非胞質(zhì)面1.運(yùn)輸?shù)鞍譼ransportors2.黏附分子adhesivemolecules3.受體receptors4.抗原遞呈分子antigen-presentingmolecules5.連接蛋白junctionproteins6.酶enzymes

膜蛋白的功能膜蛋白的存在方式與功能有關(guān)(1)膜蛋白是移動(dòng)的、可擴(kuò)散的，但不翻轉(zhuǎn)

例子：雜交細(xì)胞膜蛋白混合(2)膜蛋白的移動(dòng)是受限的

例子:膜蛋白的區(qū)域性分布膜蛋白的移動(dòng)性movement光漂白后熒光恢復(fù)實(shí)驗(yàn)（FRAP）movie雜交細(xì)胞膜蛋白的混合分布于膜的非胞質(zhì)面（細(xì)胞的外側(cè)面或細(xì)胞器的內(nèi)腔面）連接于膜蛋白和膜脂膜糖類membranecarbohydrade細(xì)胞外衣（cellcoat）-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)胞外基質(zhì)）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)胞膜對(duì)于外界既是屏障又是溝通中介細(xì)胞膜的功能?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）對(duì)小分子物質(zhì)運(yùn)輸－－需要膜運(yùn)輸?shù)鞍捉閷?dǎo)－－需要膜脂雙層變化和膜蛋白、膜糖參與

二.細(xì)胞識(shí)別和細(xì)胞黏附細(xì)胞黏附和遷移精卵結(jié)合移植排斥反應(yīng)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2.精－卵結(jié)合精子卵子質(zhì)膜表面有卵子結(jié)合蛋白質(zhì)膜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保證了受精的種屬特異性2.是受精的啟動(dòng)步驟精－卵識(shí)別移植排斥反應(yīng)

transplantationrejection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)。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)膜表面有特異識(shí)別分子

三.細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)Signaltransduction膜受體及其分類信號(hào)接收裝置:膜受體G蛋白偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)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)膜受體：信號(hào)接收裝置是跨膜蛋白

細(xì)胞連接和組織構(gòu)建Celljunction&tissueconstruction1.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)胞形成連接通道細(xì)胞連接的概念——細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與胞基質(zhì)間發(fā)生聯(lián)系的特殊結(jié)構(gòu)。通訊連接，其中有縫隙連接（gapjunction）錨著連接閉鎖連接，＝緊密連接（tightjunction）細(xì)胞連接的類型Whatarelipidrafts?

Nowmostresearchersbelievethatthereislocalstructurewithindifferentareasofthesamemembraneleaflet,intheformofrelativelydensepatchescalledlipidrafts.Lipidraftshavechangedourviewofmembraneorganization.Raftsaresmallplatforms,composedofsphingolipidsandcholesterolintheouterexoplasmicleaflet,connectedtophospholipidsandcholesterolintheinnercytoplasmicleafletofthelipidbilayer.Theseassembliesarefluidbutmoreorderedandtightlypackedthanthesurroundingbilayer.Thedifferenceinpackingisduetothesaturationofthehydrocarbonchainsinraftsphingolipidsandphospholipidsascomparedwiththeunsaturatedstateoffattyacidsofphospholipidsintheliquid-disorderedphase.Thus,thepresenceofliquid-orderedmicrodomainsincellstransformstheclassicalmembranefluidmosaicmodelintoamorecomplexsystem,whereproteinsandlipidraftsdiffuselaterallywithinatwo-dimensionalliquid.Thedifferentpackingofthesphingolipidsandphospholipidsprobablyleadstotheirphaseseparationinmembranebilayers.Sphingolipidmicrodomainsfloatinaphospholipidbilayer,leadingtothecoiningoftheterm'lipidrafts'.Thefunctionofrafts

Manyfunctionshavebeenattributedtorafts,fromcholesteroltransport,endocytosisandsignaltransduction.

Thelaterisalmostcertainlythecase.(Thompsenetal,2002).

Simons,K.etal.J.Clin.Invest.2002;110:597-603Mechanismsofraftclustering.(a)Rafts(red)aresmallattheplasmamembrane,containingonlyasubsetofproteins.(b)Raftsizeisincreasedbyclustering,leadingtoanewmixtureofmolecules.Thisclusteringcanbetriggered(1)attheextracellularsidebyligands,antibodies,orlectins,(2)withinthemembranebyoligomerization,or(3)bycytosolicagents(cytoskeletalelements,adapters,scaffolds).Raftclusteringoccursatthep