細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與細(xì)胞表面第一頁，共五十四頁，2022年，8月28日掌握細(xì)胞膜、生物膜、單位膜的概念；掌握細(xì)胞膜的組成和磷脂的結(jié)構(gòu)特點，了解磷脂的種類、膽固醇和糖脂的結(jié)構(gòu)；了解六種生物膜的結(jié)構(gòu)模型及其優(yōu)缺點，掌握流動鑲嵌模型；了解膜脂、膜蛋白的運(yùn)動方式。掌握生物膜的特性。教學(xué)目的第二頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三章細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

Chapter3Cellmembraneandcellsurface概述基本概念細(xì)胞膜（cellmembrane）生物膜（biomembrane）單位膜（unitmembrane）細(xì)胞表面（cellsurface）第三頁，共五十四頁，2022年，8月28日基本概念1.細(xì)胞膜cellmembrane:

是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類所組成的界膜。2.生物膜biomembrane:細(xì)胞膜與細(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。第四頁，共五十四頁，2022年，8月28日基本概念3.單位膜unitmembrane：

生物膜在電鏡下呈現(xiàn)出的較為一致的三層結(jié)構(gòu)，即電子致密度高的內(nèi)外兩層之間夾著電子密度較低的中間層。第五頁，共五十四頁，2022年，8月28日細(xì)胞內(nèi)脂雙層膜蛋白細(xì)胞衣4.細(xì)胞表面cellsurface：

細(xì)胞膜、細(xì)胞外被、細(xì)胞膜內(nèi)面的胞質(zhì)溶膠、各種細(xì)胞連接結(jié)構(gòu)和細(xì)胞膜的一些特化結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為細(xì)胞表面。胞質(zhì)溶膠第六頁，共五十四頁，2022年，8月28日生物膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成二、細(xì)胞膜的特性三、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型

復(fù)習(xí)題第七頁，共五十四頁，2022年，8月28日一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜的主要化學(xué)成分有脂質(zhì)(lipid)、蛋白質(zhì)(protein)和糖類(sugar)。第八頁，共五十四頁，2022年，8月28日(一)膜脂(membranelipid)生物膜上的脂類統(tǒng)稱膜脂。膜脂的種類：：分子結(jié)構(gòu)共同特點：分子排列特點：磷脂(含量最豐富)；膽固醇；糖脂雙親性(水脂兼性)分子頭部親水，尾部疏水球形分子團(tuán)；脂質(zhì)雙分子層第九頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.磷脂磷脂是生物膜中含量最高的脂類。最簡單的磷脂是磷脂酰甘油（磷脂酸）。常見的磷脂有：

磷脂酰膽堿：膽堿（choline)+磷脂酸磷脂酰乙醇胺：乙醇胺（ethanolamine)+磷脂酸磷脂酰絲氨酸：絲氨酸（serine)+磷脂酸磷脂酰肌醇：肌醇（inositol)+磷脂酸鞘磷脂：膽堿或乙醇胺+鞘氨醇+磷酸+脂肪酸第十頁，共五十四頁，2022年，8月28日POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神經(jīng)酰胺O鞘磷脂POCH2H—C—COOHNH2OCOCH—CH—CH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰絲氨酸OCH—CH—CH2OC磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪酸OCH3POCH2CH2NCH—CH—CH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3磷脂酰膽堿（卵磷脂）O第十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)特點：親水性頭部：

疏水尾部：一般兩條脂肪酸鏈，每條14~24個碳原子。一條飽和，一條不飽和。排列特點：

逐個相依地整齊排列脂雙分子層，構(gòu)成膜主體結(jié)構(gòu)。1.磷脂第十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日磷脂分子聚集排列特點：球形分子團(tuán)第十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日脂質(zhì)雙分子層在水中形成一種自我封閉的結(jié)構(gòu)——脂質(zhì)體（Liposome)膽固醇第十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日2.膽固醇分子結(jié)構(gòu):極性頭部：羥基團(tuán)非極性尾部：脂肪酸鏈固醇環(huán)連接頭部與尾部極性頭部非極性尾部類固醇環(huán)第十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日分布:

分布于磷脂分子中，極性頭部緊靠磷脂的極性頭部，類固醇環(huán)固定于磷脂的烴鏈上。作用：

可調(diào)節(jié)膜的流動性，加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性。2.膽固醇第十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日3.糖脂分子結(jié)構(gòu)：極性頭部：由1~數(shù)個糖基構(gòu)成非極性尾部：兩條脂肪酸鏈第十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日磷脂糖脂膽固醇第十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日(2)分布：所有糖脂都分布在膜的非胞質(zhì)面脂雙分子層單層。

第十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日(二)膜蛋白(membraneprotein)生物膜所含的蛋白稱膜蛋白。是膜特定功能的主要承擔(dān)者和執(zhí)行者。種類：外在膜蛋白；內(nèi)在膜蛋白第二十頁，共五十四頁，2022年，8月28日脂質(zhì)雙層非胞質(zhì)面胞質(zhì)面12345(1)外在膜蛋白：分布在膜的內(nèi)外表面，主要在內(nèi)表面。通過內(nèi)在蛋白間接與膜連接，或與脂類分子的極性頭部直接結(jié)合。(2)內(nèi)在膜蛋白：單次或多次穿過脂雙分子層，與膜結(jié)合緊密。第二十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日膜蛋白的分離內(nèi)在膜蛋白:它與膜結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來，常用SDS和Triton-X100。外在膜蛋白:靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的親水部分結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來。第二十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白共價鍵（三）膜糖類磷脂糖脂糖蛋白第二十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日2.種類：存在于膜的糖類只有9種。動物細(xì)胞膜上的糖主要有7種：半乳糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖氨、唾液酸。3.分布特點：絕對不對稱。糖鏈只分布在膜的非細(xì)胞質(zhì)側(cè)脂雙分子層單層。第二十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日第二十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日膜成分含量血紅細(xì)胞脂類:蛋白質(zhì)=4：1脂類:蛋白質(zhì)=1：4線粒體1：1神經(jīng)髓鞘第二十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日二、細(xì)胞膜的特性不對稱性(asymmetry)流動性(fluidity)：生物膜的基本特征之一,是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的必要條件。第二十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日（一）細(xì)胞膜的不對稱性EF和PF的界定：冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜往往從脂雙層中央斷開，為了便于研究，各部分都有固定的名稱：質(zhì)膜的原生質(zhì)表面(protoplasmicsurface,PF)和質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁斷裂面(extrocytopasmicface,EF)。生物膜的不對稱性指細(xì)胞膜內(nèi)外兩層的結(jié)構(gòu)和功能有差異。PFEF第二十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.膜脂分布的不對稱

磷脂種類、數(shù)量分布不對稱膽固醇集中在細(xì)胞膜的外層糖脂不對稱:糖鏈在細(xì)胞膜的外層第二十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日總磷脂鞘磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸占總磷脂的%1.膜脂分布的不對稱

磷脂酰肌醇細(xì)胞外小葉細(xì)胞質(zhì)小葉第三十頁，共五十四頁，2022年，8月28日2.膜蛋白分布的不對稱性每種膜蛋白在膜中都有特定的排布方向是膜蛋白不對稱性的主要因素;外周蛋白種類和數(shù)量分布的不對稱;整合蛋白內(nèi)外兩側(cè)氨基酸殘基數(shù)目的不對稱；糖蛋白糖殘基均分布在質(zhì)膜的ES面。

結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)紅細(xì)胞膜的冰凍蝕刻斷裂方法細(xì)胞質(zhì)側(cè)（2800個/μm2）蛋白質(zhì)含量高于外側(cè)(1400/μm2)第三十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日

（二）細(xì)胞膜的流動性膜的流動性：即構(gòu)成膜的脂類和蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動。膜的流動性是保證正常膜功能的重要條件。表現(xiàn)為：膜脂分子的運(yùn)動膜蛋白分子的運(yùn)動第三十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日（二）細(xì)胞膜的流動性液晶態(tài)：

相變：當(dāng)溫度降至某一點時，細(xì)胞膜可從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)；溫度升高時，晶態(tài)也可再熔融為液晶態(tài)，這種變化叫相變。

相變溫度：引起相變的溫度稱相變溫度。不同磷脂的相變溫度不同。幾個概念第三十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日橫向擴(kuò)散旋轉(zhuǎn)擺動翻轉(zhuǎn)1.膜脂分子的運(yùn)動第三十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日1.橫向擴(kuò)散運(yùn)動；2.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；3.擺動運(yùn)動；4.伸縮振蕩運(yùn)動；5.翻轉(zhuǎn)運(yùn)動；6.旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動第三十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日2.膜蛋白的分子運(yùn)動旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散：膜蛋白圍繞與膜平面垂直的軸旋轉(zhuǎn)側(cè)向擴(kuò)散：膜蛋白在膜脂中自由漂浮并在膜表面擴(kuò)散第三十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日小鼠細(xì)胞標(biāo)記人膜蛋白抗體+人膜蛋白（抗原）異核細(xì)胞抗小鼠膜蛋白抗體+熒光素B抗人膜蛋白抗體+熒光素A標(biāo)記小鼠膜蛋白抗體+小鼠膜蛋白（抗原）人細(xì)胞孵育（370C,40分鐘）誘導(dǎo)融合膜蛋白(抗原）第三十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日第三十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日3.影響膜脂流動的因素(1)磷脂分子結(jié)構(gòu)烴鏈長短：短，尾部不易發(fā)生相互作用，易流動。烴鏈的不飽和程度：不飽和程度高，排列疏松，易流動。第三十九頁，共五十四頁，2022年，8月28日(2)膽固醇含量：相變溫度以下：阻止磷脂分子聚集晶態(tài)結(jié)構(gòu)，增加膜流動性。相變溫度以上，增加磷脂分子的有序性，限制膜流動。第四十頁，共五十四頁，2022年，8月28日膽固醇對生物膜穩(wěn)定性的意義舉例一種突變細(xì)胞系，細(xì)胞自身不能合成膽固醇，在無膽固醇培養(yǎng)液中培養(yǎng)該細(xì)胞株，細(xì)胞膜自溶而致細(xì)胞死亡；若在培養(yǎng)液中加適量膽固醇，細(xì)胞可攝取膽固醇到膜上，使膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，細(xì)胞得以存活。第四十一頁，共五十四頁，2022年，8月28日3.影響膜脂流動的因素(3)卵磷脂/鞘磷脂的比值細(xì)胞衰老的過程中，細(xì)胞中卵磷脂/鞘磷脂的比值逐漸下降，細(xì)胞膜的流動性降低。(4)蛋白質(zhì)的影響內(nèi)在蛋白越多，生物膜的流動性越小。第四十二頁，共五十四頁，2022年，8月28日三、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型James和HughDavson提出的(1935)片層結(jié)構(gòu)模型（lamellastructural

model)J.D.Robertson(1959年)：單位膜模型(unitmembranemodel)和G.Nicolson(1972)：生物膜的流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)K.Simonsetal(1997):脂筏模型（lipidraftmodel）第四十三頁，共五十四頁，2022年，8月28日1935年由James和HughDavson提出的第一個細(xì)胞膜的分子模型。雙層磷脂分子的疏水脂肪酸鏈在膜的內(nèi)側(cè)相對，親水端朝向膜的內(nèi)外表面球形蛋白質(zhì)附著在脂雙層的兩側(cè)表面，形成蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)三層甲板式結(jié)構(gòu)片層結(jié)構(gòu)模型（lamellastructural

model）第四十四頁，共五十四頁，2022年，8月28日（二）單位膜模型1959年，在電鏡下觀察了細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)膜呈暗-明-暗(厚約7.5nm)，提出該模型。第四十五頁，共五十四頁，2022年，8月28日暗層：2nm明層：3.5nm暗層：2nm(1)脂質(zhì)：磷脂雙分子層構(gòu)成膜的主體，極性頭部向外與附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成暗帶，疏水尾部向內(nèi)構(gòu)成明帶。(2)蛋白質(zhì)：膜蛋白是單層肽鏈以β折疊通過靜電作用與磷脂極性端結(jié)合。（二）單位膜模型第四十六頁，共五十四頁，2022年，8月28日單位膜模型的進(jìn)步之處：第一次描述了膜的厚度描述蛋白質(zhì)是β折疊以上兩種學(xué)說的不足：把所有的膜都視為千篇一律，無法解釋不同膜的不同功能。第四十七頁，共五十四頁，2022年，8月28日

（三）流動鑲嵌模型S.J.Singer&G.Nicolson1972年根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在“單位膜”模型的基礎(chǔ)上提出“流動鑲嵌模型”。斷裂平面膜的冰凍蝕刻斷裂方法第四十八頁，共五十四頁，2022年，8月28日1．流動鑲嵌模型的內(nèi)容要點(1)脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)的主體，具有液體的流動性；(2)膜中球形蛋白質(zhì)分子不同程度嵌在脂雙層中，分為內(nèi)在蛋