第四章 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型第二節(jié)生物膜基本特征與功能第三節(jié)膜骨架第四章細(xì)胞膜與細(xì)胞表面當(dāng)前1頁(yè)，總共51頁(yè)。一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型二、膜脂三、膜蛋白第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型當(dāng)前2頁(yè)，總共51頁(yè)。細(xì)胞質(zhì)膜（cellmembrane）/細(xì)胞膜（plasmamembrane):是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)、糖組成的生物膜。生物膜的作用：細(xì)胞結(jié)構(gòu)的邊界，物質(zhì)運(yùn)輸、能量傳遞生物膜（bio-membrane）:細(xì)胞內(nèi)的膜系統(tǒng)與細(xì)胞膜統(tǒng)稱(chēng)為生物膜。當(dāng)前3頁(yè)，總共51頁(yè)。一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型：E.Overton1895發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過(guò)植物的細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過(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。第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型當(dāng)前4頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前5頁(yè)，總共51頁(yè)。2.E.Gorter&F.Grendel1925用有機(jī)溶劑提取了人類(lèi)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。當(dāng)前6頁(yè)，總共51頁(yè)。3.J.Danielli&H.Davson1935發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了”蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白質(zhì)”的三明治模型。當(dāng)前7頁(yè)，總共51頁(yè)。4.J.D.Robertson，1959用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片,顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。各種膜均具有各自特定的厚度，質(zhì)膜：10nm線粒體：5-6nm雙層脂分子厚：3.5nm蛋白質(zhì)厚：2nm的構(gòu)成。X-射線衍射分析；電鏡技術(shù)當(dāng)前8頁(yè)，總共51頁(yè)。紅細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)當(dāng)前9頁(yè)，總共51頁(yè)。5.S.J.Singer&G.Nicolson1972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(dòng)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel)”。強(qiáng)調(diào)膜的流動(dòng)性和膜蛋白分布的不對(duì)稱(chēng)性。當(dāng)前10頁(yè)，總共51頁(yè)。6.質(zhì)筏模型（lipidraftmodel)(Simon,1988）以甘油磷脂為主體的生物膜上，膽固醇、鞘磷脂等形成相對(duì)有序的脂相。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體上形成，最終轉(zhuǎn)移到質(zhì)膜上載著執(zhí)行某種特定生物功能的各種膜蛋白。當(dāng)前11頁(yè)，總共51頁(yè)。7.生物膜結(jié)構(gòu)具有極性頭部，非極性尾部的磷脂分子….蛋白質(zhì)分子生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中的二維溶液。當(dāng)前12頁(yè)，總共51頁(yè)。(一)成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三種類(lèi)型(二)膜脂的運(yùn)動(dòng)方式(三)脂質(zhì)體(liposome）二、膜脂當(dāng)前13頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前14頁(yè)，總共51頁(yè)。磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）分為兩類(lèi):甘油磷脂和鞘磷脂主要特征：①具有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性的尾(線粒體4個(gè))②脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù),多數(shù)碳鏈由16,18或20個(gè)組成；③飽和脂肪酸(軟脂酸)及不飽和脂肪酸(油酸)；(一)成分:膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇當(dāng)前15頁(yè)，總共51頁(yè)。糖脂：糖脂普遍存在于原核和真核細(xì)胞的質(zhì)膜上（5％以下）,神經(jīng)元質(zhì)膜上糖脂含量較高，約占5-10%；膽固醇：膽固醇存在于真核細(xì)胞膜上（30%以下），細(xì)菌質(zhì)膜不含有膽固醇，但某些細(xì)菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂類(lèi)。當(dāng)前16頁(yè)，總共51頁(yè)。(二)膜脂的４種熱運(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）,其擴(kuò)散系數(shù)為10-8cm2/s；產(chǎn)生分子間換位。頻率在106次/s以上，膜脂分子的基本運(yùn)動(dòng)方式。脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動(dòng);脂分子尾部的擺動(dòng);雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生頻率還不到脂分子側(cè)向交換頻率的10－10cm2/s

。但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生頻率很高(經(jīng)幾秒種后，將半數(shù)發(fā)上發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn))。當(dāng)前17頁(yè)，總共51頁(yè)。細(xì)胞脂雙層膜間的磷脂的移動(dòng)1234當(dāng)前18頁(yè)，總共51頁(yè)。(三)脂質(zhì)體(liposome)脂質(zhì)體：是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜。類(lèi)型：(a)水溶液中的磷脂分子團(tuán)；(b)球形脂質(zhì)體；(c)平面脂質(zhì)體膜；(d）用于疾病治療的脂質(zhì)體應(yīng)用：

研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)；脂質(zhì)體中裹入DNA可用于基因轉(zhuǎn)移；在臨床治療中,脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體。當(dāng)前19頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前20頁(yè)，總共51頁(yè)。三、膜蛋白(一)蛋白膜類(lèi)型(二)內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合方式(三)去垢劑當(dāng)前21頁(yè)，總共51頁(yè)。(一)類(lèi)型外在膜蛋白(extrinsicmembraneprotein/外周膜蛋白(peripheralmembraneproteins):

水溶性蛋白,分離：改變離子度、提高溫度內(nèi)在蛋白(intrinsicmembraneprotein)/整合蛋白(integralmembraneprotein):水不溶性蛋白，形成跨分離：需用去垢劑使膜崩解后才可分離質(zhì)錨定膜蛋白(lipidanchoredprotein):通過(guò)磷脂或脂肪酸錨定，共價(jià)結(jié)合。當(dāng)前22頁(yè)，總共51頁(yè)。外在膜蛋白內(nèi)在膜蛋白與質(zhì)分子或糖脂連接的錨定膜蛋白當(dāng)前23頁(yè)，總共51頁(yè)。(二)內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式當(dāng)前24頁(yè)，總共51頁(yè)。(三)去垢劑：是一端親水一端疏水的兩性小分子，是分離研究膜蛋白的常用試劑。

離子型：SDS(十二烷基磺酸鈉)可使細(xì)胞膜崩解，與膜蛋白疏水部分結(jié)合，使其分離，破壞蛋白內(nèi)部的共價(jià)鍵，改變親水部分的構(gòu)象。

非離子型：TritonX-100可使細(xì)胞膜崩解，用于膜蛋白的分離與純化；除去細(xì)胞的膜系統(tǒng)，以便對(duì)細(xì)胞膜骨架蛋白和其它蛋白進(jìn)行研究。當(dāng)前25頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前26頁(yè)，總共51頁(yè)。第二節(jié)生物膜基本特征與功能一、膜的流動(dòng)性(一)膜質(zhì)的流動(dòng)性(二)膜蛋白的流動(dòng)性(三)熒光漂白恢復(fù)技術(shù)當(dāng)前27頁(yè)，總共51頁(yè)。（一）膜脂的流動(dòng)性膽固醇：膽固醇的含量增加會(huì)降低膜的流動(dòng)性。脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動(dòng)性增加。脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)：長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動(dòng)性降低。卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動(dòng)性增加，是因?yàn)榍柿字扯雀哂诼蚜字?。其他因素：膜蛋白和膜脂的結(jié)合方式、溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。當(dāng)前28頁(yè)，總共51頁(yè)。Thestructureofthelipidbilayerdependsonthetemperature.Abovethetransitiontemperature,thelipidmoleculesandtheirhydrophobictailsarefreetomoveincertaindirectionseventhroughtheyretainaconsiderabledegreeoforder.

Belowthetransitiontemperature,themovementofthemoleculesisgreatlyrestricted,andentirebilayercanbedescribedasacrystallinegel.當(dāng)前29頁(yè)，總共51頁(yè)。（二）膜蛋白的流動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng)方式主要有側(cè)向擴(kuò)散和繞與平面相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)。周?chē)ぶ男再|(zhì)和相態(tài)：膜脂的液態(tài)區(qū)與晶態(tài)區(qū)，質(zhì)膜相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用：細(xì)胞骨架的作用：微管固定膜蛋白和位置；微絲引起膜蛋白的運(yùn)動(dòng)，發(fā)生成帽反應(yīng)。膜蛋白和運(yùn)動(dòng)必然存在一種跨膜控制系統(tǒng)(transmembranecontrolsystem)當(dāng)前30頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前31頁(yè)，總共51頁(yè)。細(xì)胞膜是流動(dòng)鑲嵌模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)細(xì)胞融合試驗(yàn)：證明膜的流動(dòng)性。

小鼠H-2抗原(綠)人HLA抗原(紅)

異核體(heterokaryon)仙臺(tái)病毒當(dāng)前32頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前33頁(yè)，總共51頁(yè)。(2)淋巴細(xì)胞的成斑(patching)和成帽(capping)反應(yīng)

證明質(zhì)膜的流動(dòng)化。

抗原+抗體抗原均勻分布在細(xì)胞表面抗原+抗體結(jié)合物簇集分布

集中成斑(patching)集中細(xì)胞尾端表面，形成帽狀結(jié)構(gòu)(capping)被吞入到細(xì)胞內(nèi)，被酶消化

當(dāng)前34頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前35頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前36頁(yè)，總共51頁(yè)。（三）熒光漂白恢復(fù)技術(shù)膜蛋白和膜質(zhì)流動(dòng)性的基本試驗(yàn)之一。當(dāng)前37頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前38頁(yè)，總共51頁(yè)。二、膜的不對(duì)稱(chēng)性(一）細(xì)胞膜各部分名稱(chēng)(二)膜脂的不對(duì)稱(chēng)性(三)膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性當(dāng)前39頁(yè)，總共51頁(yè)。(一）細(xì)胞膜各部分名稱(chēng)細(xì)胞膜各部分的名稱(chēng)：胞外表面(extrocytoplasmicsurface,ES):與細(xì)胞外環(huán)境接觸的膜面。原生質(zhì)表面(protoplasmicsurface,PS):與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面。細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面(extrocytoplasmicface,EF):原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面(protoplasmicface,PF)當(dāng)前40頁(yè)，總共51頁(yè)。細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面(EF)原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面(PF)當(dāng)前41頁(yè)，總共51頁(yè)。(二）膜脂與糖脂的不對(duì)稱(chēng)性質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷脂的含量比例不同。 PC和SM：膜外小頁(yè)，PE和PS：質(zhì)膜內(nèi)小頁(yè)。證據(jù)：用磷脂酶處理完整的人類(lèi)紅細(xì)胞， 80%的PC降解，而PE和PS分別只有20% 和10%的被降解。糖脂僅存在于質(zhì)膜的ES面，可能是細(xì)胞表面受體，與細(xì)胞的抗原性有關(guān)。當(dāng)前42頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前43頁(yè)，總共51頁(yè)。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；細(xì)胞表面受體膜上載體蛋白糖蛋白，糖殘基均分布在質(zhì)膜的ES※膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性是生物膜完成復(fù)雜的在時(shí)間與空間上有序的各種生理功能的保證。(三）膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性當(dāng)前44頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前45頁(yè)，總共51頁(yè)。三、細(xì)胞膜的功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境;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;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;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;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)構(gòu)。當(dāng)前46頁(yè)，總共51頁(yè)。第三節(jié)、膜骨架(一）膜骨架(二）紅細(xì)胞的生物學(xué)特性(三）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架當(dāng)前47頁(yè)，總共51頁(yè)。(一)

膜骨架（membraneassociatedcytoskeletion)膜骨架：是指細(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)，它參與維持細(xì)胞膜的形狀并協(xié)助膜，完成多種生理功能。膜骨架位于細(xì)胞質(zhì)膜下約0.2μm厚的溶膠層。(二)紅細(xì)胞的生物學(xué)特性

膜骨架賦予紅細(xì)胞質(zhì)膜既有很好的彈性又具有較高強(qiáng)度。當(dāng)前48頁(yè)，總共51頁(yè)。（三）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白成分血影蛋白(紅膜肽spectrin)肌動(dòng)蛋白(actin)血型糖蛋白(glycolphorin)帶3蛋白(band3)錨蛋白(ankyrin)帶4.1蛋白(band4.1)