細(xì)胞生物學(xué)翟中和編細(xì)胞質(zhì)膜

第4章細(xì)胞質(zhì)膜當(dāng)前1頁，總共67頁。第4章細(xì)胞質(zhì)膜

Chapter4PLASMAMEMBRANE細(xì)胞生物學(xué)教研室楊玥E-mail:yuepearl2005@163.com辦公室：實(shí)驗(yàn)樓A509Tel:6913225當(dāng)前2頁，總共67頁。本章主要內(nèi)容細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分生物膜的基本特征與功能膜骨架重點(diǎn)：生物膜的結(jié)構(gòu)模型生物膜的特性當(dāng)前3頁，總共67頁。第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分細(xì)胞質(zhì)膜

（plasmamembrane）真核細(xì)胞內(nèi)的膜（internalmembrane）系統(tǒng)真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)

（endomembranesystem）生物膜（biomembrane）當(dāng)前4頁，總共67頁。電鏡下的細(xì)胞膜紅細(xì)胞質(zhì)膜攝于20世紀(jì)50年代末ByRobertson體外培養(yǎng)的肌細(xì)胞示質(zhì)膜和肌質(zhì)網(wǎng)膜當(dāng)前5頁，總共67頁。質(zhì)膜的分子結(jié)構(gòu)質(zhì)膜的組成與分子結(jié)構(gòu)方面的早期資料，主要來源于對哺乳動物血紅細(xì)胞的研究血影（ghost）哺乳動物的血紅細(xì)胞當(dāng)前6頁，總共67頁。一、細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型三明治模型單位膜模型流動鑲嵌模型脂筏模型每種模型對認(rèn)識生物膜的貢獻(xiàn)及其局限性？當(dāng)前7頁，總共67頁。質(zhì)膜的研究歷史當(dāng)前8頁，總共67頁。2、1925年，E.Gorter和F.GrendelTheareaoflipidfilmonthewaterwasabouttwicetheestimatedtotalsurfaceareaoftheerythrocytes，sotheyconcludedthattheerythro-cyteplasmamembraneconsistedofnotonebuttwolayersoflipids質(zhì)膜的研究歷史當(dāng)前9頁，總共67頁。質(zhì)膜的研究歷史三明治模型當(dāng)前10頁，總共67頁。質(zhì)膜的研究歷史當(dāng)前11頁，總共67頁。Unitmembranemodel單位膜提出了生物膜的共性單位膜無法解釋：膜結(jié)構(gòu)不斷的發(fā)生動態(tài)變化；各種膜沒有一成不變的統(tǒng)一性；各種膜均具有各自的特定厚度（5-10nm）；提取膜蛋白的難易程度不同；各種膜的蛋白質(zhì)與脂類的成分比率不同等。當(dāng)前12頁，總共67頁。5、1972年，Singer和Nicolson流動鑲嵌模型質(zhì)膜的研究歷史A.Thecorelipidbilayerexistsinafluidstate,capableofdynamicmovementB.Membraneproteinsfromamosaicofparticlespenetratingthelipidtovaryingdegrees當(dāng)前13頁，總共67頁。Fluidmosaicmodel當(dāng)前14頁，總共67頁。6、1988年，Simons脂筏模型膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)域形成相對有序的脂相，如同漂浮在脂雙層上的“脂筏”載著執(zhí)行特定生物學(xué)功能膜蛋白質(zhì)膜的研究歷史當(dāng)前15頁，總共67頁。Lipidraftmodel當(dāng)前16頁，總共67頁。Atomicforcemicroscopyrevealssphyingomyelinrafts(orange)protrudingfromadioleoylphatidylcholinebackground(black)inamica-supportedlipidbilayer.Lipidraftmodel當(dāng)前17頁，總共67頁。目前對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識磷脂分子在水相中具有自發(fā)封閉的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面生物膜可看成是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中的二維溶液細(xì)胞生命活動中，生物膜處于不斷的動態(tài)變化中變形蟲吞噬草履蟲當(dāng)前18頁，總共67頁。細(xì)胞膜的化學(xué)組成脂類（L）50%

細(xì)胞膜的主體蛋白（P）40-50%糖類

2-10%以糖脂、糖蛋白形式存在水、無機(jī)鹽、金屬離子少量Ｐ／Ｌ(變化范圍1:4-4:1之間)越高說明功能越復(fù)雜多樣當(dāng)前19頁，總共67頁。Thebasiccompositionsofsomebio-membrane當(dāng)前20頁，總共67頁。二、膜脂(membranelipid)當(dāng)前21頁，總共67頁。1.磷脂具有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性的尾脂肪酸碳鏈為偶數(shù)除飽和脂肪酸外常含1-2個(gè)雙鍵的不飽和脂當(dāng)前22頁，總共67頁。脂分子極性頭空間占位對脂雙層曲度的影響PE極性頭較小，更多地分布在脂雙層曲度較大的一側(cè)(磷脂酰乙醇胺)(磷脂酰膽堿)當(dāng)前23頁，總共67頁。甘油磷脂與鞘磷脂腦磷脂卵磷脂當(dāng)前24頁，總共67頁。鞘磷脂主要在高爾基體合成鞘磷脂形成的脂雙層厚度較甘油磷脂厚度大A.卵磷脂B.鞘磷脂C.卵磷脂和膽固醇D.鞘磷脂和膽固醇當(dāng)前25頁，總共67頁。2.固醇：膽固醇及其類似物含4個(gè)閉環(huán)，親水的頭部為一個(gè)羥基調(diào)節(jié)膜的流動性，增加膜的穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)通透性脂筏基本結(jié)構(gòu)成分，還是很多重要生物活性分子的前體化合物非極性的類固醇環(huán)極性的頭部非極性的碳?xì)湮膊慨?dāng)前26頁，總共67頁。膽固醇分子散布于磷脂分子之間,

其極性頭部緊靠磷脂極性頭部,

其余部分游離當(dāng)前27頁，總共67頁。含1個(gè)或幾個(gè)糖基的類脂腦苷脂（神經(jīng)髓鞘膜）神經(jīng)節(jié)苷脂（神經(jīng)元細(xì)胞膜）無論那一種膜脂，都是雙親性分子3.糖脂當(dāng)前28頁，總共67頁?！魳?gòu)成膜的基本骨架；◆是膜蛋白的溶劑；◆為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境。膜脂的功能當(dāng)前29頁，總共67頁。膜脂的運(yùn)動方式沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動脂分子圍繞軸心的自旋運(yùn)動脂分子尾部擺動雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動當(dāng)前30頁，總共67頁。脂質(zhì)體(liposome)脂質(zhì)體：根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定脂雙層膜的現(xiàn)象而制備的人工膜用途：可嵌入不同的膜蛋白，是研究膜脂與膜蛋白生物學(xué)性質(zhì)以及轉(zhuǎn)基因、藥物靶向的好材料當(dāng)前31頁，總共67頁。三、膜蛋白(membraneprotein)膜蛋白種類繁多賦予生物膜重要的生物學(xué)功能當(dāng)前32頁，總共67頁。（一）膜蛋白的三種基本類型外在膜蛋白或外周膜蛋白內(nèi)在膜蛋白或整合膜蛋白脂錨定膜蛋白當(dāng)前33頁，總共67頁。脂錨定膜蛋白的3種類型A：脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N端的甘氨酸殘基上B：烴鏈結(jié)合到膜蛋白C端的半胱氨酸殘基上C：通過糖脂錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上當(dāng)前34頁，總共67頁。（二）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式內(nèi)在膜蛋白為跨膜蛋白可分為：胞質(zhì)外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)域當(dāng)前35頁，總共67頁。內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心相互作用跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶正電荷的氨基酸殘基或帶負(fù)電的氨基酸殘基通過Ca2+、Mg2+與帶負(fù)電的磷脂極性頭部相互作用通過自身在胞質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基共價(jià)結(jié)合到膜脂肪酸分子上當(dāng)前36頁，總共67頁。內(nèi)在膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域與膜脂跨膜結(jié)構(gòu)域形成α螺旋跨膜結(jié)構(gòu)域主要由β折疊片組成某些α螺旋外側(cè)非極性鏈與膜脂相互作用，內(nèi)側(cè)極性鏈形成特異極性分子的跨膜通道當(dāng)前37頁，總共67頁。三種膜蛋白的比較當(dāng)前38頁，總共67頁。◆運(yùn)輸?shù)鞍祝恨D(zhuǎn)運(yùn)特殊的分子和離子進(jìn)出細(xì)胞;◆酶：催化相關(guān)的代謝反應(yīng);◆連接蛋白：起連接作用；◆受體：起信號接收和傳遞作用。膜蛋白的功能當(dāng)前39頁，總共67頁。（三）去垢劑一端親水、一端疏水的兩性小分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑插入膜脂與膜脂或膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域等疏水部位結(jié)合，形成可溶性的微粒當(dāng)前40頁，總共67頁。（三）去垢劑離子型去垢劑：如SDS，可破壞蛋白質(zhì)中離子鍵和氫鍵等非共價(jià)鍵，甚至改變蛋白質(zhì)親水部分的構(gòu)象非離子去垢劑：如TritonX-100，對蛋白質(zhì)作用比較溫和，用于膜蛋白的分離與純化當(dāng)前41頁，總共67頁。（三）去垢劑當(dāng)前42頁，總共67頁。四、膜糖糖脂糖蛋白細(xì)胞質(zhì)膜上的膜糖都位于質(zhì)膜外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則面向細(xì)胞器腔面！當(dāng)前43頁，總共67頁。第二節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的基本特征與功能流動性不對稱性膜骨架質(zhì)膜的基本功能當(dāng)前44頁，總共67頁。一、膜的流動性膜的流動性是是所有的生物膜的基本特征，是細(xì)胞生長增殖等生命活動的必要條件膜的流動狀態(tài)受細(xì)胞代謝過程的調(diào)節(jié)當(dāng)前45頁，總共67頁。（一）膜脂的流動性脂肪酸鏈越短、不飽和程度越高，流動性越大溫度對膜脂的運(yùn)動有明顯影響膽固醇對膜的流動性起著雙重調(diào)節(jié)作用相變溫度當(dāng)前46頁，總共67頁。膜蛋白的可能運(yùn)動方式隨機(jī)移動、定向運(yùn)動、局部擴(kuò)散當(dāng)前47頁，總共67頁。（二）膜蛋白的流動性熒光標(biāo)記人-鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)成斑現(xiàn)象（patching）或成帽現(xiàn)象（capping）當(dāng)前48頁，總共67頁。（二）膜蛋白的流動性膜蛋白流動性受多種因素限制：如緊密連接、細(xì)胞骨架的影響等當(dāng)前49頁，總共67頁。（三）膜脂和膜蛋白運(yùn)動速率的檢測熒光漂白恢復(fù)（FRAP）技術(shù)當(dāng)前50頁，總共67頁。二、膜的不對稱性膜脂和膜蛋白在生物膜上呈不對稱分布糖蛋白和糖脂的糖基部分均位于細(xì)胞質(zhì)膜的外側(cè)電鏡冷凍蝕刻技術(shù)當(dāng)前51頁，總共67頁。（一）細(xì)胞質(zhì)膜各膜面的名稱質(zhì)膜的細(xì)胞外表面（extrocytoplasmicsurface，ES）質(zhì)膜的原生質(zhì)表面（protoplasmicsurface，PS）細(xì)胞外小葉斷裂面（extrocytoplasmicface，EF）原生質(zhì)小葉斷裂面（protoplasmicface，PF）當(dāng)前52頁，總共67頁。（二）膜脂的不對稱性膜脂的不對稱性是指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布糖脂分布表現(xiàn)出完全不對稱性：非胞質(zhì)側(cè)當(dāng)前53頁，總共67頁。（二）膜脂的不對稱性當(dāng)前54頁，總共67頁。（三）膜蛋白的不對稱性所有的膜蛋白在質(zhì)膜上都呈不對稱分布，每種膜蛋白分子在質(zhì)膜上都具有明確的方向性糖蛋白的糖殘基均分布在生物膜的非胞質(zhì)一側(cè)當(dāng)前55頁，總共67頁。當(dāng)前56頁，總共67頁。三、細(xì)胞質(zhì)膜相關(guān)的膜骨架Figure10-42aMolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)當(dāng)前57頁，總共67頁。（一）膜骨架細(xì)胞質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，參與維持質(zhì)膜形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能哺乳動物紅細(xì)胞具有很好的彈性和強(qiáng)度當(dāng)前58頁，總共67頁。（二）紅細(xì)胞的生物學(xué)特性血影(ghost)當(dāng)前59頁，總共67頁。（三）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞質(zhì)膜的剛性與韌性主要由質(zhì)膜蛋白與膜骨架復(fù)合體的相互作用來實(shí)現(xiàn)紅細(xì)胞雙凹形橢圓結(jié)構(gòu)的形成還需要其他的骨架纖維參與當(dāng)前60頁，總共67頁。當(dāng)前61頁，總共67頁。（三）紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架除紅細(xì)胞外，已發(fā)現(xiàn)在其他細(xì)胞中也存在與錨蛋白、血影蛋白及帶4.1蛋白類似的蛋白質(zhì)，大多數(shù)細(xì)胞中也都存在膜骨架結(jié)構(gòu)當(dāng)前62頁，總共67頁。四、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能當(dāng)前63頁，總共67頁。細(xì)胞膜的功能當(dāng)前64頁，總共67頁。本章主要內(nèi)容細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞質(zhì)膜的基本成分細(xì)胞質(zhì)膜的基本特征膜骨架細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能當(dāng)前65