翟中和細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞質(zhì)膜省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

怎樣了解“細(xì)胞是生命活動(dòng)基本單位”。答：①細(xì)胞是組成有機(jī)體基本單位。一切有機(jī)體均由細(xì)胞組成，只有病毒是非細(xì)胞形態(tài)生命體。②細(xì)胞含有獨(dú)立、有序自控代謝體系，細(xì)胞是代謝與功效基本單位③細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)與發(fā)育基礎(chǔ)④細(xì)胞是遺傳基本單位，細(xì)胞含有遺傳全能性⑤細(xì)胞是生命起源和進(jìn)化基本單位。⑥沒(méi)有細(xì)胞就沒(méi)有完整生命1/65怎樣了解“病毒是非細(xì)胞形態(tài)生命體”？答：⑴病毒是“不完全”生命體。病毒不具備細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)，但卻具備生命基本特征（復(fù)制與遺傳），其主要生命活動(dòng)必需在細(xì)胞內(nèi)才能表現(xiàn)。⑵病毒是徹底寄生物。病毒沒(méi)有獨(dú)立代謝和能量系統(tǒng)，必需利用宿主生物合成機(jī)構(gòu)進(jìn)行病毒蛋白質(zhì)和病毒核酸合成。⑶病毒只含有一個(gè)核酸。⑷病毒繁殖方式特殊稱為復(fù)制。病毒可能是細(xì)胞在特定條件下“扔出”一個(gè)基因組，或者是含有復(fù)制與轉(zhuǎn)錄能力mRNA。這些游離基因組只有回到它們?cè)瓉?lái)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中才能進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄。2/65為何電子顯微鏡不能完全替換光學(xué)顯微鏡？電子顯微鏡用電子束代替了光束，大大提升了分辨率，電子顯微鏡相對(duì)光學(xué)顯微鏡是個(gè)飛躍。不過(guò)電子顯微鏡：樣品制備愈加復(fù)雜；鏡筒需要真空，成本更高；只能觀察“死”樣品，不能觀察活細(xì)胞。光學(xué)顯微鏡技術(shù)性能要求不高，使用輕易；能夠觀察活細(xì)胞，觀察視野范圍廣，可在組織內(nèi)觀察細(xì)胞間聯(lián)絡(luò)；而且一些新發(fā)展起來(lái)光學(xué)顯微鏡能夠觀察特殊細(xì)胞或細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分。所以，電子顯微鏡不能完全代替光學(xué)顯微鏡。3/65為何說(shuō)細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)研究最基本技術(shù)之一？答：在體外模擬體內(nèi)生理環(huán)境，培養(yǎng)從機(jī)體中取出細(xì)胞，并使之生存和生長(zhǎng)技術(shù)稱為細(xì)胞培養(yǎng)。 細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)研究中最基本試驗(yàn)技術(shù)之一，在理論上如細(xì)胞全能性揭示，細(xì)胞周期及其調(diào)控，癌機(jī)制與細(xì)胞衰老，基因表示與調(diào)控，細(xì)胞融合以及一些細(xì)胞工程技術(shù)建立都是與細(xì)胞培養(yǎng)分不開。在試驗(yàn)方面，植物細(xì)胞培養(yǎng)為植物育種開辟了新路徑。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)為疫苗生產(chǎn)、藥品研制與腫瘤防治等醫(yī)學(xué)試驗(yàn)提供了全新伎倆。細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)研究中最有價(jià)值技術(shù)。經(jīng)過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)可取得大量細(xì)胞，也能夠經(jīng)過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)研究細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞合成代謝等。突出特點(diǎn)是在離體條件下觀察和研究細(xì)胞生命活動(dòng)規(guī)律。培養(yǎng)中細(xì)胞不受體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境影響，能夠認(rèn)為改變培養(yǎng)條件。 總來(lái)說(shuō)，細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)研究前提和基礎(chǔ)，許多后期試驗(yàn)均建立在細(xì)胞培養(yǎng)基礎(chǔ)之上。所以能夠說(shuō)，細(xì)胞培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)研究最基本技術(shù)之一。4/65第4章細(xì)胞質(zhì)膜5/65細(xì)胞表面是復(fù)合結(jié)構(gòu)體系與多功效體系，細(xì)胞膜是細(xì)胞表面關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。6/65細(xì)胞質(zhì)膜（plasmamembrane）又稱質(zhì)膜，曾稱細(xì)胞膜（cellmembrane)，是圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類組成生物膜。在細(xì)胞內(nèi)部包繞各種細(xì)胞器膜，稱為細(xì)胞內(nèi)膜。質(zhì)膜和細(xì)胞內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成等方面含有相同性，故總稱為生物膜（biomembrane）。生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)主要物質(zhì)基礎(chǔ)?；靖拍?/65本章主要內(nèi)容細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型與基本成份細(xì)胞質(zhì)膜基本特征與功效8/65第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型與基本成份細(xì)胞質(zhì)膜

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

（endomembranesystem）生物膜（biomembrane）9/65一、細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)模型三明治模型單位膜模型流動(dòng)鑲嵌模型脂筏模型每種模型對(duì)認(rèn)識(shí)生物膜貢獻(xiàn)及其不足？10/651895年，E.Overton

發(fā)覺(jué)凡是溶于脂肪物質(zhì)很輕易透過(guò)植物細(xì)胞質(zhì)膜，而不溶于脂肪物質(zhì)不易透過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜，所以推測(cè)質(zhì)膜由連續(xù)脂類物質(zhì)組成。1.質(zhì)膜由雙層脂分子組成推測(cè)11/65

1925年，E.Gorter（戈頓）&F.Grendel（格倫德爾）用有機(jī)溶劑提取了人紅細(xì)胞質(zhì)膜脂類成份，將其鋪展在水面，測(cè)出膜脂展開面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測(cè)細(xì)胞質(zhì)膜由雙層脂分子組成。12/652.“蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)”三明治式結(jié)構(gòu)模型1935年，J.Danielli&H.Davson發(fā)覺(jué)質(zhì)膜表面張力比油－水界面張力低得多，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)。提出蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三明治式質(zhì)膜模型（三夾板模型）。13/651959年，J.D.Robertson（羅伯遜）用超薄切片技術(shù)取得了清楚細(xì)胞膜照片，顯示出暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，研究表明：它由厚約3.5nm雙層脂分子（明帶）和內(nèi)外表面各厚約2nm蛋白質(zhì)組成(暗帶總厚約7.5nm）。當(dāng)初認(rèn)為膜上還含有貫通脂雙層蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)過(guò)，由此發(fā)展了三明治模型，提出了蛋白質(zhì)－脂質(zhì)－蛋白質(zhì)單位膜模型（unitmenbranemodel）。

3.單位膜模型電鏡超薄切片中細(xì)胞質(zhì)膜顯示出暗－亮－暗三條帶14/654.流動(dòng)鑲嵌模型1972年，Singer和Nicolson①膜流動(dòng)性

②膜蛋白分布不對(duì)稱性Singer,S.J.;Nicolson,G.L.(1972)."Thefluidmosaicmodelofthestructureofcellmembranes".Science,175(4023):720–731.15/65該模型主要論點(diǎn)是:

1）流動(dòng)脂雙層組成膜連續(xù)主體,球形膜蛋白質(zhì)以各種鑲嵌形式與脂雙分子層相結(jié)合。

2）組成膜脂雙層含有液晶態(tài)特征,它現(xiàn)有晶體分子排列有序性,又有液體流動(dòng)性。該模型突出特點(diǎn)是：

1）強(qiáng)調(diào)了膜流動(dòng)性：即膜蛋白和膜脂均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)；

2）強(qiáng)調(diào)了膜組分分布不對(duì)稱性：即膜蛋白有鑲在表面、有嵌入、有橫跨脂雙分子層。該模型不足之處：

1）忽略了蛋白質(zhì)分子對(duì)脂類分子流動(dòng)性限制作用；

2）忽略了膜各部分流動(dòng)性不均勻性等,從而使人們又提出了一些新模型。16/655.脂筏模型1988年，Simons膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)域形成相對(duì)有序脂相，如同漂浮在脂雙層上“脂筏”載著執(zhí)行特定生物學(xué)功效膜蛋白SimonsK,vanMeerG(August1988)."Lipidsortinginepithelialcells".Biochemistry,27(17):6197–202.SimonsK,IkonenE(June1997)."Functionalraftsincellmembranes".Nature,387(6633):569–72.17/65脂筏結(jié)構(gòu)模型脂筏模型（lipidrafts）：脂質(zhì)雙分子層不是一個(gè)完全均勻二維流體，膜中富含膽固醇和鞘磷脂微區(qū)，其中聚集一些特定蛋白質(zhì)區(qū)。特點(diǎn)：這些區(qū)域比膜其它部分厚，更有秩序且較少流動(dòng)性。其周圍是流動(dòng)性較高液態(tài)區(qū)。功效：參加信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、受體介導(dǎo)內(nèi)吞作用以及膽固醇代謝運(yùn)輸?shù)?。脂笩功效紊亂包括各種疾病發(fā)生。18/656.當(dāng)前對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)磷脂分子在水相中含有自發(fā)封閉性質(zhì)蛋白質(zhì)分子以不一樣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)在雙層脂分子中二維溶液細(xì)胞生命活動(dòng)中，生物膜處于不停動(dòng)態(tài)改變中19/65生物膜結(jié)構(gòu)示意圖20/65質(zhì)膜化學(xué)組成質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少許糖，主要以糖脂和糖蛋白形式存在。膜脂是膜基本骨架，膜蛋白是膜功效主要表達(dá)者。動(dòng)物細(xì)胞膜通常含有等量脂類和蛋白質(zhì)。21/65二、膜脂(membranelipid)22/65（一）成份甘油磷脂鞘脂固醇23/651.甘油磷脂含有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性尾脂肪酸碳鏈為偶數(shù)除飽和脂肪酸外常含1-2個(gè)雙鍵不飽和脂24/65脂分子極性頭空間占位對(duì)脂雙層曲度影響PE極性頭較小，更多地分布在脂雙層曲度較小一側(cè)(磷脂酰乙醇胺)(磷脂酰膽堿)25/65甘油磷脂與鞘磷脂PEPSPCSM26/652.鞘脂主要在高爾基體合成鞘磷脂形成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27/653.固醇：膽固醇及其類似物含4個(gè)閉環(huán)，親水頭部為一個(gè)羥基調(diào)整膜流動(dòng)性，增加膜穩(wěn)定性以及降低水溶性物質(zhì)通透性脂筏基本結(jié)組成份，還是很多主要生物活性分子前體化合物Figure10-4MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)28/65（二）膜脂運(yùn)動(dòng)方式沿膜平面?zhèn)认蜻\(yùn)動(dòng)脂分子圍繞軸心自旋運(yùn)動(dòng)脂分子尾部擺動(dòng)雙層脂分子之間翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)Figure10-11bMolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)29/65（三）脂質(zhì)體(liposome)脂質(zhì)體：依據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定脂雙層膜現(xiàn)象而制備人工膜用途：可嵌入不一樣膜蛋白，

是研究膜脂與膜蛋白生物學(xué)性質(zhì)以及轉(zhuǎn)基因、藥品靶向好材料30/65（三）脂質(zhì)體(liposome)Figure10-8MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)Lipidbilayerssealspontaneously31/65三、膜蛋白(membraneprotein)膜蛋白種類繁多賦予生物膜主要生物學(xué)功效32/65（一）膜蛋白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33/65脂錨定膜蛋白3種類型A：脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N端甘氨酸殘基上B：烴鏈結(jié)合到膜蛋白C端半胱氨酸殘基上C：經(jīng)過(guò)糖脂錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上34/65（二）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合方式內(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35/65內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合方式膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子疏水關(guān)鍵相互作用跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶正電荷氨基酸殘基或帶負(fù)電氨基酸殘基經(jīng)過(guò)Ca2+、Mg2+與帶負(fù)電磷脂極性頭部相互作經(jīng)過(guò)本身在胞質(zhì)一側(cè)半胱氨酸殘基共價(jià)結(jié)合到膜脂肪酸分子上36/65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折疊片組成一些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跨膜通道37/65膜蛋白及其與膜脂關(guān)系三維結(jié)構(gòu)分析跨膜蛋白現(xiàn)有疏水區(qū)域(跨膜區(qū))，也有親水區(qū)域（膜表面區(qū)），其結(jié)構(gòu)解析主要是應(yīng)用低溫電鏡技術(shù)和X射線晶體衍射技術(shù)圖4-12圖4-1338/65（三）去垢劑一端親水、一端疏水兩性小分子，是分離與研究膜蛋白慣用試劑插入膜脂與膜脂或膜蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域等疏水部位結(jié)合，形成可溶性微粒39/65（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)親水部分構(gòu)象非離子去垢劑：如TritonX-100，對(duì)蛋白質(zhì)作用比較溫和，用于膜蛋白分離與純化40/65四、膜糖糖脂糖蛋白Figure10-28bMolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)細(xì)胞質(zhì)膜上膜糖都位于質(zhì)膜外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中膜糖則面向細(xì)胞器腔面！41/65第二節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜基本特征與功效流動(dòng)性不對(duì)稱性膜骨架質(zhì)膜基本功效42/65一、膜流動(dòng)性膜流動(dòng)性是是全部生物膜基本特征，是細(xì)胞生長(zhǎng)增殖等生命活動(dòng)必要條件膜流動(dòng)狀態(tài)受細(xì)胞代謝過(guò)程調(diào)整43/65（一）膜脂流動(dòng)性脂肪酸鏈越短、不飽和程度越高，流動(dòng)性越大溫度對(duì)膜脂運(yùn)動(dòng)有顯著影響膽固醇對(duì)膜流動(dòng)性起著雙重調(diào)整作用44/65（二）膜蛋白流動(dòng)性熒光標(biāo)識(shí)人-鼠細(xì)胞融合試驗(yàn)成斑現(xiàn)象（patching）或成帽現(xiàn)象（capping）Figure10-35MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)45/65（二）膜蛋白流動(dòng)性膜蛋白流動(dòng)性受各種原因限制：如緊密連接、細(xì)胞骨架影響等46/65（三）膜脂和膜蛋白運(yùn)動(dòng)速率檢測(cè)熒光漂白恢復(fù)（FRAP）技術(shù)Figure10-36aMolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)47/65質(zhì)膜流動(dòng)性是確保其正常功效必要條件比如物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等，與細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育，抗寒性有關(guān)。當(dāng)膜流動(dòng)性低于一定閾值時(shí)，許多酶活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停頓，反之假如流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜溶解。膜流動(dòng)性生物學(xué)意義48/65影響膜流動(dòng)性原因膽固醇：膽固醇含量增加會(huì)降低膜流動(dòng)性。脂肪酸鏈飽和度：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：該百分比高則膜流動(dòng)性增加，是因?yàn)榍柿字扯雀哂诼蚜字?。其它原因：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。脂質(zhì)和蛋白質(zhì)相互作用：內(nèi)在蛋白越多，界面脂越多，膜流動(dòng)性降低。49/65二、膜不對(duì)稱性膜脂和膜蛋白在生物膜上呈不對(duì)稱分布糖蛋白和糖脂糖基部分均位于細(xì)胞質(zhì)膜外側(cè)電鏡冷凍蝕刻技術(shù)50/65（一）細(xì)胞質(zhì)膜各膜面名稱質(zhì)膜細(xì)胞外表面（extrocytoplasmicsurface，ES）質(zhì)膜原生質(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）51/65EFPF小鼠肝細(xì)胞膜冰凍蝕刻52/65（二）膜脂不對(duì)稱性膜脂不對(duì)稱性是指同一個(gè)膜脂分子在膜脂雙層中呈不均勻分布糖脂分布表現(xiàn)出完全不對(duì)稱性：非胞質(zhì)側(cè)53/65（二）膜脂不對(duì)稱性54/65（三）膜蛋白不對(duì)稱性全部膜蛋白在質(zhì)膜上都呈不對(duì)稱分布，每種膜蛋白分子在質(zhì)膜上都含有明確方向性糖蛋白糖殘基均分布在生物膜非胞質(zhì)一側(cè)Figure10-27MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)55/65三、細(xì)胞質(zhì)膜相關(guān)膜骨架Figure10-42aMolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience)56/65（一）膜骨架