《細胞生物學》教學課件-第4章-細胞質(zhì)膜

4.細胞質(zhì)膜1內(nèi)容提要細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與基本成分細胞質(zhì)膜的基本特征與功能2細胞質(zhì)膜細胞質(zhì)膜（PlasmaMembrane），曾稱細胞膜，是指圍繞在細胞最外層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及糖類共同組成的生物膜。細胞內(nèi)的膜系統(tǒng)（細胞器的膜）與細胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為細胞膜（Biomenbrane）。在細胞膜表面旅行:3一.質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)及主要成分質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型質(zhì)膜的主要化學成分4E.Overton1895推測細胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。E.Gorter等1925推測細胞膜由雙層脂分子組成。J.Danielli&H.Davson發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，提出三明治模型（蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)）。JD.Robertson1959根據(jù)電鏡觀察提出單位膜模型（Unitmembranemodel）1.結(jié)構(gòu)模型5S.J.Singer&G.L.Nicolson1972年根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果，提出生物膜的“流動鑲嵌模型”

（Fluid-mosaicmodel）

質(zhì)膜的流動性。組成質(zhì)膜的膜脂和膜蛋白均可側(cè)向運動。膜蛋白分布的不對稱性。膜蛋白或結(jié)合在膜表面，或嵌入其內(nèi)部，或橫跨整個雙脂層。流動鑲嵌模型3D動畫：6K.Simonsetal等1997年提出脂筏模型（lipidraftsmodel）甘油磷脂為生物膜的主體成分。膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)域形成相對有序的脂相。執(zhí)行特定生物學功能的各種膜蛋白類似脂筏漂浮在脂雙層上。7質(zhì)膜結(jié)構(gòu)小結(jié)磷脂排布：磷脂雙分子層自發(fā)形成封閉膜系統(tǒng)，疏水尾部相對，頭部朝向水相蛋白排布：蛋白質(zhì)以不對稱方式分布在脂雙層表面或鑲嵌其中，賦予生物膜不同的功能三維關(guān)系：生物膜可以看成是蛋白在雙層脂分子中的二維溶液動態(tài)變化：生物膜處于不斷的動態(tài)變化中82.質(zhì)膜的化學組成質(zhì)膜膜脂甘油磷脂Glycerophosphatide鞘脂Sphingolipid(含糖脂Glycolipid)固醇Sterol膜蛋白Membraneprotein外在膜蛋白Extrinstic外周膜蛋白Peripheral內(nèi)在膜蛋白Intrinsic

整合膜蛋白Integral脂錨定蛋白lipidanchoredprotein92.1、膜蛋白占核基因組編碼蛋白質(zhì)的30%。種類繁多不同類型細胞及不同部位，膜蛋白含量和種類區(qū)別大根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為三種類型：A.整合蛋白①,②

；B.脂錨定蛋白③,④

；C.外周蛋白⑤,⑥10外周蛋白為水溶性蛋白質(zhì)，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面蛋白或脂分子結(jié)合，改變?nèi)芤旱碾x子強度、提高溫度就可以從膜上分離下來，但膜結(jié)構(gòu)不被破壞。如磷脂酶。脂錨定蛋白是通過與之共價相連的脂分子插入膜的脂雙分子中，而錨定在細胞質(zhì)膜上，水溶性的蛋白質(zhì)部分位于脂雙層外。11脂錨定蛋白可以分為三類：脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N端的甘氨酸殘基上，位于細胞質(zhì)一側(cè)。由15或20個碳鏈長的烴鏈結(jié)合到膜蛋白的C端的半胱氨酸殘基上。位于細胞質(zhì)一側(cè)。通過糖脂錨定到細胞質(zhì)膜上，稱為磷脂酰肌醇糖脂（GPI），這種方式簡稱GPI錨定方式。位于質(zhì)膜外側(cè)。12整合蛋白均為跨膜蛋白（transmembraneproteins），兩性分子?？缒そY(jié)構(gòu)域為1至多個疏水的α螺旋。與膜的結(jié)合緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來?？缒さ鞍自诮Y(jié)構(gòu)上可以分為胞質(zhì)外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)域三部分?？缒さ鞍着c膜結(jié)合的主要方式：疏水作用：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靜電作用：跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負電的極性頭形成離子鍵，或帶負電的氨基酸殘基通過Ca2+，Mg2+等陽離子與帶負電的磷脂極性頭相互作用。共價連接：膜蛋白通過自身在細胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸共價結(jié)合到脂肪酸分子上，后插入脂雙層之間進一步加強膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力。13內(nèi)在膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域形成親水通道有兩種形式：由多個α螺旋組成親水通道；由β折疊組成親水通道。

水孔蛋白(aquaporin):是一類具有6個α螺旋區(qū)的蛋白質(zhì)家族，通常形成四聚體的膜蛋白以行使其轉(zhuǎn)運水或甘油等分子功能。14去垢劑(Detergent):是一端親水、一端疏水的兩親性小分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑。去垢劑可以插入質(zhì)膜，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。離子型去垢劑SDS非離子型去垢劑Triton-X10015磷脂酰膽堿phosphatidylcholine，PC（卵磷脂）磷脂酰絲氨酸phosphatidylserine，PS磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolamine，PE（腦磷脂）磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI1）甘油磷脂主要特征：主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成約占膜脂的50％以上。一個極性頭、兩個非極性尾（脂肪酸鏈）。脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，多為16，18個碳原子（如軟脂酸，硬脂酸）。除飽和脂肪酸，常有含1-2個雙鍵的不飽和脂肪酸（如油酸）。2.2、膜脂162）鞘脂(均為鞘氨醇的衍生物，在高爾基體合成），鞘磷脂（Sphingomyelin，SM），腦和神經(jīng)細胞膜中特別豐富，原核和植物細胞膜中不含。如神經(jīng)鞘磷脂。糖脂（Glycolipid）存在原核真核質(zhì)膜上，約占5％以下，但神經(jīng)細胞膜含量高，約占5-10％。如腦苷類。173）固醇（膽固醇及其類似物，在胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成）存在真核細胞膜上，含量約膜脂的1/3，植物細胞膜中含量較少。功能是提高膜的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)流動性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。只能插入磷脂分子中，參與生物膜的形成，增加磷脂分子的有序性和脂雙層的厚度。缺乏膽固醇可能導致細胞分裂抑制。184）脂質(zhì)體（liposome）是根據(jù)磷脂分子在水相中形成穩(wěn)定脂雙層膜的現(xiàn)象而制備的一種人工膜。雙層或單層脂分子球體，直徑25~1000nm。人工脂質(zhì)體應(yīng)用：轉(zhuǎn)基因制備的藥物研究生物膜的特性19質(zhì)膜成分小結(jié)膜蛋白與脂的相互作用方式20二.質(zhì)膜的特征及功能質(zhì)膜的特征：流動性和不對稱性質(zhì)膜的主要功能211）.質(zhì)膜的流動性膜脂和蛋白質(zhì)的分子運動組成。膜脂分子的運動膜蛋白的運動主要是側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)擴散兩種方式。①側(cè)向擴散(lateraldiffusion)②旋轉(zhuǎn)運動(rotation)③伸縮運動（flexion）④翻轉(zhuǎn)擴散(transversediffusion)，又稱翻轉(zhuǎn)(flip-flop)。22影響膜脂流動性的因素膽固醇脂肪酸鏈的飽和度脂肪酸鏈的鏈長卵磷脂/鞘磷脂其他因素：溫度、酸堿度、離子強度等。膜脂、膜蛋白運動的檢測方法：熒光漂白技術(shù)和細胞融合技術(shù)232）.膜的不對稱性膜內(nèi)外兩層組分和功能的差異，稱膜的不對稱性。樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，各斷面命名為：ES，細胞外表面；EF，細胞外小頁斷裂面；PS，原生質(zhì)表面；PF，原生質(zhì)小頁斷面。

人的ABO血型抗原寡糖鏈結(jié)構(gòu)圖24細胞質(zhì)膜相關(guān)膜骨架細胞表面的特化結(jié)構(gòu)包括膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細胞的變形足等結(jié)構(gòu)。膜骨架是指質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；位于質(zhì)膜下約0.2μm厚的溶膠層。主要用來維持質(zhì)膜的形態(tài)。以血紅細胞為例：經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影(Ghost)成分主要有：血影蛋白(Spectrin)：由結(jié)構(gòu)相似的α鏈、β鏈組成異二聚體，兩個二聚體頭與頭相接連形成四聚體。錨蛋白（Ankyrin）：連接膜骨架網(wǎng)絡(luò)與細胞膜。帶3蛋白：陰離子載體，通過交換Cl－，使HCO3－進入紅細胞。為二聚體，每個單體形成跨膜12-14次的α-螺旋。帶4.1蛋白,