细胞的结构及其功能－医学细胞生物学

第二篇 细胞的结构及其功能第五章 细胞膜及其表面 第一节 细胞膜的分子结构和特性 一、膜的化学组成 脂质、蛋白质、糖类 脂质：蛋白质 =1： 4 4： 1 （一）膜脂 1、磷脂 磷酸甘油酯 以甘油为骨架 最简单的是磷脂酸 膜中含量最多的是磷脂酰胆碱（卵磷脂），其次是磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）。 鞘磷脂 以鞘氨醇为骨架 2、胆固醇 3、糖脂 如脑苷脂 结构似鞘磷脂 ，只是糖基取代了磷脂酰胆碱。 兼性分子或双亲媒性分子 （二）膜蛋白 1、内在蛋白质（镶嵌蛋白）（跨膜蛋白） 2、周边蛋白质（外在蛋白质） 主要内表面 （三）膜糖 低聚糖 主要外表面 糖蛋白 糖脂 二、膜的分子结构 （一）片层结构模型 球形蛋白质分子附着在脂质双分子层的两侧表面 三夹版式结构 （二）单位膜模型 内外暗线，中间明线。 由单层肽链以 折叠形式的蛋白质，通过静电作用与磷脂极性端相结合。 不足 （三）液态镶嵌模型（ 在脂质双分子层中，有蛋白质颗粒（ 螺旋）的分布。 不足 （四）晶格镶嵌模型 界面脂和膜内在蛋白一起构成膜中晶态部分（晶格），流动的脂质仅呈小片的点状分布。 （五）板块镶嵌模型 有序结构的板块之间被无序结构的板块分割 (六 ) 脂筏 三、膜的主要理化特性 除镶嵌性外 （一）膜的不对称性 在结构和功能上 1、膜蛋白分布的不对称 数目、排布方向、亲水端、酶活性位点、膜周边蛋白 2、膜脂的不对称性 红细胞膜 分子组成 （二）膜的流动性 1、膜脂的流动性 （ 1）烃链的旋转异构运动（主要因素） （ 2）脂肪酸链的伸缩运动和振荡运动 （ 3）膜脂分子的旋转运动 （ 4）侧向扩散运动 （ 5）翻转运动 2、膜蛋白的运动性 细胞代谢驱使的运动 与膜下方的微管、微丝相结合 被动扩散 受膜脂流动制约 （ 1）侧向扩散 成帽反应（见图 5光致漂白荧光恢复法（见图 5 （ 2）旋转扩散 3、影响膜流动性的因素 （ 1）脂肪酸链的长度及不饱和程度 较短 减弱尾区的相互作用，增进流动性。 不饱和脂肪酸多，相变温度低，流动性大。 （ 2）胆固醇与磷脂的比值 液态 胆固醇增加有序性 晶态 胆固醇扰乱有序性 （ 3）卵磷脂（磷脂酰胆碱）与鞘磷脂的比值 卵磷脂所含的脂肪酸 不饱和程度高 鞘磷脂所含的脂肪酸 饱和程度高 （ 4）膜蛋白的影响 嵌入的蛋白质多，流动性小。 （ 5）其他因素的影响 温度、 子强度、金属离子等第五节 细胞膜与物质的跨膜运输 选择通透性 小分子和离子的穿膜运输 大分子和颗粒物质的膜泡运输 一、穿膜运输 （一）小分子和离子的穿膜机制 扩散速率主要取决于分子大小和在脂质中的相对溶解度（见图 5 通透性（ P） =在油和水中的分配系数（ K） × 扩散系数（ D） /膜的厚度 t 膜转运蛋白 ：（见图 5 通道蛋白（主要根据分子大小和电荷多少决定某些离子和分子能否通过） 载体蛋白（只允许能够与自身很好地结合的分子或离子通过，同时伴随自身结构的变化。） 被动转运：浓度高 低，没有消耗能量。 主动转运：浓度低 高，消耗能量。 （二）小分子和离子的穿膜运输方式 1、简单扩散 如 2、离子通道扩散 通道蛋白 螺旋蛋白 亲水性通道（见图5 电压门控通道 配体门控通道 机械门控通道 神经肌肉连接系统门控通道 3、易化扩散 如葡萄糖、氨基酸、核苷酸、金属离子等 （餐后，葡萄糖进入细胞，饥饿，葡萄糖被转运出细胞。） 载体蛋白 载体蛋白处于饱和状态时，运输速率达到最大值。（见图 5 4、离子泵 （ 1）钠泵 K+ 有载体和酶的活性。 亚单位 催化部分 细胞质端有与 端有与 K+的结合部位。 第一步， 象变化， 分离释放到膜外。 第二步， +结合，去磷酸化，构象恢复，将 K+移至膜内释放。 每水解一个 出 3个 泵入 2个 K+。 （ 2）钙泵 出细胞质或泵入某些细胞器。 每水解一个 转运两个 5、伴随运输 共转运载体蛋白 离子梯度驱动的间接的主动运输 同向运输 如利用 梯度内流把葡萄糖泵入细胞 对向运输 如利用 梯度内流把 H+泵出细胞 肠腔中的葡萄糖经小肠上皮细胞吸收转运入血液 单运输 协同运输 二、膜泡运输 （需要能量） （一）胞吞作用 1、吞噬作用 吞噬体或吞噬泡 2、胞饮作用 胞饮体或胞饮泡 微胞饮作用（微胞饮小泡） 3、受体介导的胞吞作用 有被小窝、有被或衣被小泡 网格蛋白（笼蛋白） 三腿蛋白复合体 衣被 低密度脂蛋白（ 粒： (见图 5 酯化胆固醇、游离胆固醇、磷脂、载脂蛋白 配体 +膜受体 +衣被 有被小窝 有被小泡 无被小泡 （ 无被小泡 +早期内体 ） 含受体的小囊泡 质膜 含配体 （ 的小囊泡+溶酶体 （ 晚期内体 ） 配体水解 游离的胆固醇 细胞质 4、陷穴蛋白介导的胞饮作用 陷穴蛋白（见图 5 （二）胞吐作用 穿胞吞吐作用（见图 5 结构性分泌 调节性分泌（接受细胞外信号的刺激） 第六节 细胞膜受体 第八节 膜受体与细胞识别 一、细胞膜受体的概念 受体（ 存在于细胞膜上或细胞内，能接受外界的信号，并将信号转化为细胞内的一系列生物化学反应，从而对细胞的结构或功能产生影响的蛋白质分子。（识别外来信号和激发继发效应） （一）膜受体的结构和类型 1、膜受体的分子结构 多为糖蛋白 细胞外域（亲水部分）、跨膜域（疏水部分）和细胞内域（亲水部分） 识别部（调节亚单位）、转换部（转导部）、效应部（催化亚单位） 单体型受体、复合型受体 2、膜受体的类型 按受体所相关配体的类型来分 按受体本身的化学或功能特性来分 （ 1）受体酪氨酸激酶 细胞内域（效应部）：酪氨酸激酶 （ 2）配体闸门通道 离子通道 如 图 5 （ 3） 单体 跨膜 7次 激活 （二）膜受体的特性 1、特异性及非决定性 信号与受体之间，分子的立体特异性，诱导改变分子构象以互相适应（见图 5但特异性并非绝对严格。 2、可饱和性 一个细胞受体数目有限 3、高亲和度 4、可逆性 5、特定的组织定位 （三）膜受体的数量与分布 （四）受体的激动剂和阻断剂 二、膜受体与细胞识别 （一）细胞识别的现象 两种海绵的细胞 3个胚层的细胞 （二）细胞识别的分子基础 细胞表面受体间或受体与大分子间互补形式的相互作用。 各种细胞表面寡糖链中的单糖种类、数目、排列顺序和结合方式不同，使糖链具有多样性和复杂性。 两种海绵的细胞（凝集因子、凝集因子的受体）见图 5（三）细胞识别所引起的反应类型 1、配体进入细胞 2、细胞的黏着 3、细胞内功能活动的改变