细胞生物学4细胞质膜.ppt

3.1959J.D.Robertson pr-脂脂质质-pr 电镜电镜超薄切片超薄切片 “暗暗-亮亮-暗暗”三条三条带带“2-3.5-2”nm4.1972S.J.Singer & G.Nicolson 提出提出“流流动镶动镶嵌模型嵌模型”①膜的流膜的流动动性：膜蛋白和膜脂均可性：膜蛋白和膜脂均可侧侧向运向运动动②膜膜pr分布的不分布的不对对称性：称性：镶镶在表面、嵌入或横跨在表面、嵌入或横跨脂双份子脂双份子层层“液晶液晶态态模型模型”“板板块镶块镶嵌模型嵌模型”“脂筏模型脂筏模型”膜脂：无序（流膜脂：无序（流动态动态））≒ ≒有序（晶有序（晶态态））有流有流动动性程度不同的性程度不同的“板板块块”镶镶嵌而成嵌而成胆固醇、鞘磷脂等胆固醇、鞘磷脂等组组成成“脂筏脂筏”，运，运载载膜膜pr1.磷脂分子具有极性磷脂分子具有极性头头部和非极性尾部，且疏水性（非极部和非极性尾部，且疏水性（非极性）尾部相性）尾部相对对，极性，极性头头部朝外，在水相中可自部朝外，在水相中可自发发形成封形成封闭闭的膜系的膜系统统2.蛋白分子以不同方式蛋白分子以不同方式镶镶嵌再脂双嵌再脂双层层分子中或分子中或结结合在其表合在其表面，蛋白的面，蛋白的类类型、分布及与脂分子型、分布及与脂分子协协同作用，同作用，赋赋予其不予其不同的特性和功能。

同的特性和功能3.膜膜pr-膜脂、膜膜脂、膜pr-膜膜pr、膜、膜pr-生物大分子等相互作用，生物大分子等相互作用，限制了膜蛋白和膜脂的流限制了膜蛋白和膜脂的流动动性，形成脂筏性，形成脂筏结结构对对生生物物膜膜的的认认识识细细胞胞质质膜膜结结构模式构模式图图二、膜脂二、膜脂（一）成分（一）成分磷脂磷脂 (phospholipid)糖脂糖脂 (glycolipid)胆固醇胆固醇 (cholesterol)1.磷脂磷脂膜脂的基本成分，膜脂的基本成分，>50﹪磷脂磷脂甘油磷脂（甘油磷脂（phosphoglyceride））鞘磷脂（鞘磷脂（sphingolipid））磷脂磷脂酰酰胆碱（卵磷脂）胆碱（卵磷脂）磷脂磷脂酰丝酰丝氨酸氨酸磷脂磷脂酰酰乙醇胺（乙醇胺（脑脑磷脂）磷脂）磷脂磷脂酰酰肌醇肌醇主要特征：主要特征：①具有一个极性具有一个极性头头部和两个非极性尾部（脂肪酸部和两个非极性尾部（脂肪酸链链））②脂肪酸碳脂肪酸碳链为链为偶数，偶数，16、、18、、20③含含饱饱和脂肪酸和不和脂肪酸和不饱饱和脂肪酸（和脂肪酸（30°））2.糖脂糖脂<5﹪，神，神经经元元质质膜上糖脂含量膜上糖脂含量较较高（高（5-10﹪ ））不同不同细细胞糖脂种胞糖脂种类类不同不同神神经细经细胞：神胞：神经节经节苷脂苷脂红细红细胞：胞：ABO血型血型脂脂葡萄糖葡萄糖N-乙乙酰酰葡糖胺葡糖胺半乳糖半乳糖岩藻糖岩藻糖无：无： O型型N-乙乙酰酰氨基半乳糖：氨基半乳糖：A型型半乳糖：半乳糖： B型型脑细脑细胞：胞：脑脑苷脂苷脂3.胆固醇胆固醇<1/3调节调节膜的流膜的流动动性、增加膜的性、增加膜的稳稳定性、降低水溶性物定性、降低水溶性物质质的通透性的通透性脂筏的基本脂筏的基本结结构成分构成分（二）膜脂的运（二）膜脂的运动动方式方式1.沿膜平面的沿膜平面的侧侧向运向运动动2.脂分子脂分子围绕轴围绕轴心的自旋运心的自旋运动动3.脂分子尾部的脂分子尾部的摆动摆动4.双双层层脂分子之脂分子之间间的翻的翻转转运运动动（三）脂（三）脂质质体体 (liposome)——根据磷脂分子可在水相中形成根据磷脂分子可在水相中形成稳稳定的脂双定的脂双层层膜的膜的趋势趋势而制而制备备的的人工膜人工膜人工膜人工膜，球形脂，球形脂质质直径在直径在25-1000nm之之间间。

可裹入可裹入DNA,用于用于转转基因；可裹入基因；可裹入药药物，用于物，用于诊诊断与治断与治疗疗三、膜蛋白三、膜蛋白（一）膜蛋白的（一）膜蛋白的类类型型外在（周外在（周边边）膜蛋白）膜蛋白内在（整合）膜蛋白内在（整合）膜蛋白脂脂锚锚定膜蛋白定膜蛋白水溶性，易分离（离子水溶性，易分离（离子强强度、温度）度、温度）结结合合紧紧密，去垢密，去垢剂剂通通过过与脂肪酸或糖脂相与脂肪酸或糖脂相连锚连锚定定（二）内在膜蛋白与膜脂（二）内在膜蛋白与膜脂结结合的方式合的方式1.跨膜跨膜结结构域与脂双构域与脂双层层分子的疏水核心相互作用分子的疏水核心相互作用2.跨膜跨膜结结构域两端携构域两端携带带的氨基酸的氨基酸正正电电荷的氨基酸残基（荷的氨基酸残基（Arg+、、Lys+））负电负电荷的氨基酸残基荷的氨基酸残基Ca2+/Mg2+磷脂磷脂带负电带负电的极性的极性头头3.细细胞胞质质基基质侧质侧的的Cys残基与脂肪酸分子共价残基与脂肪酸分子共价结结合合跨膜跨膜结结构域与膜脂的构域与膜脂的结结合方式：合方式：1.含有含有20个左右的疏水氨基酸残基，形成个左右的疏水氨基酸残基，形成α螺旋螺旋嗜嗜盐盐菌的膜蛋白菌的膜蛋白α螺旋：螺旋：21aa2.α螺旋同螺旋同时时具有极性具有极性侧链侧链和非极性和非极性侧链侧链，形成特，形成特异极性分子的跨膜通道异极性分子的跨膜通道带带3 pr：：Cl-/HCO3-的跨膜运的跨膜运输输3.10-12个个aa残基，形成残基，形成β折叠折叠（三）去垢（三）去垢剂剂——一端一端亲亲水另一端疏水的两性小分子，分离与水另一端疏水的两性小分子，分离与研究膜蛋白的常用研究膜蛋白的常用试剂试剂离子型去垢离子型去垢剂剂：十二：十二烷烷基磺酸基磺酸钠钠（（SDS））引起引起细细胞胞质质膜崩解，或与膜膜崩解，或与膜pr疏水部疏水部结结合从而使其与膜分离合从而使其与膜分离引起蛋白引起蛋白质变质变性性非离子型去垢非离子型去垢剂剂：：Triton-100引起引起细细胞胞质质膜崩解，但膜崩解，但对对pr作用温和作用温和第二第二节节 生物膜的基本特征与功能生物膜的基本特征与功能一、膜的流一、膜的流动动性性（一）膜脂的流（一）膜脂的流动动性性1.脂肪酸脂肪酸链链越短、不越短、不饱饱和程度越高，膜脂的流和程度越高，膜脂的流动动性越大性越大2.在相在相变变温度范温度范围围内，温度越高，膜脂的流内，温度越高，膜脂的流动动性越大性越大3.胆固醇胆固醇对对膜的流膜的流动动性起重要的双重性起重要的双重调节调节作用，多数情况下，作用，多数情况下，防止膜脂由液相防止膜脂由液相变变成固相，保成固相，保证证膜膜处处于流于流动动状状态态（二）膜蛋白的流（二）膜蛋白的流动动性性经经典典实验实验：：荧荧光抗体免疫光抗体免疫标记实验标记实验膜蛋白的运膜蛋白的运膜蛋白的运膜蛋白的运动动动动是自是自是自是自发发发发的的的的热热热热运运运运动动动动，，，，不需要代不需要代不需要代不需要代谢产谢产谢产谢产物，也不需要能量物，也不需要能量物，也不需要能量物，也不需要能量成斑成斑现现象：象：成帽成帽现现象：象：荧荧光光标记标记聚集在聚集在细细胞表面的某些部位胞表面的某些部位荧荧光光标记标记聚集在聚集在细细胞的一端胞的一端部分膜蛋白不能自由运部分膜蛋白不能自由运动动，其分布具有区域性，被限制在，其分布具有区域性，被限制在某个特定区域内某个特定区域内膜蛋白与膜蛋白与细细胞骨架胞骨架结结构相构相结结合合细细胞松弛素胞松弛素B影响膜的流影响膜的流动动性的因素：性的因素：细细胞骨架胞骨架膜蛋白与膜脂的相互作用膜蛋白与膜脂的相互作用（三）（三）荧荧光漂白恢复技光漂白恢复技术术质质膜上膜蛋白膜上膜蛋白扩扩散速率：散速率：5X10-11~5X10-9CM2/S蛋白在水中的蛋白在水中的扩扩散速率：散速率：10-7CM2/S脂分子脂分子-prPr-pr束束缚缚了膜蛋白的自由了膜蛋白的自由扩扩散散二、膜的不二、膜的不对对称性称性（一）（一）细细胞胞质质膜各部分的名称膜各部分的名称ES: 细细胞外表面胞外表面PS: 原生原生质质表面表面EF:PF:细细胞外小胞外小页页断裂面断裂面原生原生质质小小页页断裂面断裂面（二）膜脂的不（二）膜脂的不对对称性称性——同一种膜脂分子在膜的脂双同一种膜脂分子在膜的脂双层层中呈不均匀分布中呈不均匀分布磷脂磷脂甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂磷脂酰酰胆碱（卵磷脂）胆碱（卵磷脂） PC磷脂磷脂酰丝酰丝氨酸氨酸 PS磷脂磷脂酰酰乙醇胺（乙醇胺（脑脑磷脂）磷脂） PE磷脂磷脂酰酰肌醇肌醇 PIESPSPSPSES糖脂糖脂胆固醇胆固醇ES50%膜脂不膜脂不对对称分布的影响因素称分布的影响因素磷脂：磷脂：1.合成部位合成部位2.生物学功能生物学功能3.空空间间形状形状糖脂：糖脂： 执执行生理功能的行生理功能的结结构基构基础础胆固醇：胆固醇：（三）膜蛋白的不（三）膜蛋白的不对对称性称性——每种膜蛋白在每种膜蛋白在质质膜上都有确定的方向性膜上都有确定的方向性所有的膜蛋白都在所有的膜蛋白都在所有的膜蛋白都在所有的膜蛋白都在质质质质膜上不膜上不膜上不膜上不对对对对称分布称分布称分布称分布细细胞表面受体胞表面受体膜上膜上载载体蛋白体蛋白糖蛋白糖蛋白按一定方向按一定方向传递传递信号、信号、转转运物运物质质糖残基分布在糖残基分布在质质膜膜ES面面生物各膜面的名称及不生物各膜面的名称及不对对称性称性七、七、细细胞膜的功能胞膜的功能1.提供提供稳稳定的内定的内环环境境2.选择选择性的物性的物质质运运输输3.信息信息识别识别位点位点4.多种多种酶酶的的结结合位点合位点5.介介导细导细胞与胞与细细胞、胞、细细胞与基胞与基质间质间的的连连接接6.参与具有不同功能的参与具有不同功能的细细胞表面特化胞表面特化结结构构7.膜蛋白的异常与疾病相关，可作膜蛋白的异常与疾病相关，可作为为治治疗疗的的药药物靶物靶标标第三第三节节 膜骨架膜骨架一、膜骨架一、膜骨架——细细胞胞质质膜下与膜蛋白相膜下与膜蛋白相连连的由的由纤维纤维蛋白蛋白组组成的成的网架网架结结构，参与构，参与维维持持细细胞胞质质膜的形状并膜的形状并协协助助质质膜膜完成多种生理功能完成多种生理功能溶胶溶胶层层中含丰富的骨架中含丰富的骨架纤维纤维，通，通过过膜骨架与膜骨架与质质膜相膜相连连二、二、红细红细胞的生物学特性胞的生物学特性红细红细胞影（血影，胞影（血影，blood ghost））——当当红细红细胞胞经经低渗低渗处处理后，理后，质质膜破裂，同膜破裂，同时释时释放出血放出血红红蛋白和胞内其他可溶性蛋白，蛋白和胞内其他可溶性蛋白，细细胞仍胞仍维维持原来的形状和大小，持原来的形状和大小，这这种种结结构称构称为为血影。

血影三、三、红细红细胞胞质质膜蛋白及膜骨架膜蛋白及膜骨架红细红细胞胞质质膜蛋白包括：膜蛋白包括：血影蛋白（血影蛋白（红红膜膜肽肽）、）、锚锚蛋白、蛋白、带带3蛋白、蛋白、带带4.1蛋白、肌蛋白、肌动动蛋白、血型糖蛋白蛋白、血型糖蛋白带带3蛋白是蛋白是红细红细胞膜上胞膜上Cl-/HCO3-阴离子阴离子转转运的运的载载体蛋白体蛋白红细红细胞及其膜骨架胞及其膜骨架。