1、第二篇 細(xì)胞的基本功能 細(xì)胞(cell) - 生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位 1665年：英國(guó)物理學(xué)家虎克(Robert Hooke) 首次以自制 的顯微鏡觀察到樹(shù)株的木栓層薄片的小格子即木栓中死細(xì) 胞壁構(gòu)成之空室，并稱(chēng)之為 “細(xì)胞” ； 十九世紀(jì)三十年代后期：德國(guó)植物學(xué)家施萊登和動(dòng)物學(xué)家 施旺共同創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)； 二十世紀(jì)三十年代以來(lái)：提出了各種有關(guān)膜的分子結(jié)構(gòu)的 假說(shuō)。Singer和Nicholson于1972年提出的膜的液態(tài)鑲嵌 模型（liquid mosaic model） 含有“細(xì)胞”名稱(chēng)的學(xué)術(shù)雜志：20多種生命現(xiàn)象在細(xì)胞和分子水平的高度一致性Matthias Jacob Schleid

2、en (1804-1881) 細(xì)胞學(xué)說(shuō)創(chuàng)始人之一 德國(guó)科學(xué)家 本篇（細(xì)胞生理學(xué)）主要講授：細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)細(xì)胞生物電現(xiàn)象肌細(xì)胞收縮機(jī)制 第二章 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 細(xì)胞膜/質(zhì)膜（plasma membrane)/生物膜 細(xì)胞膜和細(xì)胞器膜 細(xì)胞器（organelle）膜 雙層質(zhì)膜：線(xiàn)粒體（mitochondria）、 葉綠體（chloroplast）和 核膜（nuclear membrane） 單層質(zhì)膜： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum） 高爾基體（Golgis apparatus） 溶酶體（1ysosome） 細(xì)胞膜的功能 屏障功

3、能物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 （半透膜/選擇性）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能 生物電第一節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特征 對(duì)膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)過(guò)程固態(tài)小孔模型液態(tài)鑲嵌模型（fluid mosaic model） 電子顯微鏡下膜的結(jié)構(gòu)2.5nm2.5nm2.5nm7.5nm人紅細(xì)胞膜電鏡照片一、細(xì)胞膜是由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和少量糖類(lèi)物質(zhì)構(gòu)成的 膜的組成一般是以蛋白質(zhì)和脂質(zhì)為主，糖類(lèi)只占極少量。以重量計(jì)算，蛋白質(zhì)與脂質(zhì)在膜內(nèi)的比例大約在4:1-1:4之間， 膜蛋白和膜脂質(zhì)的重量比則取決于該部分膜的功能特性和代謝活躍程度。 線(xiàn)粒體膜： 蛋白質(zhì)：脂質(zhì)3:1； 神經(jīng)纖維的髓鞘膜： 蛋白質(zhì)：脂質(zhì) 1:4。 分子個(gè)數(shù)：脂質(zhì)分子數(shù)目至少超過(guò)蛋白質(zhì)分子數(shù)的l00倍

4、。二、液態(tài)鑲嵌模型是目前公認(rèn)的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)型式Lipid bilayersPhospholipids form membranes as lipid bilayers.(Liposomes.)HydrophobicHydrophilicOUTINHydrophobicHydrophilicOUTINOligosaccharidesCytoplasmMembrane ProteinsCholesterolOuterSurfaceFluid Mosaic Modelof Membrane Structure（一）脂質(zhì)雙分子層是細(xì)胞膜的基本骨架 脂質(zhì)雙分子層是如何發(fā)現(xiàn)的？Gorter和 Grendel

5、（1925）提取紅細(xì)胞膜脂質(zhì)將脂質(zhì)在水溶液中鋪成單分子層 測(cè)定脂質(zhì)單分子層的面積發(fā)現(xiàn)約為該細(xì)胞表面積的二倍 脂質(zhì)雙分子層學(xué)說(shuō) 膜脂質(zhì)的組成：磷脂、糖脂、固醇 1. 磷脂（phospho1ipid） （70%） （1） 甘油磷脂 磷脂酰膽堿（phosphatidylcholine，PC） 磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanoamine，PE） 磷脂酰絲氨酸（phosphatidylserine，PS） 磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol，PI） （2） 鞘磷脂（1%，與磷脂結(jié)構(gòu)相似，但不含甘油，而代 之以鞘氨醇（sphinsine）2. 糖脂（glycolipid

6、） 鞘糖脂（glycosphingolipid） 中性鞘糖脂 酸性鞘糖脂 甘油糖脂（glycoglycerolipid） 磷酸多萜醇衍生糖脂（poliprenolphosphate lipid） 類(lèi)固醇衍生糖脂（steryl glycoside） 3. 固醇（sterol）（30%） 膽固醇（cholesterol）：為主 膽固醇酯（cholesteryl ester）：含量很低 c/p比值：細(xì)胞膜中膽固醇與磷脂的比值，可反映膜的流動(dòng) 性。膜中膽固醇的含量與膜的流動(dòng)性成反變關(guān)系。c/p比值增 高時(shí)，膜的流動(dòng)性降低，細(xì)胞的變形能力降低；同時(shí)可能會(huì) 損害免疫細(xì)胞對(duì)抗原的結(jié)合和反應(yīng)能力。 Phosp

7、holipidsPolarHeadGlycerolFatty Acid TailsHydrophobicHydrophilicOUTIN膜脂質(zhì)都是一些雙嗜性分子（amphilic molecule） 膜脂質(zhì)的理化特點(diǎn)： 雙嗜性分子（amphilic molecule) 分子一端為親水性極性集團(tuán)，另一端為蔬水性非極 性集團(tuán) 組裝為細(xì)胞膜時(shí)親水端朝膜外，蔬水端朝膜內(nèi) 自由能最低，最穩(wěn)定，可自動(dòng)形成和維持熔點(diǎn)低，常溫下為液態(tài)，富流動(dòng)性 膜脂質(zhì)只能在同一分子層內(nèi)作橫向運(yùn)動(dòng)， 不易掉頭或跨層運(yùn)動(dòng) 膜蛋白和細(xì)胞骨架在膜流動(dòng)性中的作用賦予膜承受較大張力而不破裂的特性賦予膜破裂后自動(dòng)融合修復(fù)的特性人工膜（脂質(zhì)

8、小體，liposome) 脂質(zhì)在水溶液中激烈擾動(dòng)形成的含水小囊（細(xì)胞空殼）。囊膜為脂質(zhì)雙層，是研究膜生物學(xué)的好工具，有重要的理論意義。 不同膜脂質(zhì)在細(xì)胞膜的分布 外側(cè)：主要為磷脂酰膽堿和含膽堿的鞘脂內(nèi)側(cè)：主要為磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸 少量磷脂酰肌醇（產(chǎn)生IP3）膽固醇在兩層脂質(zhì)中差別不大膽固醇越高，膜流動(dòng)性越低 膜脂質(zhì)的運(yùn)動(dòng) 同層內(nèi)橫向運(yùn)動(dòng) 在同層內(nèi)“掉頭” 不同層的“翻轉(zhuǎn)” 脂肪酰鏈的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)、 磷脂分子圍繞其長(zhǎng)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 脂肪酰鏈垂直于膜脂質(zhì)雙層平面軸的震蕩運(yùn)動(dòng)（二）膜蛋白鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中，是膜功能的主要執(zhí)行者 膜蛋白在膜中的存在形式 70年代以前的觀點(diǎn)：平鋪在脂質(zhì)雙分子層

9、內(nèi)外兩側(cè)。 現(xiàn)在的觀點(diǎn)：以螺旋或球形結(jié)構(gòu)鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中。 膜蛋白鑲嵌理論的證據(jù)：冰凍蝕刻 表面蛋白質(zhì)（peripheral protein）：靜電吸附在膜表面 整合蛋白質(zhì)（integrated protein）：疏水氨基酸形成螺 旋，一次或多次穿膜，如G蛋白耦聯(lián)受體。Proteins in the plasma membraneTransmembrane or Integral ProteinsPeripheral Proteins 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)形式及其調(diào)控側(cè)向移動(dòng)：例如遞質(zhì)的受體有向神經(jīng)末稍分布處聚 集的現(xiàn)象。內(nèi)在化（internalization): 如受體蛋白 插入（insertion）：胞內(nèi)合成組裝到膜上 錨靠：細(xì)胞骨架可將膜蛋白錨靠在某一特殊部分 沿膜平面垂直軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（三）細(xì)胞膜糖類(lèi)是細(xì)胞膜的另一類(lèi)分子標(biāo)記或信息載體 細(xì)胞膜糖類(lèi)種類(lèi)及分布特征量少（2-10） 主要是寡糖（10個(gè)以下單糖）和多糖（如唾液酸）以共價(jià)鍵形式結(jié)合于膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì) 糖脂（glycolipid）、糖蛋白（glycoprotein） 裸露在膜外側(cè)，有細(xì)胞“天線(xiàn)” 之稱(chēng) 分類(lèi)： 中性糖類(lèi) 氨基糖類(lèi)（含量較多，包括氨基半乳糖和氨基葡萄糖等） 乙酰氨基糖類(lèi)（包括乙酰氨基半乳糖、乙酰氨基葡萄糖等） 巖藻糖 乙酰神經(jīng)氨酸（又稱(chēng)為唾液