第四章細(xì)胞質(zhì)膜第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型?

一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型?

二、膜脂?

三、膜蛋白第二節(jié)生物膜基本特征與功能?

一、膜的流動性?

二、膜的不對稱性?

三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能第三節(jié)膜骨架?

一、膜骨架?

二、紅細(xì)胞的生物膜特性?

三、紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞質(zhì)膜：又稱細(xì)胞膜，是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的生物膜。?

質(zhì)膜和內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的等方面具有相似性，故總稱為生物膜。生物膜是細(xì)胞進(jìn)行生命活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型一、質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史1.E.Overton1895發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過植物的細(xì)胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過細(xì)胞膜，因此推測細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。2.E.Gorter&F.Grendel1925用有機(jī)溶劑提取了人的紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四3、J.Danielli&H.Davson1935發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推測膜中含有蛋白質(zhì)。提出“蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”的三明治式結(jié)構(gòu)模型4、J.D.Robertson1959年提出了修正模型—單位膜模型。用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成，總厚約7.5nm。第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四5、S.J.Singer&G.Nicolson1972根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，提出了“流動鑲嵌模型”。第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四?

根據(jù)Fluid-mosaicmodel：1.磷脂分子以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；2.蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對稱性。3.細(xì)胞膜由流動的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。動物細(xì)胞膜通常含有等量的脂類和蛋白質(zhì)。第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四

二、膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三種類型。（一）、磷脂是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個膜脂的50％以上。磷脂分子的主要特征是：1.具有一個極性頭和兩個非極性的尾（脂肪酸鏈），線粒體內(nèi)膜上的心磷脂具有4個非極性尾部。2.脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，多數(shù)碳鏈由16，18或20個碳原子組成。3.常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1、甘油磷脂以甘油為骨架的磷脂類，在骨架上結(jié)合兩個脂肪酸鏈一個磷酸基團(tuán)，膽堿、乙醇胺、絲氨酸或肌醇等分子籍磷酸基團(tuán)連接到脂分子上。主要類型有：①磷脂酰膽堿PC，舊稱卵磷脂②磷脂酰絲氨酸PS③磷脂酰乙醇胺PE，舊稱腦磷脂④磷脂酰肌醇PI⑤雙磷脂酰甘油,DPG，舊稱心磷脂第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四磷脂酰膽堿第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2、鞘磷脂?

鞘磷脂（SM）在腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富。以鞘胺醇為骨架，與一條脂肪酸鏈組成疏水尾部，親水頭部也含膽堿與磷酸結(jié)合。原核細(xì)胞、植物中沒有鞘磷脂。第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四（二）、糖脂?是含糖而不含磷酸的脂類，含量約占脂總量的5％以下，在神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高，約占5-10％。?糖脂也是兩性分子，其結(jié)構(gòu)與SM很相似，只是由一個或多個糖殘基代替了磷脂酰膽堿而與鞘氨醇的羥基結(jié)合。?最簡單的糖脂是半乳糖腦苷脂，在髓鞘的多層膜中含量豐富；變化最多、最復(fù)雜的糖脂是神經(jīng)節(jié)苷脂，其頭部包含一個或幾個唾液酸和糖的殘基。神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)元質(zhì)膜中具有特征性的成分。第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四（三）、膽固醇

主要存在真核細(xì)胞膜上，含量一般不超過膜脂的1/3，植物細(xì)胞膜中含量較少，其功能是提高雙脂層的力學(xué)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)雙脂層流動性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。在缺少膽固醇培養(yǎng)基中，不能合成膽固醇的突變細(xì)胞株很快發(fā)生自溶。第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四膜脂分子的運(yùn)動方式?

側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動：同一平面上相鄰的脂分子交換位置。?

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)。?

擺動運(yùn)動：圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行左右擺動。?

伸縮震蕩運(yùn)動：脂肪酸鏈進(jìn)行伸縮震蕩運(yùn)動。?

翻轉(zhuǎn)運(yùn)動：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另一層。?

旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動：脂肪酸鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)。第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四（四）、脂質(zhì)體?是一種人工膜。?

在水中，攪動后磷脂形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體，直徑25－1000nm不等。?

人工脂質(zhì)體可用于：1.轉(zhuǎn)基因2.制備的藥物3.研究生物膜的特性第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四三、膜蛋白?

是膜功能的主要體現(xiàn)者。據(jù)估計核基因組編碼的蛋白質(zhì)中30%左右的為膜蛋白。根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式，可分為：–外周蛋白–整合蛋白–脂錨定蛋白第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四①,②integralprotein③,④lipid-anchoredprotein⑤,⑥peripheralprotein第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四外周蛋白靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的親水部分結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來脂錨定蛋白可以分為兩類：?

糖磷脂酰肌醇(GPI)連接的蛋白，GPI位于細(xì)胞膜的外小葉，用磷脂酶C（能識別含肌醇的磷脂）處理細(xì)胞，能釋放出結(jié)合的蛋白。許多細(xì)胞表面的受體、酶、細(xì)胞粘附分子和引起羊瘙癢病的PrPC都是這類蛋白。多分布在質(zhì)膜外側(cè)?

另一類脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長碳?xì)滏溄Y(jié)合。多分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四整合蛋白為跨膜蛋白，是兩性分子。與膜的結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來，如離子型去垢劑SDS，非離子型去垢劑Triton-X100整合蛋白與膜結(jié)合的主要方式有：跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心相互作用跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶電荷的AA與磷脂分子之間形成的離子鍵某些膜蛋白通過細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)的Cys上共價連接的脂肪酸分子，插入到膜雙層之間，還有少數(shù)蛋白質(zhì)與糖脂結(jié)合第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四整合蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域可以是1至多個疏水的α螺旋，形成親水通道的整合蛋白跨膜區(qū)域有兩種組成形式，一是由多個兩性α螺旋組成親水通道；二是由兩性β折疊組成親水通道第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四β桶（孔蛋白）第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四

思考：同為兩性分子，去垢劑與膜脂有何不同？第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)生物膜基本特征與功能一、膜的流動性1、膜脂的流動性：以側(cè)向運(yùn)動為主影響膜脂流動性的因素脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動性增加，是因為鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。膽固醇：雙重作用第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四2、膜蛋白的分子運(yùn)動可用熒光抗體免疫標(biāo)記技術(shù)和細(xì)胞融合技術(shù)檢測側(cè)向擴(kuò)散。膜蛋白在脂雙層二維溶液中的運(yùn)動時自發(fā)的熱運(yùn)動，不需要細(xì)胞代謝產(chǎn)物的參加，也不需要提供能量。膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動受細(xì)胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細(xì)胞松弛素B能促進(jìn)膜蛋白的側(cè)向運(yùn)動。熒光漂白恢復(fù)技術(shù)3、膜流動性的生理意義質(zhì)膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。當(dāng)膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四二、膜的不對稱性?質(zhì)膜內(nèi)外兩層的組分和功能的差異，稱為膜的不對稱性。?

樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜可從脂雙層中央斷開，各斷面命名為：

ES，細(xì)胞外表面；

EF，細(xì)胞外小頁斷面；

PS，原生質(zhì)表面；

PF，原生質(zhì)小頁斷面第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四1、膜脂的不對稱性：同一種脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，如：PC和SM主要分布在外小葉，PE和PS分布在內(nèi)小葉。用磷脂酶處理完整的人類紅細(xì)胞，80%的PC降解，PE和PS分別只有20%和10%的被降解。膜脂的不對稱性還表現(xiàn)在膜表面具有膽固醇和鞘磷脂等形成的微結(jié)構(gòu)域——脂筏。2、復(fù)合糖的不對稱性：糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。3、膜蛋白的不對稱性：每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有特定的方向性和分布的區(qū)域性。如各種激素的受體具有極性，細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜M側(cè)。第39頁，共42頁，2023年，2月20日，星期四三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能1.為細(xì)胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境2.選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸，包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排出3.提供細(xì)胞識別位點，并完成細(xì)胞內(nèi)外信息的跨膜傳遞4.為多種酶提供結(jié)合位點，使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行5.介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接6.參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)7.膜蛋白的異常與某些疾病相關(guān)，很多膜蛋白可作為疾病治療的藥物靶標(biāo)第40頁，共42頁，