（優(yōu)選）細胞生物學課件第四章質(zhì)膜本文檔共39頁；當前第1頁；編輯于星期二\5點33分質(zhì)膜（plasmamembrane）又稱細胞膜。圍繞各種細胞器的膜，稱細胞內(nèi)膜。質(zhì)膜和內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學組成的等方面具有相似性，總稱生物膜（biomembrane），是細胞進行生命活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。寡糖鏈在質(zhì)膜表面形成細胞外被（cellcoat）或糖萼（glycocalyx）。質(zhì)膜下的表層溶膠中具有細胞骨架成分組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除對質(zhì)膜有支持作用外，還與維持質(zhì)膜的功能有關(guān)，稱膜骨架。細胞外被、質(zhì)膜和表層胞質(zhì)溶膠構(gòu)成細胞表面。本文檔共39頁；當前第2頁；編輯于星期二\5點33分第一節(jié)質(zhì)膜的化學組成質(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。動物細胞膜通常含有等量的脂類和蛋白質(zhì)。本文檔共39頁；當前第3頁；編輯于星期二\5點33分一、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：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個非極性局部。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。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。本文檔共39頁；當前第4頁；編輯于星期二\5點33分Phospholipids疏水尾部親水頭部本文檔共39頁；當前第5頁；編輯于星期二\5點33分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，膽堿、乙醇胺、絲氨酸或肌醇等分子籍磷酸基團連接到脂分子上。主要類型有：磷脂酰膽堿，PC，舊稱卵磷脂磷脂酰絲氨酸，PS磷脂酰乙醇胺，PE，舊稱腦磷脂磷脂酰肌醇，PI雙磷脂酰甘油,DPG，舊稱心磷脂本文檔共39頁；當前第6頁；編輯于星期二\5點33分本文檔共39頁；當前第7頁；編輯于星期二\5點33分心磷脂

本文檔共39頁；當前第8頁；編輯于星期二\5點33分本文檔共39頁；當前第9頁；編輯于星期二\5點33分（二）、糖脂

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)與鞘磷脂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。本文檔共39頁；當前第10頁；編輯于星期二\5點33分glycolipids本文檔共39頁；當前第11頁；編輯于星期二\5點33分Glycolipids

1.半乳糖腦苷脂，2.GM1神經(jīng)節(jié)苷脂，3.唾液酸

本文檔共39頁；當前第12頁；編輯于星期二\5點33分（三）、膽固醇主要存在真核細胞膜上，含量一般不超過膜脂的1/3，植物細胞膜中含量較少，其功能：提高雙脂層的力學穩(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胞株很快發(fā)生自溶。本文檔共39頁；當前第13頁；編輯于星期二\5點33分（四）、脂質(zhì)體（liposome）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：轉(zhuǎn)基因制備的藥物研究生物膜的特性………..本文檔共39頁；當前第14頁；編輯于星期二\5點33分本文檔共39頁；當前第15頁；編輯于星期二\5點33分二、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：整合蛋白（integralprotein）外周蛋白（peripheralprotein）脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）。本文檔共39頁；當前第16頁；編輯于星期二\5點33分整合蛋白為跨膜蛋白（tansmembraneproteins），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。SDSTriton-X100本文檔共39頁；當前第17頁；編輯于星期二\5點33分整合蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域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，多個兩性α螺旋或由兩性β折疊組成親水通道。外周蛋白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，只要改變?nèi)芤旱碾x子強度甚至提高溫度就可以從膜上分離。有時很難區(qū)分整合蛋白和外周蛋白，因為一個蛋白質(zhì)可以由多個亞基構(gòu)成，有的亞基為跨膜蛋白，有的則結(jié)合在膜的外部。本文檔共39頁；當前第18頁；編輯于星期二\5點33分錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）可以分為兩類：糖磷脂酰肌醇(glycophosphatidylinositol，GPI)連接的蛋白，GPI位于細胞膜的外小葉，用磷脂酶C（能識別含肌醇的磷脂）處理細胞，能釋放出結(jié)合的蛋白。許多細胞表面的受體、酶、細胞粘附分子和引起羊瘙癢病的PrPC都是這類蛋白。另一類脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長碳氫鏈結(jié)合。本文檔共39頁；當前第19頁；編輯于星期二\5點33分①、②整合蛋白；③、④脂錨定蛋白；⑤、⑥外周蛋白本文檔共39頁；當前第20頁；編輯于星期二\5點33分第二節(jié)質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)本文檔共39頁；當前第21頁；編輯于星期二\5點33分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胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過細胞膜，推測細胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。E.Gorter&F.Grendel1925用有機溶劑提取了人的紅細胞質(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胞表面積，推測細胞膜由雙層脂分子組成。一、質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史本文檔共39頁；當前第22頁；編輯于星期二\5點33分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)。1959年在上述基礎(chǔ)上提出了修正模型，認為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過。本文檔共39頁；當前第23頁；編輯于星期二\5點33分4、J.D.Robertson1959用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，它由雙層脂分子和內(nèi)外表面的蛋白質(zhì)構(gòu)成，總厚約7.5nm。本文檔共39頁；當前第24頁；編輯于星期二\5點33分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”。本文檔共39頁；當前第25頁；編輯于星期二\5點33分二、質(zhì)膜的流動鑲嵌模型根據(jù)Fluid-mosaicmodel：細胞膜由流動的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。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；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。本文檔共39頁；當前第26頁；編輯于星期二\5點33分（一）、質(zhì)膜的流動性由膜脂和蛋白質(zhì)的分子運動兩個方面組成。1、膜脂分子的運動側(cè)向擴散運動：同一平面上相鄰的脂分子交換位置。旋轉(zhuǎn)運動：圍繞與膜平面垂直的軸進行快速旋轉(zhuǎn)。擺動運動：圍繞與膜平面垂直的軸進行左右擺動。伸縮震蕩運動：脂肪酸鏈進行伸縮震蕩運動。翻轉(zhuǎn)運動：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另一層。旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運動：脂肪酸鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)。本文檔共39頁；當前第27頁；編輯于星期二\5點33分1側(cè)向擴散運動2旋轉(zhuǎn)運動3擺動運動4伸縮震蕩運動5翻轉(zhuǎn)運動6旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運動本文檔共39頁；當前第28頁；編輯于星期二\5點33分2、影響膜脂流動性的因素膽固醇：膽固醇的含量增加會降低膜的流動性。脂肪酸鏈的飽和度：所含雙鍵越多越不飽和，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，鞘磷脂粘度大于卵磷脂其他因素：溫度、酸堿度、離子強度等。本文檔共39頁；當前第29頁；編輯于星期二\5點33分3、膜蛋白的分子運動主要有側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)擴散兩種運動方式?？捎霉饷撋謴?fù)技術(shù)和細胞融合技術(shù)檢測側(cè)向擴散。膜蛋白的側(cè)向運動受細胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細胞松弛素B能促進膜蛋白的側(cè)向運動。4、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。當膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運輸將停止，反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。本文檔共39頁；當前第30頁；編輯于星期二\5點33分利用細胞融合技術(shù)觀察膜蛋白質(zhì)運動

本文檔共39頁；當前第31頁；編輯于星期二\5點33分（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，細胞膜可從脂雙層中央斷開，各斷面命名為：ES，細胞外表面；EF，細胞外小頁斷面；PS，原生質(zhì)表面；PF，原生質(zhì)小頁斷面。本文檔共39頁；當前第32頁；編輯于星期二\5點33分EFPF小鼠肝細胞膜冰凍蝕刻本文檔共39頁；當前第33頁；編輯于星期二\5點33分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胞膜的外表面。3、膜蛋白的不對稱性：每種膜蛋白分子在細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，細胞色素C分布在線粒體內(nèi)膜。本文檔共39頁；當前第34頁；編輯于星期二\5點33分（三）、脂筏(lipidraft)是富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域（microdomain）。約70nm左右，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁。介于無序液體與液晶之間，稱為有序液體（Liquid-ordered）。在低溫下這些區(qū)域能抵抗非離子去垢劑的抽提，稱為抗去垢劑膜（detergent-resistantmembranes，DRMs）。就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，與膜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。本文檔共39頁；當前第35頁；編輯于星期二\5點33分本文檔共39頁；當前第36頁；編輯于星期二\5點33分三、細胞膜的功能為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；選擇性的物質(zhì)運輸，包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排出；提供細胞識別位點，并完成細胞內(nèi)外信息的跨膜傳遞；為多種酶提供結(jié)合位點，使酶促反應(yīng)高效而有序地進行；介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與基質(zhì)之間的連接；參與形成具有不同功能的細胞表面