細胞膜

（cellmembrane）

P48基本概念細胞膜(或質膜:plasmamembrane)單位膜(unitmembrane)生物膜(biologicalmembrane)細胞膜電鏡下人紅細胞膜（示單位膜）Contents

細胞膜的化學組成

細胞膜的分子結構

膜的理化特征學習要點掌握：細胞膜的化學組成，液態(tài)鑲嵌模型和脂筏模型的結構特點及與膜的關系。熟悉：細胞膜的特性了解：細胞膜化學組分異常與腫瘤發(fā)生的關系，脂質體在抗腫瘤藥物研究中的應用。第一節(jié)細胞膜的化學組成膜的化學組成2%-10%糖類20%-70%蛋白質水、無機鹽、金屬離子等其他30%-60%脂質含量成分幾種生物膜化學組成的比較

一、膜脂1、磷脂磷酸甘油酯鞘磷脂2、膽固醇3、糖脂：腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）磷脂酰絲氨酸鞘氨醇磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰膽堿鞘磷脂

（電中性）（帶負電）（電中性）（電中性）1、磷脂（含有磷酸基團的脂）1）主要類型2）磷脂分子的主要特征①均為雙親媒性分子；②一般都有兩條脂肪酸鏈構成的尾巴（線粒體內膜上的心磷脂除外，有4條）；③脂肪酸鏈的碳原子數(shù)一般為12~24個，都是偶數(shù)，其中以16碳、18碳為多；④脂肪酸可為飽和也可為不飽和，不飽和脂肪酸多為順式，雙鍵在烴鏈中產(chǎn)生30℃的彎曲。

2、膽固醇（含量一般不超過膜脂的1/3）與磷脂的碳氫鏈相互作用，增加質膜的強度，降低膜的流動性

3、糖脂：如腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂半乳糖腦苷脂GM1神經(jīng)節(jié)苷脂

（NANA為唾液酸，帶負電）鞘磷脂膜脂的共同特征：兼性分子（雙親媒性分子）非極性尾部疏水極性頭部親水膜脂的親水和疏水部分膜脂疏水部分親水部分磷酸甘油酯脂肪酸鏈磷酰醇基鞘磷脂脂肪酸鏈與神經(jīng)鞘氨醇磷酰膽堿的碳氫鏈糖脂脂肪酸鏈與神經(jīng)鞘氨醇糖殘基的碳氫鏈膽固醇除羥基外整個分子C3上的羥基膜脂分子的物理特性脂質體分子團磷脂雙層二、膜蛋白

細胞中30%的蛋白質參與了膜結構的組成。據(jù)估計人類基因中約1/3的基因編碼的蛋白質為膜整合蛋白。（一）類型

1、鑲嵌蛋白質（70%~80%）（mosaicprotein）

內在蛋白質

跨膜蛋白類型①單次跨膜②多次跨膜③多亞基跨膜2、周圍蛋白質（20%~30%）（peripheralprotein）外在蛋白質3、脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）（二）分子結構：膜蛋白主要是球狀蛋白質，單體或多聚體。一般為α螺旋。線粒體有β片層折疊，可多次穿膜形成β筒結構。三、膜糖類1、結構：一般由1～10個單糖或單糖衍生物（葡萄糖、葡萄糖胺、半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、巖藻糖、唾液酸等）組成寡糖鏈（直鏈、分支鏈），分布在細胞膜的外表面，構成糖萼或細胞外被。

2、存在方式：糖脂、糖蛋白細胞外被示意圖常見的糖脂或糖脂——ABO血型抗原（紅細胞膜上的主要血型抗原）第二節(jié)膜的分子結構模型膜的分子結構模型1902，Overton，細胞膜由脂類構成1925，Gorter等，膜由雙層脂類構成1935，Denielli等，片層結構模型1972，S.J.Singer等，液態(tài)鑲嵌模型1975，Wallach，晶格鑲嵌模型1977，Jain等，板塊鑲嵌模型1959，Roberson，單位膜模型1997，KaiSimons和Elina

Ikonen

，脂筏模型一、片層結構模型

lamellastructuremodel

二、單位膜模型

unitmembranemodel當兩性分子如磷脂和鞘脂分散于水相時，分子的疏水尾部傾向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結構的的封閉囊泡三、液態(tài)鑲嵌模型

fluidmosaicmodel液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）觀點：1、流動的脂雙層構成膜的連續(xù)主體；

流動性,有序性2、球狀蛋白質鑲嵌在脂雙層中；分布不對稱性缺陷：忽視蛋白質對脂類流動性的控制；忽視膜各部分流動性的不均一性。1、液態(tài)與晶態(tài)、有序與無序之間變化；2、強調流動的局部性。晶格鑲嵌模型1、有序結構板塊被無序的流動板塊分割；2、板塊流動性不同。板塊鑲嵌模型四、脂筏模型（lipidraftsmodel）1、概念：脂筏(lipidraft)——是膜脂雙層內含有特殊脂質和蛋白質的微區(qū)（microdomain）；大小在70nm，是一種動態(tài)結構。主要由鞘磷脂，膽固醇及蛋白質組成。2、作用：主要是運載蛋白質，參與信號轉導。推測：①一個直徑在100nm的脂筏可以承載600個蛋白質分子；②脂筏可以根據(jù)胞內外的刺激改變大小，它們可以彼此合并，導致信號放大。當兩性分子如磷脂和鞘脂分散于水相時，分子的疏水尾部傾向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結構的的封閉囊泡液態(tài)有序相中的脂（紅色）液晶相中的脂（藍色）膽固醇（桔紅色）含有兩種蛋白質的脂筏模型脂筏與阮病毒病——基于脂筏的PrPsc繁殖的可能機制外源的插入接合構相轉換擴增脂筏模型中膜蛋白的分類脂筏中的蛋白質脂筏外的蛋白質介于二者間的蛋白質（沒結合配體時親和能力差，結合配體時轉移到脂筏。）

膜脂分布的不對稱性膜蛋白分布的不對稱性

膜糖分布的不對稱性第三節(jié)膜的理化特性一、膜的不對稱性功能的方向性1.膜脂分布的不對稱性外層磷脂層占磷脂總量的百分數(shù)胞質面磷脂層磷脂總量神經(jīng)磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺2.膜蛋白的不對稱

冰凍蝕刻技術示意圖糖鏈外層內層蛋白質磷脂蛋白顆粒在內外兩層磷脂中的分布不同跨膜蛋白兩親水端的不對稱分布3.膜糖的不對稱

膜外表面有糖鏈的存在，胞質側無。結論：

膜脂、膜蛋白、膜糖分布均不對稱性二、膜的流動性（一）膜脂的流動性

1.膜脂分子的運動方式（1）側向擴散（2）旋轉運動（3）

擺動運動（4）伸縮震蕩（5）翻轉運動（6）旋轉異構

2、影響膜脂流動性的因素（1）脂肪酸鏈的長度和不飽和程度（2）膽固醇與磷脂的比例（3）卵磷脂（不飽和）與鞘磷脂（飽和）的比例（4）膜蛋白的影響（據(jù)估算：蛋白質占非極性區(qū)1/2的膜中，脂類-蛋白質將連成一片，而沒有流動的脂質存在。）（5）其他因素（環(huán)境溫度、pH等）脂肪酸鏈的長度和不飽和程度的影響膽固醇的影響晶態(tài)液晶態(tài)液態(tài)溫度對膜流動性的影響（二）膜蛋白的運動性

1.側向擴散人-鼠細胞融合過程中膜蛋白的相互擴散運動成帽反應

熒光素標記蛋白激光漂白某一區(qū)域熒光恢復熒光漂白恢復法2.旋轉擴散膜蛋白能圍繞與膜平面相垂直的軸進行旋轉運動。但速度遠遠低于擴散運動。第四節(jié)細胞膜與腫瘤一、細胞膜組分異常與細胞腫瘤1.膜蛋白的改變細胞表面纖連蛋白明顯減少，導致腫瘤細胞容易脫落轉移。腫瘤細胞膜中含唾液酸和巖藻糖的多肽或糖蛋白明顯增多，使唾液酸經(jīng)常處于一種暴露狀態(tài)，致使負電荷增高，致使細胞的增殖加快，腫瘤黏著性降低，細胞易于脫落、擴散、轉移。2.糖脂減少鞘糖脂組分改變。3.黏著作用改變二、脂質體在抗腫瘤藥物研究中的應用1.脂質體特性◎優(yōu)點：①脂質體作為抗腫瘤藥物的載體，更易進入實體瘤。②脂質體具有脂溶性，能使包裹的一些水溶性藥物更易進入細胞。（如：阿霉素）③脂質體包裹具毒性的抗腫瘤制劑時，能保護敏感組織免遭藥物毒性損傷。導向肽脂溶性藥物水溶性藥物聚合物保護層脂雙層包裹藥物的脂質體◎缺點：①靶向分布特性不理想②貯存中穩(wěn)定性不夠2.脂質體的類型①pH敏感脂質體

pH低時可導致脂肪酸羧基的質子化而引起六角晶相形成，這是膜融合的機制。而腫瘤細胞附近的pH低于周圍正常組織。故可用此脂質體載藥，靶向釋放到特定的腫瘤部位。②溫度敏感性脂質體載藥，在高溫條件下釋放的脂質體。升溫，膜的流動性增加，包裹的藥物釋放速度增大，結合腫瘤局部加熱可大大提高遞送到腫瘤的藥量，縮小腫瘤的體積。③受體介導的靶向脂質體借助受體與配體的特異性相互作用。可將配體標記的脂質體靶向到含有特異性配體的受體的器官、組織或細胞；同時配受體結合可促進脂質體進入細胞。例如：葉酸脂質體

葉酸受體在惡性腫瘤細胞膜表面的活性和數(shù)量顯著高于正常細胞。當兩性分子如磷脂和鞘脂分散于水相時，分子的疏水尾部傾向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結構的的封閉囊泡各種類型的脂質體細胞膜的功能膜蛋白的功能轉運蛋白連接蛋白受體酶XY④

信號傳導細胞膜與物質轉運P63Contents穿膜運輸膜泡運輸膜轉運系統(tǒng)異常與疾病學習要點掌握：穿膜運輸?shù)念愋汀⑩c泵的工作過程和受體介導的胞吞過程及類型。熟悉：簡單擴散、離子通道擴散、易化擴散和協(xié)同運輸。了解：吞噬和胞飲的異同以及胞吐作用穿膜運輸（氣體、離子、小分子）溶質跨膜運輸?shù)膬煞N方式膜泡運輸（大分子、顆粒物質）第一節(jié)小分子與離子的穿膜運輸（transmembranetransport）氣體、離子、小分子的運輸方式大部分需借助于膜上的鑲嵌蛋白質耗能或不耗能穿膜運輸?shù)奶匦运梢钥焖俅┠ぃ后w積小，膜上有水通道。分子量小、脂溶性強則容易通過膜：O2，苯；不帶電荷極性分子，可以通過。但小分子比大分子容易穿膜：

CO2>乙醇>尿素>甘油

脂雙層膜對所有帶電荷的分子或離子高度不通透；

水孔蛋白（aquaporin,AQP）結構示意圖注：水通道具有高度特異性。一般認為水通道持續(xù)開放，每秒鐘轉運大約109個水分子。1988年由美國學者PeterAgre在紅細胞膜上偶然發(fā)現(xiàn)，并因此獲得2003年諾貝爾化學獎。不帶電荷的極性小分子離子疏水分子不帶電荷極性大分子

苯、醇、甾類激素O2，H2O，CO2，N2葡萄糖、氨基酸

H＋

Na+人工脂雙層葡萄糖、帶電荷的離子（H＋、

Na+、K+Ca2+等）怎樣穿膜？？？轉運蛋白參與！?。∧承┤苜|的穿膜工具：轉運蛋白

通道蛋白（channelprotein）水通道、離子通道載體蛋白(carrierprotein)葡萄糖載體控制溶質轉運方向的因素順濃度梯度順電化學梯度被動運輸（passivetransport）“下坡”逆濃度梯度逆電化學梯度“上坡”主動運輸（activetransport）耗能穿膜運輸?shù)姆绞揭弧⒑唵螖U散

simplediffusion二、離子通道擴散

ionchanneldiffusion三、易化擴散

facilitateddiffusion四、ATP驅動泵

ionpump五、伴隨運輸

cotransport

一、簡單擴散（simplediffusion）[舉例]

脂溶性物質、氣體物質、水[特點]

不耗能、不需膜蛋白、依靠物質濃度差。二、離子通道擴散

ionchanneldiffusion[分類]

A電壓門通道：靠膜電位，Na+、K+、Ca2＋等離子通道；

B配體門通道：依靠化學物質（配體）與受體結合，如乙酰膽堿通道。

C機械門通道：內耳聽覺毛細胞[特點]

A“通道蛋白”