1、細胞膜cell membrane,細胞的發(fā)現(xiàn),第一個發(fā)現(xiàn)細胞的是英國學者胡克(Rorbert Hooke)，相隔170多年后，德國植物學家施來登(Mathias Schleiden)和動物學家施旺(Theodor Schwann)創(chuàng)立了細胞學說。,第一節(jié) 概述,細胞學說：,（1）細胞是所有動、植物的基本結(jié)構(gòu)單位。 （2）每個細胞相對獨立，一個生物體內(nèi)各 細胞之間協(xié)同配合。 （3）新細胞由老細胞繁殖產(chǎn)生。,細胞學說的科學意義,細胞學說的提出先于進化論約20年，它與進化論一起，奠定了生物科學的基礎。細胞學說使生命世界有機結(jié)構(gòu)多樣性的統(tǒng)一，從哲學推斷走向自然科學論證。,細胞（cell ）,除了病毒、

2、類病毒等是非細胞的生命體以外， 其它生命有機體的結(jié)構(gòu)和功能單位都是細胞。細菌、酵母等微生物是以單細胞的形式存在，而高等動、植物則是由多細胞構(gòu)成的，如人大約有3 1013個細胞，這些細胞組成不同的組織和器官。,細胞的基本功能,無論何種來源的細胞，都具有基本相似的功能: 細胞能夠進行自我增殖和遺傳 細胞都能進行新陳代謝 細胞都具有運動性,All living organisms are made up of cells. The eukaryotic cell contains a number of different types of organelles each of which is s

3、urrounded by a tightly sealed memberane,compartments,原核細胞與真核細胞的區(qū)別,原核細胞與真核細胞基本特征的比較,特征 原核細胞 真核細胞 細胞膜 有（多功能性） 有 核膜 無 有 染色體 一環(huán)狀DNA構(gòu)成單個染色體 2個染色體以上，染色體由 不與或很少與蛋白質(zhì)結(jié)合 線狀DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合組成 核仁 無 有 線粒體 無 有 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 無 有 高爾基體 無 有 溶酶體 無 有 核糖體 70S(包括50S與30S大小亞單位) 80S(包括60S與40S大小亞單位) 光合作 藍藻含有葉綠素a的膜層結(jié)構(gòu), 植物葉綠體具有葉綠素a與b 用結(jié)構(gòu) 細菌具有菌

4、色素 核外DNA 細菌有裸露的質(zhì)粒DNA 線粒體DNA,葉綠體DNA 細胞壁 主要成分是氨基糖與壁酸 動物細胞無細胞壁,植物細胞 壁主要成分是纖維素與果膠 細胞骨架 無 有 細胞增殖方式 無絲分裂(直接分裂) 有絲分裂(間接分裂)為主,細胞的形態(tài)、大小和數(shù)目,細胞的形態(tài)、大小和數(shù)目,細胞的形態(tài)多種多樣，與細胞所處的部位和功能相關(guān) 細胞的大小與種屬和功能相適應 生物包括單細胞生物和多細胞生物 根據(jù)細胞進化程度可將細胞分成真核和原核細胞,細胞結(jié)構(gòu)上的相似性-細胞都具有選擇透性的膜結(jié)構(gòu),細胞膜：是指圍繞在細胞最外層，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的一層薄膜，又稱質(zhì)膜。膜(membrane)是細胞的重要結(jié)構(gòu)， 包

5、括細胞質(zhì)膜(plasma membrane)、內(nèi)膜(internal membrane)， 習慣上把細胞所有膜結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為生物膜(biomembrane）,第二節(jié) 細胞膜,細胞膜的兩面,細胞質(zhì)面 非細胞質(zhì)面,細胞膜不僅是細胞結(jié)構(gòu)上的邊界，使細胞具有一個穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；同時在細胞與環(huán)境之間進行物質(zhì)、能量的交換及信息傳遞過程中也起著決定性作用。,細胞膜的結(jié)構(gòu)模型,片層結(jié)構(gòu)模型(Lamella structure model) 1935年James Daniellie和Hugh Davson提出雙分子片層結(jié)構(gòu)模型，該模型是第一次用分子術(shù)語描述的結(jié)構(gòu)，并將膜結(jié)構(gòu)同所觀察到的生物學理化性質(zhì)聯(lián)系起來，對后來的

6、研究有很大的啟發(fā)。,單位膜模型(unit membrane model) 1959年，J.D.Robertson在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)細胞膜是類似鐵軌結(jié)構(gòu)(railroad track)，兩條暗線被一條明亮的帶隔開，顯示暗-明-暗的三層，總厚度為7.5nm，中間層為3.5nm，內(nèi)外兩層各為2nm。并推測:暗層是蛋白質(zhì)，透明層是脂，并建議將這種結(jié)構(gòu)稱為單位膜,細胞膜的結(jié)構(gòu)模型,流動鑲嵌模型(fluid mosaic model) 生物膜是嵌有球形蛋白質(zhì)的脂類二維排列的液態(tài)體，它是一種動態(tài)的、不對稱的具有流動性的結(jié)構(gòu)。 這一模型強調(diào)了膜的流動性和不對稱性，較好地體現(xiàn)細胞的功能特點，被廣泛接受，也得到許

7、多實驗的支持。,細胞膜的結(jié)構(gòu)模型,膜的化學組成與分子結(jié)構(gòu),細胞膜的化學組成：脂類、蛋白質(zhì)和糖類,一、膜脂構(gòu)成生物膜的基本骨架,（一）膜脂（membrane lipid ）：磷脂、膽固醇和糖脂 磷脂：約占膜脂的50%以上，包括甘油磷脂和鞘磷脂。 特征：具有一個極性頭部和兩個非極性的尾（脂肪酸鏈）,除飽 和脂肪酸根外還有不飽和脂肪酸,磷脂酰膽堿模式圖,哺乳類動物細胞膜中四種主要的磷脂,脂質(zhì)體 liposome,所有膜脂都是兩親性分子, 可以自發(fā)聚集形成雙分子層(bilayer),膽固醇,膽固醇在脂雙層中的位置,膽固醇分子的作用： 調(diào)節(jié)膜的流動性 加強膜的穩(wěn)定性,糖脂：約占膜脂的5%以下，不同細胞所

8、含糖脂種類不同，目前 已發(fā)現(xiàn)40余種。,糖脂位于細胞外表面，參與細胞識別和信號轉(zhuǎn)導。,(A)半乳糖腦苷脂 (B) 神經(jīng)節(jié)苷脂 (C) N-乙酰神經(jīng)氨酸,膜蛋白執(zhí)行細胞膜的功能 膜蛋白功能： 運輸?shù)鞍祝恨D(zhuǎn)運特定的分子或離子 催化代謝反應的酶 連接蛋白：連接細胞的骨架和細胞外基質(zhì)成分 受體蛋白：信號轉(zhuǎn)導,二、膜蛋白以多種方式與脂雙層結(jié)合,二、膜蛋白以多種方式與脂雙層結(jié)合,膜周蛋白或外在蛋白 Peripheral membrane protein /extrinsic protein,脂錨定蛋白 lipid-anchored protein,跨膜蛋白或整合蛋白 Transmembrane prote

9、in /integral protein,三、膜糖類覆蓋非細胞質(zhì)膜表面,糖蛋白：低聚糖或多聚糖共價結(jié)合于膜蛋白 糖脂：低聚糖鏈共價結(jié)合于脂類,動物細胞膜中常見的七種糖類,糖與多肽連接的兩種方式： O 連接，N 連接,穩(wěn)定糖蛋白的結(jié)構(gòu)，有助于蛋白質(zhì)在細胞膜上的定位和固定；參與細胞識別、粘著和遷移。,是指細胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分不是均勻分布的，包括種類和數(shù)量的不均勻。 膜脂的不對稱性 膜脂的不對稱性表現(xiàn)在脂雙層中分布的各類脂的比例不同，各種細胞的膜脂不對稱性差異很大。,膜的不對稱性 (membrane asymmetry),膜的不對稱性,膜蛋白的不對稱 膜蛋白的不對稱性包括外周蛋白分布的不對稱以及

10、整合蛋白內(nèi)外兩側(cè)氨基酸殘基數(shù)目的不對稱。 膜糖的不對稱 膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，無論是糖蛋白還是糖脂的糖基都是位于膜的外表面,磷脂與糖脂分布的不對稱性,細胞膜的特性,膜的不對稱性的意義,膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對稱性導致了膜功能的不對稱性和方向性，保證了生命活動的高度有序性。,膜的流動性 (membrane fluidity),膜的流動性是指構(gòu)成膜的脂類和蛋白質(zhì)分子的運動性。 膜脂的運動方式 側(cè)向擴散(lateral diffusion)； 旋轉(zhuǎn)運動(rotation)； 彎曲運動（flexion ）； 翻轉(zhuǎn)擴散(transverse diffusion)， 又稱為翻轉(zhuǎn)(flip-fl

11、op)。,細胞膜的特性,膜脂的幾種主要流動方式,影響膜脂流動性的因素 脂肪酸鏈飽和程度 脂肪酸鏈的長短 膽固醇的雙重調(diào)節(jié)作用 膜蛋白的影響,膜的流動性 (membrane fluidity),膜蛋白的運動 側(cè)向擴散 旋轉(zhuǎn)運動。,人-鼠細胞融合實驗,光脫色恢復技術(shù)是研究膜蛋白和膜脂流動性的基本技術(shù),第三節(jié) 小分子物質(zhì)的跨膜運輸,細胞質(zhì)膜不僅作為物質(zhì)出入細胞的障礙，還必須具有選擇性地進行物質(zhì)跨膜運輸、調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外物質(zhì)和離子的平衡及滲透壓平衡的能力。,選擇性透過膜,膜運輸機制:被動運輸與主動運輸,有三個主要的差異: 起始條件不同、運輸方式不同、產(chǎn)生的結(jié)果不同。,膜運輸?shù)鞍?membrane tran

12、sport protein)： 載體蛋白和通道蛋白。,單純擴散 易化擴散 主動運輸,小分子物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運類型,第四節(jié) 大分子與顆粒物質(zhì)的囊泡運輸,囊泡運輸（vesicular transport ）：大分子和顆粒物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等不能穿過細胞膜，進出細胞的轉(zhuǎn)運過程是由膜包圍，形成囊泡，與膜融合或斷裂來完成。 胞吞作用（endocytosis ）:細胞攝入大分子或顆粒性物質(zhì)的過程。 胞吐作用（exocytosis ）:細胞排出大分子或顆粒性物質(zhì)的過程。,一、胞吞是物質(zhì)入胞作用方式,根據(jù)胞吞物質(zhì)的大小和入胞機制的不同，分類：吞噬作用，吞飲作用，受體介導的內(nèi)吞作用。 （一）吞噬作用：是特化

13、的吞噬細胞攝入大的顆粒物質(zhì)。直徑250nm,（二）吞飲作用：是細胞吞入液體和極小的顆粒物質(zhì)。直徑150nm 如小腸上皮攝入蛋白質(zhì)，氨基酸的過程,（三）受體介導的胞吞作用提高攝取特定物質(zhì)的效率,二、胞吐是物質(zhì)出胞作用方式,組成型分泌途徑（constitutive pathway of secretion ）: 調(diào)節(jié)型分泌途徑（ regulated pathway of secretion ）,第五節(jié) 細胞連接與細胞粘連,細胞連接（cell junction ）：在相鄰細胞表面形成的連接裝置，加強細胞間的機械聯(lián)系和維持組織結(jié)構(gòu)的完整性，協(xié)調(diào)細胞的功能。 細胞連接的體積很小，只有在電鏡下才能觀察到。

14、根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能特點分為三類：封閉連接、錨定連接、通訊連接 細胞粘連（cell adhesion ）:動物細胞通過細胞粘著因子介導的細胞與細胞之間或細胞與細胞外基質(zhì)的粘連。,一、封閉連接 又稱緊密連接,存在于體內(nèi)各種管腔及腺體上皮細胞靠腔面的頂端部分，相鄰細胞之間的質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒有縫隙。在電鏡下可以看到連接區(qū)域具有蛋白質(zhì)形成的焊接線網(wǎng)絡。 緊密連接的封閉索由特殊的跨膜蛋白形成，主要為封閉連接蛋白和封閉蛋白，另外還有膜的外周蛋白。,緊密連接的主要作用是封閉相鄰細胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內(nèi)，從而保證了機體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定；消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細血管內(nèi)皮以及睪丸支持細胞之

15、間都存在緊密連接。,二、由細胞骨架參與構(gòu)成錨定連接,通過骨架系統(tǒng)將細胞與相鄰細胞或細胞與基質(zhì)之間連接起來。 黏合連接：黏合帶、黏著斑 橋粒連接：橋粒、半橋粒,錨定連接,蛋白組成： 細胞內(nèi)附著蛋白：將特定的細胞骨架成分同連接復合體結(jié)合在一起 跨膜連接的糖蛋白：其細胞內(nèi)部分與附著蛋白相連，細胞外部分與相鄰細胞的跨膜連接蛋白相互作用或與胞外基質(zhì)相互作用。,粘著帶 (adhesion belt) 粘著帶連接位于上皮細胞緊密連接的下方，靠鈣粘著蛋白同肌動蛋白相互作用，將兩個細胞連接起來,粘著帶結(jié)構(gòu)示意圖,三、通訊連接,包括間隙連接、神經(jīng)細胞間的化學突觸和植物細胞中的胞間連絲 間隙連接 在間隙連接的兩層質(zhì)膜中有大量蛋白質(zhì)顆粒，是構(gòu)成間隙連接的基本單位，稱連接子，由6個相同或相似的跨膜蛋白亞單位環(huán)繞而成，直徑8nm，中心形成一個直徑約1.5nm的孔道。,其主要功能是偶聯(lián)細胞通訊，包括代謝偶聯(lián)和電偶聯(lián),間隙連接,動物上皮細胞各種細胞連接概述,細胞粘著分子(cell adhesion molecule,CAM),同種類型細胞間的彼此粘連是許多組織結(jié)構(gòu)的基本特征。細胞與細胞間的粘連是由特定的細胞粘著因子所介導的。 CAM的特征 均為跨膜整合蛋白，在胞內(nèi)與細胞骨架成分相連； 多數(shù)要依賴Ca2+或Mg2+才起作用。,細胞中主要的粘著因子,鈣粘素：是一類依賴C