1、第二節(jié) 細(xì)胞膜及其表面,細(xì)胞膜（cell memberane):是包圍在細(xì)胞外周的一層薄膜，又稱質(zhì)膜（plasma membrane).,細(xì)胞膜是原始的非細(xì)胞生物演化為細(xì)胞生物的 一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),單位膜(unit membrane)： “二暗一明”的膜式結(jié)構(gòu)叫三層夾板式結(jié)構(gòu)。,生物膜,細(xì)胞膜,細(xì)胞內(nèi)膜(internal membrane)：除了細(xì)胞膜以外的細(xì)胞內(nèi)所有膜性結(jié)構(gòu)。,細(xì)胞膜,細(xì)胞質(zhì),一、 細(xì)胞膜的化學(xué)組成,細(xì)胞膜,脂 類,蛋白質(zhì),糖 類,（一）.膜脂membrane lipid,膜脂：,生物膜上的脂類統(tǒng)稱膜脂。,膜脂,磷 脂phospholipid：,生物膜的主要成份。,糖 脂glyco

2、lipid,膽固醇cholesterol,磷 脂,磷脂,磷酸甘油酯,神經(jīng)鞘磷脂,極性頭部基團(tuán)（親水）,非極性尾部基團(tuán)（疏水）,X ,甘油,磷 酸,磷酸化醇,Cell membrane - Structure,糖 脂,鞘胺醇,糖脂與鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。,半乳糖苷脂,糖 脂 分 子,膽固醇,存在于真核細(xì)胞膜上,將少量的磷脂放在水溶液中，它能夠自我裝配成脂雙層的球狀結(jié)構(gòu),脂質(zhì)體,（二） .膜蛋白（membrane protein）,膜蛋白：生物膜所含的蛋白質(zhì)。,膜蛋白,外周蛋白（周圍蛋白）： pripheral protein,膜內(nèi)在蛋白質(zhì)(intergral protein)或鑲嵌蛋白

3、(mosaic protein),多附在膜的內(nèi)面，為水溶的，非共價(jià)地結(jié)合在鑲嵌蛋白上。,不同程度鑲嵌在脂雙層的內(nèi)部。,膜蛋白具有雙型性，其親水區(qū)域暴露在膜的一側(cè)或兩側(cè)表面與水相吸，它們的疏水區(qū)域鑲?cè)肽?nèi)，與脂類分子疏水尾部通過疏水鍵結(jié)合，不易分離提純。,1.單 次 穿 膜：,單條a-螺旋貫穿脂質(zhì)雙層。,脂質(zhì)雙層,非胞質(zhì)面,胞質(zhì)面,1,2,3,4,5,2.多 次 穿 膜：,數(shù)條a-螺旋幾次折返穿越脂質(zhì)雙層。,3.非穿越性共價(jià)結(jié)合：,不穿越脂質(zhì)雙層的全部，而與胞質(zhì)側(cè)單層脂質(zhì)的烴鏈結(jié)合。,4.與磷脂酰肌醇結(jié)合：,鑲嵌蛋白通過自己的一個(gè)寡糖鏈與磷脂酰肌醇（在非胞質(zhì)面的單層）共價(jià)結(jié)合。,鑲嵌蛋白,5.外

4、周蛋白：,多附在膜的內(nèi)表面，非共價(jià)地結(jié)合在鑲嵌蛋白上。,跨膜蛋白,膜中含有的糖類稱為膜糖類或膜碳水化合物。,膜糖類,糖類+膜脂,共價(jià)鍵,糖 脂,糖類+膜蛋白,糖蛋白,共價(jià)鍵,細(xì)胞外被（cell coat）（糖萼glycoalyx）：細(xì)胞外表的糖鏈與該細(xì)胞分泌出來的糖蛋白等粘附在一起，形成一層外被，稱細(xì)胞衣或糖萼。,脂雙層,膜蛋白,細(xì)胞衣,二、 細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu),1. E. Overton 1895 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(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。,2. E. Gorter 依賴于膜運(yùn)輸?shù)鞍? 需要代謝能，并對(duì)代謝毒性敏感; 具

5、有選擇性和特異性。,鉀離子,烏本苷,鉀與烏本苷結(jié)合部位,鈉離子,細(xì)胞質(zhì),鉀濃度梯度30倍,鈉濃度梯度13倍,K,+,泵,鈉結(jié)合部位,大亞基,小亞基,ATP,ADP+Pi,細(xì)胞質(zhì),鉀濃度梯度30倍,鈉濃度梯度13倍,Pi,鈉結(jié)合部位,鉀結(jié)合部位,Na+,Na+,Na+,Na+,K+,K,+,泵,Mg+,Pi,Pi,K+,K+,K+,協(xié)同運(yùn)輸cotransport,靠間接提供能量完成主動(dòng)運(yùn)輸。所需能量來自膜兩側(cè)離子的濃度梯度。 動(dòng)物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。 植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。 分為：同向協(xié)同（symport）和反向協(xié)同（antiport）。,1、同向協(xié)同（s

6、ymport） 如小腸細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收伴隨著Na+的進(jìn)入。某些細(xì)菌對(duì)乳糖的吸收伴隨著H+的進(jìn)入。 2、反向協(xié)同（antiport） 如Na+驅(qū)動(dòng)的Cl-HCO3-交換，即Na+與HCO3-的進(jìn)入伴隨著Cl-和H+的外流，如存在于紅細(xì)胞膜上的帶3蛋白。,膜泡運(yùn)輸,胞吞作用,胞吐作用,胞飲作用pinocytosis,吞噬作用phagocytosis,受體介導(dǎo)的胞吞作用low density lipoprotein,膜泡運(yùn)輸:,大分子及顆粒物質(zhì)并不直接穿過細(xì)胞膜,而是通過一系列膜囊泡形成和融合來完成的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。,3. 胞吞作用和胞吐作用,物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)乃姆N基本機(jī)制,吞噬體phagosome,吞飲體

7、pinosome,膜泡運(yùn)輸,LDL受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用,具高度的特異性,可大大提高內(nèi)吞效率,細(xì)胞質(zhì),LDL顆粒,LDL受體,有被小窩,有被小泡,無(wú)被小泡,胞內(nèi)體,受體與大分子顆粒分開,胞內(nèi)體部分,胞內(nèi)體部分,初級(jí)溶酶體,受體再循環(huán),細(xì)胞質(zhì),胞吐作用,組成性胞吐作用:運(yùn)輸小泡持續(xù)不斷地從高爾基體運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)膜，并立即進(jìn)行膜的融合，將分泌小泡中的蛋白質(zhì)釋放到細(xì)胞外, 此過程不需要任何信號(hào)的觸發(fā), 它存在于所有類型的細(xì)胞中。給細(xì)胞外提供酶、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分外，也為細(xì)胞質(zhì)膜提供膜整合蛋白和膜脂。 調(diào)解性胞吐作用:見于某些特化的細(xì)胞，如內(nèi)分泌細(xì)胞。通過出芽離開反面高爾基網(wǎng)絡(luò)并聚集在細(xì)胞質(zhì)膜附近,

8、當(dāng)細(xì)胞受到細(xì)胞外信號(hào)刺激時(shí),就會(huì)與細(xì)胞質(zhì)膜融合將內(nèi)含物釋放到細(xì)胞外。如血糖的增加, 細(xì)胞會(huì)發(fā)出信號(hào)釋放胰島素。,二、 細(xì)胞膜與細(xì)胞識(shí)別,細(xì)胞識(shí)別及識(shí)別反應(yīng),細(xì)胞識(shí)別(cell recognition)指細(xì)胞對(duì)同種或異種細(xì)胞、同源或異源細(xì)胞以及對(duì)自己和異己物質(zhì)分子的認(rèn)識(shí)和鑒別。,巨噬細(xì)胞識(shí)別衰老紅細(xì)胞表面暴露出半乳糖殘基，將其吞噬。,膜受體與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),細(xì)胞通訊(cell communication),細(xì)胞通訊是細(xì)胞間或細(xì)胞內(nèi)通過高度精確和高效地發(fā)送與接收信息的通訊機(jī)制，對(duì)環(huán)境作出綜合反應(yīng)的細(xì)胞行為。,細(xì)胞通訊的方式及引起的某些反應(yīng),細(xì)胞通訊中有兩個(gè)基本概念:, 信號(hào)傳導(dǎo)(cell signa

9、lling) 信號(hào)分子從合成的細(xì)胞中釋放出來,然后進(jìn)行傳遞，強(qiáng)調(diào)信號(hào)的產(chǎn)生、分泌與傳送。 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signal transduction) 配體與受體結(jié)合、第二信使的產(chǎn)生及其后的級(jí)聯(lián)反應(yīng)等, 即信號(hào)的識(shí)別、轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)換，強(qiáng)調(diào)信號(hào)的接收與接收后信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式(途徑)和結(jié)果。,膜受體(membrane receptor),配體（ligand）：細(xì)胞外的信號(hào)分子以及其它有生物活性的 化學(xué)物質(zhì)統(tǒng)稱配體。（激素.神經(jīng)遞質(zhì).抗 原藥物等）,受體,膜上的一類鑲嵌蛋白，多為膜上的功能性糖蛋白。 (細(xì)胞膜、細(xì)胞核、胞內(nèi)膜上。),胞質(zhì)受體cytoplasmic：,膜受體：,膜受體,單體型：由一個(gè)鑲嵌蛋白分子構(gòu)成。

10、,復(fù)合型：由兩個(gè)或多個(gè)鑲嵌蛋白聚合一起形成。,調(diào)節(jié)部位,催化部位,（識(shí)別器）：受體蛋白向著細(xì)胞外部分，多為糖蛋白，可識(shí)別不同的配體，狹義受體指此部位。,（效應(yīng)器）：受體蛋白向著細(xì)胞質(zhì)部分，一般具有酶的活性，配體與受體結(jié)合前，它是無(wú)活性的，只有受體與配體結(jié)合后才被激活，引起一系列變化，產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng)。,將受體所接受的信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)的 構(gòu)象變化，傳給催化單位。,傳導(dǎo)物：,細(xì)胞內(nèi)域 （親水區(qū)）,細(xì)胞外域 （親水區(qū)，有寡糖鏈結(jié)合）,跨膜域 （疏水區(qū)，1個(gè)或多個(gè)）,跨膜糖蛋白或糖脂,膜受體的結(jié)構(gòu)、分類和特點(diǎn),膜受體的分類,表面受體,離子通道偶聯(lián)受體,G蛋白偶聯(lián)受體,酶聯(lián)受體,膜受體的功能：,識(shí)別

11、配體，并與之結(jié)合，將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變成胞內(nèi)信號(hào)，引起胞內(nèi)效應(yīng)。,三、膜受體與信號(hào)傳遞,第一信使（第一信號(hào)）：與膜受體結(jié)合的配體（化學(xué)信號(hào)），不直接參與細(xì)胞的物質(zhì)和能量代謝，而作為一種信使起傳遞信息的作用。,第二信使（第二信號(hào)）：可改變靶細(xì)胞中已存在的酶或非酶蛋白的活性，引起細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的反應(yīng)。,第二信使學(xué)說1965Sutherland 1971年生理學(xué)與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng),cAMP信號(hào)體系,要 點(diǎn),1.第一信號(hào)（激素、配體）與專一性受體識(shí)別并結(jié)合。,2.受體-配體復(fù)合物 激活細(xì)胞膜中腺苷酸環(huán)化酶(AC)。,4.以cAMP為第二信號(hào)激活蛋白激酶A（PKA)始動(dòng)一系列胞內(nèi)反應(yīng)最終產(chǎn)生生物效應(yīng)。,G蛋白,c

12、AMP信號(hào)體系,Ac,腎上腺素,受體,ATP,cAMP,無(wú)活性PKA,有活性PKA,靶蛋白磷酸化,胞內(nèi)效應(yīng),胞內(nèi),第一信號(hào).配體,第二信號(hào),BDE,胞內(nèi),5-AMP,注釋:,Ac:腺苷酸環(huán)化酶,PKA:蛋白激酶A,BDE:環(huán)核苷酸磷酸,二脂酶,Mg+2,膜受體的功能：,識(shí)別配體，并與之結(jié)合，將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變成胞內(nèi)信號(hào)，引起胞內(nèi)效應(yīng)。,cAMP與蛋白激酶對(duì)細(xì)胞活性的影響,NO的細(xì)胞信使作用,NO是可溶性的有毒氣體，研究表明，NO分子具有多種生物學(xué)功能，并且是一種能夠進(jìn)入細(xì)胞直接作用于酶并引起快速反應(yīng)的氣體信號(hào)分子。在一些組織中作為局部介質(zhì)引起信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，使血管壁的平滑肌細(xì)胞松弛，血液流通順暢。 19

13、98年Robert和Louis對(duì)NO的信使作用的研究獲得了生理學(xué)和醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng),NO 和cGMP的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,硝化甘油的作用,NO對(duì)血管的效應(yīng)可以很好地解釋硝化甘油的作用，早在100年前就使用硝化甘油處理心絞痛的病人(這種絞痛是由血液不適當(dāng)?shù)亓飨蛐募∫鸬?。硝化甘油在體內(nèi)轉(zhuǎn)化成NO，它可以使血管松弛。減輕心臟的工作壓力，減少心肌對(duì)氧的需要。,硝化甘油作用機(jī)制,硝化甘油在體內(nèi) 內(nèi)皮細(xì)胞中生成NO NO能夠跨過細(xì)胞質(zhì)膜擴(kuò)散到鄰近的平滑肌細(xì)胞 鳥苷酸環(huán)化酶激活 催化GTP生成cGMP 使血管壁的平滑肌細(xì)胞松弛和血管舒張反應(yīng) ，血液流通順暢。 由于NO半衰期短（510s).所以它只能作用于 鄰近的

14、細(xì)胞,免疫作用,細(xì)胞膜抗原,抗原：凡能刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)(脾.骨髓. 胸腺和淋巴細(xì)胞等)發(fā)生各種生理和病理過程的異物分子,統(tǒng)稱抗原。,細(xì)胞膜抗原membrane antigen：細(xì)胞膜表面具有抗原性質(zhì)的大分子，多為鑲嵌在細(xì)胞膜上的糖蛋白和糖脂。,ABO血型抗原（ABH）：人類紅細(xì)胞表面的主要抗原，其化學(xué)成份是一類糖脂，決定抗原性質(zhì)的是其寡糖鏈部分。 四個(gè)亞型：H（O）型、A型、B型、AB型。 白細(xì)胞抗原：HLA,目前發(fā)現(xiàn)200多個(gè)同源性位點(diǎn),組織相容性抗原,凡能引起個(gè)體間組織器官移植排斥反應(yīng)的抗原稱組織相容性抗原，是廣泛存在于各種組織細(xì)胞膜上的抗原。,細(xì) 胞 膜 與 疾 病,膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)異常,胱氨

15、酸尿癥：載體蛋白先天缺陷，導(dǎo)致氨基酸吸收障礙，尿中大量胱氨酸在PH下降時(shí)，形成結(jié)石。 腎性糖尿?。狠d體功能下降，導(dǎo)致依賴于Na+驅(qū)動(dòng)的糖運(yùn)輸功能下降，腎小球?qū)ρ獫{中葡萄糖重吸收下降，血糖升高，引起腎性糖尿病。 原發(fā)性高血壓：機(jī)體Na+泵功能障礙,膜受體異常,遺傳性高膽固醇血癥：LDL受體缺損 肌無(wú)力癥：患者血清中出現(xiàn)可以與神經(jīng)肌肉接頭處突觸后膜的乙酰膽堿受體相結(jié)合的受體，抗體與受體結(jié)合，減少了有效的受體數(shù)，封閉了乙酰膽堿的作用；另外這種抗體也促進(jìn)乙酰膽堿受體的分解，從肌肉細(xì)胞表面消失，使患者乙酰膽堿受體數(shù)減少到一半以下。 無(wú)或低丙種球蛋白血癥：B淋巴細(xì)胞表面缺少作為抗原受體的免疫球蛋白，因此B

16、淋巴細(xì)胞不能接受抗原刺激發(fā)育成漿細(xì)胞而產(chǎn)生抗體。,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常,霍亂：由于霍亂弧菌附于小腸黏膜進(jìn)行繁殖而引起的急性腹瀉 霍亂弧菌產(chǎn)生的霍亂毒素由A、B兩個(gè)亞基組成，B亞基與細(xì)胞膜上受體結(jié)合；A亞基能穿過細(xì)胞膜，催化細(xì)胞中NAD+中ADP核糖基不可逆結(jié)合在Gs的亞基上，使亞基與、亞基分離并與GTP結(jié)合，但此時(shí)亞基喪失了GTP酶的活力，不能分解GTP，所以G蛋白處于持續(xù)激活狀態(tài)。同時(shí)AC被活化的亞基持續(xù)激活，從而使細(xì)胞中cAMP大量增加，可高達(dá)正常值的100倍以上，促使大量的Cl-和HCO3-從細(xì)胞內(nèi)進(jìn)入腸腔，細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失去平衡，引起大量水分進(jìn)入腸腔，造成劇烈腹瀉。,腫瘤細(xì)胞表面的改變,接觸抑

17、制(contact inhibition)消失 黏著作用消失：癌細(xì)胞表面負(fù)電荷增加，靜電斥力提高；橋粒減少；鈣離子濃度降低； 膜組成改變：神經(jīng)節(jié)苷脂減少，鞘糖脂組分改變，糖脂的糖鏈縮短；纖連蛋白減少；唾液酸暴露 抗原性改變：腫瘤移植相關(guān)抗原（tumorassiciated transplantion antigent ,TATA）出現(xiàn) 與外源性凝集素的反應(yīng)：在凝集素伴刀豆球蛋白A作用下，產(chǎn)生凝集現(xiàn)象，但正常細(xì)胞無(wú)此現(xiàn)象。由于癌細(xì)胞膜上糖類物質(zhì)的特異受體在分布上與正常細(xì)胞不同，在加入伴刀豆球蛋白A后，其表面的受體會(huì)很快移動(dòng)集中，因而受體與伴刀豆球蛋白A結(jié)合密度高，因發(fā)生凝集現(xiàn)象。,思考題,根據(jù)你所掌握的指示，如何理解“細(xì)胞膜是非細(xì)胞形態(tài)向細(xì)胞形態(tài)進(jìn)化的重要轉(zhuǎn)折”這一概念？ 生物膜的基本特征是什么？這些特征與它的生理功能有什么聯(lián)系？ 總結(jié)細(xì)胞膜的主