1、1第四章 细胞膜2质膜又称细胞膜（质膜又称细胞膜（cell membranecell membrane）围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质构成围绕在细胞最外层，由脂类和蛋白质构成的生物膜。的生物膜。基本概念生物膜（生物膜（biomembranebiomembrane；biological membranebiological membrane）质膜和细胞内各种膜的统称。质膜和细胞内各种膜的统称。生物膜是细胞进行生命活动的重要结构基础生物膜是细胞进行生命活动的重要结构基础,物质运物质运输、能量转换、信息传递、蛋白质合成、细胞运动输、能量转换、信息传递、蛋白质合成、细胞运动等活动都与膜的作用有关等活
2、动都与膜的作用有关3第一节第一节质膜的结构模型质膜的结构模型v质膜的化学组成：膜脂、膜蛋白质膜结构的研究历史质膜的流动镶嵌模型细胞膜的功能v质膜的结构3 4质膜的结构v质膜结构的研究历史质膜结构的研究历史1.E.Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组细胞膜由连续的脂类物质组成。成。5红细胞的基本性质红细胞的基本性质 成熟的红细胞呈双面凹或单面凹陷的成熟的红细胞呈双面凹或单面凹陷的盘状，直径约为盘状，直径约为7m,7m,厚度厚度1.7m,1.7m,表面积表面积为为145m2145m2；红细胞的主要功能是
3、携带红细胞的主要功能是携带O2O2和运输和运输CO2CO2，红细胞的寿命约为红细胞的寿命约为120120天，一生中要行走天，一生中要行走500500，0000006质膜结构的研究历史质膜结构的研究历史2.E.Gorter&F.Grendel 1925 用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。3.J.Danielli&H.Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了”蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。6 7球球 形形 蛋蛋 白白 质质 层层J.F.D an
4、ielli&H.d a vs o n 提提 出出 的的 第第 一一 个个 质质 膜膜 模模 型型.双双 分分 子子 片片 层层 模模 型型/D an ielli d a vs o n 模模 型型89流动镶嵌模型1011其他模型其他模型液晶态模型液晶态模型：膜脂处于无序（流动性）和有序（晶态）之间的动态转变之中。板块镶嵌模型板块镶嵌模型：强调生物膜是由具有流动性程度不同的“板块”镶嵌而成。脂伐模型脂伐模型：该模型认为在生物膜上胆固醇富集而该模型认为在生物膜上胆固醇富集而形成有序脂相，如同形成有序脂相，如同“脂伐脂伐”一样载着各种蛋白质。一样载着各种蛋白质。推测一个推测一个100nm大小的脂伐可载
5、有大小的脂伐可载有600个蛋白质分子。个蛋白质分子。此模型可以解释生物膜的某些性质与功能，但仍需此模型可以解释生物膜的某些性质与功能，但仍需要更多的证据要更多的证据12磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,尚未尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；发现膜结构中起组织作用的蛋白；蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者；膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者；膜的流动性：生物膜可看成蛋白质在双层脂分子膜的流动性：生物膜可看成蛋白质在双层脂分子中的二维溶液中，其相互作用复
6、杂并与膜蛋白和膜中的二维溶液中，其相互作用复杂并与膜蛋白和膜脂的流动性相关。是生物膜的基本特征之一脂的流动性相关。是生物膜的基本特征之一,是细胞是细胞进行生命活动的必要条件。进行生命活动的必要条件。膜的不对称性膜的不对称性生物膜结构的特征生物膜结构的特征13膜的化学组成膜的化学组成 膜主要由膜主要由脂类、蛋白质脂类、蛋白质组成，另外组成，另外还有少量还有少量糖糖，主要以糖脂或糖蛋白，主要以糖脂或糖蛋白的形式存在。的形式存在。膜的基本骨架膜的基本骨架主要有主要有膜脂构成。膜脂构成。膜的功能膜的功能主要由蛋白质主要由蛋白质来承担。来承担。14膜脂膜脂主要为：主要为：磷脂、糖脂和胆固醇磷脂、糖脂和胆
7、固醇。磷脂磷脂主要包括甘主要包括甘油油磷脂和鞘磷脂。磷脂和鞘磷脂。约占膜脂的约占膜脂的50%以上以上胆固醇胆固醇（细菌质膜（细菌质膜无），有降低质膜无），有降低质膜通透性和脂分子流通透性和脂分子流动性，增强动物细动性，增强动物细胞质膜的坚性。胞质膜的坚性。糖脂糖脂普遍存在于普遍存在于原核细胞和真核原核细胞和真核细胞中。主要存细胞中。主要存在于神经细胞中，在于神经细胞中，（如脑苷脂和神（如脑苷脂和神经节苷脂），约经节苷脂），约为为5%-10%。具有一个极性头部和两个非极性尾部。具有一个极性头部和两个非极性尾部。脂肪酸碳链为偶数（脂肪酸碳链为偶数（16，18或或20个碳个碳原子组成原子组成)除饱和
8、脂肪酸外，还有不饱和除饱和脂肪酸外，还有不饱和 脂肪酸脂肪酸1515 Typical Cholesterol16膜脂分子的膜脂分子的运动方式运动方式：磷脂分子在膜内沿膜平面磷脂分子在膜内沿膜平面侧向扩散运动侧向扩散运动磷脂分子围绕轴心的磷脂分子围绕轴心的自旋运动；自旋运动；磷脂分子尾部的摆动；磷脂分子尾部的摆动；磷磷脂分子在两层脂分子中做脂分子在两层脂分子中做翻转运动翻转运动膜脂的运动17脂质体（脂质体（liposome）脂质体脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。脂质体的脂质体的类型类型。脂质体的
9、脂质体的应用应用18 B)B)水溶液中的磷脂分子团；水溶液中的磷脂分子团；(C)(C)球形脂质体；球形脂质体；(D(D）用于疾病治疗的脂质体的示意图）用于疾病治疗的脂质体的示意图ABCD19膜蛋白膜蛋白是膜功能的体现者。估计核基因组编码的蛋白质中30%为膜蛋白。根据膜蛋白与脂分子的结合方式分为：整合蛋白 外周蛋白 脂锚定膜蛋白20外周蛋白外周蛋白(peripheral protein)又称附着蛋白又称附着蛋白(protein-attached)。这种蛋。这种蛋白完全外露在脂双层的内外两侧，为水溶性蛋白，靠离子键或其他较白完全外露在脂双层的内外两侧，为水溶性蛋白，靠离子键或其他较弱的键与膜表面的
10、蛋白质或脂分子结合。只要提高温度或者改变溶液弱的键与膜表面的蛋白质或脂分子结合。只要提高温度或者改变溶液的离子强度就可以将外周蛋白分离下来。的离子强度就可以将外周蛋白分离下来。外周蛋白21(Lipid-anchored proteins)脂锚定蛋白22整合蛋白整合蛋白(integral protein)又称内在蛋白(intrinsic protein)，跨膜蛋白(transmembrane protein)，为两性分子，部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧。整合蛋白与膜的结合非常紧密，必须通过去垢剂才能将其从膜上去除下来。23去垢剂（去垢剂（detergent)去垢剂是一端亲水一端疏水的两性小分
11、子去垢剂是一端亲水一端疏水的两性小分子,是分离与是分离与研究膜蛋白的常用试剂。研究膜蛋白的常用试剂。离子型去垢剂离子型去垢剂(SDS)(SDS)和非离子型去垢剂（和非离子型去垢剂（Triton X-Triton X-100100）离子型离子型 十二烷基磺酸钠（十二烷基磺酸钠（SDS)SDS)作用剧烈，引起蛋白质变性作用剧烈，引起蛋白质变性非离子型非离子型 Triton X-100 Triton X-100 作用较温和作用较温和24第二节 生物膜基本特征和功能膜的流动性 膜脂的流动性 膜蛋白的流动性二 膜的不对称性 膜脂的不对称 膜蛋白的不对称25膜脂的流动膜脂的流动脂分子的侧向运动脂分子的侧向
12、运动 1.脂肪酸链长短脂肪酸链长短 越短，流动性越大越短，流动性越大2.脂肪酸不饱和度脂肪酸不饱和度 越高，流动性越大越高，流动性越大3.温度温度 相变温度。在细菌和动物细胞中常通过增相变温度。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度以维加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度以维持膜脂的流动性。持膜脂的流动性。4.胆固醇胆固醇 防止防止 膜脂由液相膜脂由液相 固相。在动物细胞中，固相。在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用。胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用。25 26膜蛋白的运动性膜蛋白的运动性在各种情况下，膜蛋白均可发生位置上的变动。在各种情况
13、下，膜蛋白均可发生位置上的变动。各种膜蛋白的运动速度不同。膜蛋白的运动性要各种膜蛋白的运动速度不同。膜蛋白的运动性要受其所处的微环境的影响。即膜蛋白的运动性要受其所处的微环境的影响。即膜蛋白的运动性要受其周围受其周围膜脂膜脂的限制，也要受的限制，也要受细胞骨架细胞骨架的制约，的制约，还有还有其它膜蛋白其它膜蛋白的影响。的影响。膜蛋白的运动方式主要有：膜蛋白的运动方式主要有：侧向扩散侧向扩散和和围围绕与膜平面相垂直的轴线绕与膜平面相垂直的轴线旋转。旋转。此外，还有翻转。27鼠鼠人人细细胞胞融融合合实实验验28淋巴细胞的成帽效应淋巴细胞的成帽效应 通过抗体交联膜蛋白通过抗体交联膜蛋白分子聚集成斑分
14、子聚集成斑(patching)、成帽、成帽(capping)的现象也是的现象也是膜蛋白在膜平面侧向膜蛋白在膜平面侧向扩散的例子。扩散的例子。28 成成帽帽反反应应 29用荧光染料标记膜脂或膜蛋白用激光束照射使表面形成漂白斑通过扩散，标记分子进入漂白斑，反差减小标记分子进一步扩散，斑点消失。根据荧光恢复的速度根据荧光恢复的速度,可推算膜脂或膜蛋白的扩散速度可推算膜脂或膜蛋白的扩散速度 荧光漂白恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching FRAP)30膜的不对称性膜的不对称性(membrane asymmetry)细胞质膜的不对称性是指细胞质膜脂
15、双层中各种成分不是均匀分布 的，包括膜脂、膜蛋白和膜糖的不均匀分布。膜脂的不对称性 膜脂的不对称性表现在脂双层中分布的各类脂的比例不同，各种细胞的膜脂不对称性差异很大原生质表面原生质表面细胞外小页断裂面细胞外小页断裂面原生质小页断裂面原生质小页断裂面30 原生质小叶断原生质小叶断裂面裂面细胞外小叶断裂面31膜脂的不对称性膜脂的不对称性(membrane asymmetry)32膜蛋白的不对称：每种膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，与其功能相适应，这是膜蛋白不对称性的主要因素。膜蛋白的不对称性包括外周蛋白分布的不对称以及整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目的不对称。膜蛋白的不对称膜蛋白的不对称33膜糖的
16、不对称膜糖的不对称膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，无论是糖蛋白还是糖脂的糖基都是位于膜的外表面。34细胞膜的功能细胞膜的功能1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2.选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；4.为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；5.介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。35膜骨架与细胞表面的特化结构膜骨架与细胞表面的特化结构膜骨架 指细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网络结构，它参与维持细胞膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。红细胞红细胞生物学意义
17、：生物学意义：膜骨架赋予细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。36成熟的红细胞没有细胞器，质膜是它的惟一结构，并且易于提纯和分离，是研究膜和膜骨架的最好材料。膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度37将红细胞分离后放入低渗溶液中，水很快渗入到细胞内部，使红细胞将红细胞分离后放入低渗溶液中，水很快渗入到细胞内部，使红细胞膨胀、破裂，从而释放出血红蛋白和其他胞内可溶性的蛋白质，此时膨胀、破裂，从而释放出血红蛋白和其他胞内可溶性的蛋白质，此时的红细胞就变成了没有内容物的空壳，由于红细胞膜具有很大的变形的红细胞就变成了没有内容物的空壳，由于红细胞膜具
18、有很大的变形性、柔韧性和可塑性，当红细胞的内容物渗漏之后，红细胞仍然保持性、柔韧性和可塑性，当红细胞的内容物渗漏之后，红细胞仍然保持原来的形状和大小，这种结构被称为血影原来的形状和大小，这种结构被称为血影(ghost)38红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞膜骨架的形成红细胞膜骨架的形成红细胞质膜蛋白的红细胞质膜蛋白的SDS-PAGE SDS-PAGE 红细胞膜骨架的结构红细胞膜骨架的结构39分离红细胞膜后可用阴离子去垢剂溶解膜蛋白，并通过SDS和聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分离膜蛋白。通过单向SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，发现大约有15种主要的蛋白带，相对分子质量为15kDa到250kDa红细胞质膜蛋白的红细胞质膜蛋白的SDS-PAGESDS-PAGE肌动肌动蛋白蛋白40411 1、有哪几种质膜模型？流动镶嵌模型的要、有哪几种质膜模型？流动镶嵌模型的要点是什么？点是什么？2 2、生物膜的特征是什么？、生物膜的特征是什么？3 3、名词：内在蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白、名词：内在蛋白、外周蛋白、脂锚定蛋白、质膜质膜 、膜骨架、膜骨架 复习题复习题42Thank you all!
