1、细胞生物学（第细胞生物学（第2版）版）全册配套教学课件全册配套教学课件干干细细胞胞细细胞胞衰衰老老和和死死亡亡细细胞胞分分化化细细胞胞膜膜及及物物质质跨跨膜膜运运输输绪绪论论细细胞胞核核与与遗遗传传信信息息流流向向细细胞胞骨骨架架线线粒粒体体与与细细胞胞能能量量转转换换细细胞胞生生长长分分裂裂和和细细胞胞周周期期细细胞胞的的分分子子基基础础和和基基本本概概念念细细胞胞的的内内膜膜系系统统 细胞细胞 (cell)(cell)是生物体形态结构和是生物体形态结构和 生命活动的基本单位。生命活动的基本单位。是研究细胞生命现象的科学，其研是研究细胞生命现象的科学，其研 究范围包括：细胞的形态结构和功能、
2、究范围包括：细胞的形态结构和功能、分裂和分化、遗传和变异以及衰老和分裂和分化、遗传和变异以及衰老和死亡等。死亡等。细胞学细胞学(cytology)(cytology)是从是从水平研究细胞生命水平研究细胞生命活动的学科。活动的学科。是以细胞生物学和分子生物学为基础，研究是以细胞生物学和分子生物学为基础，研究和探讨人体细胞的结构、功能、发生、发展、和探讨人体细胞的结构、功能、发生、发展、成长、衰老、死亡的生命活动规律及其发病机成长、衰老、死亡的生命活动规律及其发病机理与防治的科学。理与防治的科学。医学细胞生物学（医学细胞生物学（medical cell biology)medical cell b
3、iology)细胞生物学细胞生物学(cell biology)(cell biology)将细胞作为生命活动的基本单位，从将细胞作为生命活动的基本单位，从细胞细胞、亚细胞亚细胞及及分子分子水平上把细胞的结构水平上把细胞的结构和功能统一起来，以和功能统一起来，以动态观点动态观点来探索细胞来探索细胞的各种生命活动。的各种生命活动。细胞遗传学细胞遗传学细胞生理学细胞生理学细细 胞化胞化 学学细胞社会学细胞社会学细胞形态学细胞形态学分子细胞学分子细胞学cytogeneticscytophysiologycytochemistrycytosociologycytomorphologymolecular
4、cytology大致分为大致分为四个阶段四个阶段：时间跨度时间跨度显微镜的发明显微镜的发明1919世纪中叶世纪中叶突出成就突出成就发现了发现了细胞细胞并创立了并创立了细胞学说细胞学说主要事件主要事件JanssenJanssen兄弟试制成第一台复式显微镜；兄弟试制成第一台复式显微镜；Robert HookeRobert Hooke发现并命名了细胞；发现并命名了细胞；LeeuwenhoekLeeuwenhoek首次观察到首次观察到细胞；细胞；SchleidenSchleiden和和SchwannSchwann提出了细胞学说。提出了细胞学说。时间跨度时间跨度1919世纪中叶世纪中叶2020世纪初叶世
5、纪初叶主要特点主要特点采用固定和染色方法观察细胞的形态采用固定和染色方法观察细胞的形态结构，使细胞学得到蓬勃的发展结构，使细胞学得到蓬勃的发展主要事件主要事件FlemmingFlemming发现细胞的有丝分裂现象；发现细胞的有丝分裂现象；HertwigHertwig发现受精现象和减数分裂现象。发现受精现象和减数分裂现象。不足之处不足之处对细胞的研究仍停留在形态结构的观察上对细胞的研究仍停留在形态结构的观察上时间跨度时间跨度2020世纪初叶世纪初叶2020世纪中叶世纪中叶主要特点主要特点应用实验方法，不再只偏重形态研究；应用实验方法，不再只偏重形态研究；相邻学科渗透，众多分支学科逐渐形成；相邻学
6、科渗透，众多分支学科逐渐形成；电子显微镜发明并应用，对细胞形态的电子显微镜发明并应用，对细胞形态的研究深入到亚显微水平并逐步将结构与功研究深入到亚显微水平并逐步将结构与功能统一起来。能统一起来。主要事件主要事件RuskaRuska设计制造了第一台电子显微镜设计制造了第一台电子显微镜 起始时间起始时间2020世纪世纪4040年代年代主要特点主要特点对细胞的研究真正从显微水平深入到亚对细胞的研究真正从显微水平深入到亚显微水平直至分子水平。显微水平直至分子水平。主要事件主要事件AveryAvery证实证实DNADNA为遗传物质；为遗传物质；WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DN
7、ADNA双螺旋结构模型；双螺旋结构模型；CrickCrick创立中心法则。创立中心法则。1 1、细胞生物学是现代医学的基础理论；、细胞生物学是现代医学的基础理论；2 2、细胞生物学的深入发展推动了现代医学重要、细胞生物学的深入发展推动了现代医学重要 课题的研究；课题的研究；3 3、细胞生物学技术与成果广泛应用于医学实践。、细胞生物学技术与成果广泛应用于医学实践。细胞通讯和细胞信号转导细胞通讯和细胞信号转导细胞增殖与细胞周期的调控细胞增殖与细胞周期的调控细胞的生长和分化细胞的生长和分化细胞的衰老和死亡细胞的衰老和死亡干细胞及其应用干细胞及其应用细胞工程细胞工程 当今细胞生物学研究热点当今细胞生物
8、学研究热点组成细胞的物质组成细胞的物质C、H、O、NS、P、Cl、K、Na、Ca、Mg、Fe微量元素微量元素 细细 胞胞 生物小分子生物小分子无机小分子无机小分子有机小分子有机小分子单单 糖糖脂肪酸脂肪酸氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸水水无机盐无机盐生物大分子生物大分子多多 糖糖脂脂 类类蛋白质蛋白质核核 酸酸（一）无机小分子（一）无机小分子良好溶剂良好溶剂 提供反应环境提供反应环境极性分子极性分子结合水；游离水结合水；游离水一、生物小分子一、生物小分子离子状态离子状态阳离子：阳离子：NaNa+,K,K+,Ca,Ca2+2+,Fe,Fe2+2+,Mg,Mg2+2+等等阴离子：阴离子：ClCl-,SO
9、,SO4 42-2-,PO,PO4 43-3-,HCO,HCO3 3-等等维持细胞内外的渗透压和维持细胞内外的渗透压和pHpH值；值；与蛋白质或脂类结合，构成功能性结合与蛋白质或脂类结合，构成功能性结合 蛋白或类脂。蛋白或类脂。有机小分子有机小分子生物大分子生物大分子糖苷键糖苷键肽键肽键磷酸二酯键磷酸二酯键（二）有机小分子（二）有机小分子1 1、单糖、单糖(monosaccharide)通式通式=的正整数的正整数功能功能贮存贮存动物动物 植物植物代表代表2 2、脂肪酸脂肪酸 (fatty acid)参与参与细胞膜的细胞膜的构成（构成（构成构成磷脂磷脂分子）；分子）；分解产生能量。分解产生能量。
10、通式通式CHCH3 3(CH(CH2 2)n nCOOH COOH n=10n=102020的偶数的偶数亲水性亲水性碳氢链长度碳氢链长度 碳碳-碳双键的数目碳双键的数目 碳碳-碳双键的位置碳双键的位置疏水性疏水性不同脂肪酸分不同脂肪酸分子的化学特性子的化学特性功能功能3 3、氨基酸、氨基酸(amino acid)碱性的氨基碱性的氨基侧链侧链酸性的羧基酸性的羧基蛋白质的基本结构单位。蛋白质的基本结构单位。结构通式结构通式主要功能主要功能 4 4、核苷酸、核苷酸(nucleotide)核苷酸核苷酸戊戊 糖糖核核 糖糖脱氧核糖脱氧核糖磷磷 酸酸碱碱 基基嘧啶：嘧啶：嘌呤：嘌呤：化学组成化学组成主要功
11、能主要功能核酸的基本结构单位。核酸的基本结构单位。核酸核酸生物的生物的遗传物质遗传物质生物的生长、生物的生长、发育、遗传、变异发育、遗传、变异二、生物大分子二、生物大分子（一）核酸（一）核酸功能功能分类分类1.1.DNADNA分子由两条平行且方向相反、呈右手分子由两条平行且方向相反、呈右手 螺旋的多核苷酸链组成，两条链有一共螺旋的多核苷酸链组成，两条链有一共 同的螺旋轴。同的螺旋轴。2 2.两条链中脱氧核糖和磷酸排列在外侧，两条链中脱氧核糖和磷酸排列在外侧，碱基在内侧按互补配对原则（碱基在内侧按互补配对原则（A=TA=T，G G三三C C）以氢键相连。）以氢键相连。DNADNA双螺旋结构模型（
12、双螺旋结构模型（19531953，Watson and Crick)Watson and Crick)3.4nm含含10个碱基对个碱基对DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型3603.3.相邻碱基对旋转相邻碱基对旋转3636，间距，间距0.340.34nm，螺旋一周为螺旋一周为1010个碱基对，螺距为个碱基对，螺距为3.43.4nm。螺旋直径螺旋直径2.02.0nm。1 1、DNADNA的结构与功能的结构与功能 DNADNA的功能的功能单链，可自身回折形成局部假双链。单链，可自身回折形成局部假双链。mRNA(信使信使RNA)tRNA (转运转运RNA)rRNA (核糖体核糖体RNA)2 2、RNA
13、RNA的结构、功能与分类的结构、功能与分类 RNARNA的结构的结构 RNARNA的分类的分类三种三种RNARNA分子的结构特征和功能作用分子的结构特征和功能作用mRNA tRNA rRNA细胞中含量细胞中含量5%10%5%10%最大，最大，80%90%分子量分子量（15）X 1052X 106 (2.43)X 104 (0.361.1)X 106 大小悬殊大小悬殊 约有约有7080个单核苷酸个单核苷酸沉降系数沉降系数 6S25S 4S 5.8S 18S 28S结构特征结构特征基本上呈线形，基本上呈线形，局部呈双链，形局部呈双链，形成发夹式结构。成发夹式结构。呈三叶草形，柄部和基部呈三叶草形，
14、柄部和基部呈双螺旋结构，柄部呈双螺旋结构，柄部3，有，有CCA三个碱基，其相对端三个碱基，其相对端为基部呈环形，称反密码为基部呈环形，称反密码环，中央有三个碱基，为环，中央有三个碱基，为反密码子。反密码子。线形，某些节段线形，某些节段可能成双螺旋结可能成双螺旋结构。构。存在场所存在场所细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞质或核糖体细胞质或核糖体 细胞中的核细胞中的核糖体糖体功能作用功能作用转录转录DNA中的中的遗传信息，并遗传信息，并带到核糖体上，带到核糖体上，作为合成蛋白作为合成蛋白质的模板。质的模板。运输活化的氨基酸运输活化的氨基酸到核糖体上的到核糖体上的mRNA的特定位点，的特定位点，特定
15、的特定的tRNA运输特运输特定的氨基酸。定的氨基酸。为蛋白质合成为蛋白质合成场所的核糖体场所的核糖体的组成成分。的组成成分。1、蛋白质分子的化学组成、蛋白质分子的化学组成（二）蛋白质（二）蛋白质 相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定相同或不同的各个氨基酸，按照一定的排列顺序，以特定的化学键相连，从而构成蛋白质的结构基础的化学键相连，从而构成蛋白质的结构基础多肽链多肽链。肽肽 键键肽肽 键键侧侧链链侧侧链链侧侧链链侧侧链链主主链链 2、蛋白质的分子结构、蛋白质的分子结构氨基端氨基端羧基端羧基端蛋白质的四级结构模型蛋白质的四级结构模型（1 1）蛋白质一级结构）蛋白质一级结构多肽链中氨
16、基酸的种类、多肽链中氨基酸的种类、数量和排列顺序。数量和排列顺序。概概 念念化学键化学键主键：主键：肽键肽键 副键：二硫键副键：二硫键（2 2）蛋白质的二级结构）蛋白质的二级结构在一级结构的基础上，借助氢键使多肽链发生盘在一级结构的基础上，借助氢键使多肽链发生盘绕或折叠的结构。绕或折叠的结构。a-螺旋螺旋：多肽链内部借助氢键联系以右：多肽链内部借助氢键联系以右手螺旋盘绕而成的空心筒状构象。手螺旋盘绕而成的空心筒状构象。概概 念念化学键化学键氢键氢键分分 类类 -折叠折叠：一条多肽链回折而形成的折叠：一条多肽链回折而形成的折叠片层结构。也发生在相邻两条多肽链之间。片层结构。也发生在相邻两条多肽链
17、之间。a-a-螺旋螺旋-折叠片层折叠片层在二级结构的基础上按一定在二级结构的基础上按一定方式再行盘绕折叠而形成的空方式再行盘绕折叠而形成的空间结构。间结构。（3 3）蛋白质的三级结构）蛋白质的三级结构概概 念念化学键化学键 氢键，离子键，疏水键氢键，离子键，疏水键（4 4）蛋白质的四级结构）蛋白质的四级结构概概 念念化学键化学键两条或两条以上具有三级结构的肽链之间两条或两条以上具有三级结构的肽链之间借助氢键等化学键形成的更复杂的空间结构。借助氢键等化学键形成的更复杂的空间结构。氢键氢键等等四级结构中每四级结构中每条具有三级结条具有三级结构的多肽链构的多肽链 氢键氢键蛋白质的蛋白质的四级结构四级
18、结构不是所有的蛋白质都有四级结构；不是所有的蛋白质都有四级结构；注注 意意只有一条多肽链的蛋白质，在三只有一条多肽链的蛋白质，在三级结构上就表现出生物活性；而两级结构上就表现出生物活性；而两条或两条以上条肽链构成的蛋白质，条或两条以上条肽链构成的蛋白质，必须在四级结构上才能表现出生物必须在四级结构上才能表现出生物活性。活性。a.蛋白质是细胞和组织的主要成分；蛋白质是细胞和组织的主要成分；b.作为酶催化生物体内各种化学反应；作为酶催化生物体内各种化学反应；c.蛋白质具有运输，收缩，调节和防御功能。蛋白质具有运输，收缩，调节和防御功能。3、蛋白质的功能、蛋白质的功能 概念：概念：由活细胞产生的、具
19、有催化作用的物质，由活细胞产生的、具有催化作用的物质，又称生物催化剂。又称生物催化剂。特性：特性：高度专一性高度专一性 高效催化性高效催化性 高度不稳定性高度不稳定性1 1、从分子到细胞、从分子到细胞2 2、从原核细胞到真核细胞、从原核细胞到真核细胞3 3、从单细胞生物到多细胞生物、从单细胞生物到多细胞生物有机分子有机分子多多 聚聚 体体大大 分分 子子原核细胞原核细胞真核细胞真核细胞多细胞生物多细胞生物非细胞形态非细胞形态一、从分子到细胞一、从分子到细胞无机分子无机分子自发装配自发装配原始细胞原始细胞自然自然条件条件肽键肽键磷酸二酯键磷酸二酯键有机分子有机分子多聚体多聚体大分子大分子蛋白质蛋
20、白质RNA磷脂分子磷脂分子膜结构膜结构包裹包裹RNARNA和蛋白质和蛋白质二、从原核细胞到真核细胞二、从原核细胞到真核细胞原原 始始 细细 胞胞储存遗传信息的储存遗传信息的DNADNA指导蛋白质合成的指导蛋白质合成的RNARNA制造蛋白质的制造蛋白质的核糖体核糖体 原原 核核 细细 胞胞三、从单细胞生物到多细胞生物三、从单细胞生物到多细胞生物多细胞生物多细胞生物大致方式：大致方式：单细胞单细胞群体群体以绿藻为例：以绿藻为例：衣藻衣藻盘藻盘藻团藻团藻多细胞生物的两个多细胞生物的两个基本特点基本特点：细胞产生了特化；细胞产生了特化；细胞之间协同合作。细胞之间协同合作。一一.原核细胞原核细胞（一）支
21、原体（一）支原体（二）细菌（二）细菌细胞膜细胞膜RNA核糖体核糖体DNA核糖体核糖体中间体中间体细菌壁细菌壁DNA二二.真核细胞真核细胞光镜下结构光镜下结构细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核电镜下结构电镜下结构膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构细胞膜细胞膜内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体溶酶体溶酶体过氧化物酶体过氧化物酶体核膜核膜核糖体核糖体中心粒中心粒微管微管微丝微丝中间纤维中间纤维细胞质基质细胞质基质核仁核仁染色质染色质核基质核基质真核细胞的基本结构真核细胞的基本结构三、原核细胞与真核细胞的比较三、原核细胞与真核细胞的比较 真核细胞与原核细胞的区别真核细胞与原核细胞的区
22、别 原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞 细胞大小细胞大小 较小较小(1-10um)(1-10um)较大较大(10-100um)(10-100um)代代 谢谢 厌氧或需氧厌氧或需氧 需氧需氧 细细 胞胞 质质 无细胞骨架、胞质流动、无细胞骨架、胞质流动、有细胞骨架、胞质流动、有细胞骨架、胞质流动、内吞和外吐作用内吞和外吐作用 内吞和外吐作用内吞和外吐作用 细细 胞胞 器器 无无(除除70S70S核糖体外核糖体外)有内质网、高尔基复合体、线粒体等有内质网、高尔基复合体、线粒体等 细细 胞胞 核核 无核膜和核仁（类核）无核膜和核仁（类核）有核膜和核仁（真核）有核膜和核仁（真核）呈环状，位于细胞质内，
23、呈环状，位于细胞质内，位于细胞核内，含有许多非编码区，位于细胞核内，含有许多非编码区，DNA DNA 不与组蛋白结合不与组蛋白结合 与组蛋白结合构成染色体与组蛋白结合构成染色体 在同一区室内合成在同一区室内合成RNARNA和和 核内合成和加工核内合成和加工RNARNA，细胞质内合成，细胞质内合成RNARNA和蛋白质和蛋白质 蛋白质蛋白质 （同时同地）（同时同地）蛋白质蛋白质 （异时异地）（异时异地）细胞分裂细胞分裂 无丝分裂，无纺缍丝无丝分裂，无纺缍丝 有丝分裂或减数分裂有丝分裂或减数分裂,形成纺缍丝形成纺缍丝 分分 布布 细菌，支原体，立克次氏体细菌，支原体，立克次氏体 原虫，真菌，植物，动
24、物，人类原虫，真菌，植物，动物，人类 运运 动动 简单原纤维及鞭毛简单原纤维及鞭毛 纤毛或鞭毛纤毛或鞭毛 细细 胞胞 壁壁 由胞壁质组成（细菌等）由胞壁质组成（细菌等）由纤维素组成（植物细胞）由纤维素组成（植物细胞）（cell membrane)使细胞具有相对独立和使细胞具有相对独立和稳定的内环境；稳定的内环境；细胞膜细胞膜概念概念 位于位于细胞表面的一层膜性结构，细胞表面的一层膜性结构，又称质膜（又称质膜（plasma membrane).).功能功能是细胞内外物质、信息、是细胞内外物质、信息、能量交换的能量交换的“门户门户”。除细胞膜外，真核细胞内还除细胞膜外，真核细胞内还有许多膜性细胞器
25、，如内质有许多膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、溶酶体网、高尔基复合体、溶酶体等，称为细胞内膜。它们共等，称为细胞内膜。它们共同构成真核细胞的同构成真核细胞的内膜系统内膜系统。细胞内膜细胞内膜（endomembrane）概念概念 任何生物膜在电镜下都呈现任何生物膜在电镜下都呈现“暗暗明明暗暗”三层结构，故称为三层结构，故称为。生物膜生物膜细细 胞胞 膜膜细胞内膜细胞内膜线粒体膜线粒体膜(biomembrane)细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。生物膜生物膜概念概念单位膜单位膜概念概念(unit membrane)生物膜生物膜脂类、蛋白
26、质、糖类脂类、蛋白质、糖类 水、无机盐、金属离子水、无机盐、金属离子蛋白质蛋白质/脂类脂类 :在不同种类生物膜中有所不同在不同种类生物膜中有所不同 表：各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比表：各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比功能多而复杂的膜，功能多而复杂的膜，蛋白质蛋白质/脂类脂类 大；大；功能少而简单的膜，功能少而简单的膜，蛋白质蛋白质/脂类脂类 小。小。生物膜的种类生物膜的种类蛋白质蛋白质/脂类脂类神经髓鞘神经髓鞘(轴突部分的细胞膜轴突部分的细胞膜）0.23血小板血小板0.70HelaHela细胞细胞1.50红细胞膜红细胞膜1.50 4.00线粒体内膜线粒体内膜3.20(一一)膜脂膜脂 膜膜
27、脂脂磷磷 脂脂糖糖 脂脂胆固醇胆固醇1 1、均为均为“”()脂分子团脂分子团脂双分子层脂双分子层水水水水脂质体脂质体膜脂双分子层膜脂双分子层2 2、膜脂的类型、膜脂的类型磷磷 脂脂 酰酰 胆胆 碱碱（卵磷脂）（卵磷脂）磷脂磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）（脑磷脂）鞘鞘 磷磷 脂脂磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸X 亲亲 水水 性性 头头 部部疏疏 水水 性性 尾尾 部部既有亲水性一端，又有既有亲水性一端，又有疏水性一端的分子，疏水性一端的分子，如如极性头部极性头部固固 醇醇 环环 结结 构构非非 极极 性性 尾尾 部部糖脂与鞘磷脂相似，只糖脂与鞘磷脂相似，只是头部不同，由是头部不同，由糖基糖基取
28、取代代磷脂酰碱基磷脂酰碱基常见糖脂：常见糖脂：脑脑 苷苷 脂脂 神经节苷脂神经节苷脂（二）膜蛋白（二）膜蛋白内在膜蛋白（内在膜蛋白（70%80%）外在膜蛋白（外在膜蛋白（20%30%）1 1、内在膜蛋白、内在膜蛋白（1 1）跨膜蛋白跨膜蛋白 贯穿脂双层，两端露出膜内外贯穿脂双层，两端露出膜内外 单次穿膜单次穿膜 多次穿膜多次穿膜2 2、外在膜蛋白、外在膜蛋白附在膜的胞质面附在膜的胞质面 ，与膜脂极性头部或内在膜蛋白的，与膜脂极性头部或内在膜蛋白的 极性区域非共价地结合。极性区域非共价地结合。（2 2）半嵌入蛋白半嵌入蛋白 一端嵌入膜层内，另一端露出膜外一端嵌入膜层内，另一端露出膜外非双亲性分子
29、；非双亲性分子；单单 次次 穿穿 膜：膜：脂双分子层脂双分子层非胞质面非胞质面 胞胞 质质 面面12345多多 次次 穿穿 膜：膜：数段数段a-螺旋几次折返穿越脂质双层。螺旋几次折返穿越脂质双层。非穿越性共价结合：非穿越性共价结合：与胞质面单层脂质的烃链共价结合。与胞质面单层脂质的烃链共价结合。与磷脂酰肌醇结合：与磷脂酰肌醇结合：蛋白质的寡糖链在非胞质面与磷脂蛋白质的寡糖链在非胞质面与磷脂酰肌醇共价结合。酰肌醇共价结合。跨膜蛋白跨膜蛋白12345内内 在在 膜膜 蛋蛋 白白附在膜的内外表面，非共价地与内附在膜的内外表面，非共价地与内在膜蛋白或膜脂分子极性头部结合。在膜蛋白或膜脂分子极性头部结合
30、。半嵌入蛋白半嵌入蛋白与内在膜蛋白或与内在膜蛋白或膜脂非共价结合：膜脂非共价结合：外在膜蛋白外在膜蛋白一段一段a-螺旋贯穿脂质双层。螺旋贯穿脂质双层。膜糖类膜糖类共价键共价键共价键共价键细胞内细胞内（三）膜糖类（三）膜糖类脂双层脂双层细胞外衣：细胞外衣：（糖萼）（糖萼）细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展交织成一层多糖物质，称伸展交织成一层多糖物质，称细胞外衣细胞外衣或或糖萼糖萼。细胞外衣细胞外衣分布于分布于非非胞质面胞质面（一）生物膜的流动性（一）生物膜的流动性1、膜脂的流动性、膜脂的流动性（1 1）侧向移动）侧向移动（2 2）旋转运动）旋转运
31、动（3 3）左右摆动）左右摆动（4 4）翻转运动）翻转运动固态固态液晶态液晶态液态液态相变相变相变温度相变温度影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素1.1.脂肪酸链的饱和程度脂肪酸链的饱和程度2.2.脂肪酸链的长度脂肪酸链的长度3.3.胆固醇的影响胆固醇的影响 4.4.卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂的比例鞘磷脂的比例5.5.其它因素其它因素饱和程度高，流动性小；饱和程度高，流动性小；饱和程度低，流动性大。饱和程度低，流动性大。链长，流动性小；链长，流动性小；链短，流动性大。链短，流动性大。调节膜的流动性。调节膜的流动性。此比例小，流动性小；此比例小，流动性小；此比例大，流动性大。此比例大，流动性大。环
32、境温度，内在膜蛋白的含量环境温度，内在膜蛋白的含量2 2、膜蛋白的流动性、膜蛋白的流动性（1 1）侧向移动）侧向移动（2 2）旋转运动）旋转运动小鼠细胞小鼠细胞人膜蛋白抗体人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）人膜蛋白（抗原）异核细胞异核细胞小鼠膜蛋白抗体小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素人膜蛋白抗体人膜蛋白抗体+罗丹明罗丹明小鼠膜蛋白抗体小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）小鼠膜蛋白（抗原）人细胞人细胞孵育（孵育（37，40分分钟）钟）诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原）抗原）（二）生物膜的不对称性（二）生物膜的不对称性 1、膜脂分布的不对称性、膜脂分布的不对称性 第三：糖脂第三：糖脂 全部分布在细胞膜的外
33、层。全部分布在细胞膜的外层。（非胞质面）（非胞质面）第一：磷脂第一：磷脂 磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱 和和 鞘磷脂鞘磷脂 多分布在细胞膜的外层多分布在细胞膜的外层（非胞质面）（非胞质面）磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 和和 磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层多分布在细胞膜的内层 （胞（胞 质质 面）面）磷脂酰丝氨酸带有负电荷磷脂酰丝氨酸带有负电荷(No.10)(No.10)细胞膜内层负电荷多于外层。细胞膜内层负电荷多于外层。第二：胆固醇第二：胆固醇 因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。因其与磷脂酰胆碱及鞘磷脂的亲和力较大，故主要分布在细胞膜的外层。（非（非胞质面）胞质
34、面）2、膜蛋白分布的不对称性、膜蛋白分布的不对称性第一：第一：膜蛋白在脂双分子层中的膜蛋白在脂双分子层中的分布位置是不对称的。（包括内在分布位置是不对称的。（包括内在及外在膜蛋白）及外在膜蛋白）第三：第三：糖蛋白均分布于细胞膜的外层。糖蛋白均分布于细胞膜的外层。（非胞质面）（非胞质面）第二：第二：膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的。（细胞膜内层多于外层）（细胞膜内层多于外层）“脂双分子层脂双分子层”的提出的提出 科学基础科学基础 19251925年，年，GorterGorter 和和 GrendelGrendel 用丙酮抽提红细用丙酮抽提红细
35、胞膜中的脂质并在水和空气界面上铺展成单分胞膜中的脂质并在水和空气界面上铺展成单分子层，测量其所占面积相当于所用红细胞膜总子层，测量其所占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍，因而首次提出面积的两倍，因而首次提出细胞膜是由连续的细胞膜是由连续的脂双分子层组成的脂双分子层组成的。（一）片层结构模型（一）片层结构模型 1 9 3 51 9 3 5 年年,D a n i e l l i 和和Davson,发现细胞膜的表面张发现细胞膜的表面张力显著低于油力显著低于油-水界面的表面水界面的表面张力张力,因此认为因此认为,细胞膜中除含细胞膜中除含有脂类外，还含有蛋白质有脂类外，还含有蛋白质,故故提出了提出了片
36、层结构模型片层结构模型.蛋白质蛋白质 脂双分子层脂双分子层 夹层学说夹层学说（球状）（球状）（球状）（球状）（双分子层）（双分子层）“蛋白质蛋白质 -脂类脂类 -蛋白质蛋白质”三夹板式结构三夹板式结构试图在分子水平上说明细胞膜的结构，对试图在分子水平上说明细胞膜的结构，对以后多种模型的提出有一定的启发作用。以后多种模型的提出有一定的启发作用。（二）单位膜模型（二）单位膜模型蛋白质：蛋白质：折叠的薄片状折叠的薄片状脂双层脂双层 19591959年年,Robertson Robertson 利用电子显微镜观察，发现所有利用电子显微镜观察，发现所有生物膜都呈生物膜都呈“暗暗-明明-暗暗”三层结构，故
37、而把三层结构，故而把“两暗一明两暗一明”的结构模型称为的结构模型称为单位膜单位膜模型。模型。暗暗明明暗暗 此模型认为覆盖在脂双分子层内外表面的是呈此模型认为覆盖在脂双分子层内外表面的是呈 -折叠折叠的薄片状蛋白质，而非球状蛋白质。的薄片状蛋白质，而非球状蛋白质。提出了生物膜在形态上提出了生物膜在形态上的共性，并对膜的某些的共性，并对膜的某些属性做出了一定的解释，属性做出了一定的解释，具有一定的理论意义。具有一定的理论意义。细细 胞胞 膜膜蛋白质：蛋白质：折叠的薄片状折叠的薄片状（三）液态镶嵌模型（三）液态镶嵌模型1.1.流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体；流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体
38、；2.2.球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中球状膜蛋白不同程度地镶嵌在脂双分子层中 或附着在膜表面。或附着在膜表面。液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现液态镶嵌模型可以解释生物膜中发生的很多现象，为阐述膜功能奠定了基础，为人们普遍接象，为阐述膜功能奠定了基础，为人们普遍接受，但它忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的受，但它忽视了蛋白质分子对脂分子流动性的限制作用以及膜各部分流动性的不均匀性，限制作用以及膜各部分流动性的不均匀性，3.3.强调了生物膜的强调了生物膜的流动性流动性和和不对称性不对称性。流动镶嵌模型流动镶嵌模型 单位膜模型存在明显缺陷，特别是它无法解释膜蛋白从单位膜模型存在明显缺
39、陷，特别是它无法解释膜蛋白从膜上分离的难易程度差异，人们对它的异议越来越多。膜上分离的难易程度差异，人们对它的异议越来越多。19721972年，年，SingerSinger 和和 Nicolson Nicolson 提出了提出了液态镶嵌模型液态镶嵌模型。细胞膜细胞膜允许一定物质穿越的性能允许一定物质穿越的性能具有选择性具有选择性O2,CO2,N2尿素尿素,H2O葡萄糖葡萄糖,蔗糖蔗糖H+,Na+,Ca2+膜对物质分子的通透性取决于膜对物质分子的通透性取决于及及：脂溶性越强的分子越容易穿膜；脂溶性越强的分子越容易穿膜；非极性物质脂溶性强，易穿非极性物质脂溶性强，易穿膜，如膜，如O2,CO2,N2
40、；但但H2O例例外外分子量越小越容易穿膜；分子量越小越容易穿膜；不带电荷的分子容易穿膜，带不带电荷的分子容易穿膜，带 电荷的离子不能或很难穿膜。电荷的离子不能或很难穿膜。离子脂溶性弱，且带有水化膜，离子脂溶性弱，且带有水化膜，增大了它的有效体积。增大了它的有效体积。高浓度高浓度低浓度低浓度 不需要消耗细胞代谢能，不依靠专一的膜蛋白分子而使不需要消耗细胞代谢能，不依靠专一的膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。如物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。如根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类：根据运输机制不同，将膜运输蛋白分为两类：载体蛋白：载体蛋白：通过蛋白质发
41、生通过蛋白质发生可逆可逆的构象变化进行物质运输；的构象变化进行物质运输；通道蛋白：通道蛋白：在蛋白质中心形成一个在蛋白质中心形成一个亲水性亲水性的通道，使特定溶的通道，使特定溶 质穿越。质穿越。根据膜运输蛋白转运物质方向不同，分为两种运输方式：根据膜运输蛋白转运物质方向不同，分为两种运输方式：被运输的物质被运输的物质于膜运输蛋白，于膜运输蛋白，着浓度梯度着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且或电化学梯度穿越细胞膜，且消耗细胞代消耗细胞代谢能谢能,这种运输方式称这种运输方式称。被运输的物质被运输的物质于膜运输蛋白，于膜运输蛋白，着浓度梯度着浓度梯度或电化学梯度穿越细胞膜，且或电化学梯度穿越细胞膜，
42、且消耗细胞代谢消耗细胞代谢能能,这种运输方式称这种运输方式称。载体蛋白载体蛋白 既参与既参与又参与又参与；通道蛋白通道蛋白 只参与只参与。(一一)载体蛋白介导的运输载体蛋白介导的运输高浓度低浓度载体蛋白载体蛋白凡借助于凡借助于的帮助，不消耗代谢能，顺浓度的帮助，不消耗代谢能，顺浓度梯度转运物质的方式称梯度转运物质的方式称。如葡萄糖、氨基酸等。如葡萄糖、氨基酸等。易化扩散的速率在一定限度内与物质的浓度差成正比，当所有载体蛋白的结易化扩散的速率在一定限度内与物质的浓度差成正比，当所有载体蛋白的结合合部位全被占据时，速率达最大并维持在此水平上。（类似酶与底物的作用关系）部位全被占据时，速率达最大并维
43、持在此水平上。（类似酶与底物的作用关系）（1 1）钠钾泵）钠钾泵(Na(Na+-K-K+pump)pump)逆电化学梯度转运逆电化学梯度转运NaNa+和和K K+化学本质：化学本质：NaNa+-K-K+ATP ATP 酶酶兼有兼有 载体蛋白载体蛋白 和和 酶酶 的双重功能的双重功能化学组成：化学组成：NaNa+-K-K+ATPATP酶酶大亚基：大亚基：小亚基：小亚基：跨膜脂蛋白跨膜脂蛋白酶的催化部位酶的催化部位内侧：内侧：NaNa+、ATPATP的结合部位的结合部位外侧：外侧：K K+、乌本箭毒苷的结合部位、乌本箭毒苷的结合部位膜外半嵌入的糖蛋白，膜外半嵌入的糖蛋白，作用不详。作用不详。大亚基
44、大亚基小亚基小亚基细胞质细胞质钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍钾离子钠离子乌本箭毒苷K+与乌本箭毒苷结合部位Na+结合部位+细胞内细胞内浓度梯度30倍浓度梯度13倍大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大亚基大亚基小亚基小亚基钾结合部位运输过程：运输过程：Na+Na+K+K+细胞外细胞外(5)(5)泵与泵与K K+亲和力
45、下降亲和力下降,释放释放K K+,蛋白复构，并与蛋白复构，并与NaNa+亲和力上亲和力上升升,开始下一轮运输过程。开始下一轮运输过程。(4)K(4)K+与其结合位点结合后与其结合位点结合后,刺激泵脱磷酸化刺激泵脱磷酸化,并导致蛋白的并导致蛋白的构型再次变化，构型再次变化，K K+结合位点朝向胞质面结合位点朝向胞质面;(3)Na(3)Na+结合部位转向膜外结合部位转向膜外,Na,Na+释放到膜外，同时释放到膜外，同时K K+结合位结合位点朝向细胞表面；点朝向细胞表面；(2)(2)泵磷酸化，导致蛋白构型改变泵磷酸化，导致蛋白构型改变;(1)Na(1)Na+在膜内侧结合到在膜内侧结合到NaNa+结合
46、位点结合位点,促进促进ATPATP分子的水解分子的水解;工作效率工作效率1 1个个NaNa+-K-K+ATPATP酶分子每秒钟可水解酶分子每秒钟可水解100100个个ATPATP分子；分子；每水解每水解1 1个个ATPATP分子所释放的能量可泵出分子所释放的能量可泵出3 3个个NaNa+，同时同时泵入泵入2 2个个K K+。生理意义生理意义A A、维持细胞内外钠、钾离子的浓度梯度；、维持细胞内外钠、钾离子的浓度梯度；B B、维持膜电位；、维持膜电位；C C、调节细胞内外渗透压；、调节细胞内外渗透压；D D、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸等提供驱动力。、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸等提供驱动力。（
47、2 2）钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输）钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输的概念的概念：一种物质的运输依赖第二种物质同时运输。一种物质的运输依赖第二种物质同时运输。协同运输协同运输同向协同运输逆向协同运输（）钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输并不直接利用钠离子浓度梯度驱动的葡萄糖主动运输并不直接利用ATPATP，而，而是由钠钾泵产生的膜外高钠离子浓度驱动的。是由钠钾泵产生的膜外高钠离子浓度驱动的。此运输过程由两种载体蛋白协同完成：葡萄糖特异性载体蛋白葡萄糖特异性载体蛋白 钠钾泵钠钾泵 将将NaNa+泵出细胞，造成胞内外的泵出细胞，造成胞内外的NaNa+浓度梯度。浓度梯度。利用NaNa+势能
48、驱动，结合葡萄糖，势能驱动，结合葡萄糖，使之与使之与NaNa+相伴进入细胞。相伴进入细胞。顺电化学梯度转运物质。顺电化学梯度转运物质。（二）通道蛋白介导的运输（二）通道蛋白介导的运输离子通道蛋白的特点离子通道蛋白的特点(P63)：运输速度快；运输速度快；特异性强；特异性强；间断开放，由闸门控制；间断开放，由闸门控制；离子通道蛋白的类型：离子通道蛋白的类型：电压闸门离子通道电压闸门离子通道配体闸门离子通道配体闸门离子通道机械闸门离子通道机械闸门离子通道吞饮作用吞噬作用受体介导的内吞作用大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融而是通过一系
49、列膜囊泡的形成和融合来完成物质的转运，所以称为合来完成物质的转运，所以称为。(此过程耗能）此过程耗能）(endocytosis)(exocytosis)外吐作用吞噬作用吞饮作用吞噬体吞饮体一、一、细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物质包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。质包围成膜泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。根据吞入物质的根据吞入物质的状态状态、大小大小及及特异程度特异程度的不同，分为的不同，分为三种：三种：吞噬作用吞噬作用；吞饮作用吞饮作用；受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用。（一）吞噬作用（一）吞噬作用(phagocy
50、tosis)是指细胞吞入较大的是指细胞吞入较大的固体颗粒固体颗粒或或分子复合物分子复合物的过程，的过程，如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。吞噬作用形成的膜囊泡称吞噬作用形成的膜囊泡称吞噬体吞噬体。是原生动物获取营养的重要方式是原生动物获取营养的重要方式在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能。在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能。（二）吞饮作用（二）吞饮作用(pinocytosis)是指细胞吞入是指细胞吞入液体液体或或溶质分子溶质分子的活动。的活动。吞饮形成的膜囊泡称吞饮形成的膜囊泡称吞饮体吞饮体。大多数细胞具有吞饮作用。大多数细胞具有吞饮作用。（三）受体介导的内
