[细胞生物学]细胞膜与细胞表面

(2) 内在膜蛋白：单次或多次穿过脂双分子层，与膜结合紧密。
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膜蛋白的分离
内在膜蛋白:它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂才能从
膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。
外在膜蛋白:靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质
分子或脂分子的亲水部分结合，因此只要改变溶液的离
子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。
缺点：
忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的控制作用。 忽视了膜的各部分流动性的不均匀性。
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3．流动镶嵌模型的补充模型 晶格镶嵌模型 1975年提出。
晶格 界面脂质
生物膜中的脂类是处在无序 (液态) 和有序( 晶态) 之间的 动态转变； 膜蛋白对脂类分子的运动具限制作用。
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单位膜模型的进步之处：
第一次描述了膜的厚度 描述蛋白质是β折叠
以上两种学说的不足：
把所有的膜都视为千篇一律，
无法解释不同膜的不同功能。
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（三）流动镶嵌模型
S. J. Singer & G. Nicolson 1972年根据免疫荧光技术、冰 冻蚀刻技术的研究结果，在“单位膜”模型的基础上提出
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鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子之间的作用力较强 胆固醇与鞘磷脂的亲和力高（像胶水)
脂筏是蛋白质停泊聚集的平台，便于蛋白质相互作用； 也提供蛋白质变构环境，形成有效变构。
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脂筏的功能与信号转导、蛋白质分选、物质内吞、胆固 醇代谢等有关； 脂筏功能的紊乱已涉及HIV、肿瘤、动脉粥样硬化、老年 痴呆、疯牛病等
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(二) 膜蛋白(membrane protein)
生物膜所含的蛋白称膜蛋白。 是膜特定功能的主要承担者和执行者。 种类： 外在膜蛋白；内在膜蛋白
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4
非胞质面 脂 质 双 层
3 512 Nhomakorabea胞质面
(1) 外在膜蛋白：分布在膜的内外表面，主要在内表面。通过内在蛋白 间接与膜连接，或与脂类分子的极性头部直接结合。
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小鼠细胞
膜蛋白(抗原）
人细胞
异核细胞
抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B 抗人膜蛋白抗体+荧光素A
标记小鼠膜蛋白抗体 +小鼠膜蛋白（抗原）
标记人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（370C,40分钟）
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38
3. 影响膜脂流动的因素
(1) 磷脂分子结构
• 烃链长短：短，尾部不易发生 相互作用，易流动。 • 烃链的不饱和程度：不饱和程 度高，排列疏松，易流动。
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（三）膜糖类
糖 脂
糖 蛋 白 磷 脂
糖类+膜脂 膜糖类
共价键
糖 脂 糖蛋白
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糖类+膜蛋白
共价键
2. 种类：
存在于膜的糖类只有9种。 动物细胞膜上的糖主要有7种：半乳糖、甘露糖、岩藻 糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖氨、唾液酸。
3. 分布特点：
绝对不对称。 糖链只分布在膜的非细胞质侧脂双分子层单层。
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3．流动镶嵌模型的补充模型
• 1977年提出。认为膜的脂双层有两 种形式： • 刚性较大、能独立移动的脂质板块 (有序板块)；
板块镶嵌模型
• 能流动的脂质区(无序板块) 。
两者之间处于连续的动态平衡。
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（四）脂筏模型（lipid raft model）
近年发现含生物膜上胆固醇和鞘磷脂富集形成有序脂相， 膜其它部位厚，更有序，较少流动，如同脂筏一样载着各 种蛋白，称脂筏，是一种动态结构。
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3. 影响膜脂流动的因素
(3) 卵磷脂/鞘磷脂的比值 细胞衰老的过程中，细胞中卵磷脂/鞘磷脂的比 值逐渐下降，细胞膜的流动性降低。 (4) 蛋白质的影响 内在蛋白越多，生物膜的流动性越小。
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三、细胞膜的结构模型
James和Hugh Davson提出的(1935)片层结构模型（lamella structural model) J.D.Robertson(1959年)：单位膜模型(unit membrane model) S.J.Singer 和 G.Nicolson(1972) ：生物膜的 流动镶嵌模型 (fluid mosaic model) K.Simons et al(1997): 脂筏模型（ lipid raft model）
第三章 细胞膜与细胞表面
Cell Membrane and Cell Surface
教学目的
1. 掌握细胞膜、生物膜、单位膜的概念； 2. 掌握细胞膜的组成和磷脂的结构特点，了 解磷脂的种类、胆固醇和糖脂的结构； 3. 了解六种生物膜的结构模型及其优缺点， 掌握流动镶嵌模型；
4. 了解膜脂、膜蛋白的运动方式。掌握生物
CH3 CH3
N CH2 CH2
CH3 NH2 CH2 CH2
CH3
NH2 H—C—COOH CH2 O O P O O CH— CH—CH2 O CH3 N CH2 CH2 O CH3
O
O P O
O
O O P O O O
C
CH— CH—CH2 O C O O C O
P O O 神经 酰胺
CH— CH—CH2 O O
基本概念
1. 细胞膜cell membrane:
是指围绕在细胞最外层， 由脂质、蛋白质和糖类 所组成的界膜。
2.生物膜biomembrane:
细胞膜与细胞内膜具有共同 的结构和相近的功能，统称 生物膜。
基本概念
3. 单位膜unit membrane：
生物膜在电镜下呈现出的较为一致的三层结构，即电子 致密度高的内外两层之间夹着电子密度较低的中间层。
排列特点：
逐个相依地整齐排列脂双分子层，构成膜主体结构。
磷脂分子聚集排列特点：
球形分子团
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脂质双分子层在水中形成一种自我封闭的结构 ——脂质体（Liposome)
胆固醇
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2. 胆固醇
分子结构:
极性头部：羟基团
类 固 醇 环
极性头部
非极性尾部：脂肪酸链
固醇环连接头部与尾部
非 极 性 尾 部
面 (protoplasmic surface, PF) 和 质 膜 的 细 胞 外 小 页 断 裂 面
(extrocytopasmic face, EF)。
生物膜的不对称性指 细胞膜内外两层的结 构和功能有差异。
EF PF
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1. 膜脂分布的不对称
磷脂种类、数量分布不对称 胆固醇集中在细胞膜的外层 糖脂不对称:糖链在细胞膜的外层
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一、细胞膜的化学组成
• 细胞膜的主要化学成分有脂质(lipid)、蛋白质 (protein)和糖类(sugar)。
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(一) 膜脂(membrane lipid)
• 生物膜上的脂类统称膜脂。
膜脂的种类：： 磷脂(含量最丰富)；胆固醇；糖脂
双亲性(水脂兼性)分子 分子结构共同特点： 头部亲水，尾部疏水
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1. 膜脂分布的不对称
占 总 磷 脂 的 %
总磷脂 鞘磷脂 磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺
细胞外小叶
磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇
细胞质小叶
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2. 膜蛋白分布的不对称性
每种膜蛋白在膜中都有特定 细胞质侧（2800个/μm2）蛋白 2) 质含量高于外侧 (1400/ μ m 的排布方向是膜蛋白不对称 性的主要因素; 外周蛋白种类和数量分布的 不对称; 整合蛋白内外两侧氨基酸残 基数目的不对称； 糖蛋白糖残基均分布在质膜 的ES面。
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2. 胆固醇
分布:
分布于磷脂分子中，极性头部 紧靠磷脂的极性头部，类固醇 环固定于磷脂的烃链上。
作用：
可调节膜的流动性，加强膜的 稳定性。
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3. 糖脂
分子结构： 极性头部： 由1~数个糖基构成
非极性尾部：
两条脂肪酸链
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糖 脂
磷脂
胆固醇
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所有糖脂都分布在膜的非胞质面脂双分子层单层。 (2)分布：
脂 肪 酸
脂 肪 酸
磷 脂 酰 胆 碱 （ 卵 磷 脂 ）
C
O C
O
脂 肪 酸
脂 肪 酸
磷 脂 酰 乙 醇 胺 （ 脑 磷 脂 ）
O
O C O
脂 肪 酸
脂 肪 酸
磷 脂 酰 丝 氨 酸
鞘 磷 脂
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1. 磷脂
结构特点：
亲水性头部： 疏水尾部： 一般两条脂肪酸链，每条14~24个碳原子。
一条饱和，一条不饱和。
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(2) 胆固醇含量：
相变温度以下：阻止磷脂分
子聚集晶态结构，增加膜流
动性。
相变温度以上，增加磷脂分
子的有序性，限制膜流动。
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胆固醇对生物膜稳定性的意义举例
一种突变细胞系，细胞自身不能合成胆固醇，在 无胆固醇培养液中培养该细胞株，细胞膜自溶而 致细胞死亡；
若在培养液中加适量胆固醇，细胞可摄取胆固醇 到膜上，使膜结构稳定，细胞得以存活。
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膜的化学组成与分子结构复习题
1.生物膜是由哪几种物质构成的？ 2.磷脂的结构特点是怎样的？它是以什么样的形式 构成膜的主体的？
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片层结构模型（lamella structural model）
1935年由James和Hugh Davson提出的第一个细胞膜的 分子模型。 双层磷脂分子的疏水脂肪酸链在膜的内侧相对，亲水 端朝向膜的内外表面 球形蛋白质附着在脂双层的两侧表面，形成蛋白质-磷 脂-蛋白质三层甲板式结构
“流动镶嵌模型”。
断裂平 面 膜的冰冻蚀刻断 裂方法
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1．流动镶嵌模型的内容要点