细胞生物学 细胞膜,细胞连接

1. 膜内在蛋白：跨膜蛋白或整合蛋白 Transmembrane protein /integral protein 2. 脂锚定蛋白 lipid-anchored protein 3. 膜外在蛋白：膜周蛋白或外在蛋白 Peripheral membrane protein /extrinsic protein
1. 更厚，更有秩序，较少流动。 2. 周围是富含有饱和脂肪酸的流动性较高的液态区。 3. 功能涉及信号转导、受体介导的胞吞及胆固醇代谢运 输等。
细胞膜的特性：不对称性和流动性
一、膜的不对称性 (membrane asymmetry)
决定膜的功能方向性。
1. 膜脂的不对称性：
细胞质膜脂双层中各种成分不是均匀分布的， 包括种类和数量的不均匀。 膜脂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。
包括细胞质膜(plasma membrane)、 内膜(internal membrane)。
细胞膜不仅是细胞
结构上的边界，使细胞具
有一个稳定的内环境；
同时在细胞与环境之间进行物质、能量的交换及信
息传递过 程中也起着决定性作用。
细胞膜的两面


细胞质面 非细胞质面
膜的化学组成与分子结构
细胞膜的化学组成：脂类、蛋白质和糖类

细胞的形态多种多样，与细胞 所处的部位和功能相关。 根据细胞进化程度可将细胞分 成真核和原核细胞。 细胞的大小与种属和功能相适 应，支原体（mycoplast）是目 前发现的最小最简单的细胞。


原核细胞与真核细胞的区别
原核细胞与真核细胞基本特征的比较
特征 细胞膜 核膜 染色体 原核细胞 真核细胞 有（多功能性） 有 无 有 一环状DNA构成单个染色体 2个染色体以上，染色体由 不与或很少与蛋白质结合 线状DNA与蛋白质结合组成 核仁 无 有 线粒体 无 有 内质网 无 有 高尔基体 无 有 溶酶体 无 有 核糖体 70S(包括50S与30S大小亚单位) 80S(包括60S与40S大小亚单位) 光合作 蓝藻含有叶绿素a的膜层结构, 植物叶绿体具有叶绿素a与b 用结构 细菌具有菌色素 核外DNA 细菌有裸露的质粒DNA 线粒体DNA,叶绿体DNA 细胞壁 主要成分是氨基糖与壁酸 动物细胞无细胞壁,植物细胞 壁主要成分是纤维素与果胶 细胞骨架 无 有 细胞增殖方式 无丝分裂(直接分裂) 有丝分裂(间接分裂)为主
一、膜脂构成生物膜的基本骨架
（一）膜脂（membrane lipid ）： 三种主要成分： 磷脂、胆固醇和糖脂 1. 磷脂：约占膜脂的50%以上 包括两类：甘油磷脂和鞘磷脂。 特征：具有一个极性头部和两个非极性的尾 （脂肪酸链）,除饱和脂肪酸根外还有不饱和脂 肪酸。
磷脂酰胆碱模式图
哺乳类动物细胞膜中四种主要的磷脂
内在（整合）膜蛋白 (intrinsic/ integral membrane proteins)
不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢 剂使膜崩解后才可分离。
外在(外周)膜蛋白 (extrinsic/peripheral membrane proteins )
水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表面的蛋白质分 子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。
细胞膜的结构模型3
流动镶嵌模型 (fluid mosaic model)

生物膜是嵌有球形 蛋白质的脂类二维排列的 液态体，它是一种动态的、 不对称的具有流动性的结构。 这一模型强调了膜的流动性和不对称性，较好地体 现细胞的功能特点，被广泛接受，也得到许多实验的支持。
细胞膜的结构模型4

脂筏模型(lipid rafts)
胆固醇
存在于真核细胞膜上 （30%以下）。细菌 质膜不含有胆固醇，但 某些细菌的膜脂中含有 甘油脂等中性脂类。
胆固醇在脂双层中的位置
胆固醇分子的作用：
加强膜的稳定性 调节膜的流动性
思考：胆固醇对身体有害吗？
胆固醇在细胞膜上的作用证明
M19细胞 ：中国仓鼠卵巢细胞突变株
由于细胞内胆固醇合成障碍，细胞易崩解死亡。因此， 培养过程中必须使用高胆固醇培养基。
糖与多肽连接的两种方式：
主要是 N –连接 （天冬酰 胺）
O –连接（丝/苏氨酸）
作用
抵御理化损伤。
稳定糖蛋白的结构，有助 于蛋白质在细胞膜上的定 位和固定；参与细胞识别、 粘着和迁移。
细胞膜的结构
细胞膜的结构模型1
片层结构模型 (Lamella structure model) 1935年James Daniellie 和Hugh Davson提出"双分子片层"结构模型，该模型是第 一次用分子术语描述的结构，并将膜结构同所观察到的 生物学理化性质联系起来，对后来的研究有很大的启发。
人体组织细胞的形态
主动脉血管镜下结构
Tunica intima Endothelium Tunica media Smooth muscle cells and elastic fibers Tunica adventitia Collagen fibers
细胞概念的思考
1. 细胞是多层次非线性的复杂结构体系，具有高度 复杂性和组织性。
细胞（cell ）

除了病毒、类病毒等是非细胞的生命体以 外， 其它生命有机体的结构和功能单位都是细 胞。细菌、酵母等微生物是以单细胞的形式存 在，而高等动、植物则是由多细胞构成的，如 人大约有3 × 1013个细胞。
细胞的基本功能

无论何种来源的细胞，都具有基本相似的功能: 细胞能够进行自我增殖和遗传 细胞都能进行新陈代谢 细胞都具有运动性
糖脂：
约占膜脂的5%以下，目前已发现40余种。 糖脂位于细胞外表面，参与细胞识别和信号转导，不同细 胞所含糖脂种类不同。
(A)半乳糖脑苷脂 (B) 神经节苷脂 (C) N-乙酰神经氨酸
二、膜蛋白
膜蛋白执行细胞膜的功能
功能： 运输蛋白：转运特定的分子或离子催化代谢反 应的酶 连接蛋白：连接细胞的骨架和细胞外基质成分 受体蛋白：信号转导
* 问题：从膜的特性角度，理疗热敷有什么功用？
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 产物的排除,其中伴随着能量的传递; 3. 提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递;
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. 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
2. 是物质、能量与信息传递过程精巧结合的综合体。 可完成各种化学反应；需要、加工和利用能量； 并参与大量机械活动；可对刺激作出反应。
3. 是高度有序的，具有自组装能力与自组织体系。 能进行自我调控；繁殖和传留后代；
细胞膜
cell membrane
汕头大学医学院 细胞生物学与遗传学教研室 梁 斌
bliang@ 2014@ SUMC
去垢剂(detergent)
特点: 一端亲水、另一端疏水的两性小分子。 分类：离子型去垢剂(SDS) 非离子型去垢剂（Triton X-100） 应用：分离与研究膜蛋白的常用试剂。
三、膜糖类覆盖非细胞质膜表面

糖蛋白：低聚糖或多聚糖共价结合于膜蛋白 糖脂：低聚糖链共价结合于脂类
细胞外被
动物细胞膜中常见的七种糖类
锚定蛋白 （lipid-anchored proteins)
通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。 膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。 跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负 电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、 Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合 脂肪酸分子,插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂双层的 结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。
第三节 物质的跨膜运输
细胞质膜不仅作为物 质出入细胞的障碍，还必须 具有选择性地进行物质跨膜 运输、调节细胞内外物质和 离子的平衡及渗透压平衡的 能力。
选择性透过膜
膜运输机制:被动运输与主动运输
三个主要的差异: 起始条件不同、 运输方式不同、 产生的结果不同。

小分子物质跨膜转运类型
单纯扩散 易化扩散 主动运输 胞吞、胞吐作用
二、膜的流动性 (membrane fluidity)
1、概念： 是指构成膜的脂类和蛋白质分子的运动性。 2、液晶态二维流体：固体分子排列的有序性+液 体流动性 3、相变温度： <250C，冰冻的晶状凝胶-----熔融 的液晶态, 此临界温度称为～～～～
膜脂的运动方式



侧向扩散(lateral diffusion)； 旋转运动(rotation)； 弯曲运动（flexion ）； 翻转扩散(transverse diffusion)， 又称为翻转 (flip-flop)。
细胞的基本共性
1. 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌 蛋白质构成的生物膜，即细胞膜。 2. 所有的细胞都含有两种核酸：即DNA与RNA 作为遗传信息复制与转录的载体。 3. 作为蛋白质合成的机器─核糖体，毫无例外 地存在于一切细胞内。 4. 细胞的增殖都以一分为二的方式进行分裂。
细胞形态、大小和数目
2. 膜蛋白的不对称
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。
3. 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 .
膜成分的不对称性的意义

膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜 功能的不对称性和方向性，保证了生命活动的 高度有序性。