第4章 质膜与细胞表面

功能：参与细胞识别、信息传递、免疫反应等。
细胞（外）被：与膜相连的糖类物质，也称为糖被。
• 膜脂
生物膜 基本骨架
磷脂 糖脂
• 膜蛋白
多种方式 与脂双层结合
胆固醇 周边蛋白质（外在蛋白质）
整合蛋白质（内在蛋白质） 糖脂—糖链与脂类结合 糖蛋白—糖链与蛋白结合
• 膜糖类
质膜外表面
质 膜 的 化 学 主 要 成 分
电镜下：两暗夹一明，两侧为蛋白质，中间为脂质。
三、流动镶嵌模型（fluid mosaic model）
流动的脂质双分子层构成生物膜的连续主体，蛋
白质分子则以不同的方式和不同的深度嵌入脂双分子
层中，糖类物质糖脂和糖蛋白只附着在膜的外表面。
（1972年，Singer SJ and Nicolson G）
整合蛋白质（内在蛋白质）占70-80%
1. 整合蛋白质（integral proteins）
又称内在蛋白质、镶嵌蛋白，以不同程度嵌 入脂质双分子层的内部，是质膜功能的主要承 担者。 整合蛋白质与膜结合非常紧密，只有用去
垢剂才能从膜上洗涤下来。
细胞膜上蛋白质的结合方式
Ａ、Ｂ、Ｃ为整合蛋白质
2. 周边蛋白质 (peripheral protein)
功能：加强质膜的稳定性，调节膜的流动性。
3. 糖脂
含1个或几个糖基的脂类。总量5% 以下，也
是双性分子。
动物细胞质膜中的糖脂结构类似于鞘磷脂。以
鞘氨醇为骨架，由一个或多个糖基代替磷脂酰
胆碱而与鞘氨醇的羟基结合。
在神经细胞质膜上含量较高。
脑苷脂（cerebroside）是最简单的糖脂，它 与鞘磷脂的不同之处是以半乳糖或葡萄糖取 代了磷脂酰胆碱。
第二节
质膜的分子结构
质膜的结构模型
细胞膜研究简史： 1925年，Gorter和Grendel提出红细胞膜由双层磷 脂分子组成。 1935年，Danielli和Davson提出“片层结构模型”。 1959年，Robertson提出“单位膜模型”。 1972年，Singer和Nicolson提出“流动镶嵌模型 ”。 1975年，D.F.Wallach提出“晶格镶嵌模型”。 1977年，Jain MK和White HB提出“板块镶嵌模 型”。 1988年，Simon提出“脂筏模型”。
载体蛋白介导的易化扩散
红细胞膜上的葡萄糖转运 在膜的一侧，G分子与载体蛋白上专一的结合位点结合，载体蛋 白构象发生变化，将G分子运至膜的另一侧，载体蛋白与G分 离后，又恢复到原来的构象。
通道蛋白（channel protein）：在膜上形成贯穿
质膜脂双层的亲水性通道，允许适当大小的分子
和带电荷的离子顺梯度通过。仅介导被动运输。
第4章
质膜与细胞表面
基本概念：
质膜（plasma membrane ）：将细胞内外环境
隔开的一层薄膜，以往称为细胞膜。
除了质膜以外，真核细胞内还有许多由
膜构成的膜相结构。质膜和细胞内膜相结构
的膜统称为生物膜。
质 膜 核膜（外、内） 生物膜 细胞内膜
内质网膜
高尔基复合体膜
溶酶体膜
过氧化物酶体膜
线粒体膜
问题探讨：
1、什么样的分子能 够通过脂双层？什么 样的分子不能通过？
2、葡萄糖不能通过 无蛋白质的脂双 层，但是小肠细 胞能大量吸收葡 萄糖，对此该如 何解释？
质膜的物质运输方式：
（１）小分子物质和离子的穿膜运输 （被动运输、主动运输） （２）大分子和颗粒物质的小泡运输
（胞吞作用、胞吐作用）
一、小分子和离子的穿膜运输
动。具有 “流动性”的脂分子分布于晶格之间
（局部流动）。
五、脂筏模型（lipid raft model）
脂筏是脂双层中富含胆固醇和鞘磷脂的
微区，如同一个蛋白质停泊的平台，载着各
种蛋白质。
第三节
质膜的特性
质膜具有两个明显的特性 • 膜的流动性（fluidity） • 膜的不对称性（asymmetry）
一、细胞外被（cell coat）
又称糖被（glycolayx），通常指质膜 的糖蛋白和糖脂向细胞表面伸出的寡糖链。
功能：
保护作用； 细胞识别和细胞黏附； 决定血型； 抑制增殖。
二、膜下溶胶层
可维持细胞形态和细胞运动。
三、细胞表面的特化结构
鞭毛、纤毛、微绒毛、各种细胞连接。
第五节
质膜与细胞的物质运输
——物质逆浓度梯度进行的运输
• 从低浓度到高浓度；
• 需要消耗代谢能；（如：ATP) • 需要载体蛋白的参与。
资料：
人红细胞内与血浆中的离子浓度比较
离子
Na+ K+
Ca2+
红细胞浓度／血 浆浓度(m mol/L) 25／145
Na+ :内低外高； K+ :内高外低； Ca2+:内低外高。
150／5
2.易化扩散(facilitated diffusion)：
又称协助扩散。进出细胞的物质借助转运 蛋白的扩散。
特点：
从高浓度到低浓度；
不需要能量；
需要转运蛋白的协助。
膜转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白。
载体蛋白（carrier protein）是与特定物质运输
有关的多次跨膜蛋白分子。能与被转运物质特异结 合，通过构象改变介导物质的主动或被动跨膜运输。
有被动运输和主动运输两种类型。
（一）被动运输（passive transport）： 物质由高浓度一侧通过膜到低浓度一 侧而不消耗代谢能的一种运输方式。
1. 简单扩散（simple diffusion）：—自由扩散
特点： 顺浓度梯度；
不需要能量；
不需要膜蛋白。
疏水（脂溶性）非极性小分子（O2、N2、苯）； 不带电的极性小分子（水、尿素、乙醇、二氧化碳、甘油等）
又称外在蛋白质，附着在细胞质膜内、外 表面，多数分布于内表面。常通过静电引力、 离子键、氢键与膜脂分子非共价结合，或借助 整合蛋白质间接与膜结合。
膜蛋白与脂质双层的结合方式
①单次跨膜；②多次跨膜；③直接与脂双层中脂肪酸链共价结合； ④肽链与磷脂酰肌醇结合；⑤⑥非共价结合的周边蛋白质
2. 周边蛋白质 (peripheral protein)
一、片层结构模型 (lamella structure model)
质膜是“蛋白质-磷脂-蛋白质”三层夹板式结构。
二、单位膜模型（unit membrane model）
J. D. Robertson 1959年用超薄切片技术获得了清晰 的质膜照片，显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这 就是所谓的“单位膜”模型。它由厚约3.5nm的双层脂 分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。
Na+出胞和2个K+入胞。
Na+-K+泵作用：
①维持细胞的渗透压； ②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞
水的尾部组成。
膜脂分子的排列特性：
1. 磷脂 (phospholipid)
含量最高的膜脂，约占整个膜脂的50％以上。
磷脂酰胆碱 (PC) 磷脂酰乙醇胺 (PE) 磷脂酰丝氨酸 (PS) 磷脂酰肌醇 (PI)
甘油磷脂 (甘油为骨架)
鞘磷脂 (SM) (鞘氨醇为骨架) • 功能：与膜的流动性有关。
头部 （极性）
• 水、无机盐、金属离子 少量
• 膜功能越复杂，膜蛋白含量与种类越多。
如：线粒体膜（P/L约3:1），神经髓鞘膜（P/L约 1:3）
一、膜脂
膜脂包括磷脂、胆固醇、糖脂三类，以磷脂含 量最多。 • 无论哪一种膜脂，都是“兼性分子”或称为 “双亲极性分子”：由1个亲水的头部和1个疏
是质膜的基本组成成分，构成质膜的基本骨架。
（二）膜蛋白质 的运动性
①侧向扩散 ②旋转扩散
（三）膜流动性的影响因素
1. 脂肪酸链的长度和饱和度：
这是影响膜流动性的重要因素。 • • 脂肪链饱和性：不饱和度 脂肪链长度：链越短 流动性

流动性
2. 胆固醇的含量
• 相变温度以上，胆固醇含量增高，限制膜 的流动性;
• 相变温度以下，胆固醇可阻止磷脂分子的
情景创设
小实验
1.用刀切取2块大小相同的 萝卜条甲、乙。 2.将甲、乙分别放入清水 和浓盐水中。
3.净置一段时间,观察比较 萝卜条的体积及硬度变化。
浓盐水中的萝卜，细胞失 水，体积变小；清水中的 萝卜，细胞吸水体积变大 。
质膜的选择通透性：指质膜选择 性地允许一些物质通过，同时又阻
止另一些物质通过。
一定程度，某些物质传送中断，膜内酶的活
性将中止，最后导致细胞的死亡。
二、膜的不对称性
（一） 膜脂分布的不对称性
脂双层所含磷脂数量、种类有极大不同。
胆固醇主要分布于膜的外侧单层。
（二）膜蛋白的不对称性 （绝对）
1. 内在膜蛋白的分布不对称。 2. 外在膜蛋白在膜内外的分布不对称。
（三）膜糖的不对称
乙醇胺
磷 酸
甘 油 尾部 脂 （非极性） 肪 酸 脂 肪 酸
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
PE
PS
PC
SM
2. 胆固醇（cholesterol）
只存在于真核细胞的质膜上。
头部为羟基，尾部为非极性的烃链，主体为四个联 合在一起的甾环，具有刚性结构的特点。
胆固醇分子散布于磷脂分子间,其极性头部紧靠磷脂极性头部,其余部分游离。
单位膜:“两暗夹一明”
第一节 质膜的化学成分 第二节 质膜的分子结构 第三节 质膜的特性
第四节 细胞表面及其特化结构
第五节 质膜与细胞的物质运输
第一节
质膜的化学成分
质膜的化学成分
• 膜脂 （L） 50% 细胞膜的主体 • 膜蛋白（P） 40-50%