细胞膜与物质运输

膜的化学组成 膜的分子结构 膜的理化特性
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
5
Medical Cell Biology
一、膜的化学组成
脂和蛋白质是膜的主要成分，还有少量的糖 类。 构成膜的蛋白质与脂的比例依据膜的类型 (如质膜、内质网膜)、细胞类型(肌细胞、肝 细胞)、生物类型(动物、植物)的不同而不同。 一般而言，脂占50%，蛋白质占40%，碳 水化合物约占1％～10% 。
Medical Cell Biology 膜周边蛋白(外在蛋白)不直接与脂双层疏水部分相互 连接，它们常常通过内在蛋白间接与膜连接，或直接 与脂类分子极性头部结合，例如血影蛋白(spectrin, )、锚 定蛋白(ankyrin)和细胞骨架蛋白结合于红细胞的细胞膜 的内表面，而糖被的一些蛋白结合于外表面。 大多数膜周边蛋白溶解于水，通过离子键或弱键 与特定的膜内在蛋白相结合。用高浓度盐溶液或某些 化学物质可以将许多周边蛋白从膜上除去，高盐溶液 可以破坏离子键。多数膜周边蛋白不用去垢剂溶解， 它们不与膜的疏水部分直接连接。膜周边蛋白一般约 占膜蛋白的20％～30％，而红细胞膜中占50％左右。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
20
Medical Cell Biology
Integral membrane proteins: 1, 2, 3, and 4
Peripheral membrane proteins: 5 and 6
21
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
18
1.膜蛋白的类型
Medical Cell Biology
依在膜上存在方式不同可分为两大类(五 小类)。
膜蛋白： 生物膜所含的蛋白质。 多附在膜的内外表面，为水 溶的，非共价地结合在镶嵌 (周围蛋白)：蛋白上。 外周蛋白
膜 蛋 白
不同程度镶嵌在脂双层的内 部，也称膜内在蛋白。有的跨 (整合蛋白)： 越膜双层，也称做跨膜蛋白 (transmembrane protein)。
1890年E.Overton发现了脂溶性物质容易透过细胞， 提出了脂肪栅的膜结构设想。1925年E.Gorter和 F.Grendel根据对红细胞的研究，提出细胞的外面有一 个双脂分子层结构。上世纪以来对于膜的分子结构问 题进行了很多研究，并提出各种膜分子结构模型。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
非 极 性 尾 部
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
11
CHOLESTEROL
Medical Cell Biology
C8H17
CH3 C D
A
OH HYDROPHILIC REGION
B
HYDROPHOBIC REGION
12
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
0 0.5 22.5 0 0
65
18 0 12 0 0 0
14
22 26 3 com 李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina.
Medical Cell Biology 表5-3 某些膜脂的功能
脂 磷脂酰胆碱 存在的膜 存在于大多数膜中 功能 形成脂双层 起界膜的作用，防止 水 溶性物质的自由扩散 激活染色体 作为三磷酸肌醇供体 屏障作用，激活某些 酶 屏障作用
Medical Cell Biology
蛋白质-磷脂-蛋白质 三层夹板式结构。
3.糖脂(GL)
鞘 胺 醇
Medical Cell Biology
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子 糖脂与鞘 磷脂相似，也 是鞘氨醇的衍 生物。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
13
Medical Cell Biology 表5-2 某些生物膜膜脂的组成(脂总重量百分数)
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
22
Medical Cell Biology
2.膜蛋白的功能
维持细胞的形态（机械支持） 物质运输 能量转换 信息传递 免疫 癌变
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
23
Medical Cell Biology 表5-4 某些膜蛋白及其功能 功能蛋白 运输蛋白 示例 作用方式 +泵出细胞，K+ 主动将 Na Na＋泵 泵入细胞 将细胞内肌动蛋白与细胞 整合素 外基质蛋白相连 血小板生长 同细胞外的PDGF结合、 因子(PDGF) 在细胞质内产生信号， 引 受体 起细胞的生长与分裂 腺苷酸环化 在细胞外信号作用下，导 酶 致细胞内cAMP产生
脂 磷脂酸(PA) 磷脂酰胆碱(PC) 人的 红细胞 1.5 19 人的 髓鞘 0.5 10 牛心脏 线粒体 0 39 E.coli 0 0
磷脂酰乙醇胺(PE)
磷脂酰甘油(PG) 磷脂酰丝氨酸(PS) 心磷脂 鞘磷脂 糖脂 胆固醇
18
0 8.5 0 17.5 10
20
0 8.5 0 8.5 26
27
镶嵌蛋白
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
19
Medical Cell Biology
4
人红细胞血影
非胞质面 脂 质 双 层
1
2
3
5
胞质面
镶 嵌 蛋 白
1.单次穿 膜：单条α-螺旋贯穿脂质双层。 2.多次穿膜：数条α-螺旋几次折返穿越脂质双层。 跨膜蛋白 3.非穿越性 不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质 共价结合： 的烃链结合。 4.与磷脂酰 镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌醇 肌醇结合： （在非胞质面的单层）共价结合。 5.外周蛋白：附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。
医学细胞生物学
Medical Cell Biology
第二章 细胞膜与物质运输
Cell Membrane and Transmembrane Transport
医用生物学教研室 李延兰
E-mail: lyl72075@sina.com Tel:3831928(O) 2010.03
Medical Cell Biology
ຫໍສະໝຸດ Baidu
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
6
Medical Cell Biology 细胞膜的化学组成 主要是脂类、蛋白质
和糖类.
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
7
Medical Cell Biology 不同生物膜中的蛋白、脂和碳水化合物的量
干重的百分比(%) 膜 蛋白质 脂 碳水化合物
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
24
连接蛋白
受体蛋白 酶
(三)膜糖类(membrane carbohydrates)
膜中含有的糖类称为 膜糖类或膜碳水化合物。
膜 糖 类
糖类+膜脂
共价键
Medical Cell Biology
细 胞 被 脂 双 层 细胞内 膜 蛋 白
糖脂
glycoprotein
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
26
Medical Cell Biology
血型抗原 (膜糖类)
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
27
Medical Cell Biology
二、细胞膜的分子结构
Molecular Structure of the Cell Membrane
鞘磷脂(SM)
极 Medical 性 头 部 基 团 （ 亲 水 ）
Cell BiologyX
鞘 胺 醇
非 极 性 尾 部 基 团 疏 水 ( )
兼 性 分 子
10
PC
PE
PS
SM
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
Medical Cell Biology
2.胆固醇
极 性 头 部 平 面 甾 环 结 构
细胞膜功能：维持细胞形态、界膜、内环境稳定、 物质运输、能量转换、信息传递、免疫、癌变等。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
4
Medical Cell Biology
§1 细胞膜的分子结构和特性
Molecular Structure and Properties of Cell Membrane
28
(一)片层结构模型
细胞的表面张力显著低于油水界面的表面张力，因此，细胞 膜不可能是单纯由脂类构成的， 推想细胞膜除脂类外，可能还吸 附有蛋白质。 1935年提出片层结构模型 (lamella structure model)。模型表明， 细胞膜中有两层磷脂分子，分子 的疏水脂肪酸链在膜的内部彼此 相对，而分子的亲水端则朝向膜 的内外表面，球形蛋白质分子附 着在脂双层的两侧表面。
磷脂酰乙醇胺 存在于大多数膜中 磷脂酰丝氨酸 存在于大多数膜中 心磷脂 磷脂酰肌醇 线粒体内膜 存在于大多数膜 多数哺乳动物细胞， 特别是神经细胞 叶绿体类囊体的膜的 主要脂类
鞘磷脂
糖脂
胆固醇
大多数动物细胞膜
调节膜的流动性
15
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
Medical Cell Biology
水 水
水
磷脂分子团
磷脂双层
磷脂脂质体
脂类分子是兼性分子，在水溶液中能自动形成双分 子层结构。当兼性分子被水环境包围时，它们就聚集 起来，使疏水的尾部埋藏在里面，亲水的头部露在外 面，与水接触。可能存在有两种形式，形成球状的分 子团(micelle)，或把尾部包在里面；形成双分子层 (bilayer)，把疏水的尾部夹在头部的中间。
糖蛋白
糖类+膜蛋白
共价键
N-连接；O-连接
细胞被
(糖萼)：
细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋 白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞 衣或糖萼。
糖蛋白功能：与细胞识别、信息传递、免疫、癌变等有关。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
25
Medical Cell Biology
质膜 红细胞 49 43 8 神经鞘 18 79 3 肝细胞 54 36 10 核膜 66 32 2 高尔基体 64 26 10 内质网 62 27 10 线粒体 外膜 55 45 痕量 内膜 李延兰 76 24 0 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
8
Medical Cell Biology
( 一 )膜 脂
生物膜上的脂类统称膜脂(Membrane lipid) 。 膜脂以磷脂和胆固醇为主，并含糖脂。 磷 脂： 膜的主要成份 膜 糖脂 脂 胆固醇
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
9
1.磷脂
磷酸甘油酯
磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇(IP)
磷 脂
第二章 细胞膜与物质运输
第一节 第二节 第三节 第四节 细胞膜的分子结构和特性 小分子物质的跨膜运输 大分子和颗粒物质的跨膜运输 细胞膜与疾病
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
2
Medical Cell Biology 细胞膜(cell memberane)是细胞质和外界相隔的 一层薄膜，又称质膜(plasma m.) 。 在生命进化过程中细胞膜的形成是关键的一步， 因为没有细胞膜，细胞形式的生命就不能存在。细胞 膜围在每个细胞的外面，使细胞内外环境之间保持必 要的差别。 细胞膜不是被动的屏障，它是有高度选择性的半透 膜，能进行主动运输，在细胞内外形成不同的离子浓 度。 细胞膜还是接受外界信号的传感器，使细胞能对环 境变化产生适当的反应。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
3
Medical Cell Biology 生物膜
(Biomembrane)
细胞膜
细胞内膜：除了细胞膜以外的细胞内 所有膜性结构。
细胞内膜系统(cell endomembrane system)：细胞质 内在形态结构、功能和发生上具有相互联系的膜相结 构的总称，包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶 体、过氧化物酶体以及细胞质内各种膜性小泡。
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
16
Medical Cell Biology
Liposome
李延兰 医用生物学教研室 lyl72075@sina. com
17
Medical Cell Biology
(二)膜蛋白
在不同细胞中膜蛋白(membrane proteins)的 含量及类型有很大差异。