第四章 细胞质膜

半乳糖
OH
第一节 质膜的分子结构
红细胞质膜上的糖鞘脂是ABO血型系统的血型抗原，血 型免疫活性特异性的分子基础是糖链的糖基组成。
细胞表 面抗原 A B
血型 A B
血浆抗体 抗B 抗A 无 抗A和抗B
可受血型 A和O B和O 所有 O
糖
链
序
列
R-Glu-Gal-GlcNAc-Gal-GalNAc Fuc R-Glu-Gal-GlcNAc-Gal-Gal Fuc R-A型和B型抗原序列 R-Glu-Gal-GlcNAc-Gal Fuc

糖脂：一个或多个单糖残基与脂类部分、单脂酰 或二脂酰甘油以糖苷键相连所形成的化合物，也 是构成双层脂膜的结构物质。糖脂主要分布在细 胞膜外侧的单分子层中。动物细胞膜所含的糖脂 主要是脑苷脂。 结构为：
O
CH2OH OH OH O O
NH
C
R
R:脂肪酸
(CH2)12 CH3
CH2 CH CH CH=CH OH 神经鞘氨醇
③不对称性：膜两侧的分子性质和结构不同，包括膜蛋白和膜 ③ 不对称性：
脂在脂双层中的不对称分布。
④蛋白质极性： ④蛋白质极性： 膜整合蛋白多肽链的极性区露出膜表面，而非
极性区则埋在脂双层的内部，故蛋白质分子既与水溶性分子
结合，也可与脂溶性分子亲和。
3.目前对生物膜结构的认识
1、具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在 水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，疏水 的非极性头部相对，极性头部朝向水相，这种 磷脂双分子层是组成磷脂双分子层的基本结构。 2、蛋白分子以不同方式镶嵌在膜质双分子层 中或其表面，蛋白分子类型，蛋白分布的不对 称性及其与磷脂分子的协同作用赋予生物膜各 自不同的特性与功能。 3、生物膜可看成是蛋白质在磷脂双分子中的 二维溶液。

(1)受体蛋白 (2)载体蛋白 (3)酶蛋白 (4)链接蛋白
质膜的标志酶：Na-K-Mg ATPase next
膜蛋白的存在形式
整合膜蛋白
脂锚定膜蛋白
膜蛋白的两种存在形式：整合膜蛋白和脂锚定膜蛋白
周边蛋白 胞外面
胞质面
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（二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式
膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核
（三）去垢剂
1. 离子型(SDS)

去垢剂 2.非离子型（Triton X-100）
用途：分离纯化膜蛋白；去除生物膜
去垢剂是一端亲水、另一端疏水的两性
小分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。
离子型去垢剂 (SDS)和非离子型去垢剂
（Triton X-100） SDS:
CH3
CH3
CH3-(CH2)11-OSO3-Na+

第一节 细胞质膜的结构 模型
2. 影响膜脂分子流动性的因素
①脂肪酸链的不饱和程度 (不饱和脂肪酸越多, 流动性越大) ②脂肪酸链的长度 (脂肪酸链短，相变温度低，流动性大) ③胆固醇/磷脂的比值 (胆固醇含量增加，膜脂流动性降低) ④卵磷脂/鞘磷脂比值 (鞘磷脂含量高，流动性低) ⑤膜蛋白的影响 (结合蛋白质，影响其流动性) 此外，膜脂的极性基团、环境温度、离子强度、金属 离子等均可对膜脂的流动性产生一定的影响。

第二节 生物膜基本特征与功能

一、膜的流动性
二、膜的不对称性
三、细胞质膜的基本功能
一、膜的流动性

（一）膜脂的流动性 （二）膜蛋白的流动性 （三）光脱色恢复技术
（一）膜脂的流动
1.运动方式（见前文说明） 主要是侧向 运动。 2.影响流动的因素（见下一页） 3.膜脂流动的意义 保障细胞生理功能的完成。
下一页
例题

1.简述新生儿呼吸窘迫症同细胞膜的关系。 新生儿呼吸窘迫症与其细胞质膜中卵磷脂/ 鞘磷脂比值过低，限制了膜流动性，影响 02/co2的交换。 2.动脉硬化的细胞学基础是什么？ 膜脂组成成分发生改变，使得膜的流动性 降低。如胆固醇比值升高、卵磷脂/鞘磷脂 比值过低等。
上一页
（三）脂质体(liposome p88)
脂质体的概念:脂质体是根据磷脂分子可在水相
中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。 脂质体的类型。
脂质体的应用
脂质体的类型
(a)水溶液中的磷脂分子团； (b)球形脂质体； (c)平面脂质体膜； (d)用于疾病治疗的脂质体的示意图
脂质体的应用
研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；生物膜研究
①镶嵌性：膜的基本结构是由脂双分子层镶嵌以蛋白质构成。 ① 镶嵌性：
双层脂分子以疏水尾相对，极性头朝向膜外水相；蛋白质则 以不同程度镶嵌在脂双层中。
②流动性： ② 流动性：构成膜的蛋白质分子和脂类分子在膜中的位置不断
发生变化，脂类分子可发生侧向流动和倒翻等变化，蛋白质 分子在膜中的位置亦可发生变动。
（二）膜蛋白的流动

1.膜蛋白运动方式 2.影响膜蛋白流动的因素 3.膜蛋白流动的意义
有许多实验结果支持了膜具有流动性的观点。
1. 细胞融合实验 2. 淋巴细胞的成斑和成帽反应
膜的流动性不是质膜所独有的属性，细胞内的各种 膜，如内质网膜、线粒体膜等也都具有流动性。 下一页
鼠抗体
融合细胞
3.目前对生物膜结构的认识 next
up
1.结构模型的研究简史

(1) Gorter & Grendel( 1925)发现质膜为双层脂分子构成；


(2) Danielli和 Davson(1935) 提出双分子片层结构质膜模型
(3) Robertson(1959)提出“单位膜结构模型”
(4) Singer和Nicolson（1972）提出流动镶嵌结构模型
(5) Wallach(1975)提出晶格镶嵌模型 荣获1972年诺贝尔奖！ (6) Jain和White（1977）提出板块镶嵌结构模型 (7)近年来，脂筏(1988)模型
双分子片层结构模型
蛋白质
暗线
横 切 面
明线
暗线
脂类
2.模型的综述：各类生物膜的四大特征
CH3
(O-CH2-CH2)10- OH 返回 CH3
CH3 – C – CH2 – C –
膜蛋白功能如何测定？以钠/钾泵为例
利用脂质体法：用Triton X-100使膜脂溶解， 分离到有生物功能的膜蛋白。 制备人工脂质体时，加入纯化的膜蛋白，膜蛋 白就会插入到脂质体中，接着用透析法除掉去 垢剂，即可形成脂质体小泡。 如果分离的膜蛋白是钠/钾泵成分，这些重建的 小泡在镁离子和ATP的存在下，可进行钠/钾的 主动运输，通过对脂质体内外钠离子和钾离子 浓度的测定即可确定加入到人工脂质体上的蛋 白是否是钠/钾泵。

第四章 细胞质膜
细胞质膜的结构模型
生物膜基本特征与功能
膜骨架
第一节 细胞质膜的结构模型

一、生物膜的结构模型 二、膜脂 三、膜蛋白
next

next

next
第二节 生物膜基本特征与功能

一、膜的流动性
next
二、膜的不对称性
三、质膜的功能
next next
第三节 膜骨架

七、骨架与细胞表面的特化结构


1. 膜脂分子在膜内的运动方式
ⅰ侧向扩散或侧向转移（基本运动方式）, 其扩散速率为10-8cm2/s； ⅱ自旋运动; ⅲ脂分子尾部的摆动; ⅳ翻转运动:发生频率还不到脂分子侧向交 换频率的10－10。
膜的运动方式
第一节 质膜的分子结构
2.膜脂分子运动性的影响因素
①脂肪酸链的不饱和程度 (不饱和脂肪酸越多, 流动性越大) ②脂肪酸链的长度 (脂肪酸链短，相变温度低，流动性大) ③胆固醇/磷脂的比值 (胆固醇含量增加，膜脂流动性降低) ④卵磷脂/鞘磷脂比值 (鞘磷脂含量高，流动性低) ⑤膜蛋白的影响 (结合蛋白质，影响其流动性) 此外，膜脂的极性基团、环境温度、离子强度、金属 离子等均可对膜脂的流动性产生一定的影响。
极性头部； 非极性尾部
极性区；非极 膜脂构件； 性区 调节膜流动；
增加稳定性
总体功能：提供膜蛋白或酶的支架，为膜蛋白维持构 象、表现活性及酶存活并发挥作用创造条件。 为细胞 提供进行生命活动的稳定环境。
磷脂酸
磷脂酰胆碱
磷脂酰乙醇胺
磷脂酰肌醇
磷脂酰丝氨酸
磷脂酰甘油
结构特点：具有极性的头和非极性的尾 所含的两个长的烃链使整个分子的一部分带有非极性的 性质，称为非极性的尾。而甘油分子的第三个羟基与磷酸形 成酯键，因而具有极性，把这个极性部分称为极性头。
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。
next
说明
细胞膜 生物膜 内膜系 统的膜
质膜和细胞内各种膜 在结构、化学组成和 活动属性等方面有一 定的共性，故总称为 生物膜(biomembrane)
新学科─膜生物学 (Membrane Biology)。
一、生物膜的结构模型(P83)
1.结构模型的研究简史 2.模型的综述
next next
二、膜脂
（一）膜脂成分 （二）膜脂运动方式 （三）脂质体

亲水头端 亲水头端 疏水尾端 疏水尾端 亲水头端
（一）膜脂成分
成分 1.磷脂 2.糖脂 3.胆固醇 含量 特性 功能
膜脂主要 构件
膜脂构件； 识别；调节 膜蛋白
甘油磷脂， 50%以上 极性头部； 非极性尾部 鞘磷脂 甘油糖脂； 5%以下 鞘糖脂 30%以下
仙台病毒
人抗体
细胞融合实验
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成斑 反应
成帽 反应
成斑
成帽
1.膜蛋白运动方式

侧向扩散：膜蛋白沿膜的二维表面运动； 旋转：绕与膜平面相垂直的轴线旋转。
第一节 细胞质膜的 结构模型
2、膜蛋白的运动性的制约因素：
①周围膜脂的性质和相态：处于晶态脂质之滞流区中的膜蛋白 不易运动；处于液态脂质区的膜蛋白则易于发生运动。 ②质膜相关结构的作用：膜蛋白在膜中的运动并不是随脂质随机 漂流，它还要受膜相关结构的影响。 ③细胞骨架的作用：细胞质中的细胞骨架对膜蛋白的运动性具有 动态控制作用（微管可固定膜蛋白的位置；而微丝可引起膜 蛋白的运动）。
三、膜蛋白
膜脂构成了膜的基本框架，但膜的许多功能是由
膜蛋白来执行的——蛋白质是构成膜的另一种主
要成分。


（一）膜蛋白类型
（二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式

（三）去垢剂
（一）膜蛋白类型
1.根据与磷脂互作方式和在磷脂中的位置，分为 （1）膜周边蛋白(外在膜蛋白) （2）膜整合蛋白(内在膜蛋白) （3）脂锚定蛋白 2.根据功能分为
鞘脂类
动物和植物细胞膜的重要的组分。也具有极性的头和非极 性的尾。包括鞘磷脂、脑苷脂、神经节苷脂类。 例 鞘磷脂类 是由鞘氨醇（２－氨基－４－十八碳－１，３－二醇）的 氨基与一脂肪酸以酰胺键相联，它的羟基与磷酸胆碱以酯键相 连构成。其结构如下：具有极性的头和非极性的尾
鞘氨醇磷脂的结构
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糖脂（Glycosphingolipids）
第四章 细胞质膜
要点综述

本章主要介绍了细胞膜的基本结构特征 及其与其生理功能的联系、膜的化学组 成和分子结构模型、特点及功能。

通过本章的学习、重点掌握细胞膜的分 子结构模型、化学组成和功能特点。
考点分析
细胞膜、生物膜、单位膜、脂质体等基 本概念常以名词解释的形式进行考查. 流动镶嵌模型的要点、膜脂的类型及运 动方式、膜蛋白的类型及与膜脂的结合 方式常以简答或填空的方式. 膜的流动性和不对称性及其生物学意义、 细胞膜的功能等内容多以论述题的形式 进行考查.
AB O
A和B 无
注：Fuc，岩藻糖；Gal，半乳糖；GalNAc，乙酰半乳糖
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胆固醇 Sterols

胆固醇是一种 类脂化合物, 在生物膜中含 量较多。
胆固醇以中性脂的形式分布在双层脂 膜内，对生物膜中脂类的物理状态有 一定的调节作用，有利于保持膜的流 动性和降低相变温度。
（二）膜脂运动方式
脂质体中裹入DNA可用于基因转移；转基因
在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体. 医学
小知识：脂质体的药用

脂质体是一种定向药物载体，属于靶向给药系 统的一种新剂型。它可以将药物粉末或溶液包 埋在直径为纳米级的微粒中，这种微粒具有类 细胞结构，进入人体内主要被网状内皮系统吞 噬而激活机体的自身免疫功能，并改变被包封 药物的体内分布，使药物主要在肝、脾、肺和 骨髓等组织器官中积蓄，从而提高药物的治疗 指数，减少药物的治疗剂量和降低药物的毒性。