细胞膜的结构模型与细胞功能
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膜 糖： 糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）
磷脂双分子层
❖ 功能： ①液态，流动性 ②稳定性构成细胞膜的基架和细胞膜与外界环
境的屏障 ❖ 意义：
细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破 裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂， 也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。
蛋白质
特点：分子大小不同 形态不同 镶嵌在膜内的深浅不同 功能不同
3、液态镶嵌模型
1972 S. J. Singer & G. Nicolson 在”单位膜”模型的基础 上提出“液态镶嵌模型” ：
把生物膜看成是嵌有球形蛋白质脂类二维排列的液态体，膜中 脂双层构成膜的连续主体，它既具有固体分子排列的有序性，又 具有液体的流动性，呈液晶态。膜中球形蛋白质分子以各种形式 与脂双分子层相结合。
不易凝集
脂肪链长 增加分子的有序性 流动性降低
脂双层的流动性依赖于其组成成分
（2）动物细胞质膜含有较多的胆固醇。胆固醇：磷脂=1：1
胆固醇
相变温度以上 增加脂质分子的有序性
限制膜的流动性
相 变 温 阻止磷脂分子互相 度 聚集成晶态结构 以 下
防止膜的流动性突然降低
胆固醇调节膜流动性，增加细胞膜稳定性的作用
直接利用ATP水解产生 的能量进行离子的跨膜 转运。如Na＋的转运
继发性主动转运
能量不是直接来自ATP 的水解，来自膜外的高 势能Na＋。
细胞生理
入胞作用（Endocytosis）：
是指某些物质与细胞膜接触，导 致接触部位的质膜内陷以包被该物质， 然后出现膜结构融合和断裂，使该物 质连同包被它的质膜一起进入胞浆的 过程，含吞饮（Pinocytosis）和吞噬 （Phagocytosis）。
蛋白质功能
①形成细胞的骨架蛋白,可使细胞膜附着在另一细胞的膜上， 或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上；
②作为“识别蛋白质”,存在于免疫细胞膜上，能识别异体细 胞的蛋白质或癌细胞；
③具有酶的特性,能催化细胞内外的化学反应；
④作为“受体蛋白质”，能与信息传递物质（激素或递质）进 行特异性结合，并引起细胞反应；
（3）卵磷脂与鞘磷脂比值：
卵磷脂越高流动性越强。
卵磷脂
脂肪酸不饱和程度高，相变温度低。
鞘磷脂
脂肪酸饱和程度高，相变温度高。
（4）膜蛋白的影响：
膜蛋白越多流动性降低。
（二）膜蛋白分子在质膜中的运动
运动方式：侧向扩散、旋转运动
鼠细胞 标记蛋白
标记蛋白重 新分布
人细胞
细胞融合 利用细胞融合技术观察蛋白质运动
膜脂分子能进行各种运动
侧向 扩散
弯曲运动
伸缩振 荡运动
翻转 运动
旋转 运动
脂双层是一种二维流体（液晶态）
2. 影响膜流动性的因素 （1）脂肪酸链的饱和程度与其长度：
饱和脂肪酸链 直而不弯曲 流动性低
不饱和脂肪链
双键处易弯曲
脂肪酸链尾部 不易相互靠近
增加流动性。
脂肪链短
降低脂肪酸链尾 部的相互作用
在相变温度以下
生物膜：质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面 具有相似性，总称为生物膜（biomembrane）。
糖类 生物膜 脂类
蛋白质
细胞膜的化学组成和分子结构
化学组成
脂类：50% ，主要为磷脂、胆固醇和糖脂 蛋白质：40% ,膜外在蛋白和膜内在蛋白 糖类：2%-10%，分布在膜表面 其他：水、无机盐、金属离子
2.胆固醇—分散于磷脂分子之间，调节膜的流动性。
头部 OH
尾部
CH3
甾环
CH3 CH3
烃连
CH3
CH3
胆固醇的结构
胆固醇在脂双层中的位置
3.糖脂—所有动物的细胞膜都含有糖脂，由脂类 和寡糖构成，分布于膜的非胞质面。
头部-糖基
头部
尾部-两条烃链
受体结构
细胞识别
尾部
信号转导
（二）膜脂在水溶液中自动形成双层
THE END
谢谢大家
细胞膜的结构模型与细胞功能
❖ 概念 ❖ 细胞膜的化学组成和分子结构 ❖ 生物膜的特征 ❖ 细胞膜的分子结构模型 ❖ 细胞膜的功能
概念
细胞膜cell membrane:细胞质与外界相隔的一层界膜又称质膜
（plasma membrane)。 内膜系统：细胞内的膜性细胞器的统称。
单位膜unit membrane ： 在透射电镜下为 “两暗夹一明” 三层结构，厚约7.5nm。内外两 层电子密度高，中间层电子密度 低。
膜外在蛋白
通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质结合。多数 分布在内表面。
三、存在于质膜表面糖脂和糖蛋白
分布： 呈树枝状突出在膜脂外
糖蛋白glycoprotein
表面或内膜系统的腔面。
细胞外被
分布于细胞膜的非胞质面，能吸附水 分，形成粘性表面，对细胞有保护作 用，参与细胞识别和粘附作用。
糖脂glycolipid
出胞作用（Exocytosis）：
出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出 的过程，主要见于细胞的分泌活动等。
3、细胞膜的受体功能
受体（receptor）： 细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学
物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列 过程，最终引发细胞的生物学效应。
分类： 存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。
膜脂
蛋白质
其它模型
*晶格镶嵌模型（1975年） *板块镶嵌模型（1977年）
细胞膜的功能
1、细胞膜的结构特点 2、细胞膜的物质转运功能 3、细胞膜的受体功能 4、其他功能
1、细胞膜的结构特点
“液态镶嵌模型” （Fluid mosaic model ）
膜 脂：磷脂、胆固醇
（构成膜的骨架） 膜蛋白：镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）
水
磷脂分子团
脂质体
二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合
生物膜所含的蛋白质叫膜蛋白,承担转运蛋白、受体、 酶、连接体等许多重要功能。
膜内在蛋白 分为
膜外在蛋白
（一）膜内在蛋白（又称整合蛋白,占70%-80%） 为两亲性分子,疏水部分嵌入脂质中,亲水部分暴露于脂双层
的内外表面。
部分跨膜
一次跨膜
多次跨膜
（二）膜外在蛋白 （占20%-30%）
二、细胞膜的不对称性
膜脂分子不对称性 膜蛋白不对称性 糖类分布不对称性
物质传递有一定方向，信号的接受 和传递也有一定方向等。 膜糖
膜蛋白分布的不对称性
膜糖分布的不对称性
膜蛋白
细胞膜的结构模型
细胞膜电镜照片
E. Overton 1895用植物的根毛作实验,发现凡是 溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而 不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测 细胞膜由连续的脂类物质组成。
简单扩散（Simple diffusion）
❖ 也叫自由扩散（free diffusing），特点是：①沿浓度梯度 （或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白
的协助。
易化扩散（Facilitated diffusion）： 某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电-
化学梯度（由高－低）通过细胞膜的转运方式。
⑤作为转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵与细胞膜的 物质转运功能有关。
糖类
功能： ❖ ① 免疫标志 ❖ ② 传递信息
源自文库
2、细胞膜的物质转运功能
简单扩散（Simple diffusion） 易化扩散（Faciliated diffusion） 主动转运（Active transport） 入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis）
膜受体的特征
a. 特异性 特定的受体只能与特定的物质结合，产生特定的 效应。 b. 饱和性 膜受体仅占膜蛋白的1%~2%，数量是有限的， 与化学信号的结合也是有一定限度的。 c. 可逆性 受体与化学物质是以非共价键结合，因此在某种 情况下也可分离，并可再次与同类化学物质结合
4、其他功能
（1）分隔、形成细胞和细胞器，为细 胞的生命活动提供相对稳定的内环境， 膜的面积大大增加，提高了发生在膜上 的生物功能； （2）屏障作用，膜两侧的水溶性物质 不能自由通过； （3）选择性物质运输，伴随着能量的 传递；
20世纪初，Irving Langmuir 将红细胞的脂提取后 铺展在Langmuir 水盘(Langmuir Trough)的水面 上，研究了脂的展层行为，提出脂单层的设想。
1925 年，E. Gorter & F. Grendel 用有机溶剂提 取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面 ，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推 测细胞膜由双层脂分子组成。
分 类： （1）载体介导的易化扩散； （2）离子通道介导的易化扩散。
细胞生理
主动转运（Active transport）： 在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP，将某种物质
逆浓度梯度进行转运的过程。 特 点：（1）逆浓度梯度转运； （2）耗能（ATP） 。
主动转运 （据提供能量方式）
原发性主动转运
1、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，可能还 吸附有蛋白质。
1935年J. Danielli和H. Davson提出了第一个 膜的分子结构模型——片层结构模型 。
2、单位膜模型
❖ 1959年， J.D.Robertson用电镜 观察细胞膜，发现细胞 膜呈三层式结构。内外 两侧为电子密度高的暗 线，中间为电子密度低 的明线，即所谓“两暗 一明”，进而提出单位 膜模型。
细胞外被结构示意图
细胞膜生物膜的特征
一、膜的流动性 二、膜的不对称性
一、细胞膜的流动性
液晶态 温度下降 温度上升
（一）膜脂的流动性
晶态
1. 在相变温度以上的条件下，膜脂运动的方式如下：
（1）侧向扩散 （2）翻转运动 （3）旋转运动 （4）弯曲运动 （5）伸缩振荡运动
脂双层是一种二维流体（液晶态）
膜脂是膜的基本骨架， 膜蛋白是膜功能的主要体现者。
一、形成生物膜基本骨架的膜脂
（一）膜脂是两亲性分子
膜脂：磷脂，胆固醇，糖脂
1.磷脂
构成细胞膜的基本成分
头部：极性、亲水性
磷脂酰碱基
尾部：非极性、疏水性
两条脂肪酸链
磷脂的分子结构模型
碱基 头部 磷酸
甘油
尾部 脂肪酸
几种磷脂
磷脂酰乙醇胺
磷脂酰丝氨酸
磷脂酰胆碱 磷脂酰肌醇
磷脂双分子层
❖ 功能： ①液态，流动性 ②稳定性构成细胞膜的基架和细胞膜与外界环
境的屏障 ❖ 意义：
细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破 裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂， 也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。
蛋白质
特点：分子大小不同 形态不同 镶嵌在膜内的深浅不同 功能不同
3、液态镶嵌模型
1972 S. J. Singer & G. Nicolson 在”单位膜”模型的基础 上提出“液态镶嵌模型” ：
把生物膜看成是嵌有球形蛋白质脂类二维排列的液态体，膜中 脂双层构成膜的连续主体，它既具有固体分子排列的有序性，又 具有液体的流动性，呈液晶态。膜中球形蛋白质分子以各种形式 与脂双分子层相结合。
不易凝集
脂肪链长 增加分子的有序性 流动性降低
脂双层的流动性依赖于其组成成分
（2）动物细胞质膜含有较多的胆固醇。胆固醇：磷脂=1：1
胆固醇
相变温度以上 增加脂质分子的有序性
限制膜的流动性
相 变 温 阻止磷脂分子互相 度 聚集成晶态结构 以 下
防止膜的流动性突然降低
胆固醇调节膜流动性，增加细胞膜稳定性的作用
直接利用ATP水解产生 的能量进行离子的跨膜 转运。如Na＋的转运
继发性主动转运
能量不是直接来自ATP 的水解，来自膜外的高 势能Na＋。
细胞生理
入胞作用（Endocytosis）：
是指某些物质与细胞膜接触，导 致接触部位的质膜内陷以包被该物质， 然后出现膜结构融合和断裂，使该物 质连同包被它的质膜一起进入胞浆的 过程，含吞饮（Pinocytosis）和吞噬 （Phagocytosis）。
蛋白质功能
①形成细胞的骨架蛋白,可使细胞膜附着在另一细胞的膜上， 或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上；
②作为“识别蛋白质”,存在于免疫细胞膜上，能识别异体细 胞的蛋白质或癌细胞；
③具有酶的特性,能催化细胞内外的化学反应；
④作为“受体蛋白质”，能与信息传递物质（激素或递质）进 行特异性结合，并引起细胞反应；
（3）卵磷脂与鞘磷脂比值：
卵磷脂越高流动性越强。
卵磷脂
脂肪酸不饱和程度高，相变温度低。
鞘磷脂
脂肪酸饱和程度高，相变温度高。
（4）膜蛋白的影响：
膜蛋白越多流动性降低。
（二）膜蛋白分子在质膜中的运动
运动方式：侧向扩散、旋转运动
鼠细胞 标记蛋白
标记蛋白重 新分布
人细胞
细胞融合 利用细胞融合技术观察蛋白质运动
膜脂分子能进行各种运动
侧向 扩散
弯曲运动
伸缩振 荡运动
翻转 运动
旋转 运动
脂双层是一种二维流体（液晶态）
2. 影响膜流动性的因素 （1）脂肪酸链的饱和程度与其长度：
饱和脂肪酸链 直而不弯曲 流动性低
不饱和脂肪链
双键处易弯曲
脂肪酸链尾部 不易相互靠近
增加流动性。
脂肪链短
降低脂肪酸链尾 部的相互作用
在相变温度以下
生物膜：质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面 具有相似性，总称为生物膜（biomembrane）。
糖类 生物膜 脂类
蛋白质
细胞膜的化学组成和分子结构
化学组成
脂类：50% ，主要为磷脂、胆固醇和糖脂 蛋白质：40% ,膜外在蛋白和膜内在蛋白 糖类：2%-10%，分布在膜表面 其他：水、无机盐、金属离子
2.胆固醇—分散于磷脂分子之间，调节膜的流动性。
头部 OH
尾部
CH3
甾环
CH3 CH3
烃连
CH3
CH3
胆固醇的结构
胆固醇在脂双层中的位置
3.糖脂—所有动物的细胞膜都含有糖脂，由脂类 和寡糖构成，分布于膜的非胞质面。
头部-糖基
头部
尾部-两条烃链
受体结构
细胞识别
尾部
信号转导
（二）膜脂在水溶液中自动形成双层
THE END
谢谢大家
细胞膜的结构模型与细胞功能
❖ 概念 ❖ 细胞膜的化学组成和分子结构 ❖ 生物膜的特征 ❖ 细胞膜的分子结构模型 ❖ 细胞膜的功能
概念
细胞膜cell membrane:细胞质与外界相隔的一层界膜又称质膜
（plasma membrane)。 内膜系统：细胞内的膜性细胞器的统称。
单位膜unit membrane ： 在透射电镜下为 “两暗夹一明” 三层结构，厚约7.5nm。内外两 层电子密度高，中间层电子密度 低。
膜外在蛋白
通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质结合。多数 分布在内表面。
三、存在于质膜表面糖脂和糖蛋白
分布： 呈树枝状突出在膜脂外
糖蛋白glycoprotein
表面或内膜系统的腔面。
细胞外被
分布于细胞膜的非胞质面，能吸附水 分，形成粘性表面，对细胞有保护作 用，参与细胞识别和粘附作用。
糖脂glycolipid
出胞作用（Exocytosis）：
出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出 的过程，主要见于细胞的分泌活动等。
3、细胞膜的受体功能
受体（receptor）： 细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学
物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列 过程，最终引发细胞的生物学效应。
分类： 存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。
膜脂
蛋白质
其它模型
*晶格镶嵌模型（1975年） *板块镶嵌模型（1977年）
细胞膜的功能
1、细胞膜的结构特点 2、细胞膜的物质转运功能 3、细胞膜的受体功能 4、其他功能
1、细胞膜的结构特点
“液态镶嵌模型” （Fluid mosaic model ）
膜 脂：磷脂、胆固醇
（构成膜的骨架） 膜蛋白：镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）
水
磷脂分子团
脂质体
二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合
生物膜所含的蛋白质叫膜蛋白,承担转运蛋白、受体、 酶、连接体等许多重要功能。
膜内在蛋白 分为
膜外在蛋白
（一）膜内在蛋白（又称整合蛋白,占70%-80%） 为两亲性分子,疏水部分嵌入脂质中,亲水部分暴露于脂双层
的内外表面。
部分跨膜
一次跨膜
多次跨膜
（二）膜外在蛋白 （占20%-30%）
二、细胞膜的不对称性
膜脂分子不对称性 膜蛋白不对称性 糖类分布不对称性
物质传递有一定方向，信号的接受 和传递也有一定方向等。 膜糖
膜蛋白分布的不对称性
膜糖分布的不对称性
膜蛋白
细胞膜的结构模型
细胞膜电镜照片
E. Overton 1895用植物的根毛作实验,发现凡是 溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而 不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测 细胞膜由连续的脂类物质组成。
简单扩散（Simple diffusion）
❖ 也叫自由扩散（free diffusing），特点是：①沿浓度梯度 （或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白
的协助。
易化扩散（Facilitated diffusion）： 某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电-
化学梯度（由高－低）通过细胞膜的转运方式。
⑤作为转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵与细胞膜的 物质转运功能有关。
糖类
功能： ❖ ① 免疫标志 ❖ ② 传递信息
源自文库
2、细胞膜的物质转运功能
简单扩散（Simple diffusion） 易化扩散（Faciliated diffusion） 主动转运（Active transport） 入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis）
膜受体的特征
a. 特异性 特定的受体只能与特定的物质结合，产生特定的 效应。 b. 饱和性 膜受体仅占膜蛋白的1%~2%，数量是有限的， 与化学信号的结合也是有一定限度的。 c. 可逆性 受体与化学物质是以非共价键结合，因此在某种 情况下也可分离，并可再次与同类化学物质结合
4、其他功能
（1）分隔、形成细胞和细胞器，为细 胞的生命活动提供相对稳定的内环境， 膜的面积大大增加，提高了发生在膜上 的生物功能； （2）屏障作用，膜两侧的水溶性物质 不能自由通过； （3）选择性物质运输，伴随着能量的 传递；
20世纪初，Irving Langmuir 将红细胞的脂提取后 铺展在Langmuir 水盘(Langmuir Trough)的水面 上，研究了脂的展层行为，提出脂单层的设想。
1925 年，E. Gorter & F. Grendel 用有机溶剂提 取了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面 ，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推 测细胞膜由双层脂分子组成。
分 类： （1）载体介导的易化扩散； （2）离子通道介导的易化扩散。
细胞生理
主动转运（Active transport）： 在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP，将某种物质
逆浓度梯度进行转运的过程。 特 点：（1）逆浓度梯度转运； （2）耗能（ATP） 。
主动转运 （据提供能量方式）
原发性主动转运
1、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，可能还 吸附有蛋白质。
1935年J. Danielli和H. Davson提出了第一个 膜的分子结构模型——片层结构模型 。
2、单位膜模型
❖ 1959年， J.D.Robertson用电镜 观察细胞膜，发现细胞 膜呈三层式结构。内外 两侧为电子密度高的暗 线，中间为电子密度低 的明线，即所谓“两暗 一明”，进而提出单位 膜模型。
细胞外被结构示意图
细胞膜生物膜的特征
一、膜的流动性 二、膜的不对称性
一、细胞膜的流动性
液晶态 温度下降 温度上升
（一）膜脂的流动性
晶态
1. 在相变温度以上的条件下，膜脂运动的方式如下：
（1）侧向扩散 （2）翻转运动 （3）旋转运动 （4）弯曲运动 （5）伸缩振荡运动
脂双层是一种二维流体（液晶态）
膜脂是膜的基本骨架， 膜蛋白是膜功能的主要体现者。
一、形成生物膜基本骨架的膜脂
（一）膜脂是两亲性分子
膜脂：磷脂，胆固醇，糖脂
1.磷脂
构成细胞膜的基本成分
头部：极性、亲水性
磷脂酰碱基
尾部：非极性、疏水性
两条脂肪酸链
磷脂的分子结构模型
碱基 头部 磷酸
甘油
尾部 脂肪酸
几种磷脂
磷脂酰乙醇胺
磷脂酰丝氨酸
磷脂酰胆碱 磷脂酰肌醇