2_细胞膜的分子结构和特性

①,② ② ③,④ ④ ⑤,⑥ ⑥
膜内在蛋白； 膜内在蛋白； 膜周边蛋白（脂锚定蛋白） 膜周边蛋白（脂锚定蛋白）; 膜周边蛋白
膜蛋白的功能
（三）、膜糖类 ）、膜糖类
占膜重量的2％～10％ 占膜重量的2％～10％ 以糖蛋白或糖脂的形式存在 分布在膜的外表面 膜的外表面形成细胞外被或糖萼 分布在膜的外表面形成细胞外被或糖萼 与细胞识别、 与细胞识别、细胞免疫应答有关
3.
液态镶嵌模型
意义：强调了蛋白质和脂类的镶嵌关系， 意义：强调了蛋白质和脂类的镶嵌关系，并认为 膜总是在流动的，并是不对称的，对膜功能的复 膜总是在流动的，并是不对称的， 杂性提供了物质基础。 杂性提供了物质基础。 缺陷： 缺陷：没有说明具有流动性的细胞膜在变化过程 中怎样保持膜的相对完整和稳定性。 中怎样保持膜的相对完整和稳定性。
O型血：H抗原（末端接一个岩藻糖） 型血： 抗原（末端接一个岩藻糖） A型血：H抗原糖链末端 ＋ N-乙酰氨基半乳糖 型血： B型血：H抗原糖链末端 ＋ 半乳糖 型血： AB型血： AB型血：在H糖蛋白末端兼有上述两种糖分子 型血
二、 细胞膜的分子结构
细胞膜的分子结构模型
片层结构模型：1935年 片层结构模型：1935年 单位膜模型： 单位膜模型： 1959年 1959年
细胞的基本结构
光镜下 细胞膜 （cell membrance) 细胞质 (cytoplasm) 细胞核 (nucleus)
电镜下（亚显微结构） 电镜下（亚显微结构） 膜相结构： 膜相结构：细胞膜 内质网 高尔基复合体 核膜 线粒体 溶酶体 过氧化物酶 体等 非膜相结构： 非膜相结构：核糖体 染色质 染色体 细胞质基质 中心体 微管 微丝 中间纤维等
板块镶嵌模型 block mosaic model
流动的类脂双分子层中存在着大小不同、 流动的类脂双分子层中存在着大小不同、彼此 独立的类脂板块（有序结构板块）， ），被流动的 独立的类脂板块（有序结构板块），被流动的 类脂区（无序结构板块）所分割， 类脂区（无序结构板块）所分割，二者处于连 续动态平衡中，可随条件变化而相互转化。 续动态平衡中，可随条件变化而相互转化。
protein）可分为两类： 可分为两类： 1、糖磷脂酰肌醇（GPI）连接 糖磷脂酰肌醇（GPI） 的蛋白。经寡糖通过较小的磷 的蛋白。 脂、磷脂酰肌醇连接到非细胞 质面的脂单层中。 质面的脂单层中。 2、通过共价连接脂类等分子， 通过共价连接脂类等分子， 插入细胞质面的脂单层中。 插入细胞质面的脂单层中。
膜周边蛋白 以离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质 以离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质或脂分子的 蛋白质或 亲水部分结合，改变溶液的离子强度或提高温度就可 亲水部分结合， 以由膜上分离
膜内在蛋白 为跨膜蛋白（tansmembrane proteins），不同程度嵌入膜内， proteins） 不同程度嵌入膜内， 占膜蛋白总量的70％。与膜的结合非常紧密， 占膜蛋白总量的70％。与膜的结合非常紧密，用去垢 ％。与膜的结合非常紧密 剂才能从膜上解离
第二篇 细胞膜及其表面
细胞膜的分子结构和特性
molecular structure and characteristic of cell membrane
思考题
液态镶嵌模型 细胞膜的基本特征 膜流动性的实验证明
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 内容提要
一、细胞膜的化学组成 二、 细胞膜的分子结构 三、细胞膜的特性
细胞膜（ 细胞膜（plasma membrane）： membrane） 细胞外围的一层界膜，又称质膜。 细胞外围的一层界膜，又称质膜。
2．复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白主要分布于细 复合糖的不对称性： 胞膜的外表面。 胞膜的外表面。
3、膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜 膜蛋白的不对称性： 上都具有特定的方向性和分布的区域性。 上都具有特定的方向性和分布的区域性。 内表面多于外表面，周边蛋白多附在膜内表面， 内表面多于外表面，周边蛋白多附在膜内表面， 糖蛋白都分布于膜的外表面。 糖蛋白都分布于膜的外表面。
（二）膜蛋白
(membrane protein) protein)
膜功能的主要体现者。据估计，核基因组编码的蛋白质中 膜功能的主要体现者。据估计， 30%左右的为膜蛋白 30%左右的为膜蛋白 根据在膜中分布的位置， 根据在膜中分布的位置，分为
膜周边蛋白（peripheral protein） protein） 膜内在蛋白（ integral protein ）
膜相结构组成： 膜相结构组成： 致密深色带（2nm） 致密深色带（2nm） 疏松的浅色带（3.5nm） －－单位膜 疏松的浅色带（3.5nm） －－单位膜 致密深色带（2nm） 致密深色带（2nm） 作用： 作用：区域化作用 把细胞分隔成 若干区域， 若干区域，将某一功 能有关的酶系统集中 在一定的区域内， 在一定的区域内，使 其更有效发挥作用. 其更有效发挥作用
常含有不饱和脂肪酸
Phospholipids
具有一个极性头部和两个非极性的尾
2. 胆固醇
存在于真核细胞膜上， 存在于真核细胞膜上 ， 一般 不超过膜脂的1 不超过膜脂的1/3。
功能： 功能： 提高脂双层的稳定性 调节脂双层流动性 降低水溶性物质的通透性。 降低水溶性物质的通透性。
在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株会发生自溶
磷酸
甘油
脂肪酸
最简单的磷酸甘油脂——磷脂酸 最简单的磷酸甘油脂——磷脂酸
磷脂分子的主要特征： 磷脂分子的主要特征：
具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链） 具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链）
脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16或18个碳原子组成 脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16或18个碳原子组成
晶格镶嵌模型 Crystal model
1. 镶嵌蛋白可以影响其周围的脂类分子使其不能运动 形成界面脂，界面脂与蛋白质形成有序晶格， 形成界面脂，界面脂与蛋白质形成有序晶格，脂类 只在晶格四周流动。 只在晶格四周流动。 2. 生物膜中脂质在可逆地进行无序（液相）和有序 生物膜中脂质在可逆地进行无序（液相） （晶相）的相变。 晶相）的相变。
膜不对称性的生理意义
保证了膜功能的方向性，使膜两侧具有 保证了膜功能的方向性， 不同的功能。 不同的功能。
意义：建立膜脂双层的 意义： 排列模式
单位膜模型 Unit membrane model
1、电镜下，“两暗一明” 、电镜下， 两暗一明” 2、 内外为蛋白质，每层厚约 、 内外为蛋白质， 2nm；中间为双层脂分子，厚约 ；中间为双层脂分子， 3.5nm；总厚度 ；总厚度7.5nm（单位膜） （单位膜） 3、蛋白质肽链 折叠 、蛋白质肽链β折叠 意义： 意义：阐述了生物膜形态上共性 －单位膜 缺陷：把各种膜视为千篇一律， 缺陷：把各种膜视为千篇一律， 难以对不同功能的生物膜做出合 理解释
Cholesterol in a lipid bilayer.
3. 糖脂
• •
是含糖而不含磷酸的脂类 占膜脂总量的5 占膜脂总量的5％以下
(神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10％) )
•
两性分子
膜脂的特性
膜脂为双性分子， 膜脂为双性分子，都具有亲水性头部和疏水性尾 为兼性分子或双亲性分子（amphipathic molecule） 在水中会自发排列成脂双分子层
ABO血型抗原 血型抗原
决定抗原性质的部分：红细胞膜上糖蛋白中寡糖链部分 上糖蛋白中寡糖链 决定抗原性质的部分：红细胞膜上糖蛋白中寡糖链部分 抗原寡糖链共同结构基础（4个单糖组成）： 抗原寡糖链共同结构基础（ 个单糖组成）： 葡萄糖－半乳糖－乙酰氨基葡萄糖－半乳糖 葡萄糖－半乳糖－乙酰氨基葡萄糖－
原核细胞与真核细胞的区别
特征 细胞大小 细胞核 染色体 细胞壁 核糖体 细胞器 细胞分裂 转录与翻译 细胞骨架 原核细胞 较小，1-10um 较小， 无核膜和核仁（拟核） 无核膜和核仁（拟核） 单个,DNA裸露 单个,DNA裸露 无纤维素、主要为肽聚糖 无纤维素、 70S(50S+30S) 无（除核糖体外） 除核糖体外） 无丝分裂 同时进行 无 真核细胞 较大，10-100um 较大，10有核膜和核仁 若干，DNA与组蛋白结合 若干，DNA与组蛋白结合 无肽聚糖、主要为纤维素 无肽聚糖、 80S(60S+40S) 有 有丝分裂、减数分裂 有丝分裂、 转录在核内，翻译在胞质 转录在核内， 有
膜内在蛋白有的是 一次穿膜， 一次穿膜，有的是 多次穿膜。 多次穿膜。
形成亲水通道的膜 内在蛋白跨膜区域： 内在蛋白跨膜区域： 两性α螺旋组成亲 两性 螺旋组成亲 水通道；或两性 水通道；或两性β 折叠组成亲水通道。 折叠组成亲水通道。
β折叠穿膜 折叠穿膜 α螺旋穿膜 螺旋穿膜
脂锚定蛋白（lipid脂锚定蛋白（lipid-anchored
脂筏模型 Lipid rafts model
1. 脂双分子层外层，富含胆固醇和鞘磷脂，结构致密， 脂双分子层外层，富含胆固醇和鞘磷脂，结构致密， 形成“脂筏” 形成“脂筏” 2. 脂筏上载着蛋白质 3. 功能：参与膜的信号转导、蛋白质分选等 功能：参与膜的信号转导、
生物膜的分子结构模型
三、细胞膜的特性
不对称性 流动性
（一）、细胞膜的不对称性 ）、细胞膜的不对称性
细胞膜内外两层的组分 功能的差异 细胞膜内外两层的 组分 和 功能 的差异 ， 称为 组分和 的差异， 膜的不对称性。 膜的不对称性。
1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不 膜脂的不对称性： 均匀分布。 均匀分布。 膜外表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域。 膜外表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域。
液态镶嵌模型 Fluid-mosaic model： ：
1972， S. J. Singer & G. Nicolson 根据免疫荧 ， 光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果， 光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了 “液态镶嵌模型” 液态镶嵌模型”
1. 2.
细胞膜由流动 的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。 细胞膜由 流动 的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成 。 流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成 磷脂分子以疏水性尾部相对， 磷脂分子以疏水性尾部相对 ， 极性头部朝向水相 组成生物膜骨架； 组成生物膜骨架； 蛋白质镶嵌 在脂双层中， 并表现出分布的不对称 蛋白质 镶嵌 在脂双层中 ， 并表现出分布的 不对称 镶嵌在脂双层中 性。
（一）膜脂（membrane lipid） lipid） 膜脂（
类型：磷脂、胆固醇、糖脂 类型：磷脂、胆固醇、
1. 磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂），膜脂的基本成分， 磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂） 膜脂的基本成分， 占膜脂的50％ 占膜脂的50％以上
磷酸甘油脂：以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合 磷酸甘油脂：以甘油为骨架的磷脂类， 两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、 两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝 氨酸等分子借磷酸基团连接到脂分子上
液态镶嵌模型：1972年 液态镶嵌模型：1972年 晶格镶嵌模型：1975年 晶格镶嵌模型：1975年 板块镶嵌模型：1977年 板块镶嵌模型：1977年 脂筏模型： 脂筏模型： 1997年 1997年
片层结构模型 Lamella structure model
中央：双层脂质分子 中央： 内外两侧：球形蛋白质 内外两侧：
脂质体（liposome） 脂质体（ ）
人工膜。在水中， 人工膜。在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球 形。 脂质体：由磷脂双层构成的具有水相内核的脂质微 脂质体： 囊。直径25~1000nm不等。 直径25~1000nm不等 不等。 人工脂质体可用于： 人工脂质体可用于：
药物载体 转基因 研究生物膜的特性
功能： 功能： 屏障作用 物质交换 信息传递
一、细胞膜的化学组成
膜脂，占膜干重的 30％～70％ 30％ 70％ 膜蛋白，占 20％～70％ 20％ 70％ 膜糖，占10％，（以糖脂和糖蛋白的形式存在） 10％ 以糖脂和糖蛋白的形式存在）
膜脂是膜的基本骨架， 膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者