细胞生物学 第四章 细胞膜与物质穿膜运输

客观评价
提出了生物膜在形态上的共 细 性，并对膜的某些属性做出 胞 了一定的解释，具有一定的 膜 理论意义。
蛋白质：ß折叠的薄片状
脂双层
蛋白质：ß折叠的薄片状
2.0nm 暗 3.5nm 明 2.0nm 暗
★★（三）液态镶嵌模型 [流动镶嵌模型]
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性。
（二）膜的流动性是膜功能活动的保证
1、脂双层为液晶态 ★膜脂的特性——液晶态 2、膜脂分子的运动方式
固态
液晶态
相变
相变温度
★膜脂分子的运动方式
（1）侧向扩散 （2）旋转运动 （3）弯曲运动 （4）翻转运动
液态
3、影响膜脂流动性的因素
★1.脂肪酸链的饱和程度 ★2.脂肪酸链的长度
2、膜外在蛋白
5 附在膜的内外表面，非共价地结合在膜内在蛋白上。
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
膜外在蛋白都是水溶性蛋白质，多分布在膜的胞质面，靠静电作用、离 子键等较弱的键与膜内在蛋白质的亲水部分结合，因此只要改变溶液的 离子强度甚至提高温度就可以将其从膜上分离下来。
3、脂锚定蛋白
又称周边蛋白，这类膜蛋白定位于膜的两侧，类似于膜周边蛋白， 但与其不同的是以共价键与脂双层分子结合，因此，分离锚定蛋白 须用去垢剂或有机溶剂处理。
磷 脂
磷脂酰丝氨酸
鞘磷脂
X
亲 水 性
头
★双亲性分子
Fra Baidu bibliotek
部
疏 水
既有亲水性一端，又有
性
疏水性一端的分子，如
尾 部
左图所示。
2、胆固醇
极 性 头 部固
醇 环 结 构
非 极 性 尾 部
3、糖 脂
糖脂与鞘磷脂相似，只 是头部不同，由糖基取 代磷脂酰碱基
常见糖脂：脑 苷 脂 神经节苷脂
★ 磷脂 膜 胆固醇 脂 糖脂
①使细胞具有相对独立和稳定 的内环境；
②是细胞内外物质、信息、 能量交换的“门户”。
生物膜
(biomembrane)
★概念 细胞膜、细胞内膜及线粒体膜的总称。
生物膜 单位膜
细胞膜 细胞内膜 线粒体膜
(unit membrane)
细胞膜 细胞质
★概念 任何生物膜在电镜下都呈现
“暗—明—暗”三层结构，故称为单位 膜。
均为“双亲性分子”(★★)
脂分子团
脂双分子层
水
水 脂质体
（二）膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合
根据膜蛋白与脂双层结合的方式不同，膜蛋白可分 为三种基本类型： 膜内在蛋白（intrinsic protein）或穿膜蛋白 膜外在蛋白（extrinsic protein） 脂锚定蛋白（lipid anchored protein）
（三）膜糖类覆盖细胞表面
膜 单糖或多聚糖 + 膜 脂 共价键
糖
类 单糖或多聚糖 + 膜蛋白 共价键
糖脂 糖蛋白
分布于 非胞质面
细胞外衣： 细胞膜的糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展交织
成一层多糖物质，称细胞外衣或糖萼。
（糖萼）
细 胞 外 衣 脂 双 层
细胞内
★★二、细胞膜的生物学特性
——不对称性和流动性
客观评价
试图在分子水平上说明细胞膜的结构，对 以后多种模型的提出有一定的启发作用。
（二）单位膜模型
背景
1959年, Robertson 利用电子显微镜观察，发现所有生物膜都 呈“暗-明-暗”三层结构，故而把“两暗一明”的结构模型称 为单位膜模型。
主要论点
此模型认为覆盖在脂双分子层内外表面的是呈 ß-折叠的薄片状蛋白质，而非球状蛋白质。
第二篇 细胞的基本结构和功能
第四章 细胞膜与物质穿膜运输
内容
第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 第二节 小分子物质和离子的穿膜运输 第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输 第四节 细胞表面特化结构 第五节 细胞膜异常与疾病（自学）
第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性
概念 功能
细胞膜位于细胞表面的一层膜性结构， 又称质膜。
（一）片层结构模型 [夹层学说]
背景 1935 年 ,Danielli 和 Davson, 发 现
细胞膜的表面张力显著低于油-
水界面的表面张力,因此认为,细 蛋 胞膜中除含有脂类外，还含有蛋 白 白质,故提出了片层结构模型。 质
脂 双 分 子 层
主要论点
“蛋白质 --- 脂类 --- 蛋白质”三夹板式结构 （球状）（双分子层） （球状）
3.胆固醇的影响
饱和程度高，流动性小； 饱和程度低，流动性大。 链长，流动性小； 链短，流动性大。
含量高，流动性小。
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例 5.膜蛋白的影响
此比例小，流动性小； 此比例大，流动性大。
含量高，流动性降低
4、膜蛋白的运动性
膜蛋白分子的运动方式 ★（1）侧向扩散
（2）旋转运动
小鼠细胞
一、细胞膜是由脂类和蛋白质构成的生物大分子体系
（一）膜脂构成细胞膜的结构骨架
细胞膜上的脂类称为膜脂（membrane lipid） 主要有三种类型： 磷脂（phospholipid） 胆固醇（cholesterol） 糖脂(glycolipid)
1、磷 脂
★ 磷 脂 酰 胆 碱（卵磷脂）
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性
1、膜蛋白分布的不对称性 1) 膜蛋白在脂双分子层中内外两层的分布位置是不对称的 2) 膜蛋白颗粒在膜内外层中的分布数量是不对称的（内层多于外层）
2、膜脂的不对称性 1) 磷脂：磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在膜外层
磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸多分布在膜内层 2) 胆固醇：主要分布在膜外层 3) 糖脂：全部分布在膜外层
膜蛋白(抗原）
人细胞
异核细胞
小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
三、细胞膜存在多种分子结构模型
“脂双分子层”的提出 —— 科学基础
•1925年，Gorter 和 Grendel 用丙酮抽提红细胞膜中的 脂质并在水和空气界面上铺展成单分子层，测量其所 占面积相当于所用红细胞膜总面积的两倍，因而首次 提出细胞膜是由连续的脂双分子层组成的。
1、膜内在蛋白
膜内在蛋白具有双亲性，其亲水区域暴露在膜的内外表面与水相接 触，而疏水区域嵌入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结合。
非胞质面 1 单次穿膜：
脂
单条a-螺旋贯穿脂质双层
双
分
子 层
2 多次穿膜：
胞质面
数条a-螺旋折返穿越脂质双层
贯穿脂双层，两端露出膜内外，其只有在较剧烈的条件下如去垢 剂处理才能破坏，故不易分离提纯。