第五章 细胞膜的分子结构和特性

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荧光素标记蛋白
激光漂白某一区域
荧光恢复
成帽反应
荧光漂白恢复法
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3、影响膜流动性的因素
（1）脂肪酸链的长度和不饱和程度
（2）胆固醇与磷脂的比例 （3）卵磷脂与鞘磷脂的比例 （4）膜蛋白的影响 （5）其他因素（环境温度、pH等）
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脂肪酸链的长度和不饱和程 度的影响
胆固醇的影响
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膜蛋白的运动性受细胞内细胞骨架的控制
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二、膜的理化特征
（一）膜的不对称性

膜脂分布的不对称性
膜蛋白分布的不对称性

膜糖分布的不对称性
功能的方向性
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膜脂分布的不对称性
磷脂总量 外层磷脂层 神经磷脂 磷脂酰胆碱 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺
占 磷 脂 总 量 的 百 分 数
胞质面磷脂层
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膜蛋白、膜糖分布的不对称性
蛋白颗粒在内外 两层磷脂中的分 布不同
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The Unit Membrane Model
In 1950's, Under electron microscope, Robertson noted membranes have a characteristic "trilaminar" appearance consisting of two darker outer lines and a lighter inner region. (He saw no spaces for pores in the electron micrographs. ) He hypothesized that the two outer, darker lines are the protein layers and the inner region is the lipid bilayer.
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Lipid bilayers self form
their constituent molecules face inward, packed together away from water, while the hydrophilic heads face outward, toward the water solvent. water water
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三、膜糖类
1、结构： 一般由1～10个单糖或单糖衍生物（葡萄糖、葡萄糖胺、 半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、岩藻糖、唾液酸等）组成寡糖
链（直链、分支链）
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2、存在方式：糖脂、糖蛋白
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一、膜的分子结构模型
1977，Jain 等，板块镶嵌模型 1975，Wallach，晶格镶嵌模型 1972，S.J.Singer等，液态镶嵌模型 1959，Roberson，单位膜模型 1935，Denielli等，片层结构模型 1925，Gorter等， 膜由双层脂类构成 1902，Overton，细胞膜由脂类构成
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Type IV proteins are shown in cross-section as having two homologous domains defining an aqueous transmembrane channel, but the number, n, of domains can vary.
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冰冻蚀刻技术示意图
糖链 外层
磷脂
蛋白质 内层
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（三） 液态镶嵌模型
fluid mosaic model
观点： 1、流动的脂双层构成膜 的连续主体； 流动性,有序性 2、球状蛋白质镶嵌在脂 双层中； 分布不对称性
缺陷： 忽视蛋白质对脂类流动性的控制； 忽视膜各部分流动性的不均一性。
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Since 1972, the fluid mosaic model has been modified because of more recent discoveries, but it still remains the model preferred by biologists today.
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The Lamella Structure Model
The model proposed by Danielli and Davson was basically a "sandwich" of lipids covered on both sides with proteins (In 1935). Later versions of the model included "active patches" and protein lined pores (Danielli 1975). However, they visualized the protein as being attached to only the periphery of the membrane by association with the polar head groups of the phospholipids.
•
•
推测一个100µm大小的脂筏可载有600个蛋白质分子
脂筏可以选择地接受某种蛋白质，它对特定的蛋白质的亲
和性由胞内或胞外的刺激物调控.
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1. Non-raft membrane 2. Lipid raft 3. Lipid raft associated transmembrane protein 4. Non-raft membrane protein 5. Glycosylation modifications (on glycoproteins and glycolipids) 6. GPI-anchored protein 7. Cholesterol 8. Glycolipid
第五章 细胞膜的分子结构和特性
郑州大学基础医学院 细胞生物学与医学遗传学教研室
封青川fengqingchuan@
Contents
细胞膜的分子结构 膜的理化特征
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构成细胞的三大要素
质膜（包围） 一套遗传信息 (繁殖) ( 独
一套完整的代谢系统 立生存)
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生物膜
biological membrane
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根据Singer分类法，整合性膜蛋白有以下六种类型： I型：一次跨膜，多肽链的N端在胞膜外，C端在胞内。如免疫 球蛋白超家族(1gSF)成员。 Ⅱ型：一次跨膜，多肽链的C端在胞膜外，N端在胞内。如肿瘤 坏死因子超家族成员的分子。 Ⅲ型：一条多肽链多次跨膜，跨膜次数有二、三、四、五、六 或七次等，其中四次跨膜超家族(TM4—SF)和七次跨膜受体超家 族(STR-SF)分子较为常见。如趋化因子受体均属STM-SF，又称G 蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptor)。 Ⅳ型：由多个跨膜亚单位组成。 V型：多肽链以糖基磷脂酰肌醇(GPl)连接于细胞膜的脂质双层 中，如GPI连接的CDl6、CD55和CD58等。 Ⅵ型：一条多肽链的一端以GPI形式连接于胞质膜，另一端是 一次或多次跨膜，如膜桥蛋白。
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（二）膜的流动性 1、膜脂的流动性
1. 侧向扩散 2. 旋转运动 3. 摆动运动 4. 伸缩震荡 5. 翻转运动 6. 旋转异构
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2、膜蛋白的运动性
人细胞
45分钟后
融合细胞
小鼠细胞
人-鼠细胞融合过程中膜蛋白的相互扩散运动
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Experiment demonstration the mixing of plasma membrane proteins on mouse-human hybrid cells
surface film micelle
H2 O H2 O H2 O
Lipid bilayers self form because the hydro-phobic ends of
H2 O
H2 O H2 O
lipid monolayer
spherical liposome
synthetic PL bilayer
2、强调流动的局部性。
（五）板块镶嵌模型
1、有序结构板块被无 序的流动板块分割； 2、板块流动性不同。
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脂筏模型
• 在生物膜的脂双分子层的外层，富含胆固醇和鞘磷脂的微
结构域，大小约70nm 左右。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸 链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液 体与液晶之间，这些微结构域是鞘磷脂与胆固醇的动态集合，如 同“脂筏”一样，脂筏上载着蛋白质。
It explains the current knowledge of membrane
structure and also serves as the basis for our understanding of how membranes function.
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（四）晶格镶嵌模型
1、液态与晶态、有序 与无序之间变化；
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晶态
液晶态
液态
温度对膜流动性的影响
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第六章 细胞表面及其特化
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Contents 细胞表面 细胞表面的特化结构 细胞连接 细胞外基质
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一、细胞表面
细胞微绒毛扫描电镜照片
跨膜蛋白两亲水端的不对称分布
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•Biological membranes are asymmetric
Freeze-fracture electron micrograph of the red blood cell membrane. The extracellular leaflet is called the E-face, the protoplasmic leaflet is called the P-face. Intramembranous particles are found on both leaflet faces, but are more densely distributed on the convex P-face.