细胞生物学教学课件第五章细胞膜及其表面

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《细胞生物学细胞膜》课件

磷脂和蛋白质分子在膜中具有一定的流动性，有助于细胞膜功能的实现。
细胞膜的流动镶嵌模型
流动性和镶嵌性
功能适应性
细胞膜的磷脂和蛋白质分子具有一定的流动性，可以相互转换和重新排列。
细胞膜的结构和功能是相适应的，不同的细胞类型具有不同的细胞膜结构和功能特点。
动态结构
细胞膜是一个动态的结构，其组成和结构会随着时间和环境的变化而变化。
03
作用机制
细胞膜异常对疾病发生的作用机制复杂，涉及细胞信号转导、物质转运
、细胞生长和分化等多个方面。
细胞膜与药物的作用
药物作用机制
许多药物的作用机制涉及到细胞膜，通过影响细胞膜上的受体、通道或酶等，调控细胞的功能。
药物分类
根据作用机制的不同，药物可以分为作用于膜受体、膜通道和膜
酶的药物等。
临床应用
目前，已有多种基于细胞膜的治疗方法在临床得到应用，并取得了一定的疗效。同时，还有许多治疗方法正处于临床试验阶段，有望在未来为更多患者带来希望。
04
CATALOGUE
细胞膜研究的新技术和新进展
细胞膜研究的技术手段
01
02
03
04
光学显微镜技术
利用高分辨率光学显微镜观察细胞膜的结构和动态变化。
细胞间的相互作用
细胞膜表面的糖蛋白等分子可以与相邻细胞的相应分子相互作用，参与细胞间的识别和粘附。
细胞连接
紧密连接
存在于上皮细胞之间，通过紧密连接的跨膜蛋白形成封闭小带，阻止分子和离子通过，从而维持细胞间的紧密连接和组织的完整性。
锚定连接
通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞或细胞与基质之间连接起来，如桥粒和半桥粒。
蛋白质分子

细胞生物学PPT第五章细胞膜及其表面-2课件

③运输过程： ——逆电化学梯度转运Na+和K+
(二)小分子和离子的穿膜运输方式 4、离子泵
★ 钠钾泵(Na+-K+pump)
④工作效率 1个ATP酶分子每秒钟水解1000个ATP分子；每水解1分子ATP所释放的能量可泵出3个Na+，同时泵入2个K+。
⑤生理意义
A、维持细胞内外钠、钾离子的浓度梯度； B、维持膜电位； C、调节细胞内外渗透压； D、为细胞主动运输葡萄糖、氨基酸提供驱动力。
※ 指细胞内吞较大固体颗粒或分子复合物的过程，如细菌、细胞碎片、无机尘粒等
※ 吞噬作用形成的囊泡称吞噬体（phagosome) ※ 是原生动物获取营养的重要方式 ※ 在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能
（一）胞吞作用(endocytosis)
2.胞饮作用 (pinocytosis)
※ 指细胞内吞大分子溶液物质或极微小颗粒的活动 ※ 吞饮形成的囊泡称胞饮体(pinosome) ※ 大多数细胞具有吞饮作用
★ 分类
胞吞作用
依据吞入物质差异
胞吐作用
依据作用方式不同
吞噬作用胞饮作用受体介导的胞吞作用结构性分泌调节性分泌
二、膜泡运输
（一）胞吞作用(endocytosis)
定义：细胞表面发生内陷，由细胞膜将胞外大分子或颗粒物质包围成小泡，脱离细胞膜进入细胞内的运输过程。
1. 吞噬作用 (phagocytosis)
第五章细胞膜及其表面
第三节细胞膜与物质的跨膜转运
概述：
膜的通透性 (permeability)--膜选择性的允许或阻止一定物质穿越的性能。
穿膜运输(transmembrane transport)

细胞生物学-细胞膜及其表面

2.脂质锚定蛋白(lipid-anchored proteins): 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。分为两类：
1).糖磷脂酰肌醇(GPI)连接的蛋白：用磷脂酶C(能识别含肌醇的磷脂)处理细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这类蛋白。 2).另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳氢链结合。
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。
第二节膜的分子结构
膜的分子结构模型
E.Gorter和F.Grendel(1925): “蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型; J.D.Robertson(1959)：单位膜模型(unit membrane model); S.J.Singer和G.Nicolson(1972): 生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model); K.Simons et al(1997)：脂筏模型(lipid rafts model); Functional rafts in Cell membranes. Nature 387:569-572
第六章细胞表面及其特化
cell surface and specificity
第一节细胞外被与胞质溶胶
细胞表面: 细胞膜 + 细胞外被 + 细胞外基质; 细胞表面的功能: 保护细胞，使细胞有一个相对稳定的内环境; 参与信号的识别和信息的传递; 参与细胞运动; 维护细胞的各种形态; 与免疫、癌变等有十分密切关系;

细胞膜及其表面结构PPT课件

三）膜糖类
➢与膜脂或膜蛋白结合成糖脂或糖蛋白，仅分布于膜的外表面。
➢主要为一些低聚糖组成，如半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酸等七种。
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细胞被
膜
蛋
脂
白
双
层
细胞质
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血型糖蛋白
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二、细胞膜的分子结构
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主要形式为紧密连接（tight junction) ；分子机制：相邻细胞的特殊膜蛋白相互交联
（嵴线）封闭了细胞之间的空隙。
特点：细胞膜之间连接紧密，无空隙；分布：广泛存在于各种上皮细胞之间。
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细胞膜细胞间隙（嵴线）
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紧密连接的功能
1、形成渗漏屏障，起重要的封闭作用；例：血脑屏障和血胎屏障
3）膜流动性的生理意义
➢ 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。 ➢ 当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止； ➢ 反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。
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2、质膜的不对称性
➢膜脂分布的不对称性：脂类双分子层内外两层
脂质分子种类、含量和比例均不相同；
➢膜蛋白分布的不对称性：没有任何一种蛋白是
总之：锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚强、有序的细胞群体。
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三、通讯连接（communicating junction）
• 除了连接作用以外，还具有介导细胞间通讯的作用； • 是动物细胞（包括人）间最主要的一种连接方式； • 包括：间隙连接和突触连接。
旧称脑磷脂； ④ 磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI。

细胞生物学细胞质膜及其表面PPT课件

等形成的微结构域——脂筏。
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磷脂与糖脂分布的不对称性
2．复合糖的不对称
性 • 膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，无论是糖蛋白还是糖脂的糖基都是位于膜的外
表面
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膜糖分布的不对称性
3、膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。膜蛋白的不对称性包括外周蛋白分布的不对称以及整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目的不对称。如各种激素的受体具有极性，细胞色素C位于线粒
PF，原生质小页断面（protoplasmic face）
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小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻
EF PF
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•1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS分布在内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的
PC降解，PE和PS分别只有20%和10%的被降解。 • 膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂
旧称卵磷脂 ② 磷脂酰丝氨酸 phosphatidylserine，PS
③ 磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine，PE，旧称脑磷脂 ④ 磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，
PI ⑤ 双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,
DPG，旧称心磷脂
水通道。
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• 外周蛋白又称附着蛋白(protein-attached)。这种蛋白完全外露在脂双层的内外两侧。靠离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合，因此只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来，有时很难区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因为一个蛋白质可以由多个亚基构成，有的亚基为跨膜蛋白，有

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➢ 磷酸甘油脂
• 最简单形式：磷脂酸 ----以甘油为骨架，1、2位羟
基与脂肪酸、3位与磷酸形成酯键。
• 以磷脂酸为前体合成其它磷酸甘油酯，主要有：磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸等。
CH 2
O
OH P OO
H2C
OO
H C C H2 O
C OC O
H2C O
+NH 3
CH 2 CH 2 O O P OO
HC CH 2 O
H2C O
+NH 3 H C COO -
CH 2 O O P OO
HC CH 2
H2C
O
O
CH 3 H3C +N CH 3
CH 2 CH 2 O O P OO HC CH 2 O
C OC O
C OC O
C OCO
R1
R2
磷脂PE酸
R1
R2
R1
R2
三、膜的理化特性
（一）膜的不对称性（asymmetry） • 膜内外两层结构和功能上有很大差异。
• 各种细胞的细胞膜以及各种细胞内膜在电镜下都呈“暗-明-暗”的三层式结构，称单位膜：
暗线
横
切
明线
面
暗线
蛋白质脂类
➢ 单位膜现指在EM下呈现“暗-明-暗”三层式结构、由脂蛋白构成的任何一层膜。
➢ 液态镶嵌模型
• S. J. Singer & G. Nicolson 根据免疫荧光、冰冻蚀刻等技术的研究结果，提出了“液态镶嵌模型” （ Fluid-mosaic model ），获1972年诺贝尔奖。
★ 强调了膜的流动性、不对称性和脂质与蛋白质的镶嵌关系。 § 忽视了膜蛋白对脂质分子的控制作用和膜各部分流动的不均
一性。
➢ 晶格镶嵌模型
• 生物膜中流动的脂质能够可逆地进行无序（液态）和有序（晶态）的相变，膜蛋白对脂质分子的运动具有控制作用。
➢ 板块镶嵌模型
• 在流动的脂质双分子层中存在许多大小不同、刚性较大的彼此独立移动的脂质区（有序结构的板块），这些有序结构的板块之间被流动的脂质区（无序结构的板块）分割。
• 常含一条不饱和脂肪酸（含双键），另一条则饱和。
2. 胆固醇（cholesterol）
• 动物细胞膜中含量较高。
• 加强质膜，调节膜流动性，阻止磷脂凝集成晶体结构。
3. 糖脂（glycolipid） • 约占5％，神经细胞膜含量高。 • 由一个或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合形成。
脑苷脂
R1
R2
磷脂酰PE乙醇胺磷脂P酰S 丝氨酸磷脂P酰C 胆碱
磷脂酰胆碱
➢ 鞘磷脂
• 鞘磷脂以鞘胺醇代替磷酸甘油酯中的甘油，只有一条脂肪酸链。
• 脑和神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜中不含。
➢ 磷脂的主要特征： • 极性头（亲水）、非极性尾（脂肪酸链，疏水）；
• 脂肪酸链碳为偶数，碳原子数 =12-24，以16与18居多；
The “central dogma” of membrane biology
细胞膜的液态镶嵌模型
1. 细胞膜由流动的脂双分子层和嵌在其中的蛋白质组成；
2. 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向两面组成生物膜骨架；
3. 蛋白质或嵌在脂双层表面、或嵌在其内部、或横跨脂双层，表现出分布的不对称性。
神经节苷脂
脂质体
（二）膜蛋白
• 占核基因组编码蛋白质的20-25%； • 膜功能差异主要在于所含蛋白质不同； • 膜蛋白主要为球状蛋白质，可为单体或多聚体； • 根据与脂分子的结合方式分为：
– 跨膜蛋白（integral protein） – 膜周边蛋白（peripheral protein） – 脂锚定蛋白
一、膜的化学组成
• 主要由膜脂和膜蛋白组成，还有少量糖、水、无机盐及金属离子。糖以糖脂和糖蛋白形式存在。
• 不同生物膜上脂质和蛋白质的比例有所不同，多数细胞膜脂类和蛋白质含量大致相等。
（一）膜脂
• 膜脂主要包括磷脂和胆固醇，有的膜还有糖脂。 1. 磷脂（phospholipid）最主要的脂质，分为磷酸甘油脂和鞘磷脂。
糖脂
糖蛋白
糖蛋白的寡糖链
糖脂的寡糖链
糖蛋白的寡糖链
糖脂的寡糖链
胞外面胞质面
磷脂肽链糖基
膜糖与质膜的结构关系图解
二、膜的分子结构
• E. Overton 1895 推测细胞膜由连续的脂类物质组成。
• E. Gorter 等 1925 推测细胞膜由双层脂分子组酸链形成酰胺键锚定至膜上
与异戊二烯基团形成硫酯键锚定至膜上
有的直接通过端部氨基酸残基与脂分子极性头部结合
膜蛋白的功能
膜蛋白
(1)运输蛋白 (2)受体蛋白 (3)酶 (4)连接蛋白
有的膜蛋白兼具两种功能
（三）膜糖
• 主要为寡糖，以寡糖链的形式与脂类和蛋白质共价形成糖脂（ glycolipid ）和糖蛋白（glycoprotein）。
1. 膜内在蛋白质（integral protein）
• 又称镶嵌蛋白（mosaic protein），通过蛋白质上的疏水区域结合膜脂疏水区，穿过膜1次或多次，亦称跨膜蛋白（transmembrane protein）。
• 与膜结合紧密，非水溶性，只有用去垢剂类剧烈条件才能从膜上溶解下来。
亲水区疏水性穿膜区
亲水区
2. 膜周边蛋白质（peripheral protein）
• 不直接与脂双层疏水区相连。 • 分布于膜内外表面（内表面居多），水溶性，容易
从膜上分离下来。
附着在其它膜蛋白上间接与膜结合：
附着周边蛋白
膜蛋白
膜蛋白
周边蛋白
附着在其他膜蛋白上的周边蛋白
有的通过寡糖链与脂双层表面结合：
第五章
细胞膜及其表面
（ CELL MEMBRANE AND ITS SURFACE ）
• 细胞膜（ cell membrane ）：又称质膜（plasma membrane）。
• 内膜：形成各种细胞器的膜。
• 生物膜（biomembrane）：质膜和内膜的总称。
第一节细胞膜的分子结构和特性
• J. Danielli & H. Davson 发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多，于1935年提出三明治模型（片层结构模型）：蛋白质-脂类-蛋白质。
➢ 单位膜模型
• JD. Robertson 1957根据电镜观察提出单位膜模型。厚约7.5nm，特征“两暗一明”。内外为电子密度高的暗线，中间为电子密度低的明线。